схема 10(6) кв "одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей"

Формула изобретения

Схема подключения источников питания к распределительному устройству (РУ) 10(6) кВ, состоящая из, по меньшей мере, двух источников питания, цепей вводов питания, выполненных через развилки из выключателей с автоматическим включением резервного питания (АВР), распределительного устройства 10(6) кВ, содержащего, по меньшей мере, две секции сборных шин (секций), при этом требуемая надежность электроснабжения подключенных к РУ 10(6) кВ электроприемников обеспечивается благодаря тому, что питание этих секций выполняется с помощью развилок из вводных выключателей от независимых взаимнорезервирующих источников питания, работающих раздельно, так как часть вводных выключателей нормально отключена; при этом АВР выполняется между нормально включенным и нормально отключенным(и) вводными выключателями каждой секции.

Описание изобретения к патенту

1. Описание

1.1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в схемах или системах питания электросетей и распределения электрической энергии.

1.2. Уровень техники

Из научно-технической литературы известна принципиальная электрическая схема распределительных устройств «Одна секционированная выключателем (или двумя выключателями) система шин», при этом каждый трансформатор присоединен к одной секции. Подключение силовых трансформаторов в этой схеме выполняется по так называемой схеме «неявного резерва» (см. фиг.1). Чаще всего эта схема применяется на распределительных подстанциях [1].

К недостаткам схемы «неявного резерва» можно отнести: во-первых, выбор оборудования каждой секции на суммарный ток нагрузки секций с учетом секционирования, во-вторых, увеличение времени отключения короткого замыкания защитой трансформаторного ввода по условию селективности с нормально отключенным секционным выключателем (далее по тексту - СВ) 10 (6) кВ, и, в-третьих, наличие элемента - непосредственно самого СВ, отказ которого вызывает отключение двух секций, то есть перерыв в электроснабжении потребителей.

Также из научно-технической литературы известна схема включения силовых трансформаторов по схеме «явного резерва» [2]. При использовании этой схемы каждый рабочий трансформатор подключается только к «своей» секции, а дополнительный резервный трансформатор может подключаться к любой из секций (см. фиг.2).

К недостаткам этой схемы можно отнести, во-первых, увеличение стоимости строительства из-за большего, по сравнению со схемой «неявного резерва», количества устанавливаемых трансформаторов, во-вторых, неравномерный износ рабочих и резервного трансформаторов.

И, наконец, известна схема 110-9Н «Одна рабочая секционированная система шин с подключением трансформаторов через развилку из выключателей», которая применяется в электроустановках напряжением 110 кВ и выше для подстанций (далее по тексту - ПС) с наличием парных воздушных линий (далее по тексту - ВЛ) и ВЛ, резервируемых от других ПС, нерезервируемых ВЛ, но не более одной на секцию, при отсутствии требований сохранения в работе всех присоединений при выводе в ревизию секции шин и при повышенных требованиях к сохранению в работе силовых трансформаторов [3].

1.3. Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является достижение синергического эффекта, то есть умножение преимуществ схем подключения источников питания (например, силовых трансформаторов): явного резерва и неявного резерва с одновременным устранением их основных недостатков, но прежде всего существенное благодаря достигаемому эффекту снижение капиталовложений в строительство электрической подстанции.

Эта задача достигается за счет использования новой схемы подключения источников питания (например, силовых трансформаторов) к распределительному устройству 10 (6) кВ (далее по тексту - РУ 10 (6) кВ), визуально похожей при графическом изображении на схему 110-9Н, приведенной на фиг.3, а именно за счет того, что связь между источниками питания и РУ 10 (6) кВ выполняется с помощью развилок из вводных выключателей. Отличие от схемы 110-9Н в том, что новую схему предлагается применять для сохранения в работе обеих секций при отключении любого из источников питания (силовых трансформаторов); АВР предлагается организовать между вводными выключателями каждой секции.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где показан пример подключения силовых трансформаторов к распределительному устройству 10 (6) кВ по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей». Подключение каждого источника питания (силового трансформатора) 1 и 2 в этой схеме выполняется с помощью двух идентичных ячеек трансформаторных вводов 3, 4 и 5, 6 соответственно. При этом вводы 3 и 5 подключаются к секции 7, а вводы 4 и 6 - к секции 8.

Таким образом, каждая из секций 7 и 8 может быть запитана от любого силового трансформатора - 1 или 2, при этом одна из вводных ячеек на секцию в нормальном режиме включена (например, 3 и 6), а вторая отключена (например, 4 и 5) и включается устройством АВР при отключении первой ячейки. Одновременно две ячейки ввода на одну секцию допускается включать только кратковременно при оперативных переключениях при выводе в ремонт одного из трансформаторов.

Количество секций при предлагаемом способе подключения равно количеству силовых трансформаторов (без учета расщепления).

При установке трех источников питания и отсутствии особых требований к надежности электроснабжения потребителей цепи вводов питания также выполняются через развилку из двух выключателей. Схема примет вид, приведенный на фиг.5. В этом случае подключение каждого источника питания 1; 2 и 3 выполняется с помощью двух идентичных ячеек трансформаторных вводов 4, 5; 6, 7 и 8, 9 соответственно. При этом вводы 4 и 9 подключаются к секции 10, вводы 5 и 6 - к секции 11 и, наконец, вводы 7 и 8 - к секции 12. Таким образом, секция 10 может быть запитана от источников питания 1 или 3, секция 11 - от 1 или 2, а секция 12 - от 2 или 3, тем самым обеспечивается требование п.1.2.19 ПУЭ. Одна из вводных ячеек на секцию в нормальном режиме включена (например, 4; 6 и 8), а вторая отключена (например, 5; 7 и 9) и включается устройством АВР при отключении первой ячейки.

Количество вводных ячеек на каждой секции определяется требованиями к надежности электроснабжения. Например, для особо ответственных потребителей, для питания которых по условию надежности должна быть обеспечена возможность питания каждой секции от любого из трех независимых источников питания 1; 2 или 3, цепи вводов питания каждого источника питания 1; 2 и 3 выполняются через развилку из трех выключателей 4 6; 7 9 и 11 12 соответственно. АВР выполняется между тремя вводными выключателями одной секции в две очереди. Схема примет вид, приведенный на фиг.6.

Синергический эффект: умножение преимуществ схем и явного, и неявного резерва с одновременным устранением их основных недостатков заключается в следующем:

- выбор вводных ячеек и сборных шин РУ 10 (6) кВ на нагрузку только «своей» секции;

- меньшее время срабатывания релейной защиты трансформаторного ввода;

- взаимное резервирование рабочих трансформаторов:

- отсутствие резервного трансформатора;

- равномерный износ работающих трансформаторов.

Выбор вводных ячеек и сборных шин РУ 10 (6) кВ на нагрузку только «своей» секции позволит уменьшить их габариты и стоимость.

Из чертежей (на фиг.4, 5, 6) видно, что в любом режиме через ячейку ввода и по сборным шинам будет протекать ток нагрузки одной секции и поэтому при использовании предлагаемой в изобретении схемы могут быть выбраны ячейки 10 (6) кВ 3 меньших габаритов и стоимости по сравнению с известной схемой «неявного резерва» (также известной как схема 10 (6) -1).

Меньшее время срабатывания релейной защиты трансформаторного ввода позволит снизить сечения отходящих кабельных линий при их выборе по условию невозгорания, то есть уменьшить затраты на кабельную продукцию и повысить удобство их прокладки.

Как известно, в [4] определена методика проверки кабелей на невозгорание для исключения повреждения кабелей в результате длительного протекания токов короткого замыкания (КЗ) при отключении КЗ резервной защитой присоединения вследствие нагрева токопроводящих жил кабелей до температур, при которых возможны разрывы оболочек и разрушения концевых заделок с возгоранием кабелей.

