Схемы распределительных сетей 6—10 кВ - Электроснабжение промышленных предприятий

На небольших и средних предприятиях, а также на второй и последующих ступенях электроснабжения крупных предприятий распределение электроэнергии осуществляется в основном по кабельным линиям 6-10 кВ. Воздушные линии сооружаются редко на малозагруженных участках территории, например на периферийных.

Имеются две основные схемы распределения энергии — радиальная и магистральная, но часто на разных ступенях электроснабжения применяются и смешанные схемы. Та или другая схема применяется в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других электроприемников по отношению к питающему их пункту. При этом учитываются также стоимость разных вариантов, расход кабеля, способы выполнения сети и др. Обе эти схемы при надлежащем их выполнении можно применять для обеспечения надежного питания электроприемников любой категории.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двухступенчатыми или одноступенчатыми. Одноступенчатые схемы применяются главным образом на малых предприятиях, на которых распределяемая мощность и территория невелики. На больших и средних предприятиях применяются как одноступенчатые, так и двухступенчатые схемы. Одноступенчатые радиальные схемы на таких предприятиях применяются для питания крупных сосредоточенных нагрузок (насосные, компрессорные, преобразовательные агрегаты, электропечи и т. п.) непосредственно от центра питания (ГПП, ТЭЦ и т. п.), а для питания небольших цеховых подстанций и электроприемников высокого напряжения применяются двухступенчатые схемы, так как нецелесообразно загружать основные энергетические центры предприятия (ГПП, ТЭЦ) большим числом мелких отходящих линий.

При двухступенчатых радиальных схемах применяются промежуточные РП, от которых и питаются распределительные сети второй ступени. Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП, а на питаемых от них цеховых подстанциях предусматривается преимущественно глухое (без выключателей, разъединителей и других коммутационных аппаратов) присоединение трансформаторов. Иногда применяется выключатель нагрузки или разъединитель. От каждого РП питаются обычно четыре-пять цеховых подстанций. Для эффективного использования РП его мощность выбирается таким образом, чтобы питающие его линии, выбранные по току короткого замыкания, были полностью загружены (с учетом послеаварийного режима). Число отходящих линий от РП, как правило, должно быть не менее восьми—десяти.

Радиальные схемы с числом ступеней более двух громоздки и нецелесообразны, так как при этом усложняется коммутация и защита; иногда они применяются при развитии предприятия и при необходимости добавления новых подстанций или для питания отдельных периферийных подстанций.

При радиальных схемах широко применяется секционирование всех звеньев системы электроснабжения от ГПП и ТЭЦ до сборных шин низкого напряжения цеховых подстанций и цеховых силовых распределительных пунктов. На секционных аппаратах предусматриваются несложные схемы АВР. Это значительно повышает надежность питания. Крупные подстанции и РП питаются не менее чем двумя радиальными линиями, которые обычно работают раздельно, каждая на свою секцию; при выходе из работы одной из них другая автоматически берет на себя всю нагрузку электроприемников 1-й и 2-й категорий. Если каждая линия не рассчитана на полную мощность всей подстанции, то применяются меры к разгрузке подстанции от неответственных потребителей на время послеаварийного режима.

На рис. 6 показана двухступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии по одному из районов крупного предприятия, одна из ПГВ которого подключена к глубокому вводу 110 кВ. Каждый из РП питается двумя линиями 10 кВ (сеть первой ступени). На второй ступени электроэнергия распределяется между двухтрансформаторными или однотрансформаторными цеховыми ТП. Резервирование электроприемников 1-й категории на однотрансформаторных подстанциях осуществляется перемычками 400 В между ближайшими ТП. Предусматривается глубокое секционирование и АВР на всех ступенях от ПГВ до шин низкого напряжения цеховых подстанций. К РП1 подключена подстанция 10/6 кВ для питания группы электродвигателей 6 кВ.

