ФЭА / Электроэнергетика / Лекция Характеристика схем соединений электрических сетей
(автор - student, добавлено - 22-01-2013, 18:58)
Лекция №7
Характеристика схем соединений электрических сетей При проектировании и эксплуатация электрических сетей и вообще при анали-зе их работы весьма сущест¬венную роль играют схемы соединений линий и под-стан¬ций. Обеспечение надежного и экономичного снабжения потребителей электроэнергией требуемого качества за¬висит в значительной степени от используемых схем сое¬динений линий и подстанций. При проектировании ли¬ний обязательно должны выбираться принципиальные, схемы подстанций, а при про-ектировании подстанций должны быть известны схемы линий. При эксплуатации систем электроснабжения потребителей также должны учитываться имеющиеся схемы соединений линий и под¬станций. В электрических сетях используются различные типы схем соединений линий и подстанций. Выбор тех или иных схем зависит от конструктивного выполнения ли¬ний и подстанций, протяженности линий и передаваемой по ним мощности нагрузки, характера питаемых по сети потребителей и требований, предъявляемых ими в отно¬шении надежности электроснабжения и т.д. Ниже приводятся краткие сведения о некоторых типовых схемах соединений линий и подстанций. Электрические сети снабжаются отключающими ап¬паратами: сети напряжени-ем до 1 кВ – рубильника¬ми, плавкими предохранителями и автоматами, а сети более высокого напряжения – выключателями, разъеди¬нителями, отделителями и плавкими предохранителями. Рубильники, автоматы, выключатели служат для оперативного включения и отключения це¬пей. Разъединители и отделители допускают включение и отключение цепей при сравнительно малых токах нагрузки, обычно не более нескольких ампер, например токов холостого хода силовых трансформаторов. При перегрузках и коротких замыканиях цепи низкого на¬пряжения автоматически отключаются предохранителя¬ми или автоматами. В цепях высокого напряжения для этой цели применяются выключатели, снабженные соот¬ветствующей релейной защитой, а при относительно не¬больших нагрузках и предохранители. Схемы соединений оборудования подстанций должны быть согласованы со схемами соединения линий и долж¬ны удовлетворять требованиям обеспечения надежности и экономичности сети в целом. Для снижения стоимости электрических сетей и затрат цветного металла и стали на их сооружение в настоящее время широко приме¬няют упрощенные схемы сетей, снабженные различными автоматическими устройствами, повышающими надеж¬ность их работы. Районные, промышленные, сельские, городские и дру¬гие сети имеют свои осо-бенности. Ниже рассмотрены лишь принципиальные схемы, общие для сетей раз-лич¬ных видов. Схемы разомкнутых нерезервированных электриче¬ских сетей являются наибо-лее простыми и дешевыми. На рис. 7.1,а приведена схема такой сети напря-жением 6 – 20 кВ. Со стороны источника питания И она снабже¬на выключателем В с соответствующей релейной защитой. Трансформаторы Т защищаются плавкими предохранителями. Каждый участок линии присоединяется и через разъединители Р. Существенным недостатком этой схемы сети является то, что при отключении ее голов¬ного участка вг все потребители, присоединенные к чанной линии, теряют питание на время устранения пов¬реждения. Нерезервированные разомкнутые сети применяются для электроснабжения ме-нее ответственных потребите¬лей. Наиболее широкое применение они находят в рас¬пределительных сетях в сельских и городских районах в коммунально-бытовой нагрузкой. Следует иметь в видy, что нерезервированные разомкнутые схемы целесо¬образнее применять в воздушных сетях, чем в кабель¬ных. Ремонт ВЛ производится относительно быстро, в прение нескольких часов. При эксплуатации ВЛ легче обеспечить меньшую продолжительность перерыва элек-троснабжения потребителей за счет относительно несложных мероприятий: подвески тросов, применения АПВ, выполнения ре¬монтных работ под напряже-нием. В случаях повреждения одной из фаз линий возможна временная работа двумя фазами. Учитывая