СХЕМА 10(6) кВ "ОДНА РАБОЧАЯ СЕКЦИОНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ШИН С ВЫПОЛНЕНИЕМ ВВОДОВ ПИТАНИЯ ЧЕРЕЗ РАЗВИЛКУ ИЗ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ"
CIRCUIT 10(6) kV "SINGLE WORKING PARTITIONED BUSBAR SYSTEM WITH ARRANGEMENT OF SUPPLY INPUTS VIA T-JUNCTION OF BREAKERS"

1. Описание
1.1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в схемах или системах питания электросетей и распределения электрической энергии.
1.2. Уровень техники
Из научно-технической литературы известна принципиальная электрическая схема распределительных устройств «Одна секционированная выключателем (или двумя выключателями) система шин», при этом каждый трансформатор присоединен к одной секции. Подключение силовых трансформаторов в этой схеме выполняется по так называемой схеме «неявного резерва» (см. фиг.1). Чаще всего эта схема применяется на распределительных подстанциях [1].
К недостаткам схемы «неявного резерва» можно отнести: во-первых, выбор оборудования каждой секции на суммарный ток нагрузки секций с учетом секционирования, во-вторых, увеличение времени отключения короткого замыкания защитой трансформаторного ввода по условию селективности с нормально отключенным секционным выключателем (далее по тексту - СВ) 10 (6) кВ, и, в-третьих, наличие элемента - непосредственно самого СВ, отказ которого вызывает отключение двух секций, то есть перерыв в электроснабжении потребителей.
Также из научно-технической литературы известна схема включения силовых трансформаторов по схеме «явного резерва» [2]. При использовании этой схемы каждый рабочий трансформатор подключается только к «своей» секции, а дополнительный резервный трансформатор может подключаться к любой из секций (см. фиг.2).
К недостаткам этой схемы можно отнести, во-первых, увеличение стоимости строительства из-за большего, по сравнению со схемой «неявного резерва», количества устанавливаемых трансформаторов, во-вторых, неравномерный износ рабочих и резервного трансформаторов.
И, наконец, известна схема 110-9Н «Одна рабочая секционированная система шин с подключением трансформаторов через развилку из выключателей», которая применяется в электроустановках напряжением 110 кВ и выше для подстанций (далее по тексту - ПС) с наличием парных воздушных линий (далее по тексту - ВЛ) и ВЛ, резервируемых от других ПС, нерезервируемых ВЛ, но не более одной на секцию, при отсутствии требований сохранения в работе всех присоединений при выводе в ревизию секции шин и при повышенных требованиях к сохранению в работе силовых трансформаторов [3].
1.3. Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является достижение синергического эффекта, то есть умножение преимуществ схем подключения источников питания (например, силовых трансформаторов): явного резерва и неявного резерва с одновременным устранением их основных недостатков, но прежде всего существенное благодаря достигаемому эффекту снижение капиталовложений в строительство электрической подстанции.
Эта задача достигается за счет использования новой схемы подключения источников питания (например, силовых трансформаторов) к распределительному устройству 10 (6) кВ (далее по тексту - РУ 10 (6) кВ), визуально похожей при графическом изображении на схему 110-9Н, приведенной на фиг.3, а именно за счет того, что связь между источниками питания и РУ 10 (6) кВ выполняется с помощью развилок из вводных выключателей. Отличие от схемы 110-9Н в том, что новую схему предлагается применять для сохранения в работе обеих секций при отключении любого из источников питания (силовых трансформаторов); АВР предлагается организовать между вводными выключателями каждой секции.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где показан пример подключения силовых трансформаторов к распределительному устройству 10 (6) кВ по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей». Подключение каждого источника питания (силового трансформатора) 1 и 2 в этой схеме выполняется с помощью двух идентичных ячеек трансформаторных вводов 3, 4 и 5, 6 соответственно. При этом вводы 3 и 5 подключаются к секции 7, а вводы 4 и 6 - к секции 8.
Таким образом, каждая из секций 7 и 8 может быть запитана от любого силового трансформатора - 1 или 2, при этом одна из вводных ячеек на секцию в нормальном режиме включена (например, 3 и 6), а вторая отключена (например, 4 и 5) и включается устройством АВР при отключении первой ячейки. Одновременно две ячейки ввода на одну секцию допускается включать только кратковременно при оперативных переключениях при выводе в ремонт одного из трансформаторов.
Количество секций при предлагаемом способе подключения равно количеству силовых трансформаторов (без учета расщепления).
При установке трех источников питания и отсутствии особых требований к надежности электроснабжения потребителей цепи вводов питания также выполняются через развилку из двух выключателей. Схема примет вид, приведенный на фиг.5. В этом случае подключение каждого источника питания 1; 2 и 3 выполняется с помощью двух идентичных ячеек трансформаторных вводов 4, 5; 6, 7 и 8, 9 соответственно. При этом вводы 4 и 9 подключаются к секции 10, вводы 5 и 6 - к секции 11 и, наконец, вводы 7 и 8 - к секции 12. Таким образом, секция 10 может быть запитана от источников питания 1 или 3, секция 11 - от 1 или 2, а секция 12 - от 2 или 3, тем самым обеспечивается требование п.1.2.19 ПУЭ. Одна из вводных ячеек на секцию в нормальном режиме включена (например, 4; 6 и 8), а вторая отключена (например, 5; 7 и 9) и включается устройством АВР при отключении первой ячейки.
