Структурные схемы трансформаторных подстанций

Классификация подстанций

Функционально подстанции делятся на трансформаторные, преобразовательные и распределительные.
Трансформаторные подстанции предназначены для приема, преобразования (тока и напряжения), распределения электрической энергии.
Преобразовательные подстанции предназначены для приема, преобразования (частоты, рода тока) и распределения электрической энергии.
Распределительные подстанции предназначены для приема и распределения электрической энергии без ее преобразования.
Трансформаторные подстанции по значению в системе электроснабжения делятся на главные понизительные подстанции, подстанции глубокого ввода, трансформаторные подстанции 10(6) кВ (ТП). Последние называются цеховыми подстанциями в промышленных сетях, городскими — в городских сетях.
Распределительные подстанции делятся на узловые распределительные подстанции напряжением 110 кВ и выше; центральные распределительные подстанции (пункты) напряжением 10(6) кВ; распределительные подстанции (пункты) напряжением 10(6) кВ.
В зависимости от способа присоединения подстанции к питающей линии трансформаторные подстанции делятся на тупиковые, проходные, ответвительные.
Если линия питает только одну подстанцию, то подстанция называется тупиковой (рис. 3.1.1, а). К тупиковым подстанциям относятся подстанции, получающие питание по радиальным схемам, и последние подстанции в магистральной схеме с односторонним питанием. Проходная подстанция включается в рассечку питающей магистральной линии, т. е. имеется вход и выход питающей линии (рис. 3.1.1, б).

Рис. 3.1.1. Схемы присоединения подстанций к питающей линии а — тупиковая, б — проходная, в — ответвительная

Если подстанция подключается через ответвление от питающей линии, она называется ответвительной (3.1.1, в).
По типу подстанции делятся на открытые и закрытые. Открытой подстанцией называется подстанция с открытой установкой трансформаторов, закрытой — подстанция, все элементы которой (распределительные устройства и трансформаторы) устанавливаются в специальном помещении.
В зависимости от места установки и размещения оборудования подстанции напряжением 10(6) кВ делятся на внутрицеховые, встроенные, пристроенные, отдельно стоящие.
Внутрицеховой подстанцией называется подстанция, расположенная внутри здания (открыто или в отдельном закрытом помещении).
Встроенной подстанцией называется подстанция, вписанная в контур основного здания.
Пристроенная подстанция непосредственно примыкает к основному зданию.
Отдельно стоящая подстанция располагается отдельно от производственных и общественных зданий.
В зависимости от числа обмоток трансформатора подстанции могут быть с двух- и трехобмоточными трансформаторами, с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Структурные схемы трансформаторных подстанций

Подстанция с двухобмоточными трансформаторами состоит из трех основных узлов: распределительного устройства высшего напряжения (РУВН); силового трансформатора или автотрансформатора1 (одного или нескольких), распределительного устройства низшего напряжения (РУНН) (рис. 3.2.1, а, в), вспомогательных устройств (компрессорных, аккумуляторных и т. п.), устройств релейной защиты, автоматики, измерения. В подстанциях с трехобмоточными трансформаторами добавляется четвертый узел — распределительное устройство среднего напряжения (РУСН) (рис. 3.2.1, б). В схемах электроснабжения могут применяться трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения (рис. 3.2.1, в, д), что приводит к увеличению секций сборных шин в РУНН. Применение трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения позволяет уменьшить токи короткого замыкания за трансформаторами. С этой же целью на подстанциях могут устанавливаться сдвоенные реакторы (рис 3.2.1, г, д).
1 В дальнейшем, если не требуется уточнений, под термином «трансформатор» будет подразумеваться и автотрансформатор.

Рис. 3.2.1. Структурные схемы трансформаторных подстанций

Распределительное устройство высокого напряжения подстанции чаще всего выполняет функции приема электрической энергии от линии электропередачи к трансформатору. В отдельных случаях РУВН может выполнять функции приема и распределения электроэнергии (по требованию энергоснабжающей организации или при целесообразности питания от главной понизительной подстанции нескольких подстанций глубокого ввода на напряжениях 110—330 кВ).
Распределительные устройства средних и низших напряжений всегда выполняют функции приема и распределения электроэнергии. Аналогичные функции выполняют и распределительные подстанции. Идентичность функций определяет идентичность схем и конструкций распределительных устройств и распределительных подстанций, поэтому в дальнейшем под термином «распределительное устройство» может подразумеваться и распределительная подстанция.
Распределительные устройства могут быть комплектными, сборными, открытыми и закрытыми. При стесненной городской и промышленной застройке в распределительных устройствах может быть применено электрооборудование с элегазовой изоляцией.

Проектирование подстанций регламентируется нормативными документами, разработанными институтами Энергосетьпроект и Тяжпромэлектропроект [25] и [26]. Проект подстанции разрабатывается на 5 лет с момента предполагаемого ввода ее в эксплуатацию и с перспективой развития на последующее время (не менее 5 лет).
Проектирование подстанций ведется на основе следующих утвержденных схем:
• схемы развития энергосистемы или электрических сетей города;
• схемы внешнего электроснабжения объекта (промышленного предприятия, микрорайона города и т. д.);
• схемы организации ремонта, технического и оперативного обслуживания;
• схемы развития средств управления общесистемного назначения (СУОН), включающие в себя релейную защиту и автоматику аварийного режима (РЗА), противоаварийную автоматику, а также схемы развития автоматизированных систем диспетчерского управления.
Исходными данными для проектирования служат:
• район размещения подстанции;
• нагрузки на расчетный период и их перспективное развитие с указанием распределения по напряжениям и категориям;
• число присоединяемых линий напряжением 35 кВ и выше, их нагрузки;
• число линий 10(6) кВ и их нагрузки;
• расчетные значения токов однофазного и трехфазного короткого замыкания с учетом развития сетей и генерирующих источников на срок не менее пяти лет, считая от предполагаемого ввода в эксплуатацию;
• уровни и пределы регулирования напряжения на шинах подстанции и необходимость дополнительных регулирующих устройств с учетом требований к качеству электрической энергии;
• режимы заземления нейтралей трансформаторов;
• границы раздела обслуживания объектов различными энергообъединениями и энергопредприятиями и т. д.
При проектировании подстанций решаются следующие задачи:
• выбор площадки для строительства подстанции;
• выбор типа и исполнения подстанций и распределительных устройств (закрытого или открытого типа, комплектная, сборная и т. д.);
• определение схемы электрических соединений распределительных устройств высокого, среднего и низшего напряжений;
• ограничение токов короткого замыкания;
• выбор основного электротехнического оборудования и токоведу-щих частей;
• ограничение перенапряжений, выбор места установки, числа ограничителей перенапряжений или вентильных разрядников и других защитных средств для ограничения перенапряжений;
• заземление подстанций;
• выбор источников оперативного тока и источников питания собственных нужд подстанции;
• управление, релейная защита, автоматика, сигнализация.
Для трансформаторных подстанций дополнительно решаются следующие задачи:
• выбор числа трансформаторов, определение их мощности, номинальных напряжений, соотношения мощностей обмоток трехоб-моточных трансформаторов;
• выбор режимов заземления нейтралей трансформаторов; при необходимости решается вопрос компенсации емкостных токов в электрических сетях 6—35 кВ (выбор места установки, числа и мощности дугогасящих реакторов);
• определение уровней и пределов регулирования напряжения на шинах подстанции, необходимости установки дополнительных регулирующих устройств с учетом требований к качеству электрической энергии.
Основные рекомендации для решения вышеперечисленных вопросов приведены в [25]. Кроме того, Министерством энергетики РФ изданы «Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35—750 кВ» (Издательство НЦ ЭНАС, 2004 г.).