Основные требования к системам электроснабжения промышленных предприятий
Требования, предъявляемые к системе электроснабженияпромышленных предприятий, в том числе и объектов магистральных нефтепроводов, многообразны и зависят от характера производства, от потребляемой мощности, от территориального расположения нагрузок, от агрессивности окружающей (внешней) среды, от возможного ущерба при аварийных перерывах электроснабжения и других факторов. В общем случае к системе электроснабжения предъявляются следующие основные требования [3].
1. Обеспечение требуемой бесперебойности и надежности электроснабжения.
2. Обеспечение качества электрической энергии в соответствии с нормативными документами, как в нормальном режиме, так и в послеаварийном.
3. Экономичность.
Типовые решения внешнего электроснабжения при напряжениях 35 и 110 кВ основаны на типовых схемах понизительных подстанций. Понизительные подстанции выполняются, как правило, тупикового типа и рассчитаны в основном на питание только объектов МН. Принципиальные схемы подстанций могут быть различными. Разработаны типовые проекты подстанций 35-110-220/6(10) кВ промышленных предприятий, которые были введены в 1997 г [7, 8]
|
|
Типовые схемы понижающих подстанций обычно двухтрансформаторные. Наибольшее распространение получили блочные и мостиковые схемы. Различаются они по виду перемычки между вводами трансформаторов на стороне высшего напряжения: в блочных схемах перемычка неавтоматическая (без выключателя в перемычке), в мостиковых схемах – автоматическая (с выключателем в перемычке). Блочные схемы имеют номер «4» и в зависимости от способа присоединения трансформаторов к сети высшего напряжения обозначаются «4» или «4Н». При этом в зависимости от величины высшего напряжения блочные подстанции могут быть типов «35-4» или «110-4», «35-4Н» или «110-4Н». Мостиковые схемы имеют номер «5» и в зависимости от способа присоединения трансформаторов к сети высшего напряжения и способа включения автоматической перемычки обозначаются «5», «5Н» или «5АН». При этом в зависимости от величины высшего напряжения блочные подстанции могут быть типов «35-5», «35-5А», «35-5АН» или «110-5», «110-5А», «110-5АН».
При мощности трансформаторов до 16 МВА применяются, в основном, подстанции 35-110/6(10) кВ с двухобмоточными трансформаторами. Одним из первых проектных решений для таких подстанций были подстанции типа 35-4 и 110-4, выполненные по упрощенной блочной схеме без выключателей на стороне высшего напряжения с неавтоматической (ремонтной) перемычкой на стороне высшего напряжения.
Подстанции типа «35(110)-4» содержат два блока с отделителями (ОД) и короткозамыкателями (КЗ) и неавтоматическую ремонтную перемычку c разъединителями QS со стороны питающих линий Л1 и Л2 (рисунок 1.1). На подстанции энергосистемы ЭС в «голове» питающих линий установлены выключатели Q1 и Q2.
|
|
Рисунок 1.1. Схема главных соединений подстанции типа «110-4»
Отключение КЗ в трансформаторах подстанций типа 35-4 и 110-4 производится выключателями Q1 и Q2 в голове питающих линий. Релейная защита питающих линий на подстанции энергосистемы вследствие не достаточной чувствительности может не срабатывать при коротких замыканиях внутри трансформаторов Т1 и Т2. Поэтому при коротких замыканиях в трансформаторах срабатывает релейная защита трансформаторов и действует на включение короткозамыкателей КЗ. При включении короткозамыкателя ток короткого замыкания резко возрастает и срабатывает релейная защита в голове линии и действует на отключение выключателей Q1 или Q2. После отключения выключателя Q1 или Q2 ток в короткозамыкателе КЗ прекращается и в возникшую безтоковую паузу устройства автоматики производят отключение отделителя ОД. Выключатели Q1 и Q2 включаются снова устройствами автоматического повторного включения (АПВ). Если отключение отделителя в безтоковую паузу произошло успешно, питание других потребителей по линиям Л1 и Л2 восстанавливается.
Схемы подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения применяются при мощности трансформаторов до 25 МВА для тупиковых или ответвительных подстанций в тех случаях, когда либо нет возможности укомплектовать схему выключателями, либо когда требуется завершить сооружение подстанции в кратчайшие сроки. Простота конструкции и относительная дешевизна КЗ и ОД по сравнению с выключателями позволила в 60-е - 80-е годы прошлого столетия обеспечить строительство большого числа подстанций в короткие сроки.
В настоящее время, начиная с 1997 года, такие подстанции не рекомендуется применять в следующих случаях [4]:
1) в зонах холодного климата по ГОСТ 15150-69 и в особо гололедных районах;
2) на подстанциях транспорта и добычи нефти и газа.
3) когда действие короткозамыкателей приводит к выпадению из синхронизма синхронных двигателей (СД) у потребителя или нарушению технологических процессов.
Такие подстанции имеют ряд недостатков. Искусственно создаваемое короткое замыкание резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы коммутационных аппаратов на питающих линиях и смежных линиях на подстанциях. Такие подстанции имеют низкую надежность из-за повышенной вероятности отказа отделителей и короткозамыкателей в условиях неблагоприятного влияния окружающей среды (снег, примерзание контактов и т.п.). Подпитка места короткого замыкания от СД в таких схемах может привести к отказу автоматики отделителя из-за отсутствия безтоковой паузы. Это возможно, например, при коротком замыкании в обмотке трансформатора в случае отказа или при задержке срабатывания защиты от потери питания (ЗПП) на вводе технологического ЗРУ-6(10) кВ. В этом случае вводной выключатель технологического ЗРУ – 6(10) кВ не отключается до срабатывания ЗПП. При этом синхронные электродвигатели остаются подключенными к сети и подпитывают точку короткого замыкания. После отключения линии с аварийным трансформатором выключателем в голове линии электрическая дуга в месте короткого замыкания внутри трансформатора может погаснуть, однако в цепи короткозамыкателя будет протекать ток подпитки от СД и безтоковая фаза не наступает. При этом отделитель не отключается схемой автоматики и при включении выключателя в голове линии 35(110) кВ происходит включение выключателя Q1(Q2) на короткое замыкание. В результате имеет место неуспешное АПВ и линия 35(110) кВ повторно отключается защитой, но уже без АПВ. При этом предприятие будет получать питание только по одному вводу, на длительное время теряя второй независимый источник питания.
|
|
Более надежны подстанции с выключателями на стороне высокого напряжения. На рисунке 1.2 приведена блочная схема типа «4Н». Такая схема содержит два блока линия-трансформатор с выключателями Q1 и Q2 и неавтоматическую перемычку с разъединителями QS со стороны линий. Применяются такие схемы для тупиковых и ответвительных ПС 35(110) кВ вместо схемы №4, в случаях, когда использование схемы №4 не рекомендуется.
Рисунок 1.2 - Схема подстанции типа «110 – 4Н»
Схемы типа «35-4» и особенно «110-4» получили широкое распространение. По сравнению с мостиковыми схемами типов «35(110)-5А» и «35(110)-5АН» блочные схемы проще и дешевле. Недостаток схем №4 по сравнению с мостиковыми – сложнее процедура оперативных переключений при выводе в ремонт одного из трансформаторов (при сохранении в работе обеих линий) или вывод в ремонт одной из линии 35(110) кВ (при сохранении в работе обоих трансформаторов).
Простейшая мостиковая схема подстанции приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Схема ПС 110-5 - мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов
Это схема типа «110-5» – мостиковая схема с выключателем Q1,2 в перемычке и отделителями ОД в цепях трансформаторов. Находит применение в сетях промышленных предприятий при мощности трансформаторов до 25 МВА включительно. Имеет такие же ограничения по области применения, что и схемы типа «35(110) - 4».
Более совершенными, надежными и маневренными являются мостиковые схемы с автоматической перемычкой. На рисунке 1.4. приведена схема 5Н («типа 110-5Н») – мостик с выключателями Q1, Q2 и неавтоматической перемычкой QS со стороны трансформаторов и автоматической перемычкой Q1,2 в цепи линий. Такая схема при отключении одного из трансформаторов позволяет оставить в работе обе линии (АВР линии).
Рисунок 1.4 - Схема подстанции типа «110 – 5Н» с выключателем со стороны трансформаторов
|
|
На рисунке 1.5. приведена схема 5АН (типа «110-5АН») – Мостик с выключателями в цепях линий и автоматической перемычкой со стороны трансформаторов. При отключении одной из ВЛ такая схема позволяет оставить в работе оба трансформатора в автоматическом режиме (АВР трансформатора).
Рисунок 1.5 - Схема подстанции типа «110 – 5АН» с выключателем со стороны линий
Мостиковые схемы применяются при мощности трансформаторов до 63 МВА включительно. При напряжении 110 кВ кроме автоматической перемычки согласно РТМ [7] должна, как правило, предусматривается ремонтная неавтоматическая перемычка
Мостиковые схемы 5А и 5АН применяются вместо схемы 5 в оговоренных выше случаях. При необходимости секционирования сети (питающих линий 35(110) кВ) на данной подстанции предпочтительнее применить схему 5АН.
Наличие двух перемычек автоматической А (с выключателем Q1,2) и неавтоматической Н (с разъединителями QS) в схемах 5Н и 5АН повышает гибкость схем и повышает безопасность оперативных переключений при выводе в ремонт трансформаторов и линий 35(110) кВ. Кроме того наличие автоматической перемычки позволяет организовать быстродействующее устройства АВР на стороне 110 кВ.