На очень крупных РП применяются мощные вводы, состоящие из многих кабелей, и сборные шины из нескольких секций. Одна из схем таких РП представлена на рис. 7. Сборные шины разделены на три секции по числу вводов. Предусмотрено АВР секционных выключателей. К. средней секции приключены наиболее ответственные электроприемники, питание которых необходимо обеспечить при любых условиях. Цеховые подстанции— двухтрансформаторные, с возможностью АВР на напряжении 400 В. Иногда питание распределительных пунктов производится от двух разных источников. В этом случае распределение нагрузок между последними производится в зависимости от их мощности, удаленности, экономичности и других условий. Источники маломощные или удаленные, как правило, служат только для резервирования.

Рис. 6. Пример выполнения двухступенчатой радиальной схемы.

Рис. 7. Схема радиального питания цеховых подстанций от крупного РП с тремя секциями шин.

Радиальные схемы питания РП и подстанций с резервирование при помощи общей резервной магистрали, заходящей поочередно на все подстанции, или же при помощи резервных перемычек высокого напряжения применяются редко, например в тех случаях, когда необходимо ввести аварийное питание от другого источника питания при полном выходе из работы основного источника. С точки зрения расхода кабелей и затрат такая схема выгодна при близком расположении подстанций друг от друга и при значительной удаленности их от питающего центра.

Для питания электроприемников 1-й и 2-й категорий применяются двухтрансформаторные цеховые подстанции; каждый трансформатор питается отдельной линией по блочной схеме. Линии и трансформаторы рассчитываются на питание всех нагрузок в нормальном режиме и ответственных нагрузок (1-я и 2-я категории) в аварийных условиях, когда выходит из работы одна линия или трансформатор. Если нет точных данных о категориях электроприемников, каждая линия и каждый трансформатор выбираются на 60—70% суммарной нагрузки всей подстанции. Тогда при аварии они, с учетом допустимой перегрузки трансформаторов, обеспечат питание всех ответственных электроприемников. На стороне вторичного напряжения при этой схеме в необходимых случаях применяется АВР секционного автомата. Схема получается четкая и надежная, но применение автоматов удорожает комплектную трансформаторную подстанцию (КТП).

Если же в данном цехе преобладают электроприемники 3-й категории, то применяются однотрансформаторные подстанции. В этих случаях взаимное резервирование небольших групп ответственных нагрузок, присоединенных к этим подстанциям, целесообразно осуществлять при помощи кабельных перемычек между соседними подстанциями (см. рис. 6). Пропускная способность этих перемычек обычно составляет не более 15—20% нагрузки трансформатора. При схеме блока трансформатор — магистраль низкого напряжения такое резервирование очень просто, дешево и надежно выполняется при помощи шинных нормально разомкнутых перемычек между концами магистралей соседних трансформаторов. При перемычках низкого напряжения одновременно с трансформаторами резервируются также и питающие их линии высокого напряжения.

Рис. 8. Радиальное питание обособленных однотрансформаторных подстанций.

Кроме того, наличие резервных перемычек дает возможность полного отключения нескольких цеховых подстанций в периоды малых нагрузок, что позволяет уменьшить потери холостого хода трансформаторов, улучшить режим работы установки и повысить ее коэффициент мощности.

Рис. 9. Схема радиального питания ТП с подключением двух радиальных линий под общий выключатель.

Обособленно расположенные (удаленные) небольшие однотрансформаторные подстанции питаются по одиночной радиальной линии без резервирования по высокому напряжению (рис. 8,а), если при этом отсутствуют электроприемники 1-й категории и возможен быстрый ремонт поврежденной линии, например воздушной или кабельной, проложенной в канале. Питание обособленных подстанций более ответственного назначения допускается осуществлять по двухкабельной линии с разъединителями на каждом кабеле (рис. 8, б). При нормальном режиме работает только один кабель, второй отключен со стороны приемного конца, но находится под напряжением в постоянной готовности к включению; он включается только после отсоединения с двух сторон поврежденного рабочего кабеля. Если же кабели рассчитаны на прохождение тока короткого замыкания, то они оба могут находиться под постоянной нагрузкой; при аварии сначала отключается вся линия, а затем находится и отсоединяется разъединителями поврежденный кабель и вся нагрузка переводится на исправный кабель. При этом варианте потери электроэнергии получаются меньшими.