Отказ от применения на понизительных подстанциях секционных выключателей позволит уменьшить время срабатывания МТЗ ввода на ступень селективности (на сегодняшний день это примерно 0,3 с).

Расчеты показали, что при использовании изобретения в ряде случаев выбора отходящих кабелей по условию невозгорания будет возможно применение кабеля с жилой меньшего сечения по сравнению со схемой 10 (6) -1. В наиболее распространенных случаях (ток КЗ находится в диапазоне 7 17 кА, время отключения трансформаторного ввода - 1,0 2,1 с) ожидаемое уменьшение расчетного сечения составляет порядка 5 14 мм². А это значит, что в линейке сечений выпускаемых кабелей 70, 95, 120, 150, 185 мм², в которой шаг равен 25-30 мм², ориентировочно в 20 50% случаев выбора кабелей по условию невозгорания будет возможно применение кабеля с жилой меньшего сечения. Поскольку для выбора сечения экрана кабеля в сети 6-35 кВ производится по току двойного КЗ на землю и времени отключения трансформаторного ввода, аналогичный вывод можно сделать и о выборе экрана кабеля.

Взаимное резервирование рабочих трансформаторов обеспечит выполнение требований п.1.2.19 ПУЭ в части обеспечения надежности электроснабжения.

Отсутствие резервного трансформатора означает экономию денежных средств по его установке.

Равномерный износ работающих трансформаторов позволит повысить точность прогноза по ремонтам и замене силовых трансформаторов, обеспечит идентичность их технического состояния.

Кроме того, следует отметить, что при использовании изобретения упрощаются цепи АВР, сокращается общая протяженность кабельных связей в цепях АВР, что повышает надежность АВР, а значит и надежность электроснабжения. Наконец, СВ сам по себе является элементом электроустановки, отказ которого приводит к потере сразу двух секций, а значит его отказ от его установки - это уже само по себе преимущество.

1.4. Краткое описание чертежей

Фиг.1 - Схема 10 (6) -1 «Одна секционированная выключателем (или двумя выключателями) система шин». На рисунке показаны связи между источниками питания (силовыми трансформаторами) и секциями РУ10 (6) кВ, а также между секциями РУ 10 (6) кВ типовой понизительной подстанции по схеме неявного резерва.

Фиг.2 - Схема «явного резерва». На рисунке показаны связи между источниками питания (силовыми трансформаторами) и секциями РУ 10 (6) кВ по схеме явного резерва. Такого рода схемное решение применяется в сетях собственных нужд электростанций.

Фиг.3 - Схема 110-9Н «Одна рабочая секционированная система шин с подключением трансформаторов через развилку из выключателей». Схема интересна тем, что она графически (визуально) похожа на предлагаемую в изобретении схему, но отличается режимом работы, назначением, классом напряжения.

Фиг.4 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по предлагаемой схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей». На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном двум.

Фиг.5 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей» при установке трех силовых трансформаторов. На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном трем.

Фиг.6 - Подключение источников питания (силовых трансформаторов) по схеме «Одна рабочая секционированная система шин с выполнением вводов питания через развилку из выключателей» при установке трех силовых трансформаторов для особо ответственных потребителей. На рисунке показаны связи между питающими трансформаторами и секциями РУ 10 (6) кВ с использованием схемного решения, предлагаемого в изобретении, при количестве трансформаторов, равном трем, и при повышенных требованиях к надежности электроснабжения потребителей.

1.5. Осуществление изобретения

Изобретение может быть реализовано при выполнении проектов электрических подстанций на стадии выбора, разработки и утверждения схемы электрической главной и дальнейшем строительстве подстанций на основе утвержденной проектной документации.

Список литературы

1. СТО 56947007-29.240.10.028-2009. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС). Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».

2. ВНТП 81. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций.

3. СТО 56947007-29.240.30.010-2008. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС».

4. Циркуляр от 16.03.98 № Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания».