Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

225
Шины ОРУ могут быть выполнены как в виде трубчатых конструкций, так и в виде гибких голых проводов, закрепленных с помощью опорных или подвесных изоляторов.
Открытое расположение элементов РУ обладает рядом преимуществ.
Прежде всего, нет ограничений на размеры используемого оборудования и расстояния между элементами, что позволяет применять такой подход для высоких классов напряжений. Кроме того, открытая конструкция нагляднее, проще в обслуживании, позволяет проводить необходимые изменения.
Однако воздействие неблагоприятных климатических факторов создает свои трудности в работе, а также площадь открытого РУ значительно больше, чем закрытого.
Закрытые РУ оборудуются в помещениях. Они предназначены для напряжений от 35 до 110 кВ, в некоторых случаях до 220 кВ. В них применяется то же оборудование, что и для ОРУ. Такие ЗРУ компактнее, но особыми преимуществами по сравнению с отрытыми не обладают.
Гораздо чаще в ЗРУ используется комплектное оборудование, а распределительные устройства такого типа называются комплектными
(КРУ).
При напряжении до 35 кВ ячейки КРУ, имеющие вид шкафов, устанавливаются в ряд вдоль стены и стягиваются в единую конструкцию.
Высоковольтные электрические соединения в ячейках выполняются шинами, то есть проводниками без изоляции, а низковольтные (цепи управления и
РЗиА) – изолированными проводами.
Для более высоких напряжений воздушная изоляция не является достаточно эффективной, поэтому коммутационные устройства помещают в элегазовую или вакуумную камеру. Элегазовые КРУ получили обозначение
КРУЭ. Они громоздки и менее надежны по сравнению с вакуумными, но вакуумные сложнее по технологии изготовления и в настоящее время несколько отстают от элегазовых по классу напряжения.

226
Основу конструкции РУ составляют секции сборных шин, к которым присоединены коммутационные элементы и другое оборудование. В простейшем случае может быть всего одна секция. Вариант такого РУ показан на рис. 151.
Рис. 151. РУ с одной секцией сборных шин
Подобная конструкция, несмотря на простоту и дешевизну, не получила широкого распространения, так как отключение или авария одного элемента приводит к обесточиванию всех остальных потребителей.
Более предпочтительны распределительные устройства с несколькими секциями сборных шин. На рис. 152 в качестве примера показана двухсекционная конструкция.
Рис. 152. РУ с двумя секциями сборных шин
Коммутационные аппараты питания и нагрузки подключены к каждой секции, а между собой секции соединены секционными выключателями.
Описанная конструкция более практична, но она тоже имеет недостатки. При проведении ремонта или обслуживания коммутационного аппарата отходящего присоединения приходится отключать все остальные присоединения данной секции. Это не всегда приемлемо. Для решения этой проблемы в схему РУ вводят обходную систему – дополнительные шины с разъединителями. Распределительное устройство с двумя сборными шинами и обходным устройством изображено на рис. 153.

227
Рис. 153. РУ с двумя секциями сборных шин и обходным устройством
4.3.4. Оборудование собственных нужд подстанции
Для обеспечения надежного функционирования подстанции необходимо выполнять множество вспомогательных действий, что требует существенных затрат электроэнергии.
Эти действия называются собственными нуждами и состоят в выполнении комплекса задач по терморегуляции, обеспечении оперативным током и сжатым воздухом.
Также к собственным нуждам относится электропитание вспомогательного оборудования: дренажных насосов, станков, инструмента и т. п.
Нормальная работа оборудования подстанции предполагает поддержание микроклимата в пределах, установленных руководящими документами и санитарными нормами. Особо жесткие требования предъявляются к преобразовательным подстанциям. В частности, в холодный период года даже при неработающем оборудовании температура воздуха в местах расположения преобразовательных устройств не должна быть ниже
+16 о
С, а в помещениях с теплообменниками +10 о
С.
В жаркий период, наоборот, нужно предотвращать перегрев оборудования. В рабочих помещениях подстанции температура воздуха не должна быть выше, чем на улице, более чем на 5 о
С, а максимальная температура не должна превышать 40 о
С. Система вентиляции должна содержать фильтры и устройства защиты от пыли. Кроме поддержания требуемой температуры воздуха, на подстанции предусматривается непосредственный обогрев отдельных шкафов, приводов, счетчиков и других элементов.

228
Из всех задач обеспечения собственных нужд наиболее сложной и ответственной является обеспечение переменным, выпрямленным и постоянным оперативным током.
Основным источником переменного оперативного тока является специальный трансформатор, называемый трансформатором собственных нужд (ТСН). В качестве дополнительных источников используются измерительные трансформаторы.
Для обеспечения дееспособности подстанции в случае аварии в ее составе имеется автономный электрогенератор, как правило, дизельный.
Трансформаторов собственных нужд на подстанции может быть несколько, в зависимости от ее роли в энергосистеме, класса напряжения и других особенностей. Если силовой трансформатор один, то ТСН обычно тоже один. Соответственно, при двух силовых трансформаторах целесообразно иметь два ТСН, а если на подстанции много ответственного оборудования, то их может быть три. Мощность одного трансформатора не должна превышать 630 кВА, но при достаточно аргументированном обосновании может достигать 1000 кВА. Внешний вид типового трансформатора собственных нужд представлен на рис. 154.
Рис. 154. Внешний вид трансформатора собственных нужд
При выборе ТСН обслуживаемые им объекты рассматриваются как обычные потребители с собственными коэффициентами графиков электрической нагрузки. По известным методикам производится расчет и определяется расчетная мощность Р
расч
. При одном ТСН его мощность Р
т должна удовлетворять условию
Р
т
≥ Р
расч
. (68)

229
На подстанции с двумя ТСН и круглосуточным дежурством персонала мощность трансформаторов должна выбираться с учетом максимально допустимой перегрузки. Она описывается соответствующим коэффициентом аварийной перегрузки К
ап
, который, как правило, имеет значение 1,4. Тогда
Р
т
≥
Р
расч
К
ап
⁄
(69)
Для варианта с тремя и более ТСН вместо К
ап в качестве делителя используется величина аварийной перегрузки П:
Р
т
≥
Р
расч
П.
⁄ (70)
Переменный оперативный ток от ТСН или измерительных трансформаторов подходит для многих целей, так как электромагнитные приводы большинства устройств подстанции на него рассчитаны. Для повышения качества электроэнергии могут применяться стабилизаторы напряжения.
Промышленность выпускает много типов ТСН. В качестве примера рассмотрим один из них – ТСЗН 15-630/10(6). В нем применены современные изоляционные материалы, позволяющие переносить повышенные температуры обмоток. Этот трансформатор сохраняет работоспособность при температуре окружающего воздуха +80 о
С и допускает перегрузку до 133 %. Основные характеристики трансформаторов данного типа приведены в табл. 8.
Таблица 8
Характеристики трансформаторов ТСЗН 25-630/10(6)
Мощность Напряжение
ВН
Напряжение
НН
Потери холостого хода, кВт
Потери
КЗ, кВт
Напряжение
КЗ
25 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,26 0,46 4,0 %
40 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,3 0,7 4,0 %
63 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,34 1,03 4,0 %

230 100 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,515 1,6 4,0 %
160 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,67 2,3 4,0 %
250 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
0,89 3,1 4,0 %
400 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
1,15 4,3 4,0 %
630 кВА
10 (6) кВ
0,4 кВ
1,5 6,4 4,0 %
Выпрямленный ток получают с помощью вентильных выпрямителей.
Он может применяться совместно с нестабилизированными и стабилизированными блоками питания для обеспечения работы автоматики, релейной защиты, приводов коммутационных аппаратов. Значительную часть выпрямленного тока потребляют аккумуляторные батареи совместно с зарядно-выпрямительными устройствами. Они являются источниками постоянного тока.
На подстанциях используются свинцовые аккумуляторы большой емкости, объединенные в батареи напряжением более 220 В. Так, например, распространенная батарея 6ССАП600 состоит из 118 элементов и имеет номинальное напряжение 283 В. Батарея разделена на две части – основную и так называемый «хвост». Основная часть содержит 105 аккумуляторов и в заряженном состоянии обеспечивает питание потребителей напряжением около 220 В. Остальные элементы используются для поддержания рабочего напряжения в заданных пределах при разряде. Аккумулятор из состава батареи подстанции изображен на рис. 155.
Рис. 155. Аккумулятор 6ССАП600
В обычном режиме эксплуатации эти аккумуляторы, как и другие свинцовые, могут прослужить 4–5 лет. На подстанциях с целью увеличения

