Чем отличается система шин от секции шин: определим основные признаки. Схемы ру с одной системой сборных шин

Особенностью схемы является секционирование сборных шин и использование шинных разъединителей 2 в качестве оперативных аппаратов. Схема предусматривает вывод в ремонт любого выключателя присоединения ВЛ и трансформаторов за счет существования обходной системы шин (ОСШ) и выключателя обходной системы шин (ОВ). К сборным шинам 11 подключены измерительные трансформаторы напряжения 6, показанные на рис. 8.1.

В дальнейшем, на последующих схемах заполнения, измерительные трансформаторы напряжения 6 могут не показываться, хотя составляют необходимую принадлежность распределительного устройства. Аналогичные изменения произошли и в системе высокочастотной блокировки (ВЧ) в фазах линий 110-750 кВ: ВЧ блокировка показана не на всех схемах заполнения, хотя составляет необходимую принадлежность ВЛ.

Рис. 8.1. Двойная секционированная система сборных шин с обходной сборной шиной

Расширение схемы возможно за счет увеличения числа ячеек. Отмечаются трудности в осуществлении блокировок от неправильных действий с шинными разъединителями 2.

Данная схема получила широкое распространение в главных схемах электрических станций благодаря хорошему показателю n на присоединение. Широко используется и для современных станций с агрегатами большой мощности – в качестве ОРУ-СН при напряжениях 500/220 кВ и 330/110 кВ и 220/110 кВ.

Применительно к схеме заполнения рис. 8.1 определяем число выключателей на одно присоединение:

n = выключателей на присоединение.

Столь значительное повышение показателя n над значением 1,0 объясняется установкой дополнительных выключателей: секционного (С), шиносоединительного (ШСВ) и обходного (ОВ) на каждой из систем шин. При большем числе присоединений n будет стремиться к 1,0. Эти схемы широко используются в традиционной энергетике при использовании воздушных и масляных выключателей.

Появление блоков большой мощности (блоков на СКД мощностью 300, 500 и 800 МВт, блоков АЭС с реакторами 1000 и 1200 МВт, гидростанций с агрегатами мощностью до 640 МВт) потребовало изменить подход к главным схемам электрических соединений. Снизить габариты распределительных устройств, произвести замену выключателей воздушного типа и масляных на более совершенные элегазовые выключатели и перейти к созданию комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Учитывая высокую надежность элегазовых распределительных устройств, последние выполняются по упрощенным главным схемам, то есть с отказом от обходной системы шин (ОСШ), от секционирования сборных шин и от выключателей обходной системы шин.

Двойная система сборных шин с обходной системой сборных шин применяется на напряжениях 110-220 кВ при необходимости ремонта выключателей и сборных шин без перерыва питания присоединений.

Кольцевые схемы

Пример кольцевой схемы на рис. 8.2 изображен по данным работ ОАО «Ленгидропроект», которое является генеральным проектировщиком Бурейской ГЭС, расположенной в Амурской области на р. Бурее. На ГЭС установлены шесть гидрогенераторов мощностью 335 МВт, работающих через повышающие трансформаторы на распределительные устройства 220 и 500 кВ.

Рис. 8.2. Главная схема Бурейской ГЭС

Первый и второй генераторы выдают мощность в систему 220 кВ по двум высоковольтным линиям через РУ, построенное по схеме «двойная система сборных шин с обходной системой шин».

Остальные четыре генератора в составе двух сдвоенных блоков работают на сеть 500 кВ, связь с которой осуществляется по трем ВЛ-500 кВ с глухим присоединением шунтирующих реакторов.

Распределительное устройство 500 кВ построено по схеме «шестиугольник» с однорядной установкой выключателей. При «шестиугольнике», и при ином числе углов (треугольник, четырехугольник, пятиугольник) обеспечивается возможное наименьшее число выключателей. Особенностями схемы 500 кВ являются: избирательное отключение при повреждении на присоединении и необходимость держать «шестиугольник» замкнутым, что осуществляется за счет наличия выходного разъединителя присоединения.

Распределительное устройство 500 кВ выполнено в виде КРУЭ производства концерна «АВВ» (Швейцария). Впервые в отечественной практике применено элегазовое распределительное устройство вместо первоначально предусмотренного ОРУ-500 кВ по схеме 3/2.

С распредустройством 500 кВ два укрупненных блока связаны высоковольтными кабелями 500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена взамен воздушных переходов с прокладкой его в кабельном туннеле в шахте, запроектированных ранее для связи распределительных устройств 220 и 500 кВ со зданием ГЭС. Выполнение этих переходов по первоначальной проектной схеме мешало ходу строительных работ. В результате ввод блоков 500 кВ по первоначальной проектной схеме мог быть осуществлен только после возведения постоянных напорных водоводов и завершения работ по плотине. В отечественной практике применение кабеля 500 кВ с сухой изоляцией осуществлено впервые .

Распредустройства 220 и 500 кВ связаны через группу однофазных автотрансформаторов 167 МВА на фазу.

Показатель n = 1,0 независимо от числа углов многоугольника.

В устройствах, изображенных на рис.1 а, каждое присоединение содержит выключатель и два разъединителя – шинный и линейный.

Рис. I. Принципиальная схема РУ с одной системой сборных шип. а - шины не секционированы: 6 - секционированные шины: в – секционированные шины и обходное устройство

Операции с разъединителями допускаются только при отключенном выключателе соответствующего присоединения.

Достоинство рассматриваемой схемы с одной системой сборных шин:

1. Простота РУ, что практически исключают ошибочные операции с разъединителями. Тем не менее, предусматриваются блокирующие устройства, препятствующие неправильным операциям.

2. Низкая стоимость.

Недостатки ее следующие:

1. Профилактический ремонт сборных шин и шинных разъединителей связан с отключением всего устройства на время ремонта:

2. Ремонт выключателей и линейных разъединителей связан с отключением соответствующих присоединений, что нежелательно, а в некоторых случаях недопустимо;

3. Короткое замыкание в зоне сборных шин приводит к полному отключению РУ:

4. То же самое имеет место в случае внешнего замыкания и отказа выключателя соответствующего присоединения.

Чтобы избежать полного отключения РУ при замыкании в зоне сборных шин и обеспечить возможность их ремонта по частям, прибегают к секционированию сборных шин, т. е. разделению их на части - секции с установкой в точках деления выключателей. Эти выключатели называют

секционными (рис 1.б). Редко встречаются устройства, сборные шины которых секционированы через разъединители. Секционирование должно быть выполнено так, чтобы каждая секция имела источники энергии (генераторы, трансформаторы) и соответствующую нагрузку. Присоединения распределяют между секциями так, чтобы вынужденное отключение одной секции не нарушало электроснабжения потребителей.

При нормальной работе секционные выключатели замкнуты, т.к. генераторы должны работать параллельно. В случае к.з. в зоне сборных шин поврежденная секция отключается автоматически. Остальные секции остаются в работе. Таким образом, секционирование способствует повышению надежности РУ.

В РУ низшего напряжения 6-10 кВ подстанций секционные

выключатели разомкнуты в целях ограничения тока к.з.

Выключатели снабжают устройствами автоматического включения резервного питания (АВР), замыкающими выключатели в случае отключения трансформатора, чтобы не нарушать электроснабжения потребителей.

Для обеспечения возможности поочередного ремонта выключателей, не нарушая работы соответствующих цепей, предусматривают обходные выключатели и обходную систему шин с разъединителями в каждом присоединении (рис. 1 в). При нормальной работе установки обходные разъединители и обходные выключатели отключены.

Распределительные устройства с одной секционированной системой сборных шин применяется в РУ до 220 кВ включительно. Устройства с одной секционированной системой сборных шин (без обходной системы) применяют в качестве РУ 6-35 кВ подстанции, РУ 6 – 10 кВ станций типа ТЭЦ. Аналогичные устройства, но с обходной системой шин, применяют при ограниченном числе присоединении в110 – 220 кВ.