Количество вводных ячеек на каждой секции определяется требованиями к надежности электроснабжения. Например, для особо ответственных потребителей, для питания которых по условию надежности должна быть обеспечена возможность питания каждой секции от любого из трех независимых источников питания 1; 2 или 3, цепи вводов питания каждого источника питания 1; 2 и 3 выполняются через развилку из трех выключателей 4…6; 7…9 и 11…12 соответственно. АВР выполняется между тремя вводными выключателями одной секции в две очереди. Схема примет вид, приведенный на фиг.6.
Синергический эффект: умножение преимуществ схем и явного, и неявного резерва с одновременным устранением их основных недостатков заключается в следующем:
- выбор вводных ячеек и сборных шин РУ 10 (6) кВ на нагрузку только «своей» секции;
- меньшее время срабатывания релейной защиты трансформаторного ввода;
- взаимное резервирование рабочих трансформаторов:
- отсутствие резервного трансформатора;
- равномерный износ работающих трансформаторов.
Выбор вводных ячеек и сборных шин РУ 10 (6) кВ на нагрузку только «своей» секции позволит уменьшить их габариты и стоимость.
Из чертежей (на фиг.4, 5, 6) видно, что в любом режиме через ячейку ввода и по сборным шинам будет протекать ток нагрузки одной секции и поэтому при использовании предлагаемой в изобретении схемы могут быть выбраны ячейки 10 (6) кВ 3 меньших габаритов и стоимости по сравнению с известной схемой «неявного резерва» (также известной как схема 10 (6) -1).
Меньшее время срабатывания релейной защиты трансформаторного ввода позволит снизить сечения отходящих кабельных линий при их выборе по условию невозгорания, то есть уменьшить затраты на кабельную продукцию и повысить удобство их прокладки.
Как известно, в [4] определена методика проверки кабелей на невозгорание для исключения повреждения кабелей в результате длительного протекания токов короткого замыкания (КЗ) при отключении КЗ резервной защитой присоединения вследствие нагрева токопроводящих жил кабелей до температур, при которых возможны разрывы оболочек и разрушения концевых заделок с возгоранием кабелей.
Отказ от применения на понизительных подстанциях секционных выключателей позволит уменьшить время срабатывания МТЗ ввода на ступень селективности (на сегодняшний день это примерно 0,3 с).
2
2
2
Расчеты показали, что при использовании изобретения в ряде случаев выбора отходящих кабелей по условию невозгорания будет возможно применение кабеля с жилой меньшего сечения по сравнению со схемой 10 (6) -1. В наиболее распространенных случаях (ток КЗ находится в диапазоне 7…17 кА, время отключения трансформаторного ввода - 1,0…2,1 с) ожидаемое уменьшение расчетного сечения составляет порядка 5…14 мм. А это значит, что в линейке сечений выпускаемых кабелей 70, 95, 120, 150, 185 мм, в которой шаг равен 25-30 мм, ориентировочно в 20…50% случаев выбора кабелей по условию невозгорания будет возможно применение кабеля с жилой меньшего сечения. Поскольку для выбора сечения экрана кабеля в сети 6-35 кВ производится по току двойного КЗ на землю и времени отключения трансформаторного ввода, аналогичный вывод можно сделать и о выборе экрана кабеля.
Взаимное резервирование рабочих трансформаторов обеспечит выполнение требований п.1.2.19 ПУЭ в части обеспечения надежности электроснабжения.
Отсутствие резервного трансформатора означает экономию денежных средств по его установке.
Равномерный износ работающих трансформаторов позволит повысить точность прогноза по ремонтам и замене силовых трансформаторов, обеспечит идентичность их технического состояния.
Кроме того, следует отметить, что при использовании изобретения упрощаются цепи АВР, сокращается общая протяженность кабельных связей в цепях АВР, что повышает надежность АВР, а значит и надежность электроснабжения. Наконец, СВ сам по себе является элементом электроустановки, отказ которого приводит к потере сразу двух секций, а значит его отказ от его установки - это уже само по себе преимущество.
1.4. Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Схема 10 (6) -1 «Одна секционированная выключателем (или двумя выключателями) система шин». На рисунке показаны связи между источниками питания (силовыми трансформаторами) и секциями РУ10 (6) кВ, а также между секциями РУ 10 (6) кВ типовой понизительной подстанции по схеме неявного резерва.
Фиг.2 - Схема «явного резерва». На рисунке показаны связи между источниками питания (силовыми трансформаторами) и секциями РУ 10 (6) кВ по схеме явного резерва. Такого рода схемное решение применяется в сетях собственных нужд электростанций.
Фиг.3 - Схема 110-9Н «Одна рабочая секционированная система шин с подключением трансформаторов через развилку из выключателей». Схема интересна тем, что она графически (визуально) похожа на предлагаемую в изобретении схему, но отличается режимом работы, назначением, классом напряжения.
Фиг.4 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по предлагаемой схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей». На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном двум.
Фиг.5 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей» при установке трех силовых трансформаторов. На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном трем.
Фиг.6 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей» при установке трех силовых трансформаторов для особо ответственных потребителей. На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном трем, и при повышенных требованиях к надежности электроснабжения потребителей.
1.5. Осуществление изобретения
Изобретение может быть реализовано при выполнении проектов электрических подстанций на стадии выбора, разработки и утверждения схемы электрической главной и дальнейшем строительстве подстанций на основе утвержденной проектной документации.
Список литературы
1. СТО 56947007-29.240.10.028-2009. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС). Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».
2. ВНТП 81. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций.
3. СТО 56947007-29.240.30.010-2008. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».
4. Циркуляр от 16.03.98 №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания».