Электрическая подстанция Советский патент 1981 года по МПК H02J3/00 

(5) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОДСТАНЦИЯ

Изобретейие относится к электроэнергетике, а именно к устройствам для преобразования и распределения электрической энергии. Известна трансформаторная подста ция, содержащая на стороне низшего напряжения две секционированные выключателями системы сборных шин со сдвоенными реакторами навводах низ шего напряжения силовых трансформаторов, в которой секционными выключателями соединены секции одноименных систем шин l. Недостатками схемы электрических соединений известной трехтрансформаторной подстанции являются снижение надежности электроснабжения потребителей при аварийном или ремонтном отключении одного из трансформаторов так как один из двух оставшихся в работе трансформаторов должен обеспечить питание четырех секций сборны шин и по мощности быть рассчитан на ИХ нагрузку, а также большое количество секционных выключателей. Известна также электрическая подстанция, содержащая трансформаторы, к низкой стороне которых подключены сдвоенные реакторы, и расИределительное устройство низкого напряжения с двумя параллельными секционированными системами шин, секции которых нахо дятся друг под другом, к которым подключены ветви сдвоенных реакторов через выключатели, причем соседние секции разных систем шин соединены попарно друг с другом через секционные выключатели. Такая схема обеспечивает распределение нагрузки при отключении любого трансформатора равномерно на два оставшихся в работе, чем достигается увеличение степени надежности электроснабжения потребителей и снижение мощности трансформаторов, а также уменьшение количества секционных выключателей с четырех до трех Cz. Однако при отключении любого из трех трансформаторов каждый из оставшихся двух трансформаторов питает через одну из ветвей сдвоенного реак тора две последовательно соединенные секции без возможности подключения перегруженных: цепей на параллельную работу от указанных трансформаторов с целью обеспечения равномерной нагрузки на трансформаторы и снижения величин падения напряжения на перегруженных ветвях сдвоенных реакторов Кроме того, снижается надежность электроснабжения потребителей при аварийном отключении одного трансфор матора из двух оставшихся в период планового ремонта любого из трех трансформаторов в связи с полным обе точением двух секций. Уменьшение только количества секционных выключателей проектных типов с четырех до трех при общем числе оставшихся выключателей одинакового типа в коли честве девяти . комплектов весьма недостаточно с точки зрения эффектив,ности повышения надежности работы электрической подстанции и экономичности ее проектирования. Недостатком устройства является также и то, что при работе двух трансформаторов разность напряжений на последовательно соединенных секциях по отношению к одной секции может быть ниже минимально допустимых норм. При этом в связи с относительно частыми повреждениями секционных электромагнитных выключателей сопротивления реакторов, работающих в сквозном режиме, должны быть достаточными по величине для ограничения больших токов короткого замыкания на сборных шинах с номинальным напряжением до 35 кВ включительно, что в свою очередь ведет к увеличению на них падения напряжения и недопустимому снижению напряжения на неповреж денных секциях еще до момента отключения поврежденной секции. Указанные отрицательные факторы особенно наглядны при работе двух или одного трансформатора. Известная схема электрической подстанции не способствует снижению вероятности возникновения внутренних перенапряжений, свойственных сетям с изолированной нейтралью, особенно перенапряжений при неполнофазном режиме, однофазном замыкании на зем лю и феррорезонансных явлениях. )4 Кроме того, эта схема совершенно еприемлима в основной, наиболее ответственный период ее монтажа и ввоа в эксплуатацию в связи с невозожностью необходимого питания всех секций строящегося потребителя временно заниженной мощности от одного трансформатора в течение определенного периода. Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения потребителей. Поставленная цель достигается тем, что электрическая подстанция, содержащая трансформаторы, к низкой сторсзне которых подключены сдвоенные реакторы, и распределительное устройство низкого напряжения с двумя параллельными секционированными системами шин, к которым подключены ветви сдвоенных реакторов, одна через выключатель, причем соседние секции разных систем шин соединены попарно друг с другом через секционные выключатели, дополнительно содержит основные выключатели, через которые сдвоенные реакторы подключаются к низкой стороне трансформаторов, а ветви каждого сдвоенного реактора присоединены к соседним секциям разных систем шин, не имеющим соединения друг с другом через секционные выключатели, причем ветвь каждого реактора, присоединяемая не через выключатель, подключена к секции шин непосредственно. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, К трансформаторам 1-3 подключены сдвоенные реакторы через выключатели . Одна из ветвей каждого . сдвоенного реактора -6 подключена через выключатели 10-12 к секциям 13 15 системы шин 16, а другая ветвь каждого сдвоенного реактора 4-6 подключена к секциям системы шин 20. Секции 17ии, 18и15, 13и1,5 соединены друг с другом попарно через секционные выключатели 21-23. В нормальном режиме работы подстанции трансформаторы 1-3 через выключатели сдвоенные реакторы -б и секционные выключатели 10-12 питают разноименные секции 15, 17,13, 18, Ui, 19 разноименных систем сборных ши н 16 и 20. Раздельная работа всех трансформаторов 1-3 на стороне низшего напря жения для ограничения токов короткогс замыкания, снижения величины емкост.ного тока замыкания одной фазы на землю, а следовательно, и ограничения внутренних перенапряжений, обеспечи вается указанным подключением сдвоен ных реакторов 4-6 через выключатели 7-9 и 10-12 в аварийном режиме. При ремонтном или аварийном отклю чении в результате повреждения одного из трансформаторов 1-3, например трансформатора 1, выключателем 7, потребители, подключенные к секции 15, обеспечиваются питанием от трансформатора 2 путем включения секцион ного выключателя 23, а потребители, подключенные к секции 17, обеспечиваются питанием от трансформатора 3 путем включения секционного выключателя 22. Кроме того, автоматический переход сдвоенного реактора k из сквозного режима в продольный режим между секциями 15 и 17, когда его магнитны потоки самоиндукции и взаимоиндукции направлены согласно, в нормальном режиме работы при незначительном перетоке мощности способствует выравниванию напряжений между указанными секциями 15 и 17, а в момент возникн вения короткого замыкания у потребителей, питаемых от последовательно соединенных секций 18, 15 или 1, 17 соответственно, способствует в ре зультате максимального индуктивного сопротивления весьма эффективному ограничению токов короткого замыкания на секциях до отключения выключателя 22 или 17 до отключения выключателя 10 при питании названных секций со стороны трансформатора 2, и на секциях 18 до отключения выключателя 23 или 15 до отключения выклю чателя 10 при питании названных секций со стороны трансформатора 3. В случае наличия отклонения напряжений на секциях 15 и 17 в допустимых нормами пределах и,с целью более эффективного ограничения токов короткого замыкания на секциях 18, 15 и 1, 17, целесообразно, с точки зрения снижения электрических потерь, отключить секционный выключатель 10. При работе в указанном режиме в предлагаемой схеме электрической под станции количество секционных выключателей 11, 12, 22 и 23, находящихся во включенном состоянии на стороне пониженного напряжения, снижено с шести до четырех, что способствует t6 повышению надежности электроснабжения потребителей. Вероятность возникновения короткого замыкания на секциях 18 или 19 на порядок ниже вероятности повреждения выключателя. Однако в случае возникновения тока короткого замыкания на секции 18 отключаются трансформатор 2 выключатёлем 8 и секционный выключатель 23 со стороны трансформатора 3. Питание секции 13 осуществляется со стороны трансформатора 3 от секции 19 включением секционного выключателя 21 после предварительного отключения секционного выключателя 11. При возникновении тока короткого замыкания на секции 13 отключаются трансформатор 3 выключателем 9 и секционный выключатель 12 со стороны трансформа тора 2. Питание секции 14 со стороны трансформатора 2 сохраняется через секционный выключатель 22 от секции 17. Отключение трансформаторов 2 или 3 при коротком замыкании на секциях 18 или 19 весьма кратковременно и определяется временем отключения разъединителей указанных секций и временем включения указанных выключателей. Одним из существенных преимуществ предлагаемой схемы электрической подстанции при питании от двух трансформаторов 2 и 3 является более успешное отключение токов короткого замыкания со стороны трансформаторов 2 и 3 масляными выключателями , а отключающая способность секционных выключателей 21-23 дополнительно повышена в результате наличия в цепи сдвоенного реактора 4-6, работающего в продольном режиме. Кроме того, при переходе сдвоенных реакторов 4-6 из сквозного режима в продольный их резко возросшие сопротивления исключают вероятность возникновения перенапряжений резонансного типа в возникающих контурах питаемой схемы пониженного напряжения как по току,так и по напряжению опасных для изоляции величин. При возникновении сочетания комплексных факторов ремонтного и аварийного режимов или в начальный период монтажа электрической подстанции возникает необходимость питания обеих систем шин 16 и 20 от одного из трансформаторов, например от трансформатора 1 , через выключатель 7 и сдвоенный реактор 4, работающий в сквозном режиме. От одной ветви реак тора k через выключатель 10 питается секция 15, от которой через выключатель 23 питается секция 18, а от нее через сдвоенный реактор 5, работающи в продольном режиме, и выключатель 1 питается секция 1 3.0т другой ветви реактора питается непосредственно секция 17,от которой через выключатель 22 питается секция 14,а от нее через выключатель 12 и сдвоенный реактор 6-, работающий в продольном режиме, пита ется секция 19. Комплексные взаимодействия реакто ра k, работающего в сквозном режиме, с реакторами 5 и 6, работающими в продольном режиме, также имеют свои преимущества. При раздельном питании последовательно соединенных секций 15, 18, 13 и 1, 14, 19 в нормальном режиме работы реакторы 5 и 6 способствуют выравниванию напряжений и, в случае необходимости,-перетоку соответствую щих мощностей между секциями 18, 13 и 14, 19 соответственно, а при возникновении токов короткого замыкания на секциях 13 или 19 указанные реакторы 5 и 6 способствуют его эффектив ному ограничению до отключения выключателей 11 или 12. С целью необходимости обеспечения дополнительной надежности питания по требителей в части выравнивания на„f „ пряжении и перетока мощностей в нормальном режиме работы включается выключатель 21 между секциями 13 и 19. В случае возникновения токов короткого замыкания на указанных секциях при таком режиме не снижается, а повышается эффективность их ограничения, ибо при коротких замыканиях на секции 13 или 19 токи короткого замыкания ограничиваются лучами реактора 4, работающего в сквозном режиме, и реакторами 5 и 6, работающими в продольном режиме, от отключения. выключателей 11, 21 или 12, 21 соот ветственно. Возникшие токи короткого замыкания на секциях 15, 18 и 17, 14 до отключения выключателя 21 ограничиваются еще эффективнее в связи с. последовательным соединением реакторов 5 и 6, работающих в продольном режиме, со стороны питания от соответствующих лучей реактора 4, ра ботающего в сквозном . Таким образом, при питании предлааемой электрической подстанции от дного трансформатора 1 пять секций 5, 18, 13, 19, 14, вместо четырех в звестной, обеспечиваются надежным итанием в связи с наличием выключаелей со стороны каждого луча сдвонного реактора 4, работающего в квозном режиме, на случай необходиости отключения тока короткого замыкания, возникшего на соответствующей секции. Работа сдвоенных реакторов 4-6 в продольном режиме в этом варианте питания электрической подстанции исключает вероятность возникновения перенапряжений резонансного типа в контурах питаемой схемы. Отключение трансформатора 1 при коротком замыкании на секции 17 кратковременно и практически определяется временем отключения разъединителя указанной секции 17. При работе силовых трансформаторов очень важен выбор режима заземления нейтрали обмотки высокого напряжения с точки зрения не только ограничения однофазных токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений, но и вероятности возникновения емкостной передачи перенапряжений с обмотки высокого напряжения на обмотку пониженного напряжения в трансформаторе,. Емкостная связь между обмотками силового трансформатора достигает максимальной величины при изолированной нейтрали обмотки высокого напряжения, что необходимо делать на мощных узловых подстанциях с точки зрения ограничения однофазных токов короткого замыкания. С целью ограничения перенапряжений, опасных для изоляции обмотки пониженного напряжения при указанном режиме нейтрали, рекомендуется подключать к выводам указанных обмоток, особенно работающих в холостом режиме, емкости соответствующих величин, что не нашло практического применения в энергосистемах из-за технической сложности и экономической нецелесообразности. Указанные рекомендации решаются автоматически в предлагаемой схеме электрической подстанции при вариантах ее питания трансформаторами 2 и 3 через сдвоенные реакторы 5 и 6 и выключатели 11 и 12 или при питании от трансформатора 1 через сдвоенный (.реактор 4 и выключатель 10 при отклю ченном выключателе 22 и включенном выключателе 21. В варианте питания двумя трансфор маторами 2 и 3 к другим ветвям реак торов 5 и 6 подсоединены секции 18 и 19. При питании одним трансформаторо 1 к противоположной ветви реактора k подсоединена секция 17. Таким образом, наличие напряжения на указанных секциях при отсутствии нагрузок дает определенную величину емкости, способствующей снижению пе ренапряже,ний на обмотках пониженного напряжения, передающихся через емкостную связь перенапряжениями, возникающими на обмотках высокого напря жения. В случае недостаточности по величине емкостей указанных секций возможно подключение.к ним необходимого количества резервных кабельных фидеров, находящихся под напряжением без нагрузки. Кроме этого, подключением сдвоенных „реакторов к разноименным секциям разноименных систем шин устраняется технический недостаток при работе указанных реакторов в одноцепном режиме, когда напряжение на конце разомк нутой ветви может достигать опас ной для изоляции величины. Отсутствие в ветви без тока выключателей полнос тью освобождает схему электрической подстанции от указанного отрицательного явления. В связи с тем, что работа сдвоенного реактора в одноцепном режиме возникает преимущественно в аварийных ситуациях, возможен вариант питания потребителей через ветвь сдвоенного реактора без выключателя при отключенном выключателе другой ветви, например через ветвь реактора if, глухо подсоединенную к секции 17 при отключенном выключателе 10. Но даже при таком режиме, напряжение на разомкнутых контактах выключателя 10 не достигнет опасной величины в результате практического равенства напряжений по величине и частоте на подсоединенных к противоположным выводам выключателя секциях 15 и 17. Наличие выключателей между выводами центральных точек обмоток сдвоенных реакторов и силовых трансформаторов, а также между выводом одной ветви каждого реактора и соответствующей секцией при отказе от выключателей в других ветвях и их глухом подсоединении к соответствующим секциям обеспечивает надежную работу указанных реакторов в продольно-одноцепных режимах. При технической необходимости эти режимы обеспечиваются секционным подключением сдвоенных реакторов 4-6 к соседним секциям систем шин 16 и 20 и дополнительным включением соответствующих секционнь1х выключателей 21 , 22 и 23. Это способствует равномерному распределению потребляемой от трансформаторов 1-3 мощности, снижению электрических потерь и реальной возможности снижения установленной мощности силовых трансформаторов 1-3. Необходимое количество вариантов взаимодействия между выключателями сдвоенных реакторов и секций, подсоединенными согласно предложенной электрической подстанции, обеспечивает, в результате возможных изменений параметров схемц, ограничение по воличине опасных переходных процессов и исключает вероятность развития возникающих аварий в цепочечно-каскадной последовательности, способствуя, кроме того, успешному самозапуску электрических двигателей после отключения токов короткого замыкания. Эффективное ограничение токов короткого замыкания секционными сдвоенными реакторами, особенно при их работе в продольном режиме, способствует одновременно снижению величин возникающих внутренних перенапряжений на изоляции электрооборудования, так как сопротивления указанных реакторов составляют наибольшую часть результирующего сопротивления цепи при коротком замыкании, а в связи с этим и падение напряжения в них составляет значительную величину. Повышение эффективности указанной схемы, в случае необходимости, можно обеспечить выбором оптимальных параметров сдвоенных реакторов при соответствующих .коэффициентах связи в зависимости от токов нагрузки и их направлений через указанные реакторы в аварийных режимах. Формула изобретения Электрическая подстанция, содержаая трансформаторы, с низкой стороной которых связаны сдвоенные реакторы, и распределительное устройство низкого напряжения с двумя параллельными секциож рованными системами шин, к которым подключены ветви сдвоенных ревизоров, одна из ветвей подключена через выключатель, а соседние секции разных систем шин соединены попарно друг с другом через секционные выключатели, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей, она содержит дополнительные выключатели, посредством которых сдвоенные реакторы подсоединены к

низкой стороне трансформаторов, а ветви каждого сдвоенного реактора присоединены к соседним секциям разных систем шин, не имеющим соединения посредством секционных вь1ключателей, а вторая ветвь реактора подсоединена к соответствующей секции шин непосредственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

N° 10, с.51.

W

16

го

/7

W го

18