изложенное, нерезервированные разомкнутые ВЛ применяют и в питающих сетях напряжением 110, а иногда и 220 кВ. Для ВЛ часто применяют более дешевое присоедине¬ние потребителей при по-мощи ответвлений от линии. Такая схема для ВЛ напряжением 6 – 20 кВ изо-браже¬на на рис. 7.1,6. В ней присоединение трансформатора Т производится через один разъединитель вместо трех, как это имеет место на схеме рис. 7.1,а. Однако мень¬шее количество аппаратов приводит и к меньшему удобствy схемы рис. 7.1,6 в эксплуатации. При ремонте каждого из участков линии, например участка аб, при¬водится отключать всю линию. В кабельных сетях при¬менение этой схемы нецелесообразно, поскольку ремонт них линий может быть достаточно продолжительным и достигать нескольких суток. Схемы разомкнутых резервированных и замкнутых электрических сетей применяются для электроснабжения ответственных потребителей В случае разомкнутых резервированных сетей в од¬ном направлении обычно прокладывают две линии. На рис. 7.2 изображены простейшие схемы такой сети для питания одной подстанции, на которой установлено два трансформатора. Нормально линии и трансформаторы работают раздельно, каждая цепь питает свою нагрузку. При повреждении одной из цепей она отключается вы-ключателями В с двух сторон и питание соответствую¬щей нагрузки временно прекращается. Немедленно сра¬батывает устройство автоматического ввода резерва (АВР), включающее секционный выключатель ВС на стороне первичного напряжения (рис. 7.2,а) или на стороне вторичного напряжения (рис. 7.2,6) трансфор¬матора. После этого питание потребителей полностью восстанавливается (если достаточна мощность транс¬форматоров). Перерыв в электроснабжении равен вре¬мени отключения поврежденной цепи защитой и вклю¬чения выключателя ВС устройством АВР, т.е. не более 2 – 3 сек. Схема может работать и без устройства АВР, Тогда вместо выключателя ВС используют нормально отключенный разъединитель Р. В этом случае питание потребителей восстанавливается оперативным персона¬лом вручную, что требует значительно большего време¬ни, особенно при отсутствии дежурного персонала на под-станции. Выезд оперативной бригады на место может потребовать до 1 – 2 ч. Схема сети, изображенная на рис. 7.2,6, требует меньше аппаратуры по сравнению со схемой рис. 7.2,а и, следовательно, является более де¬шевой. Однако релейная защита этой схемы является более сложной; в ряде случаев для обеспечения надеж¬ной работы защиты в схеме рис. 7.2,6 приходится вклю¬чать дополнительные аппараты – короткозамыкатели и др. Для нескольких подстанций, расположенных в од¬ном направлении, применяют схемы сквозных магистралей. На рис. 7.3 изображены две линии сети, отходя¬щие от шин источника питания. К ним присоединены три понижающие подстанции. В целях иллюстрации все подстанции имеют различные схемы. Трансформаторы подстанции Т присоединены к линиям сети через выклю-чатели, трансформаторы подстанции 2 — по более дешевой схеме без выключате-лей. Для обеспечения надежной работы защиты сети на подстанции 2 установлены ко¬роткозамыкатели КЗ и отделители О. Если повреждена линия, например Л1, она отклю¬чается выключателем В1 на шинах источника питания и выключателями В2 на стороне вторичного напряже-ния всех подстанций. На секционном выключателе ВС рабо¬тает устройство АВР, и питание всех потребителей вос¬станавливается. Если количество подстанций, присоеди¬няемых к линиям по рассматриваемой схеме, превышает две-три, то эксплуатация сети затрудняется, а надеж¬ность ее работы снижается. Это связано с большим ко¬личеством участков сети, которые могут повреждаться более часто. Кроме того, они должны ремонтироваться. В то же время при ремонте или повреждении каждого из участков должна быть отключена целиком соответст-вующая линия. Это увеличивает вероятность одновремен¬ного отключения обеих линий и полного обесточения потребителей. Для предотвращения этого ряд подстан¬ций, присоединяемых к линиям Л1 и Л2, выполняют по более сложным схемам. В качестве примера указана схема подстанции 3, где каждый элемент сети – линия, трансформатор присоединен через отдельный выключатель. В этом случае при повреждении линии Л1 он а от¬ключается выключателем В1 па шинах источника и вы¬ключателем В3 на подстанции 3, т.е. не на всем ее протяжении, а на участке И – п/ст. 3. Разомкнутые резервированные схемы сети обычно применяют в тех случаях, когда объединение на параллельную работу линий и трансформаторов невозможно из-за больших значений токов короткого замыкания, которые не могут быть отключены установленными в сети аппаратами. Недостатками таких сетей являются: а) от¬носительно большие потери мощности и энергии в сети (посравнению с потерями в замкнутых схемах сети, работающих при одинаковых напряжениях источников питания); б) значительная стоимость сети вследствие большого запаса по про-пускной способности, который используется лишь в аварийных режимах работы; в) наличие, хотя и непродолжительного перерыва в подаче энергии, что может быть неприемлемо для ряда потре¬бителей. Достоинствами разомкнутых резервированных схем являются: а) простота защиты; б) наглядность схе¬мы; в) возможность приключения отдельных линий к различным шинам источника питания или даже к раз¬ным источникам; г) удобство применения при развитии и реконструкции существующих сетей. Различные ва¬рианты таких сетей находят широкое применение в пи¬тающих и распределительных сетях. Схемы замкнутых электрических сетей могут быть весьма разнооб¬разны в зависимости от местных условий. Простейшими замкнутыми сетями явля¬ются кольцевые сети (рис. 7.4) и линия с двусторонним пита¬нием (рис. 7.5) . В этих схемах каждая нагрузка в нормальном режиме может питаться с двух сторон. При повреждени¬ях на любом из головных участков сети питание не прекращается, а происхо¬дит по другому, оставше¬муся в работе головному уча-стку линии. В связи с этим пропускная способ¬ность каждого головного участка должна быть рассчита¬на на полную нагрузку всей сети. Это же относится к мощности источников питания в линии с двусторонним питанием. Все это увеличивает расход цветного металла на сеть и затраты на ее сооружение. В замкнутых сетях в нормальном режиме каждая нагрузка может питаться rip кратчайшему пути. Поэтому потери мощности и энер¬гии в них при заданных параметрах сети и ее нагрузках и при одинаковых напряжениях источников питания мо¬гут быть наименьшими. Для снижения величины запаса пропускной способ¬ности применяют более сложные схемы замкнутых сетей. На рис. 7.6 изображен схематически участок сложно-замкнутой схемы питающей сети. При питании замкнутых сетей от разных источников, имеющих различные значения напряжений по величине и по фазе, в замкнутой сети возникают уравнительные токи. При этом могут увеличиваться потери мощности и энергии и ухудшаться экономические показатели ра¬боты замкнутой сети по сравнению с работой ее при одинаковых напряжениях источников. Поэтому замкну¬тые сети предпочитают питать от шин одного источника или с разных секций шин одного источника. Желательно также, чтобы они были более однородными. Защита замкнутых сетей более сложна, чем разомк¬нутых. В отдельных случаях возможны неправильные, неселективные действия защиты в замкнутых сетях. Бо¬лее сложные схемы замкнутых сетей менее наглядны, что иногда затруд-няет отыскание персоналом места пов¬реждения в сети. Для упрощения защиты распределительные замкнутые сети (промышленные, городские) часто эксплуатируют по разомкнутым, так называемым петлевым схемам. На рис. 7.7 приведена распределительная сеть на¬пряжением 6 – 10 кВ, сооруженная по петлевой схеме. В нормальном режиме разъединитель в точке а отключен, и сеть работает разомкнуто. Для уменьшения потерь мощности и энергии точку размыкания сети стараются совместить с точкой токораздела, имеющей место при работе сети по замкнутой схеме. Этого не всегда удается достигнуть. При повреждении головного участ¬ка, например участка И1, питание потребителей на уча¬стке И1а прекращается на время, необходимое для про-изводства оперативных переключений персоналом. Для потребителей, допускающих подобный перерыв в пита¬нии, применение петлевых схем возможно. Для улучше¬ния режима напряжения и снижения потерь мощности и электроэнергии целесообразно в месте деления петлевой линии устанавливать предохранитель на относительно малый номинальный ток и работать по замкнутой схеме. При повреждении любого участка сети вначале перего¬рает предохранитель, установленный в месте деления линии, а затем отключается выключатель, установлен¬ный на головном участке линии, ближайшем к месту пов¬реждения. Замкнутые схемы, так же как и разомкнутые резер¬вированные, находят доста-точно широкое применение в питающих сетях. За рубежом они часто применяются и в распределительных сетях. В настоящее время не мо¬жет быть рекомендовано единой схемы сети, пригодной для всех возможных условий. Целесообразность выбора той или иной схемы сети зависит от величины и место-расположения нагрузок, от категории потребителей, от конструктивного выполнения применяемой сети и т. п. Выбор, схемы сети для конкретных заданных условий производят на основании технико-экономического срав¬нения различных вариантов схем, которые могут быть целесообразны в данных условиях. Роль защиты и автоматики в работе электрических сетей очень велика. При надлежащем выборе этих устройств может быть существенно повышена надеж-ность электроснабжения потребителей, улучшены тех¬нико-экономические показатели сооружения и эксплуа¬тации сети. Устройства релейной защиты должны реагировать на параметры режима за-щищаемого элемента сети. Если происходит недопустимое изменение этих параметров в случае повреждения или ненормального режима, устройство защиты должно срабатывать и воздейство¬вать на отключение соответствующих выключателей или на включение информирующей персонал сигнали¬зации. Устройства системной автоматики предназначены для управления режи-мами работы системы и регулирования их параметров. Они широко применяются в электриче¬ских системах. С их помощью достигается существенное повышение надежности и экономичности работы систем электроснабжения потребителей. Основными типами автоматических устройств, ис¬пользуемых в целях повыше-ния надежности электро¬снабжения потребителей, являются: а) автоматическое включение резервных источников питания (АВР); б) автоматическое повторное включение (АПВ) линий, трансформаторов и шин, отключенных соответствующей защитой при появ¬лении на них преходящих коротких замыканий, которые самоликвидируются после снятия напряжения с элемен¬та; в) автоматическая частотная разгрузка (АЧР) сис¬темы при возникновении в ней дефицита активной мощ¬ности, например, при отключении источников питания значительной мощности; при этом часть потребителей временно отключается, а остальные работают с прием¬лемыми параметрами режима. После включения резерв¬ных источников питание всех потребителей восстанавли¬вается. При отсутствии АЧР при этом могло бы воз¬никнуть нарушение устойчивости параллельной работы электростанций системы и прекращение питания всех по-требителей. Устройства автоматики применяют также для авто¬матического регулирования напряжения. С помощью автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) изме-няют ток возбуждения, а следовательно, и напряжение на зажимах синхронных генераторов, компенсаторов и двигателей. Автоматические регуляторы напряжения (АРН) используют для переключения под нагрузкой ре-гулировочных ответвлений трансформаторов и автотран¬сформаторов с РГГН, линейных регуляторов и для изме¬нения числа включенных конденсаторов в управляемых конденсаторных батареях. Устройства автоматики ис¬пользуют также для регулирования частоты и экономи¬ческого распределения мощности между генераторами электростанций системы. При проектировании электрических сетей необходимо учитывать наличие уст-ройств защиты и автоматики, наи¬более полно их использовать и правильно формулиро¬вать требования, предъявляемые к этим устройствам. Похожие статьи:
|
|