ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ

Электрическая трансформаторная подстанция является электрической установкой электросети и относится к тупиковым открытым повышающим трансформаторным подстанциям. Может быть использована в электрической сети переменного трехфазного тока для транзита к промышленному предприятию-потребителю на расстояние более 7 км.
Аналогичными техническими решениями, традиционно использующимися в области электропередачи, являются электрические сети, включающие воздушные распределительные или питающие ЛЭП среднего напряжения, а также электрические подстанции.
Технологические возможности ЛЭП ограничены потерями электроэнергии и, следовательно, снижением номинального напряжения при передаче электроэнергии от источника питания к потребителю электрической энергии.
В группе аналогов известны электрические повышающие и понижающие подстанции, в т.ч. комплектные трансформаторные подстанции, трансформаторные подстанции киоскового типа, включающие вводное устройство, распределительное устройство, силовые трансформаторы. Например, подстанция трансформаторная комплектная [Патент РФ на изобретение 2164049], подстанция двухтрансформаторная комплектная [Патент РФ на полезную модель 61473], Chamber type communication transforming plant for lifting voltage from 10 kV to 20 kV /Передающая трансформаторная подстанция киоскового типа для повышения напряжение от 10 кВ до 20 кВ [Patent utility model CN 201247917 (Y)], повышающая трансформаторная подстанция комплектная КТП 0,4/10 кВ 0,4/6 кВ 6/10 кВ /Холдинг трансформаторные технологии [http://transtechno2.ru/ktp_tv_v].
К этой же группе известных аналогичных электрических подстанций относится электрическая подстанция открытого типа для передачи трехфазного тока высокого и среднего напряжения, включающая терминалы ввода и распределения и один или два трансформатора [WO 0052799 (А1) Electric substation].
Известные аналогичные электрические трансформаторные подстанции, предназначенные для передачи электроэнергии и изменения - повышения или понижения - напряжения в широком диапазоне - не менее 10-ти кратного, обусловливают сокращение технологических возможностей при поддержании номинального напряжения электросети для потребителя, находящегося на большом расстоянии от генерирующих источников. Кроме того, указанные аналоги характеризуются высокими капитальными затратами.
Прототипом полезной модели является схема двухтрансформаторной подстанции [Электрооборудование станций и подстанций. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. М., Энергоатомиздат, 1987. С.409-411, 439]. Подстанция содержит два блока «трансформатор-линия» и линию потребителя. Каждый из блоков включает по два выключателя на линии со стороны высокого и со стороны низкого напряжения, разъединитель, отделитель, короткозамыкатель. Линии обоих блоков соединены неавтоматической перемычкой между разъединителями и отделителями. На перемычке расположены два разъединителя.
Недостатком известной подстанции является снижение эффективности передачи электрической энергии на большие расстояния.
Задачей полезной модели является повышение эффективности передачи электрической энергии на большие расстояния, снижение капитальных затрат.
Задача решается тем, что в электрической трансформаторной подстанции, которая содержит две соединенные перемычкой трансформаторные линии, каждая из которых состоит из трансформатора, коммутационной и защитной аппаратуры со стороны низкого напряжения, вводного устройства со стороны высокого напряжения трансформатора, согласно полезной модели, в каждой линии последовательно установлены повышающие трансформаторы, расположенные в зоне потребления электрической энергии, подключательные пункты нижнего напряжения трансформатора и разъединители. Вводное устройство выполнено в виде комплектного распределительного устройства наружного типа и соединено с отходящей линией потребителя. Перемычка между трансформаторными линиями расположена между подключательным пунктом нижнего напряжения трансформатора и разъединителем каждой из линий. На перемычке установлены разъединители.
Трансформаторные линии могут быть выполнены без перемычки.
Под зоной потребления электрической энергии понимается промышленная площадка, на которой расположено промышленное или другое, например, бытовое, предприятие-потребитель.
Техническим результатом полезной модели является энергетическая стабильность работы удаленного потребителя электрической энергии, с одновременным повышением надежности работы генерирующих агрегатов, что достигается установкой повышающего трансформатора в зоне потребления электрической энергии, а также установкой коммутирующей аппаратуры.
Техническим результатом полезной модели является также снижение капитальных затрат на строительство ТП.
Представлена схема электрической трансформаторной подстанции (ТП). Электрическая ТП состоит из двух трансформаторных линий, комплектного распределительного устройства наружного типа (КРУН), отходящей линии потребителя, систем вспомогательного оборудования.
Каждая из трансформаторных линий содержит повышающий трансформатор 1, подключательные пункты 2 нижнего (первичного) напряжения трансформатора 1, разъединители 3. Между трансформаторными линиями установлена перемычка, на которой расположены разъединители 4. Электрические провода 5 переменного трехфазного тока подвешены на опорах (на схеме не обозначены) при помощи изоляторов между питающей ЛЭП 7 и КРУН 6. ЛЭП 7 соединена с ЛЭП источника электроэнергии, например, ТЭЦ или ЕЭС (на схеме не показаны) отпайкой.
КРУН 6 установлен со стороны высшего напряжения трансформаторов 1 и представляет собой шкафы с вводными ячейками, сборными шинами, отходящими распределительными ячейками и устройствами защиты и управления, в т.ч. изолированным нейтральным проводом. Ячейки, шины, устройства защиты и управления на чертеже не показаны. КРУН 6 соединен с отходящей линией потребителя 8 посредством фидеров (на схеме не показаны).
