Методические указания. На промышленных предприятиях средней и большой мощности достигающей десятков

На промышленных предприятиях средней и большой мощности достигающей десятков мегаватт, основным центром приема электроэнергии от источников питания является главная понизительная подстанция (ГПП). Подвод электроэнергии от внешней энергосистемы осуществляется на напряжении 35-110-220 кВ, на ГПП она понижается до 6-10 кВ и на этом напряжении распределяется внутри предприятия.

В настоящее время на ГПП применяются две схемы приема электроэнергии:

1) схема с выключателями на первичном напряжении;

2) схема без выключателей на первичном напряжении.

В данной лабораторной работе рассматривается второй способ питания предприятия.

Схемы подстанций с отделителями и короткозамыкателями.

В эксплуатации широко применяются упрощенные подстанции ГПП без выключателей на стороне высшего напряжения трансформаторов и автотрансформаторов (рисунки 4.1 - 4.4). Подобные схемы, применяющиеся в электроустановках напряжением 35-110-220 кВ, позволяют уменьшить стоимость подстанции и ее эксплуатации. Вместе с тем из-за отсутствия выключателей на стороне высшего напряжения трансформаторов необходимо предусматривать дополнительные мероприятия, обеспечивающие отключение линии с питающего конца в случае повреждения трансформатора.

Для отключения поврежденного трансформатора, не имеющего выключателя на стороне высшего напряжения, применяются следующие способы:

а) использование максимальной токовой защиты и токовой отсечки, установленных на питающем конце линии, с действием на головной выключатель QF1 или QF2 для отключения повреждений в линии и трансформаторе ГПП (рисунки 4.1 и 4.2). Эта защита наиболее проста и экономична, но может применяться, главным образом, на линиях сравнительно небольшой длины при малых токах нагрузки. Недостатком этого способа защиты является замедление отключения блока «линия-трансформатор» максимальной токовой защитой при повреждении во вторичной обмотке трансформатора;

Рисунок 4.1 - Линия с ответвлениями

Рисунок 4.2 – Блок линия-трансформатор

б) передача отключающего импульса применяется, если защиты, установленные на питающем конце линии, не обеспечивают необходимой чувствительности при коротких замыканиях в трансформаторе (рисунок 4.3). В этом случае на трансформаторе устанавливаются защиты согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ). При повреждении трансформатора его защиты срабатывают и передают импульс на отключение головного выключателя QF1, установленного на питающем конце линии, по специальным соединительным проводам, в качестве которых могут быть использованы жилы контрольного или телефонного кабеля. Недостатком этого способа защиты является возможность отказа в отключении QF1 при нарушении соединительных проводов или высокочастотного канала;

Рисунок 4.3 – Защита ГПП с помощью передачи отключающего импульса

в) установка короткозамыкателя. В тех случаях, когда защиты, установленные на питающих концах линии, не обеспечивают необходимой чувствительности при повреждениях за трансформатором, а передача отключающего импульса нецелесообразна по причине ненадежности, сложности и дороговизны, отключение повреждения обеспечивается с помощью специального аппарата – короткозамыкателя (см. рисунок 4.4).

Короткозамыкатели QK представляют собой одно-двухполюсные разъединители для наружной установки. Нормально короткозамыкатель отключен, его включающие пружины заведены.

При срабатывании защиты поврежденного трансформатора подается импульс на включение короткозамыкателя, управление которым осуществляется с помощью специального привода (типа ПРК-1У1). Короткозамыкатель включается и создает на выводах высшего напряжения трансформатора искусственное короткое замыкание (усиливает импульс повреждения). Вследствие этого защиты, установленные по концам питающей линии, срабатывают и отключают головные выключатели QF1 и QF2 (рисунок 4.4).

В сетях напряжением 110 кВ и выше, работающих с заземленной нейтралью, применяются однополюсные короткозамыкатели, замыкающие одну фазу на землю. В сетях 35 кВ, работающих с незаземленной нейтралью, применяются двухполюсные короткозамыкатели, с помощью которых устраивается междуфазное короткое замыкание. Время включения короткозамыкателей 0,3-0,5 с.

По принципу действия схемы с короткозамыкателями подразделяются на две основные группы. К первой группе (см. рисунок 4.4, а) относятся одно- и двухтрансформаторные подстанции, питаемые по схеме: радиальная линия-трансформатор (тупиковая подстанция). Эти схемы просты и не требуют отделителей. Повреждения трансформаторов не отражаются на других подстанциях.

Во вторую группу (см. рисунок 4.4,б) входят подстанции, присоединяемые к отпайкам от проходящих магистральных линий. Они более сложны, требуют применения, кроме короткозамыкателей, также отделителей и имеют тот недостаток, что при повреждении любого трансформатора отключаются кратковременно и все другие трансформаторы, подключенные к данной магистральной линии (допускается подключать к одной магистрали не более 3-4 трансформаторов с ОД и КЗ).

Отделители QR представляют собой трехполюсные разъединители для наружной установки с автоматическим приводом на отключение и ручным на включение. Каждый полюс отделителя имеет собственную отключающую пружину. Нормально отделитель включен, его отключающие пружины заведены и удерживаются в таком положении приводом (типа ПРО-1У1).

Рисунок 4.4 – Защита подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения с помощью отделителя и короткозамыкателя

Действие схем первой группы (рисунок 4.4а) происходит следующим образом. При возникновении повреждения в трансформаторе короткозамыкатель включается под воздействием релейной защиты от внутренних повреждений в трансформаторе (газовой, дифференциальной), к которым нечувствительна защита головного выключателя линии, и производит искусственное короткое замыкание линии, вызывающее отключение выключателя QF1 на головном участке этой линии.

Головной выключатель QF1 в данном случае осуществляет защиту не только линии, но и трансформатора, а установленное на нем АПВ действует при повреждениях как в линии, так и в трансформаторе. В этих случаях выключатель на питающем конце после неуспешного АПВ вновь отключается, действие схемы на этом заканчивается, и линия остается отключенной длительно, вплоть до ликвидации повреждения в питаемом трансформаторе.

Действие схем второй группы (см. рисунок 4.4, б), когда к одной линии присоединяется несколько трансформаторов или трансформатор питается от транзитной линии, происходит в такой последовательности: замыкается короткозамыкатель поврежденного трансформатора и отключаются выключатели (QF1 и QF2) на головных участках питающей линии, снабженные АПВ. После отключения линии выключателями QF1 и QF2 отделитель поврежденного трансформатора отключается (в бестоковую паузу), отсоединяя ее от линии. Вслед за этим линия включается вновь устройством АПВ, благодаря чему будет восстановлено питание неповрежденных трансформаторов и остальных подстанций, подключенных к данной линии. Время отключения отделителей составляет 0,5-0,8 с.

Взаимодействие короткозамыкателя и отделителя, обеспечивающее селективное отключение поврежденного трансформатора, осуществляется с помощью специальных схем автоматики, рассмотренных ниже.

Наиболее просто отключение отделителя осуществляется с помощью специального блокирующего реле отделителя БРО, встроенного в привод отделителя. Схема включения реле БРО на подстанции в сети с заземленной нейтралью показана на рисунке 4.5, а.

После включения короткозамыкателя реле БРО, обмотка которого подключена к трансформатору тока ТА, установленному в цепи короткозамыкателя (рисунок 4.5, а), срабатывает. После того, как линия отключится с питающих сторон, прохождение тока в цепи короткозамыкателя прекратится, произойдет отключение.

Таким образом, с помощью реле БРО обеспечивается отключение отделителя только в бестоковую паузу, после того как прекратится прохождение тока короткого замыкания. Подобная блокировка необходима, так как отделитель не может отключать ток короткого замыкания (а также и ток нагрузки), как и обычный разъединитель.

Наряду с достоинством, обусловленным простотой схемы автоматики с реле БРО, она имеет существенные недостатки, которые затрудняют, а в ряде случаев делают недопустимым применение этого реле.

Выше мы разобрали последовательность действия защиты и автоматики на ответвлении к питающей подстанции при коротком замыкании в трансформаторе, когда защита линии на питающей подстанции приходила в действие и отключала выключатель уже после включения короткозамыкателя. Рассмотрим теперь как будет отключаться повреждение, возникшее на стороне высшего напряжения трансформатора в зоне действия быстродействующей защиты линии. В этом случае одновременно подействует быстродействующая защита линии и защита трансформатора. Очевидно, что выключатель линии отключится и прохождение тока прекратится раньше, чем включится короткозамыкатель. Вследствие этого в бестоковую паузу после отключения выключателя на питающей подстанции отделитель не будет отключен. Включение линии от АПВ будет неуспешным, и выключатели отключатся вновь.

Рисунок 4.5 – Схема работы отделителя и короткозамыкателя

Этот недостаток схемы автоматики с реле БРО может быть устранен применением на рассматриваемой линии двухкратного АПВ. Действительно, после первого срабатывания устройства АПВ линии под действием тока, проходящего через короткозамыкатель, который к этому времени уже включен, срабатывает блокирующее реле и заведет пружину БРО, подготовив его для отключения. Затем снова подействует защита линии и отключит ее. Теперь уже во время второй бестоковой паузы отделитель будет отключен, и после второго срабатывания АПВ линия останется в работе. Таким образом, автоматика отключения отделителя с реле БРО может применяться на линиях, оборудованных двухкратным АПВ, обеспечивая отключение отделителя в первую или вторую бестоковую паузу в зависимости от места повреждения трансформатора и наличия на линии быстродействующей защиты.

Для отключения отделителя на линиях с однократным АПВ может применяться схема, приведенная на рисунке 4.5, б, в которой используется электромагнит отключения независимого питания UАТ, встроенный в привод отделителя. В качестве источника оперативного тока используются предварительно заряженные конденсаторы. Необходимость применения в рассматриваемой схеме конденсаторов, являющихся независимым источником оперативного тока, обусловлена тем, что во время отключения отделителя подстанция будет полностью обесточена.

Для того, чтобы отделитель не отключился под током до отключения выключателей на питающих подстанциях, в схему введено токовое реле КА, подключенное к трансформатору тока, установленному в цепи короткозамыкателя. Импульс на отключение отделителя (в катушку UАТ) подается контактами реле времени КТ. Реле КТ пускается при замыкании блок-контактов QK:1 короткозамыкателя и контактов токового реле КА. Контакты QK:1 замыкаются при замыкании короткозамыкателя, контакты КА – при отсутствии тока в реле КА (отключения головного выключателя). Таким образом, отключение отделителя может произойти только при срабатывании короткозамыкателя и отключении линии.

Однако, если блок-контакты QK:1 замкнутся раньше, чем срабатывает нож короткозамыкателя, то поскольку контакты КА при этом будут еще замкнуты, возможна подача импульса на отключение отделителя до отключения линий. Для предотвращения такой опасности служит реле времени КТ. Оно должно работать с выдержкой времени порядка 0,2-0,3 с, превосходящей возможную разновременность замыкания ножа и блок-контактов короткозамыкателя.

Достоинством рассмотренного способа отключения поврежденного трансформатора с помощью короткозамыкателя и отделителя является его универсальность, так как он может применяться на линиях любой длины и не требует специальных каналов связи.

Недостатки применения короткозамыкателей состоят в замедлении отключения поврежденного трансформатора на время включения короткозамыкателя (0,3-0,5 с) и в некоторых случаях в возникновении значительного снижения напряжения на питающих шинах подстанции.

Типовая двухтрансформаторная подстанция ГПП имеет три основных конструктивных узла: распределительное устройство высшего напряжения, силовые трансформаторы и распределительное устройство низшего напряжения 6-10 кВ.

Аппаратура распределительного устройства высшего напряжения 35-220 кВ и силовые трансформаторы устанавливаются открыто (ОРУ). Распределительное устройство 6-10 кВ, трансформаторы собственных нужд и щит управления могут размещаться открыто при применении ячеек типа КРУН или в закрытом здании с использованием ячеек типа КРУ или КСО. Макет лабораторной установки РУ-10 кВ смоделирован ячейками типа КСО.

Дата добавления: 2015-07-12