231 срока службы до 15 лет используется режим постоянного подзаряда. Это реализуется с помощью зарядно-выпрямительного устройства (ЗВУ).
ЗВУ представляет собой специальный трансформатор с выпрямительной схемой и автоматикой, обеспечивающей различные режимы работы устройства. Трансформатор может быть как трехфазным, так и однофазным. Выпрямительная схема обеспечивает регулирование выходного напряжения и тока. В последние годы устаревшие тиристорные схемы с фазо-импульсным регулированием вытесняются транзисторными.
Типовой режим работы устройства – подзаряд слабыми токами – не требует особо большой мощности, однако ЗВУ еще является источником постоянного оперативного тока. Также для профилактики сульфатации пластин аккумуляторов требуется периодически проводить контрольно- тренировочные циклы нормальным зарядным током – около 60А. Поэтому мощность устройства должна быть порядка 20 кВт, что предполагает применение мощных электронных компонентов.
Дополнительные способы продления срока службы аккумуляторных батарей заключаются в обеспечении оптимальных условий эксплуатации и контроле каждого элемента аккумуляторной батареи. С этой целью помещение, где размещается батарея, обеспечивается надлежащим кондиционированием воздуха, обеспечивается постоянный контроль уровня электролита в каждом аккумуляторе. Для этого его корпус изготавливается из прозрачного материала. Контроль уровня электролита может быть как визуальным, то есть при обходах, так и автоматическим. При наличии прозрачного корпуса для этого могут быть использованы оптические датчики, реагирующие на изменение коэффициента преломления.
На стадии внедрения находятся методы контроля температуры каждого аккумулятора в батарее с помощью полупроводниковых термодатчиков, а также контроля его выходного напряжения. Описанные меры позволяют быстро распознать короткое замыкание в аккумуляторе и принять

232 необходимые меры. Это не сложно, потому что при замыкании аккумулятор сильно нагревается, а его напряжение резко падает.
Научный прогресс коснулся и конструкции ЗВУ. Есть предложения проводить контрольно-тренировочные циклы аккумуляторных батарей асимметричным током. Это означает, что импульсы зарядного тока чередуются с разрядом батареи. Соотношение зарядного и разрядного токов
10:1. Считается, что такой режим способствует десульфатации пластин и тем самым продлевает срок службы аккумуляторов.
Для управления средствами обеспечения собственных нужд подстанции применяются комплектные устройства – щиты переменного и постоянного тока. Щит переменного тока обеспечивает, кроме коммутации, защиту цепей переменного тока и автоматический переход на резервную линию электропередачи. Щит постоянного тока предназначен для питания всевозможной автоматики и работает совместно с аккумуляторной батареей и зарядным устройством для нее.
Внешний вид типового щита переменного тока показан на рис. 156.
Рис. 156. Внешний вид щита переменного тока
Он обеспечивает надежное функционирование всех потребителей данного рода тока на подстанции, а также защищает их от коротких замыканий, перегрузки и других аварийных ситуаций. Он осуществляет распределение трехфазного и однофазного тока напряжением 400 В.
Щит имеет, как правило, сейсмостойкое исполнение и конструктивно представляет собой комплект ячеек с автоматическими выключателями и защитными устройствами обслуживаемых электрических цепей. Он запитывается от описанных выше источников переменного напряжения и обязательно комплектуется системой автоматического ввода резерва.

233
Щит постоянного тока обеспечивает управление всеми потребителями постоянного тока подстанции – от аварийного освещения до высоковольтных выключателей. Его основным источником электроэнергии являются штатные выпрямители, а резервным – аккумуляторная батарея. Он может быть комплектным устройством или разрабатываться по проекту заказчика.
Кроме силовой части, его основными функциональными элементами являются вспомогательные системы, отвечающие за сигнализацию, контроль качества напряжения, мониторинг функционирования и т. п.
Вспомогательные системы могут иметь разнообразное исполнение в соответствии с желанием заказчика. Сигнализация может включать охранную, противопожарную и иные подсистемы. Контроль фидеров отслеживает значения токов и напряжений в них, а также состояние изоляции. Особое значение имеет система контроля состояния и режима работы аккумуляторных батарей. Она должна обеспечивать контроль токов заряда и разряда в различных режимах работы, а также параметры зарядно- выпрямительного устройства.
Аварийные ситуации распознаются автоматически и передаются на диспетчерский пункт.
Конструктивно щит постоянного тока объединяет несколько шкафов, которые на месте установки собираются в единое целое.