Кроме того, ТП включает следующие системы вспомогательного оборудования (на схеме не показаны): система питания собственных нужд подстанции, которая содержит трансформатор собственных нужд и аккумуляторы, установленые в шкафах КРУН 6; система заземления, состоящая из вертикальных заземлителей, установленных в скважинах, и горизонтального заземлителя, соединенного с металлоконструкциями под оборудование; система молниезащиты, состоящая из двух отдельных вертикальных молниеотводов, соединенных с горизонтальным заземлителем; система освещения; система сбора трансформаторного масла.
ТП может быть выполнена без перемычки между трансформаторными линиями.
Электрическая ТП работает в нормальном режиме следующим образом. Электрический ток напряжением 6 кВ поступает от источника электроэнергии по ЛЭП 7 на ТП. В результате большой протяженности ЛЭП 7 и потерь электроэнергии, происходит падение напряжения на ≈8%.
Ток поступает на подключательные пункты 2, затем одновременно в обе трансформаторные линии. Разъединители 3 находятся в замкнутом положении. Ток поступает на обмотку первичного напряжения каждого трансформатора 1. Получают ток напряжением 6,3 кВ с обмоток высшего напряжения трансформаторов 1. Далее ток поступает на КРУН 6 последовательно во вводные ячейки, на сборные шины, в отходящие ячейки КРУН 6, и далее через фидеры - в отходящую линию потребителя 8.
Электрическая ТП работает в аварийном режиме следующим образом.
При коротком межфазном (двухфазном или трехфазном) замыкании в линии потребителя 8, а также при коротком замыкании на землю на линиях потребителя 8 срабатывает защита, в т.ч. максимальная токовая защита (МТЗ), токовая отсечка, защита от замыкания на землю. Происходит отключение соответствующей отходящей ячейки или нескольких ячеек КРУН 6. Прекращается подача тока от этих ячеек в отходящую линию потребителя 8. Ведут восстановление работы отключенных ячеек, восстанавливают подачу тока в отходящую линию потребителя 8.
При перегрузке в линии потребителя 8 срабатывает МТЗ. Цепь размыкается на соответствующей отходящей ячейке или нескольких ячейках КРУН 6. Прекращается подача тока от этих ячеек в отходящую линию потребителя 8. Ведут восстановление работы отключенной ячейки, восстанавливают подачу тока в отходящую линию потребителя 8.
При коротком замыкании в линиях 8 в месте отпайки отключается подключательный пункт 3, прекращается подача тока на трансформатор 1.
При коротком замыкании на сборных шинах в КРУН 6 срабатывает токовая отсечка на соответствующей вводной ячейке или нескольких ячейках КРУН 6, прекращается подача тока от этих ячеек в отходящую линию потребителя 8. Ведут восстановление работы отключенных ячеек, восстанавливают подачу тока в отходящую линию потребителя 8.
При коротком замыкании на трансформаторах 1 срабатывает газовая защита или токовая отсечка на соответствующей вводной ячейке или нескольких ячейках КРУН 6. Срабатывает выключатель подключательного пункта 3. Прекращают подачу тока на трансформатор 1. Ведут восстановление работы трансформатора, восстанавливают подачу тока в трансформатор 1.
При аварии или при плановом отключении одной из линий подают питание с действующей линии на трансформатор 1 аварийной линии по перемычке с разъединителями 4.
Пример. Электрическая ТП расположена на открытой площадке золоторудного месторождения Титимухта Олимпиадинского ГОКа. Подстанция расположена на расстоянии 11,2 км от распределительной подстанции Олимпиадинская ПС 110/6 кВ.
В каждой из двух трансформаторных линий установлен трансформатор силовой масляный трехфазный наружной установки ТМ-4000/5,8/6,3 УХЛ 1 индивидуального изготовления с регулировкой напряжения по стороне 5,8 в диапазоне ±2×2,5%. Трансформаторные линии соединены с КРУН марки КРУ-59 из шкафов в количестве 16 штук. Провода ТП выполнены сталеалюминиевыми АС 3032.
Оборудование ТП установлено на лежневые фундаменты.
Кроме того, электрическая ТП включает вспомогательное оборудование - трансформатор собственных нужд, аккумуляторы, расположенные в шкафах КРУН. Система заземления выполнена из вертикальных искусственных заземлителей, установленных в скважинах, и горизонтального заземлителя в виде контура заземления. Установлены два молниеотвода, один из которых расположен на отдельно стоящей мачте, второй - на концевой опоре ЛЭП. Молниеотводы соединены с контуром заземления. Осветительный прожектор ИО 04-1000-001 установлен на железобетонной стойке. Под трансформаторами установлены маслоприемники.
Электрический ток мощностью 4000 кВт напряжением 6 кВ подают от распределительной подстанции ПС 110/6 кВ по ЛЭП на ТП. В результате потерь электроэнергии происходит падение напряжения до 5,8 кВ. В повышающей обмотке трансформаторов напряжение повышают до 6,3 кВ, подают в отходящую линию потребителя. Потребитель электроэнергии - карьерное и дробильное оборудование. Ведут бесперебойное снабжение потребителя электрическим током напряжением, соответствующим ГОСТ 13109-97 «Качество электрической сети».