Введение

Данное пособие написано на основе норм технологического проектирования (НТП) [1], правил устройства электроустановок (ПУЭ) [2] и руководящих указаний по применению типовых схем подстанций [3].

В [3] установлено минимальное количество типовых схем РУ (в том числе ОРУ, ЗРУ, КРУЭ), которые охватывают большую часть встречающихся в практике случаев проектирования новых и реконструкции действующих подстанций (ПС) и комплектных транспортных подстанций (КТП) и позволяют обеспечить надежность и живучесть ПС с помощью экономичных унифицированных решений. Для разработанного набора схем РУ выполняются типовые проектные решения компоновок сооружений, установки оборудования, устройств управления, релейной защиты, автоматики и строительной части.

Приведенные типовые схемы РУ являются обязательными при проектировании новых, расширяемых и подлежащих техническому перевооружению и реконструкции ПС всех ведомств в случае, если ПС в последующем будут эксплуатироваться ОАО «ФСК ЕЭС».

Применение нетиповых схем допускается только при наличии соответствующих технико-экономических обоснований.

В работе принята терминология ПУЭ. Для обозначения обязательности выполнения требований применяются слова «должен», «следует», «необходимо» и производные от них. Слова «как правило» означают, что данное требование является преобладающим, а отступление от него должно быть обосновано. Слово «допускается» употребляется, когда данное решение может быть применено в виде исключения. Слово «рекомендуется» означает, что данное решение является одним из лучших, но не обязательным.

За последние несколько лет рекомендуемые к применению схемы подстанций существенно изменились. Основные изменения по сравнению с нормативными материалами от 1987 и 1993 гг. следующие:

• на вновь проектируемых или реконструируемых ПС исключена возможность применения схем с отделителями и короткозамыкателями, эксплуатация которых показала их низкую надежность;

• из числа типовых схем со сборными шинами и одним выключателем на присоединение исключены схемы с совмещением обходного и секционного (шиносоединительного) выключателя;

• существенно расширены число схем с коммутацией присоединения двумя выключателями и область их применения;

• в ряде случаев, когда применяется современное оборудование с высокими эксплуатационными характеристиками, допускается упрощение структуры схем (отказ от ремонтных перемычек, отказ от обходной системы шин).

• в ряде схем, в целях повышения надежности, между секциями систем сборных шин принята установка двух последовательно включенных выключателей. Например, в схемах РУ 10(6) кВ установка одного секционного выключателя допускается только при наличии соответствующих обоснований.

1. Принципы построения схем электрических соединений энергообъектов

   1. Общие сведения и определения

Главная схема (ГС) электрических соединений энергообъекта – это совокупность основного электротехнического оборудования, коммутационной аппаратуры и токоведущих частей, отражающая порядок их соединения между собой.

В общем случае элементы главной схемы электрических соединений можно разделить на две части:

• внешние присоединения (далее Присоединения) – генераторы, блоки «генератор–трансформатор», трансформаторы, автотрансформаторы, линии электропередачи, шунтирующие реакторы;

• внутренние элементы, которые в свою очередь делятся на:

• схемообразующие – элементы, образующие структуру схемы: коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители, отделители и т.п.), токоведущие части (сборные шины, участки токопроводов), токоограничивающие реакторы;

• вспомогательные – элементы, предназначенные для обеспечения нормальной работы ГС: трансформаторы тока, напряжения, разрядники и т.п.

Неуклонная тенденция концентрации мощности на энергетических объектах остро ставит проблемы, связанные с надежностью и экономичностью электроэнергетических систем (ЭЭС) в целом и, в частности, с созданием надежных и экономичных главных схем электрических соединений энергообъектов и их распределительных устройств (РУ). Проблема надежности и экономичности ГС связана, с одной стороны, с повышением значимости ее присоединений для сохранения нормальной работы ЭЭС, а с другой – со значительным ростом единичной стоимости оборудования ГС. Прежде всего (но не исключительно) это касается РУ сверхвысокого и ультравысокого напряжения.

В связи с уникальностью объектов и значительной неопределенностью исходных данных процесс выбора главной схемы всегда является результатом технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов, цель которого – выявить наиболее предпочтительный с точки зрения удовлетворения заданных качественных и количественных условий. Учет экономических, технических и социальных последствий, связанных с различной степенью надежности ГС, в настоящее время представляет наибольшую сложность этапа технико-экономического сравнения. Это связано, в первую очередь, с недостаточностью исходных данных (особенно статистических характеристик надежности), сложностью формулирования показателей надежности ГС в целом и определения ущербов от недоотпуска электроэнергии и нарушений устойчивости параллельной работы ЭЭС.

Основное назначение схем электрических соединений энергообъектов заключается в обеспечении связи ее присоединений между собой в различных режимах работы. Именно это определяет следующие основные требования к ГС:

• надежность – повреждения какого-либо присоединения или внутреннего элемента не должны, по возможности, приводить к потере питания исправных присоединений;

• ремонтопригодность – вывод в ремонт какого-либо присоединения или внутреннего элемента не должен, по возможности, приводить к потере питания исправных присоединений и снижению надежности их питания;

• гибкость – возможность быстрого восстановления питания исправных присоединений;

• возможность расширения – подключение к схеме новых присоединений без значительных изменений существующей части;

• простота и наглядность – снижение возможных ошибок эксплуатационного персонала;

• экономичность – минимальная стоимость при условии выполнения перечисленных выше требований.

Анализ надежности схем электрических соединений осуществляется путем оценки последствий различных аварийных ситуаций, которые могут возникать на присоединениях и элементах ГС (любое Присоединение и любой элемент ГС могут послужить источником отказа и любой из них необходимо периодически ремонтировать).

Условно аварийные ситуации в ГС можно разбить на три группы:

• аварийные ситуации типа “отказ” – отказ какого-либо Присоединения или элемента ГС, возникающий при нормально работающей ГС;

• аварийные ситуации типа «ремонт» – ремонт какого-либо Присоединения или элемента ГС;

• аварийные ситуации типа «ремонт+отказ» – отказ какого-либо Присоединения или элемента ГС, возникающий в период проведения ремонтов элементов ГС.

Все известные в настоящее время ГС построены на основных принципах подключения присоединений, которые будут рассмотрены далее.