Устаткування трансформаторних підстанцій
Складна ієрархія сучасних електричних мереж включає в себе величезну кількість різного електротехнічного обладнання, серед якого трансформаторні підстанції виконують роль ланки, що пов'язує і перерозподіляє електроенергію. Вони розташовуються близько або в межах населених пунктів та забезпечують комфортні умови для проживання людей.
У сільській місцевості ще можна зустріти конструкції старих стовпових підстанцій, які працюють на відкритому повітрі, які приймають по високій стороні повітряної лінії 10 або 6 кВ і віддають 0,4 підключеним споживачам.
Всередині населених пунктах з багатоповерховими будинками з метою безпеки частіше застосовуються кабельні лінії, приховані в землі, а трансформаторне обладнання розташовується всередині спеціальних споруд, закритих на замки від несанкціонованого проникнення.
Будівля подібної трансформаторної підстанції, перетворюючої напругу 10 кВ в 0,4 показано на фотографії.
Зовнішня відмінність габаритів показаних підстанцій, що перетворюють напруги однакових величин, свідчить про те, що вони оперують різними потужностями.
Подібні трансформаторні підстанції (ТП) отримують електроенергію по високовольтних лініях електропередач 10 кВ (або 6) від віддалених розподільних пристроїв.
Фотографія силового трансформатора, розташованого на ВРП-110 і здійснює перетворення електроенергії 110 кВ в 10, що передається по ЛЕП на ПС-10, показана на черговий фотографії.
Цей трансформатор має вже великі габарити і оперує з потужностями до 10 мегават, розташовується на відкритій, обгородженій території, яка конструкцією обладнання чітко розмежована на дві сторони:
- - вищого напруги 110;
- - нижчого - 10 кВ.
Сторона 110 кВ повітряної ЛЕП з'єднується з іншого підстанцією, яка має ще більші габарити і перетворює величезні енергетичні потоки.
План її розміщення, габарити і структурний поділ на зони за типом напруги показані на фотографії.
Розміри тільки вступної опори одиничної повітряної ЛЕП дозволяють візуально оцінити значущість потоків електроенергії, що пропускаються через неї.
Наведені фотографії свідчать, що трансформаторні підстанції в енергетиці переробляють енергію електрики різних напруг і потужностей, монтуються різноманітними конструкціями, але мають загальні риси.
Склад обладнання трансформаторної підстанції
Кожна ПС створюється під конкретні умови експлуатації з розташуванням:
- - на відкритому повітрі - відкриті розподільні пристрої (ВРП);
- - всередині закритих приміщень - ЗРУ;
- - в металевих шафах, вбудованих в спеціальні комплекти - КРУ.
- За типом конфігурації електричної мережі трансформаторні ПС можуть виконуватися:
- - тупиковими, коли вони живляться по одній або двом радіально підключеним ЛЕП, які не мають інші ПС;
- - відгалужувальними - приєднуються до однієї (іноді двом), що проходить ЛЕП за допомогою відгалужень. Проходив лінії живлять інші підстанції;
- - прохідними - підключені за рахунок заходу ЛЕП з двостороннім харчуванням методом «врізу»;
- - вузловими - приєднуються за принципом створення вузла за рахунок не менше ніж трьох ліній.
Конфігурація мережі електропостачання накладає умови на робочі характеристики підстанції, включаючи настройку захистів для забезпечення безпечної роботи.
Основні елементи ПС
До складу обладнання будь-якої підстанції входять:
- - силовий трансформатор, який безпосередньо здійснює перетворення електроенергії для її подальшого розподілу;
- - шини, що забезпечують підведення приходить напруги і відведення навантажень;
- - силові комутаційні апарати з тоководов, що дозволяють перерозподіляти електроенергію;
- - системи захистів, автоматики, управління, сигналізації, вимірювання;
- - вступні та допоміжні пристрої.
Він є основним перетворює елементом електроенергії і виконується трифазним виконанням. У його конструкцію входять:
Більш детально пристрій силового трансформатора та автотрансформатора викладено в іншій статті.
Щоб трансформатор працював до нього треба підвести напругу і відвести перетворене напруга. Це завдання покладено на струмопровідні частини, які називають шинами і ошиновкой. Вони повинні надійно передавати електричну енергію, володіючи мінімальними втратами напруги.
Для цього їх створюють з матеріалів з поліпшеними струмопровідними властивостями і підвищеним поперечним перерізом. Залежно від розмірів ПС шини можуть розташовуватися на відкритому повітрі або усередині закритого споруди.
Шини і ошиновка електрично розділяються між собою положенням силового вимикача. Причому ошиновка без будь-яких комутаційних апаратів безпосередньо підключена до вводів трансформатора. Її конструкція не повинна створювати механічної напруги в порцелянових і всіх інших деталях вводів.
Для ошиновки використовують кабелі або пластини, які монтують на мідні шпильки трансформаторних вводів через наконечники або перехідники.
У підстанцій, захищених від впливу атмосферних опадів, шини зазвичай роблять цільними алюмінієвими або рідше мідними смугами. На відкритому повітрі для них частіше використовують багатожильні не закриті шаром ізоляції проводу підвищеного перетину і міцності.
Однак, останнім часом намітився перехід на системи шин, що встановлюються жорстко. Це дозволяє економити площу на ВРП, метал струмоведучих частин і бетон.
Такі конструкції застосовуються на нових споруджуваних підстанціях. За їх основи взяті зразки, успішно працюють кілька десятиліть в країнах Заходу на обладнанні 110, 330 і 500 кВ.
Для розташування шин застосовується певна конфігурація, яка може використовувати:
Під терміном «система шин» мається на увазі комплект силових елементів, що включають всі приєднання на розподільчому пристрої. На підстанціях з двома трансформаторами одного напруги створюються дві системи шин, кожна з яких живиться від свого джерела.
Протяжна система шин при великій кількості приєднань може поділятися на окремі ділянки, які називаються секціями.
Силові комутаційні апарати
Трансформаторні підстанції при експлуатації необхідно підключати під напругу або виводити з роботи для профілактичного обслуговування або в разі виникнення аварійних ситуацій і несправностей. З цією метою використовуються комутаційні апарати, які створюються різними конструкціями і можуть:
1. відключати аварійні струми максимально можливих величин;
2. коммутировать тільки робочі навантаження;
3. забезпечувати розрив видимої ділянки електричної схеми за рахунок переключення тільки при знятому з обладнання напрузі.
Комутаційні апарати, здатні відключати аварійні ситуації, працюють в автоматичному режимі і мають назву «автоматичними вимикачами». Вони створюються з різними можливостями комутації навантажень за рахунок конструктивних особливостей.
За принципом використання збереженої енергії, закладеної в роботу виконавчого механізму, їх поділяють на:
Для управління виключно робочими режимами, що характеризуються лише номінальними параметрами мережі, створюються «вимикачі навантаження». Потужність їх контактної системи і швидкість роботи дозволяють успішно переключатися при звичайному стані схеми. Але, ними не можна оперувати для ліквідації коротких замикань.
При розриві електричного кола під навантаженням створюється електрична дуга, яка ліквідується конструкцією вимикача. У знеструмленій схемою для відділення певної ділянки від напруги використовують більш прості пристрої:
Роз'єднувачами оперують, як правило, вручну при знятій напрузі. На підстанціях 330 кВ і вище управління роз'єднувачами здійснюється електродвигунами. Це пояснюється великими габаритами і механічними зусиллями, які складно подолати вручну.
При включенні роз'єднувача ділянку його ланцюга збирається в електричну схему, а при відключенні - виводиться.
Отделители створюються для автоматичного розподілу напруги з ділянки, що захищається при створенні на ньому бестоковой паузи віддаленим вимикачем. Більш докладно робота отделителя викладена в цій статті.
Взаємне розташування комутаційних апаратів і шин
Будь-яка трансформаторна підстанція створюється за певною електричній схемі, яка передбачає забезпечення надійної роботи, простоти управління в поєднанні з мінімумом витрат на введення і експлуатацію. З цією метою до трансформаторного пристрою різними способами підключаються відходять ЛЕП.
Найбільш проста схема передбачає підключення до ТП за допомогою силового вимикача Q однієї секції шин, від якої відходять всі приєднання. Для забезпечення умов безпечного ремонту обладнання вимикачі з усіх боків відокремлюються роз'єднувачами.
Якщо на ПС багато приєднань, коли в схемі використовуються 2 силових трансформатора, то може застосовуватися секціонування за рахунок використання додаткового вимикача, який постійно знаходиться в роботі, а при виникненні несправності на одній із секцій розриває ланцюг, залишаючи в роботі ту секцію, де немає поломки .
Використання в такій схемі обхідної системи шин, утвореної за рахунок підключення додаткових вимикачів і невеликого коректування електричних ланцюгів, дозволяє переводити будь приєднання на харчування від обхідного вимикача, безпечно виконувати ремонт і обслуговування власного.
Великими зручностями обслуговування і підвищеною надійністю володіють розподільні пристрої, зібрані на основі двох робочих систем шин з обхідний, коли вони додатково розділені на секції.
У початковому стані всі відходять ЛЕП отримують електроенергію від обох трансформаторів. Для цього шинні і секційні вимикачі живлять секції шин, а приєднання рівномірно розподілені по ним через свої комутаційні пристрої.
Обхідна СШ кожної секції вводиться під напругу тільки для випадку переведення через неї харчування приєднання, вимикач якого виведений в ремонт.
При виникненні короткого замикання на одній із секцій вона відключається захистами з усіх боків, а всі інші з підключеними до них ЛЕП залишаються в роботі. За рахунок такої схеми при КЗ на ОРУ знеструмлюється мінімальну кількість споживачів - ¼ від усіх працюючих.
Наведені схеми показані для прикладу. Їх існує велика різноманітність, яке дозволяє найбільш оптимально експлуатувати обладнання трансформаторної підстанції.
Захисту, автоматика, системи управління
Робота обладнання трансформаторної підстанції відбувається в автоматичному режимі під дистанційним спостереженням оперативного персоналу. Щоб запобігти серйозні пошкодження всередині складної дорогої системи застосовуються автоматичні захисні пристрої.
Вони мають чутливі датчики, які сприймають початок виникнення аварійних процесів і, обробляючи отриману інформацію, передають її на захисту.
Такими датчиками можуть працювати механічні прилади, що реагують на:
- - підвищення температури;
- - виникнення спалаху світла;
- - різке зростання тиску всередині закритої осередку;
- - утворення диму;
- - початок газоутворення всередині рідин або інші ознаки.
Однак, основне навантаження по визначенню початку аварійних режимів покладено на електричні пристрої - вимірювальні трансформатори струму і трансформатори напруги.
Вони з високою точністю моделюють електричні процеси, що відбуваються в первинній схемі силового обладнання і передають їх до органів порівняння, які визначають момент виникнення несправностей.
Отриманий сигнал від них сприймають логічні блоки, обробні інформацію, що надійшла для передачі виконавчої команди на пристрої, що вимикають конкретних автоматичних вимикачів.
У малогабаритних трансформаторних підстанцій, розміщених всередині критих спорудах, захисту можуть розташовуватися в окремій клітинці або шафі.
На підстанціях, що перетворюють напругу 110 кВ і вище, для розміщення релейних вторинних ланцюгів потрібно окрема будівля з великою кількістю панелей. На них монтують системи управління, автоматики та захисту:
До цих пристроїв підключаються системи сигналізації, що працюють в місцевому і дистанційному режимі для передачі оперативному персоналу достовірних відомостей про події комутаціях в електричній мережі. Найбільш важлива інформація про стан відповідальних елементів обладнання передаються по каналах телесигналізації.
Використовувані багато десятиліть релейні захисту поступово витісняються мікропроцесорними малогабаритними модулями, що полегшують експлуатацію.
Однак, їх масове використання стримується високою вартістю і відсутністю точних міжнародних стандартів для всіх виробників. Адже при поломці окремого специфічного блоку користувачеві доводиться звертатися до конкретного заводу для заміни виниклої несправності.