Общие сведения об устройстве трансформаторных подстанций

     
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Основные элементы трансформаторных подстанций

Установка, служащая для распределения и преобразования электрической энергии, называется электрической подстанцией и состоит из распределительных устройств, преобразователей электроэнергии, вспомогательных элементов и аппаратуры управления. Электрическая подстанция является промежуточным звеном в системе передачи энергии от электростанций к потребителям.

В зависимости от назначения на подстанции могут быть установлены различные преобразовательные агрегаты: трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и др. Наибольшее распространение получили трансформаторные подстанции (ТП), преобразующие одно напряжение переменного тока (первичное) в другое (вторичное). Установленные на ТП силовые трансформаторы либо повышают первичное напряжение (как правило, на электростанциях), либо понижают его (у потребителей). В некоторых случаях производится отбор мощности еще на одной ступени напряжения - средней (в трехобмоточных трансформаторах).

По конструктивному исполнению различают открытые и закрытые ТП. На открытых ТП оборудование устанавливается на открытом воздухе, без защиты. Оборудование закрытых ТП располагается внутри помещений. Иногда крупное оборудование ТП (например, трансформаторы) располагают открыто, а остальное устанавливают внутри помещений. Закрытые ТП могут быть отдельно стоящими (расположенными в отдельных зданиях); внутрицеховыми (встроенными), находящимися внутри производственных помещений, и пристроенными, имеющими со зданиями одну или две общие стены.

Отдельную группу составляют комплектные трансформаторные подстанции (КТП), изготовляемые на заводах и поставляемые на место монтажа полностью смонтированными или блоками.

В состав ТП 6-10 кВ (рис.1) входят распределительные устройства (РУ) 6 или 10 кВ и 0,4 кВ, служащие для приема и распределения электроэнергии, а также силовые трансформаторы. В необходимых случаях к ним добавляют щиты управления, устройства для повышения коэффициента мощности (статические конденсаторы), аккумуляторные батареи и другое вспомогательное оборудование.

     
    Рис.1. План закрытой трансформаторной подстанции 6- 10 кВ:
1,8 - помещения РУ 6-10 и 0,4 кВ, 2 - камеры 6-10 кВ, 3 - трубы или анода кабелей, 4 - секционный разъединитель, 5, 9 - сборные шины РУ 6-10 и 0,4 кВ, 6 - кабельный канал, 7 - опорные изоляторы, 10 - панели (камеры) 0,4 кВ, 11 - силовой трансформатор

Обычно все оборудование РУ размещается в металлических камерах 2, на панелях 10 или в шкафах заводского изготовлении и электрически связывается между собой шинами. Основной частью всех РУ являются сборные шины 5 и 9, к которым через коммутационные аппараты, расположенные в ячейках, присоединяют входящие и отходящие линии электропередачи, силовые трансформаторы 11, а также трансформаторы напряжения и другие элементы РУ. В состав РУ входят также аппаратура защиты  от перенапряжений (разрядники) и токов короткого замыкания (предохранители), измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Силовые трансформаторы с одной стороны подключают к сборным шинам 5 РУ 6-10 кВ, а с другой - к сборным шинам 9 РУ 0,4 кВ.

Для обеспечения нормальной работы ТП прокладывают внутренний и наружный контуры заземления и вторичные цепи.

Коммутационные аппараты

В связи с тем, что при оперативных переключениях в действующих электроустановках на разрываемых контактах обычно образуется электрическая дуга, в РУ применяют специальные устройства для включения, отключения или разрыва электрических цепей - коммутационные аппараты, предназначенные для выполнения различных операций.

Высоковольтные выключатели. Наиболее универсальными коммутационными аппаратами в сетях выше 1 кВ являются высоковольтные выключатели, предназначенные для включения и выключения электрических цепей под нагрузкой, автоматического отключения токов короткого замыкания и перегрузки, автоматического включения резерва (АВР), автоматического повторного включении  (АПВ)  и других операций, при которых возникает необходимость  гашения  электрической дуги.  В  зависимости от  рода среды, в которой происходит гашение дуги, различают воздушные, вакуумные и масляные выключатели.

Воздушные выключатели гасят дугу на открытом воздухе с помощью так называемого магнитного дутья или струи воздуха. Выключатели с электромагнитными дугогасящими устройствами (ВЭМ) гасят дугу с помощью катушки магнитного дутья, которая растягивает дугу по керамическим пластинам. Растянутая дуга интенсивно отдает теплоту пластинам, охлаждается и гаснет. Воздушные выключатели пожаро- и взрывобезопасны, пригодны для работы в условиях весьма частых отключений, но имеют относительно сложную конструкцию дугогасительного устройства. Их используют главным образом на подстанциях, питающих электропечи, преобразовательных подстанциях метро, в электроприводах насосных станций, прокатных станов, т.е. когда требуются частые переключения.

В вакуумных выключателях (ВНВ) гашение дуги происходит в вакуумной камере. Эти выключатели имеют сравнительно малые размеры и массу, большой срок службы, взрыво- и пожаробезопасны и просты в эксплуатации. Однако относительно высокая стоимость, малая отключаемая мощность и низкая ремонтопригодность не позволяют пока широко применить их в общепромышленных электроустановках.

Масляные малообъемные выключатели (ВМ) получили наибольшее распространение, отличаются простотой конструкции, универсальностью, относительно малой массой, сравнительно низкой стоимостью, большим током отключения, высокой надежностью и др. В этих выключателях масло служит дугогасящей средой и частично изоляцией между разомкнутыми контактами. Прочные баки, установленные на каждой фазе, и небольшой объем масла в них делают выключатели взрывобезопасными, что значительно упрощает их установку и обслуживание.

Трехполюсный масляный подвесной выключатель ВМП-10 смонтирован на раме, на которой с помощью изоляторов закреплены три бака (цилиндра) с маслом, выполненных из изоляционного материала, а также приводной вал, отключающие пружины и буферы. На верхнем фланце каждого бака установлен алюминиевый корпус с рычажным механизмом и подвижным контактным стержнем, а на нижнем (с внутренней стороны) - неподвижный контакт, над которым расположена дугогасительная камера с дутьевыми каналами.

Во время отключения масляного выключателя между перемещающимся подвижным контактным стержнем и неподвижным контактом возникает электрическая дуга. Образующиеся при этом пары масла и газы устремляются под давлением через поперечные дутьевые каналы и, пересекая дугу, разрывают и гасят ее.

Отключаются масляные выключатели установленными на них пружинами, а включаются электромагнитными (ПЭ-11) или пружинными (ПП-67, ПП-61 и др.) приводам, снабженными ручным и автоматическим управлением. Кроме того, приводы позволяют включать и отключать масляные выключатели, как с места установки, так и дистанционно. Для создания видимого разрыва электрической цепи с обеих сторон масляного выключателя устанавливают разъединители.

Вместо выключателей ВМП-10 начат выпуск малогабаритных масляных колонковых выключателей ВК-10, предназначенных для установки на выкатных тележках в камерах и шкафах РУ 6-10 кВ.

Выключатели нагрузки (ВН) позволяют отключать трехфазные линии 6-10 кВ при токах нагрузки, не превышающих номинальные, а также при отсутствии нагрузки. В отключенном положении выключатели нагрузки создают видимый разрыв цепи, что имеет большое значение для безопасного обслуживания электроустановок.

На опорной раме выключателя нагрузки закреплены контактная система и дугогасительные устройства, а также вал, тяги, отключающие пружины и буфер. Контактная система состоит из неподвижных (верхних и нижних) и подвижных ножей контактов с тремя дугообразными пластинами. Средняя пластина предназначена для гашения электрической дуги и входит внутрь дугогасительной камеры, выполненной в виде пластмассового корпуса с газогенерирующими вкладышами из органического стекла. Под действием высокой температуры вкладыши выделяют большое количество газов, вследствие чего давление внутри камеры повышается. Поток газов устремляется к выходу, разрывает электрическую дугу и гасит ее.

Управляют выключателями нагрузки ручным приводом ПР-17 или рычажным полуавтоматическим приводом ПРА-17, снабженным электромагнитом отключения. Включают выключатель нагрузки вручную, а отключают как вручную, так и автоматически с помощью отключающих пружин.

Для защиты сетей от токов короткого замыкания к выключателям нагрузки на специальной полураме устанавливают высоковольтные предохранители ПК.