Распределение электроэнергии.

Производство электрической энергии мы рассмотрели в первой части статьи. Во второй мы узнаем, почему же электростанции работают параллельно, в объединенной энергосистеме, а не отдельно, каждая на своего потребителя. Так же посмотрим на элементы энергосистем, без которых они не могут существовать.

Понять, почему же энергосистемы работают параллельно, нам поможет суточный график производства и потребления электроэнергии, который был взят с сайта «СО ЕЭС». На верхнем графике показана частота в ЕЭС России, а точнее в объединенных энергосистемах Центра, Северо-запада, Юга, Средней Волги, Урала и Сибири, а на нижнем ОЭС Востока, которая хоть и имеет электрические связи с остальной энергосистемой, но работает не синхронно с ЕЭС России.

По оси 0Х откладывается время в часах, а по оси 0У – частота электрического тока в герцах. Шаг точек, по которым был построен график – 1 час.

Частота является показателем равенства производства и потребления активной энергии. Если частота больше 50 Гц, то энергии производиться больше, чем потребляется. Если частота меньше 50 Гц, то наоборот, энергии производиться меньше, чем нужно. Частота – это один из самых важных показателей энергосистемы. Именно при номинальной частоте все движущиеся механизмы – генераторы, двигатели работают в наиболее экономичном режиме.

В России принят стандарт, по которому частота не должна выходить за пределы в 50+-0.05 Гц. Как видите, осуществить такую точную уставку в несинхронной зоне не получается. Плюс не забываем, что мощность нагрузки меняется каждую секунду, а график построен с интервалом в час.

Если частота опустится ниже 48,5 Гц, а к тому времени не удалось поднять мощность генерации (такое бывает при аварийном отключении крупного энергоблока электростанции), то начинает работу АЧР (Автоматическая частотная разгрузка), которая по нескольким ступеням, отключает потребителей. Ее главная задача – остановить снижение частоты в энергосистеме, т.к. генераторы, вращаются в электрическом поле с частотой, кратной частоте системы, а на низких частотах возможно появления сильных вибраций. К тому же уменьшается производительность питательных и прочих насосов на электростанциях, и приходиться вынужденно снижать мощность генерации, т.к. уменьшается количество теплоносителя – воды.

Но отключить можно не каждого потребителя, поэтому все они были разделены на 3 категории. Третья – это потребитель, который без проблем переживет сутки без электроэнергии. К этой категории относится население. Резерв не обязателен. Именно на эту категорию нацелена АЧР.

Вторая – более ответственные потребители, которые будут иметь большой ущерб, брак продукции или экономические потери при отключении. Поэтому таких потребителей можно отключать только на время, необходимое для ручного или автоматического ввода резерва. Таким образом, вторая категория не должна отключаться действием АЧР. Обязательно есть резерв.

Первая категория. Самая ответственная нагрузка. При отключении электроэнергии возможны человеческие жертвы, техногенные катастрофы и прочие прелести человеческой цивилизации. Поэтому эта категория может быть отключена только на время, необходимое для автоматического включения резерва. Наличие резерва обязательно. Кроме того в первой категории выделяют еще одну – особую. Эта категория должна иметь третий резервный источник питания для безопасного завершения работы. Сюда, например, относятся АЭС.

Итак, первая причина объединения энергосистем – поддержание баланса производства и потребления. Вторая причина – при параллельной работе станций можно держать на каждой из них меньший резерв мощности. Он бывает:

1) Вращающийся . Это агрегаты электростанций, работающие в системе на мощности, меньшей максимальной. В среднем, это 50-80 %. В случае необходимости быстро поднять генерацию, в первую очередь использую именно этот резерв.

2) Горячий . К нему относятся агрегаты, которые не включены в систему, но при первой же необходимости могут быть включены за короткое время. В основном, к этому резерву стараются отнести ГЭС, т.к. та тепловых станциях такой режим работы крайне невыгоден.

3) Холодный . Агрегаты можно будет запустить в работу в течение довольно долгого времени.

Третья причина – в ЕЭС можно распределять нагрузку между станциями, для наиболее выгодной экономически работы как самих станций, так и системы. Не стоит забывать, что для ТЭЦ и АЭС наиболее выгодно и безопасно использовать базовый ражим работы. ГРЭС, ГАЭС и, частично, ТЭС нужно активнейшим образом привлекать к регулированию частоты.

Кроме того, мощность нагрузки меняется в течение суток и года. Традиционно в России суточный максимум нагрузки приходится на 11-00 и 19-00, а годовой – на зимнее время года. В течении ночи нагрузка минимальна, что требует разгрузки электростанций.

Основными элементами энергосистем являются сети и подстанции .

В России для сетей переменного тока принята стандартная шкала напряжений: 0.4, 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ . В распределительных сетях городов, в основном, используют напряжения 0.4, 6, 10, 110 кВ; и трансформацию 110/6(10) кВ, а затем 6(10)/0.4 кВ. В сельской местности, в основном, трансформация 35/6(10) кВ. Системные сети, из которых и состоит ЕЭС России, исторически разделились на 2 условные части: ОЭС С-З, часть ОЭС Центра (Брянск, Курск, Белгород), где использую шкалу 110 – 330 – 750 кВ, и остальную, где есть шкала 110 – 220 – 500 кВ. На Кавказе распространена шкала 110 – 330 – 500 кВ.

Сегодня при проектировании новых сетей используют ту шкалу напряжения, которая исторически сложилась в регионах.

Сети разных напряжений можно «узнать» по внешнему виду практически со 100% вероятностью, если они исполнены в виде ВЛ. Не забываем, что система электроснабжения трехфазная, поэтому одна цепь содержит 3 провода (3 фазы). В сетях 0.4 кВ 4 провода (3 фазы и ноль).

1) ВЛ 6 (10) кВ. Один – два изолятора.

2) ВЛ 35 кВ. 3 – 5 изоляторов в гирлянде.

3) ВЛ 110 кВ 8 -10 изоляторов в гирлянде.

4) ВЛ 220 кВ 12 – 15 изоляторов в гирлянде.

5) ВЛ 330 кВ. Расщепление фазных проводников на 2 провода.

6) ВЛ 500 кВ. Расщепление фазных проводников на 3 провода.

7) ВЛ 750 кВ. Расщепление фазных проводников на 4-5 проводов.

Вы скажете: «А зачем проводники фаз расщепляют?» Расщепление – это один из методов борьбы с «Коронным разрядом» или попросту – короной. Корона – это самостоятельный газовый разряд, происходящий в резко неоднородных полях. В процессе коронирования воздух вокруг провода нагревается и ионизируется, на это тратиться энергия, к тому же возникают радиопомехи и шумовое загрязнение. Поэтому всячески стараются не допустить резких изменений электромагнитного поля — устанавливают минимальное эквивалентное сечение проводов, экраны на изоляторах и т.д.

Вы могли заметить, что провода крепятся к опорам по-разному. Это связано с функциями опор. Все они делятся на:

1) Анкерные. Эти опоры держат тяжение проводов, а так же их вес и другие воздействия. Расстояние между двумя соседними анкерными опорами называется анкерным пролетом. Анкерные опору позволяют делать повороты линий, их заходы на ПС, а так же уменьшают зону аварии при обрыве проводов. Соседние анкерные пролеты соединяются электрически с помощью перемычки – т.н. шлейфа.

2) В промежутке между анкерными пролетами расположены промежуточные опоры. Они держат вес проводов и ветровые воздействия на провод, и саму опору. По длине линии их должно быть не менее 70% от всех опор.

3) Специальные опоры

Служат для преодолевания каких-либо преград, например, водохранилища. В отличие от предыдущих типов опор, специальные опоры обычно подбирают под каждый отдельный случай и не выпускаются серийно.

Итак, линии, напряжением выше 1 кВ, какие бы они не были – кабельные или воздушные, приходят на ПС – подстанции. Они состоят из силового оборудования – систем и секций шин, силовых и измерительных трансформаторов, выключателей; устройств РЗиА, средств связи и т.д.

Рассмотрим некоторые элементы ПС.

1)Силовой трехфазный трансформатор.

Служит для преобразования одного класса напряжения в другое. Трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Трехфазный трансформатор – это фактически 3 однофазных трансформатора, имеющих общий магнитопровод.

При коэффициентах трансформации меньше 3 используют автотрансформаторы, у которых вторичная обмотка является частью первичной, то есть они имеют не только магнитную, но и электрическую связь. Это повышает КПД трансформации.

2) Измерительные трансформаторы.

Рис 14, Рис 14,1

Трансформаторы тока. Включаются в цепь, как и амперметр, последовательно. С их помощью меряют токи, это один из основных элементов РЗиА. Особенность работы состоит в том, что ни при каких условиях нельзя разрывать цепь вторичной обмотки, иначе ТТ выйдет из строя, при этом обязательно будут голливудские эффекты…

Трансформаторы напряжения. Включаются, как и вольтметр, параллельно. От вторичных обмоток помимо защит, питаются непосредственно силовые цепи РЗиА.

3) Выключатели.

Рисунок 9.2. Одна система сборных шин

Рисунок 9.3. Одна секционированная система шин.

9.2. Две системы сборных шин

Схема применяется в РУ на напряжении 6-110 кВ (Рисунок 9.4). Все присоединения подключаются к шинам через развилку из двух разъединителей. Ши-

носоединительный выключатель QA нормально отключен и предназначен для выравнивания потенциалов при переходе с одной СШ на другую. Наличие двух систем шин позволяет поочередно их ремонтировать без отключения присоединений.

Рисунок 9.4. Схема с двумя системами сборных шин

Возможны два варианта работы схемы:

1) Когда одна СШ находится под напряжением, а другая в резерве.

2) Когда обе СШ находятся под напряжением.

В первом варианте короткое замыкание на рабочей СШ приводит к потере всех присоединений.

Если источники питания и линии равномерно распределить между СШ, то во втором варианте при КЗ на любой СШ теряется лишь половина присоединений. При эксплуатации схемы в таком режиме шиносоединительный выключатель QA постоянно включен и выполняет функции секционного выключателя.

При использовании этой схемы в ГРУ, одну из СШ (рабочую) секционируют. Число секций обычно равно числу генераторов.

Существенный недостаток схемы состоит в том, что она не позволяет ремонтировать выключатели без отключения присоединений.

9.3. Одна система сборных шин с обходной СШ

Схема применяется на напряжении 110 – 220 кВ при числе присоединений равном пяти (рисунок 9.5).

Обходной выключатель (QО) предназначен для замены выключателя любого присоединения при выводе его в плановый ремонт. В нормальном режиме он обычно отключен, а обходная система шин (АО) не находится под напряжением.

В межремонтный период обходной выключатель может выполнять функции секционного. Для этого в схеме предусмотрена перемычка между секцией А1.2 и обходной системой шин. Ток с секции А1.1 будет протекать через разъединитель QS1, обходной выключатель QO, разъединитель QS2, обходную систему шин АО и разъединители QS3 и QS4 на секцию А1.2. Разъединитель QS5 должен быть отключен. Разъединители QS3 и QS4 соединены последовательно. При ремонте одного из них (обычно одновременно с шинами) другой создает видимый разрыв.

Рисунок 9.5. Схема «Одна система сборных шин с обходной»

Обычно схема работает как одна секционированная система шин со свойственными ей недостатками. Даже плановый ремонт секции приводит к потере присоединений, а ответственные потребители остаются без источника резервного питания. Следующая схема при плановом ремонте позволяет сохранить все присоединения в работе.