При построении радиальных схем распределения электроэнергии нужно учитывать необходимость рационального использования распределительных устройств.

Рис. 10. Схема радиального питания РП 6—10 кВ с применением групповых реакторов.

Нецелесообразно подключать маломощные линии (например, к трансформаторам 100—1000 кВ-А) к отдельной камере распредустройства, особенно если это дорогостоящая комплектная камера КРУ или реактированная линия.

Такие линии нужно группировать и присоединять к одному выключателю. На рис. 9 приведена схема распределения электроэнергии, где две радиальные линии подключены к одному общему выключателю. Схема строится таким образом, чтобы каждая цеховая трансформаторная подстанция питалась от двух разных радиальных линий, подключенных к разным секциям РП. На стороне низкого напряжения предусматривается устройство АВР секционного автомата. Следовательно, при повреждении одной из линий вся основная нагрузка автоматически воспринимается другой линией, что учитывается при выборе сечения линий и трансформаторов. Необходимо, чтобы заводы электропромышленности изготовляли комплектные камеры по схеме, приведенной на рис. 9.

На реактированных подстанциях к одному групповому реактору может присоединяться до четырех линий, каждая из которых имеет свой выключатель, селективно отключающий поврежденную линию без нарушения работы остальных.

На рис. 10 показана схема мощной ГПП с групповым реактированием линий 6—10 кВ, отходящих к РП. Благодаря наличию АВР на секционном выключателе РП питание потребителей, подключенных к поврежденной линии, автоматически восстанавливается в любом случае. Токопроводы 6—10 кВ на этой схеме подключены непосредственно к трансформаторам через отдельные выключатели. Благодаря этому разгружаются вводные выключатели, создается независимое питание токопроводов от прочих потребителей, подключенных к сборным шинам, и тем самым повышается общая надежность электроснабжения.

При магистральных схемах электроэнергия подается от основного энергетического узла или центра питания предприятия (ТЭЦ, ГПП) непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям. Уменьшается число звеньев распределения и коммутации электроэнергии. В этом заключается главное и очень существенное преимущество магистральных схем распределения энергии.

Магистральные схемы целесообразно применять при распределенных нагрузках, при упорядоченном (близком к линейному) расположении подстанций на территории завода. Это позволяет выполнить наиболее прямое прохождение магистралей от источников питания до потребителя энергии без обратных потоков энергии и без длинных обходов.

Рис. 11. Магистральные схемы с односторонним питанием. а — одиночные; б — двойные.

Магистральные схемы более удобны и экономичны чем радиальные при необходимости выполнения резервирования цеховых подстанций от другого источника в случае выхода из работы основного питающего пункта. Магистральные линии позволяют лучше загрузить при нормальном режиме кабели, сечение которых было выбрано по экономической плотности тока или по току короткого замыкания. Как известно, сечение кабеля выбирается с учетом прохождения по нему тока короткого замыкания. Оно всегда больше сечения, нужного для радиальных линий малой мощности при прохождении нормального рабочего тока. У магистральных же линий, к которым подключается несколько подстанций, благодаря более полной их загрузке сечение кабеля, необходимое при нормальном режиме, приближается к сечению, выбираемому по условиям короткого замыкания или экономической плотности тока. Магистральные схемы позволяют также сэкономить число камер в распределительном устройстве, так как к одной магистральной линии присоединяется несколько подстанций. Последнее очень важно при применении дорогих комплектных выкатных шкафов КРУ. Указанные преимущества магистральных схем сказываются главным образом при сопоставлении их с одноступенчатыми радиальными схемами или с радиальными схемами на второй ступени распределения энергии для питания небольших трансформаторов и других электроприемников.

Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, зависит от их мощности и от ответственности питаемых потребителей. Чем крупнее трансформаторы, тем меньше их можно присоединить к одной магистрали. Необходимо учитывать, что при большом числе трансформаторов и глухом их присоединении к магистрали (см. рис. 12) максимальная защита на головном участке питающей магистрали загрубляется и может оказаться нечувствительной при коротком замыкании в данном трансформаторе. Выходом из положения может явиться установка предохранителей на ответвлении от магистрали к трансформатору, как это показано на рис. 11. Это дает возможность селективно отключить трансформатор при повреждении в нем. Число трансформаторов, питаемых от одной магистрали, можно ориентировочно принять в пределах двух-трех при мощности трансформаторов 2500—1000 кВ-А и четырех-пяти при мощности 630—250 кВ-А. По степени надежности электроснабжения магистральные схемы можно подразделить на две основные группы.

Одиночные магистрали с частичным резервированием питания по связям вторичного напряжения.В первую группу входят простые магистральные схемы — одиночные (рис. 11, а) и кольцевые. Эти схемы, как правило, уступают радиальным схемам в отношении надежности электроснабжения и удобства эксплуатации. Поэтому они применяются редко, главным образом для питания подстанций малой мощности, потребители которых могут быть отнесены к 3-й категории. Одиночные магистрали без резервирования применяются в тех случаях, когда можно допустить перерыв в питании на время, необходимое для отыскания, отключения и восстановления поврежденного участка магистрали, что удобно, например при воздушных магистралях. При кабельных магистралях их трасса должна быть доступна для ремонта кабелей в любое время года, что возможно, например, при прокладке в каналах, туннелях и т. п.

Надежность схемы с одиночными магистралями можно повысить, если питаемые ими однотрансформаторные подстанции расположить таким образом, чтобы можно было осуществить частичное резервирование по связям низкого напряжения между ближайшими подстанциями. Для этого применяется схема, показанная на рис. 12, на которой близко расположенные однотрансформаторные подстанции питаются от разных одиночных магистралей.

Это дает возможность частичного взаимного резервирования этих подстанций по связям низкого напряжения так же, как и при радиальных схемах распределения энергии. Такие усовершенствованные магистральные схемы можно применять и для электроприемников 1-й категории, если нагрузка последних невелика — не более 15—20% общей нагрузки.

Ответвления от воздушных магистралей выполняются через разъединитель без захода линии на подстанцию.

Рис. 13. Схемы двойных сквозных магистралей с односторонним питанием.

а — при наличии сборных шин высокого напряжения на подстанциях; б — при отсутствии сборных шин высокого напряжения на подстанциях.

Если одиночные магистрали снабдить общей резервной магистралью, которая поочередно заходит на концевые подстанции, питаемые рабочими магистралями, то надежность всей схемы повышается и перерыв в питании определяется только временем, необходимым для отыскания и отключения поврежденного участка магистрали и присоединения резервной магистрали. Такие схемы можно допустить для питания потребителей 2-й категории. К одной магистрали обычно присоединяется не более четырех-пяти подстанций, мощность каждой из которых находится в пределах 630— 1000 кВ-А.

Недостатком этой схемы является неиспользование в нормальных условиях резервной кабельной магистрали (холодный резерв), и поэтому она не находит широкого применения. Кольцевые магистрали на промышленных предприятиях применяются редко.

Ко второй группе магистральных схем относятся более сложные схемы, с двумя и более параллельными сквозными магистралями.

Схемы с двойными сквозными магистралями применяются на подстанциях с двумя секциями сборных шин (рис. 13, а) или же на двухтрансформаторных подстанциях без сборных шин высокого напряжения (рис. 13,6). Такие схемы, хотя и дороже, но очень надежны и могут быть применены для питания электроприемников любой категории. Их надежность обусловливается тем, что каждая секция шин подстанции или каждый трансформатор двухтрансформаторной подстанции питается от разных магистралей, каждая из которых рассчитана на покрытие основных нагрузок всех подстанций; трансформаторы также рассчитаны на взаимное резервирование.

В зависимости от передаваемой мощности к каждой магистрали может быть присоединено от двух до четырех подстанций. Секции шин РП или трансформаторы цеховых ТП при нормальном режиме работают раздельно, а при повреждении на одной из магистралей они переключаются на магистраль, оставшуюся в работе. При необходимости это может быть сделано автоматически при помощи АВР на секционном выключателе (рис. 13, а) или же на секционном автомате (рис. 13,6).

При таких надежных схемах допускается не устанавливать коммутационные аппараты на входе и выходе магистрали, а при системе двухтрансформаторных подстанций можно даже не ставить автоматических отключающих аппаратов (выключателей, предохранителей) на вводе к трансформатору, если предусмотрен необходимый запас мощности трансформаторов для взаимного резервирования и если защита на головном участке магистрали чувствительна при повреждении в трансформаторе. Это упрощает схему коммутации и конструктивное выполнение подстанций, что особенно важно для удешевления комплектных подстанций заводского изготовления.

На рис. 14 показаны одиночные и двойные магистрали с двусторонним питанием, иначе называемые «встречными» магистралями. Они применяются в тех случаях, когда необходимо питание от двух независимых источников или по условиям обеспечения надежности электроснабжения, или же по специальным требованиям. Часто один из источников является основным, и от него нормально происходит питание, а второй — маломощный, удаленный или неэкономичный — является аварийным. В этих случаях выключатель в конце магистрали (на втором ИП) нормально разомкнут и включается только при отключении магистрали от основного источника. Включение может быть предусмотрено как вручную, так и автоматически. Если же при нормальном режиме могут быть рационально использованы оба источника, то для уменьшения потерь электроэнергии целесообразно держать их постоянно под нагрузкой. В этом случае деление магистрали производится примерно посередине, на одной из промежуточных подстанций.

Для экономии ячеек и аппаратов на питающем центре может быть применено присоединение двух магистралей к одному выключателю или к одному реактору.

Рис. 14. Магистральные схемы с двухсторонним питанием.

а — одиночная; б — двойная при отсутствии сборных шин высокого напряжения на цеховых подстанциях.

На рис. 15 дана схема магистрального питания РП с подсоединением двух магистралей к одному общему реактору, причем каждая магистраль имеет отдельный выключатель. Секции РП получают питание от разных магистралей, которые в свою очередь подключены к разным секциям ИП (в данном случае ГПП). При повреждении одной из магистралей ее выключатель отключается, но при этом секции всех подключенных к ней РП автоматически переключаются на вторую магистраль при помощи устройства АВР секционного выключателя. Таким образом, схема обеспечивает бесперебойность питания.

Рис. 15. Магистральная схема питания РП с одним реактором на две магистрали.

При наличии на предприятии «особых» групп электроприемников, перечисленных в § 1, их электроснабжение осуществляется таким образом, чтобы при выводе в длительный ремонт или ревизию любого элемента системы всегда сохранялось питание этих электроприемников от двух независимых источников, т. е. и в тех случаях, когда для всех остальных электроприемников временно остается только один источник. Схема электроснабжения предусматривает подвод питания от аварийного источника только к упомянутым электроприемникам особой группы, чтобы не завышать его мощность, которая зависит от характера технологии.

Для обеспечения постоянной готовности аварийного источника к немедленному включению предусматривается его перевод в режим «горячего» резерва тотчас же после отключения по какой-либо причине одного из двух основных источников питания. Это делается путем включения на холостой ход аварийной дизельной станции, включения аварийной перемычки от другого источника и т. п.

На рис. 16, а приведена схема электроснабжения одного из районов крупного предприятия с двумя основными независимыми источниками в виде двух секций ПГВ.

Для аварийного питания особых групп электроприемников, имеющихся на РП2 и PII3, на схеме пунктиром показана магистраль, заходящая поочередно на эти РП и питающаяся от третьего аварийного источника небольшой мощности; в качестве последнего может быть использован любой независимый источник из перечисленных в § 3.

При наличии АВР на РП аварийное питание может быть автоматически подано на тот РП, к которому присоединены особые группы электроприемников. На РП1 нет «особых» групп электроприемников и поэтому заход туда аварийной магистрали не предусмотрен. Схема работает следующим образом. Если пропадет напряжение на одной из секций РП2 или РПЗ, то автоматически включается секционный выключатель 1 и все питание этих РП переходит только на один источник по оставшейся в работе питающей линии. Тогда немедленно подготовляется третий источник, чтобы обеспечить питание «особой» группы электроприемников на тот случай, если произойдет полная потеря питания РП2 или РПЗ от ПГВ. В этом случае автоматически включается выключатель 2 аварийной магистрали. Во избежание перегрузки третьего источника питание «особых» групп выделяется или же предусматривается автоматическое отключение остальных электроприемников перед вводом третьего источника питания.

На рис. 16,6 показана схема электроснабжения крупного предприятия, питание которого производится: от энергосистемы через УРП и от собственной ТЭЦ. Кабельные перемычки между ПГВ1 и ПГВ2 и между РП1 и ПГВЗ обеспечивают питание особых групп электроприемников при любой аварии, включая даже полное отключение УРП или ТЭЦ. В данном случае не потребовалось специального аварийного источника.

Эти примеры показывают, как можно сравнительно недорого и просто предусмотреть вполне надежное питание электроприемников «особой» группы, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства.

На предприятиях, особенно крупных, обычно не ограничиваются какой-либо одной из описанных выше схем. Для электроснабжения отдельных частей таких объектов иногда целесообразно применять различные схемы, дающие наиболее экономичное и рациональное решение всей системы электроснабжения в целом: Так, например, на первой ступени распределения энергии при кабельных сетях обычно применяют радиальные схемы, а при токопроводах — магистральные. Дальнейшее же распределение энергии по отдельным участкам от РП к цеховым подстанциям и двигателям высокого напряжения на таких предприятиях производится как по радиальным, так и по магистральным схемам.

Однако не следует допускать большого разнообразия схем на одном объекте, так как это является нежелательным по соображениям унификации конструктивных решений и удобства эксплуатации.

На рис. 17 в качестве примера показана часть полной схемы электроснабжения крупного промышленного комбината. Основное питание производится от Г/7777 с тремя трехобмоточными трансформаторами мощностью по 180 МВ-А, 220/110/10 кВ. Кроме того, имеется ТЭЦ с двумя турбогенераторами мощностью по 60 МВт, связанными с ГПП1 на напряжении 10 кВ. Распределение электроэнергии на первой ступени- производится несколькими способами. Очень крупные электропечи и удаленная подстанция Г/7772 питаются по линиям глубокого ввода 110 кВ. Крупные РН питаются токопроводами 10 кВ с реакторами на ТЭЦ. Прочие РП питаются реактированными кабельными линиями. На второй ступени основное распределение электроэнергии выполнено радиальными кабельными линиями. Для питания электродвигателей средней мощности введено промежуточное напряжение 6 кВ. Подстанции 10/6 кВ, служащие для питания электродвигателей 6 кВ, присоединены по блочной схеме линия 10 кВ —трансформатор 10/6 кВ.

На рис. 18 показана полная схема электроснабжения небольшого предприятия, но с очень ответственными нагрузками 1-й категории. Распределение электроэнергии по предприятию происходит от двух РП, каждый из которых связан с двумя независимыми источниками А и Б. Одиночная схема сборных шин на РП секционирована. На секционном выключателе предусмотрено АВР. Ответственные цеховые подстанции — двухтрансформаторные. Трансформаторы питаются от разных РП, расположенных на ближайшем расстоянии друг от друга, по блочной схеме линия — трансформатор без сборных шин и без выключателей на стороне 6—10 кВ. Если бы РП были значительно удалены друг от друга, то питание цеховых подстанций более целесообразно было бы производить от разных секций одного РП. Шины 0,4 кВ цеховых подстанций секционированы с применением АВР на секционном автомате. Менее ответственные цеховые подстанции — однотрансформаторные — питаются также от разных РП, от кабельного кольца, нормально разомкнутого посередине (выключателем, установленным на ТП 2).

Рис. 17. Схема электроснабжения крупного промышленного комбината.

Схема рассчитана таким образом, чтобы при аварийном режиме на любом участке было автоматически обеспечено питание нагрузок 1-й и 2-й категорий с учетом перегрузочной способности линий и трансформаторов и с отключением неответственных потребителей при затянувшемся послеаварийном режиме.

Рис. 18. Схема электроснабжения небольшого предприятия с ответственными нагрузками.

В схеме все трансформаторы и кабели постоянно нагружены и работают в экономичном режиме с минимально возможными потерями электроэнергии и расходом кабелей.

Поиск по сайту: