Электрические подстанции: назначение и классификация

Электрической подстанцией называют электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительного устройства, устройства управления и вспомогательных сооружений.

В зависимости от функции они называются трансформаторными (ТП) или преобразовательными (ПП). Подстанцию называют комплектной — КТП (КПП) — при поставке трансформаторов (преобразователей), щита низкого напряжения и других элементов в собранном виде или в визе, полностью подготовленном для сборки.

Электрические подстанции служат для приема, преобразования и распределения электроэнергии, выполняются на все ступени напряжения, могут быть повышающими если находятся в непосредственной близости от электростанций и преобразуют для передачи от них в сеть электроэнергию более высокого напряжения) или понижающими (к ним относится подавляющее число подстанций, от которых осуществляется электроснабжение потребителей).

Назначение, мощность и уровни напряжения электрической подстанции определяются схемой и конфигурацией электрической сети, в которой она эксплуатируется, характером и нагрузками присоединенных потребителей электроэнергии.

Различают в основном следующие виды электрических подстанций:

ответвительные, присоединенные к проходящим вблизи ВЛ;

промежуточные, служащие для питания своих потребителей;

транзитные (в большом числе случаев — узловые), предназначенные не только для питания потребителей, но и для передачи потоков мощности в смежные сети своей и соседних энергосистем;

преобразовательные — для передачи и приема электрической мощности на постоянном токе;

Конструктивно распределительные устройства электрических подстанций могут выполняться открытыми (основное оборудование располагается на открытом воздухе) или закрытыми (в городских условиях, в местах с неудовлетворительными условиями окружающей среды), по своей ведомственной принадлежности подстанции находятся в ведении энергосистем или промышленных и других потребителей электроэнергии.

Электрические подстанции переменного тока с высшим напряжением 330, 500, 750 кВ, 150 кВ и некоторая часть подстанций 220 кВ с развитой схемой электрических соединений, оснащенные синхронными компенсаторами 50—100 MB-А и выше с открытым распределительным устройством, большим числом трансформаторов, выключателей и другого оборудования высокого напряжения, размещаются на больших площадях, требуют присутствия постоянного дежурного персонала высокой квалификации и широко развитой дистанционной и телемеханической информации. С помощью этих подстанций, как правило, осуществляются межсистемные связи, образующие объединенные и Единую энергосистемы.

Подстанции постоянного тока с высшим напряжением 800 и 1500 кВ с большим количеством сложного преобразовательного оборудования пока немногочисленны. Однако в дальнейшем их значение существенно повысится.

Закрытые подстанции глубокого ввода с высшим напряжением 110 — 220 кВ, строительство которых осуществляется в густонаселенных районах крупных городов, где под строительство могут быть выделены только ограниченные площади и где сосредоточены значительные коммунально-бытовые и промышленные нагрузки. На таких подстанциях предусматривают постоянное дежурство и необходимые меры по ограждению населения от шума, создаваемого работающими трансформаторами и другим оборудованием.

Электрические подстанции 35, 110 и 220 кВ с упрощенной схемой электрических соединений, часто без выключателей на стороне высшего напряжения, с комплектными распределительными устройствами низшего напряжения (КРУ, КРУН и др.), у которых аппаратура управления, защиты, сигнализации и автоматики расположена на лицевой стороне их шкафов и не требует специального щитового помещения.

Эти подстанции не нуждаются в постоянном дежурном персонале, обслуживаются оперативными выездными бригадами (ОВБ) или дежурными на дому и по количеству составляют большинство среди подстанций данного типа (для облегчения обслуживания и диспетчерского контроля подстанции оснащают соответствующими устройствами связи и телемеханики).

Подстанция 110 кВ, построенная для проведения Зимних Олимпийских игр 2014 года в Сочи

Подстанции 6 — 10 кВ городского, поселкового и сельского назначения, обслуживаемые оперативно-выездными бригадами.

Рис. 1. Принципиальная схема распределения электроэнергии от электростанции на напряжениях 10 и 35 кв.

На схеме рис. 1 показано, что две параллельные линии электропередачи Л-7 и Л-8 питают районную (городскую, промышленную) понижающую трансформаторную подстанцию П-7 на вторичное напряжение 10 кв, от которой в свою очередь питаются понижающие подстанции потребителей — П-8, П-9, П-10 и др. От шин этих подстанций питаются электроприемники (как от шин подстанции П-1, П-2 и П-3).

Питание понижающих подстанций непосредственно от сборных шин станций или районных подстанций (подстанции П-1, П-2, П-3, П-8, П-9) целесообразно только при достаточно мощных и ответственных подстанциях. Группы небольших подстанций обычно целесообразнее питать от распределительных пунктов (РП), получающих питание от шин станции или районной подстанции.

На распределительном пункте электроэнергия не трансформируется, так как он предназначен только для распределения электроэнергии между отдельными понижающими подстанциями. От РП могут питаться подстанции городской электросети, цеховые подстанции и даже общезаводские подстанции.

Возможно питание нескольких подстанций от одной линии без сооружения РП, как это показано для подстанций П-10, П-11 и П-12. В обоих случаях уменьшаются число линий, отходящих от сборных шин станции или районной подстанции, и затраты на сооружение сети.

Подстанции П-10 и П-11 являются проходными, все остальные — тупиковыми, конечными.

Питание подстанций одиночными линиями, например питание подстанции П-1 линией Л-1, не обеспечивает бесперебойности электроснабжения, так как авария на линии или отключение ее для ремонта приводят к длительному прекращению питания потребителей подстанции. Для предотвращения этого резервируют питание подстанций, например, путем сооружения двух питающих линий: линий Л-3 и Л-4, питающих подстанцию П-3, линий Л-3 и Л-6, питающих РП, и др. В случае отключения одной из линий питание соответствующей подстанции бесперебойно продолжается по второй линии.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Трансформаторные подстанции — классификация

В современном динамичном мире необходима электроэнергия как основа развития базовых отраслей и обеспечения комфортной жизни. Для того чтобы люди могли беспрепятственно получать и потреблять электроэнергию широко используются электрические трансформаторные подстанции, как важнейший компонент электрической сети. Трансформаторная подстанция (или КТП – комплектная трансформаторная подстанция) представляет собой распределительное устройство, которое предназначено для приема, преобразования и распределения электрической энергии между различными энергопотребителями. Преобразование электроэнергии производится при помощи силового трансформатора, мощность которого может варьироваться от 25 кВА до 2500 кВА.

Для чего предназначены трансформаторные подстанции?

Электрические трансформаторные подстанции предназначены для преобразования и использования электроэнергии на базовых промышленных предприятиях и объектах, а также для распределения бесперебойной подачи электроэнергии в различные населённые пункты.

Электрическая трансформаторная подстанция включает в себя:

• преобразующие элементы (силовые трансформаторы или другие преобразующие элементы);
• элементы приема электроэнергии;
• элементы распределения электроэнергии;
• вспомогательные элементы (изоляторы, разъединители, отделители, выключатели и т.д.)

Какими бывают трансформаторные подстанции?

Все электрические трансформаторные подстанции делятся на четыре основных типа:

• УРП (узловые распределительные подстанции): центральные электрические подстанции со значением напряжения 35-220 кВ, которые получают, преобразуют и распределяют электроэнергию по другим подстанциям.
• ГПП (главные понижающие подстанции): получают электроэнергию из энергосистемы, преобразуют и распределяют её на предприятие или другой объект со значением напряжения 6-10 кВ.
• ПГВ (подстанции глубокого ввода): подстанция со значением напряжения 35-220 кВ которая наиболее часто используется для обеспечения электроэнергией отдельного, объекта.
• ТП (трансформаторные пункты): подстанция с начальным напряжением, 6 кВ, 10 кВ или 35 кВ, которое затем понижается до 380-400 В.

По типу преобразования электроэнергии электрические трансформаторные подстанции разделяются на повышающие и понижающие (понизительные). Повышающие подстанции преобразовывают поступающую в них электроэнергию таким образом, что вырабатываемое генератором напряжение сети увеличивается. Повышающие трансформаторные подстанции необходимы, чтобы передавать электроэнергию на большие расстояния без значительной потери значения напряжения (обычно этот тип КТП применяется на электростанциях). Понижающие трансформаторные подстанции преобразовывают получаемую электроэнергию для снижения изначального напряжения в сети. Они необходимы, чтобы распределять электричество по объектам с необходимым меньшим значением напряжения.

По месту и способу присоединения к электрической сети подстанции выделяют такие типы трансформаторных подстанций:

• Ответвительные: присоединяющиеся к одной или двум проходящим линиям на ответвлениях;
• Тупиковые: получающие энергию по одной или двум радиальным линиям;
• Проходные: которые присоединяются к сети путём захода одной линии с двухсторонним питанием;

• Узловые: получающие энергию тремя и более питающими линиями.

Проходные и узловые подстанции также носят название транзитные, а ответвительные и проходные – промежуточные.

По типу исполнения существуют такие типы трансформаторных подстанций:

• Открытые: устанавливаются на открытом пространстве;
• Закрытые или ЗТП: устанавливаются в закрытом помещении;
• Комплектные: полностью смонтированные КТП, состоящие из готовых узлов;
• Столбовые (мачтовые или МТП): устанавливаются на вертикальных опорах.

По месту размещения выделяют следующие трансформаторные подстанции:

• Внутрицеховые: находятся в промышленном цехе, при этом подстанция может быть закрытой в отдельном помещении или располагаться в нём открыто;
• Встроенные: располагаются непосредственно в здании;
• Пристроенные: пристраиваются к зданию.

Комплектные трансформаторные подстанции, распределяющие электроэнергию для потребителей по городским электрическим сетям, называются КТП городского типа. Комплектные трансформаторные подстанции, питающие различные промышленные предприятия (производства) носят название цеховых (ЦПТ).

Любая КТП должна быть окружена контуром заземления. Комплектные трансформаторные подстанции подразделяются по типу нейтрали заземления на изолированные КТП либо глухозаземленные. Широко применяется глухозаземленная нейтраль, так как она наиболее соответствует действующим требованиям электробезопасности.

Установка КТП позволяет обеспечивать эффективное, безопасное и беспрерывное распределение электричества по системам энергоснабжения потребителей, стабилизируя при этом напряжение в сети и устраняет такие проблемы, как вихревые токи и значительные потери электроэнергии. Компания «Техстроитель» занимается проектированием, строительством и установкой комплектных трансформаторных подстанций различных типов мощностью до 1600 кВА.

Специалисты нашей компании всегда готовы помочь вам подобрать наиболее подходящий тип трансформаторной подстанции в соответствии с вашими запросами, ответить на ваши вопросы по проектированию, установке или строительству комплектных трансформаторных подстанций, решить возникшие при этом задачи

115230 , г. Москва ,
Варшавское ш., 46А, стр. 4, офис 2.00

Источник

Класс напряжения

Класс напряжения — это типовое значение линейного (междуфазного) напряжения в электрических сетях, которое является номинальным для различных групп оборудования: трансформаторов, линий, генераторов, реакторов и прочих. Класс напряжения определяет требуемый уровень электрической изоляции электрооборудования. Порядок класса напряжения определяет то, для каких целей и задач применяется это оборудование. В частности, низкие напряжения используются для распределения мощности между мелкими потребителями на малые расстояния, средние классы — для распределения мощности между средними потребителями и группами потребителей на умеренной дистанции, высокие и сверхвысокие классы — для распределения мощности между крупными потребителями и для передачи мощности на большие расстояния. Иными словами низкие и средние классы напряжения характерны для распределительных сетей, в то время как высокие и сверхвысокие классы — для системообразующих сетей, связывающих отдельные энергосистемы.

Содержание

Необходимость применения различных классов напряжения

На заре электроэнергетики, когда идея объединенных энергосистем ещё не возникла, электрические сети использовались изолированно на отдельных предприятиях, аналогично тому, как до этого применялись механические передаточные системы. Каждое из предприятий стремилось построить свою собственную станцию и управлять её самостоятельно. Идею электростанции, как независимого объекта, имеющего своей целью исключительно выработку и продажу электроэнергии как товара, одним из первых предложил Сэмюэль Инсулл [1] . И если прежде низких классов напряжения, которые могли быть различны, было достаточно для нужд промышленности, поскольку задачи совместной работы предприятий не стояло, то теперь в новых реалиях возникло два ключевых вопроса: как передать мощность от электростанций сразу нескольким потребителям — проблема удаленности источников электроэнергии от районов потребления, и как обеспечить совместимость по напряжению всех используемых установок?

Если второй вопрос разрешился с точки зрения электроэнергетики сравнительно просто: был введен стандарт на классы напряжения, что обеспечило их совместимость, то первый из них оказывается напротив крайне сложным, поскольку передача на большое расстояние создает сразу несколько инженерных проблем. Ниже приводятся основные их них:

Чем выше напряжение, тем меньше потери мощности. Данную закономерность хорошо описывает формула потерь в элементе сети по параметрам конца передачи:

где [math]\Delta\dot[/math] — потери мощности в передаче, МВА; [math]P[/math] , [math]Q[/math] — мощности в конце передачи, МВт и МВар; [math]V[/math] — модуль напряжения в конце передачи, кВ; [math]R[/math] , [math]X[/math] — активное и реактивное сопротивления передачи, Ом. Эта формула очевидно показывает, что при передаче одной мощности при увеличении напряжения потери мощности квадратично уменьшаются.

Чем выше напряжение, тем выше предел передаваемой мощности. Для любой передачи существует предел передаваемой активной мощности, определяемые статической устойчивостью, который в простейшем случае на основании уравнения угловой хараткеристки передачи определяется следующим выражением:

[math]\displaystyle P_ = \frac,[/math]

где [math]U_1, U_2[/math] — напряжения по концам передачи, кВ; [math]X[/math] — реактивное сопротивление передачи, Ом; [math]P_[/math] — предел передаваемой мощности мередачи, МВт. Нетрудно видеть, что с ростом напряжения предел передаваемой мощности квадратично растет.

Наиболее рациональный класс напряжения с точки зрения минимума потерь и капиталловложений определяется на этапе долгосрочного планирования режимов работы электрической сети.

Классификация классов напряжения

По уровню напряжения все классы напряжения условно разделяют на следующие группы:

• Ультравысокий класс напряжения — от 1000 кВ.
• Сверхвысокий класс напряжения — от 330 кВ до 750 кВ.
• Высокий класс напряжения — от 110 кВ до 220 кВ.
• Средний класс напряжения — от 1 кВ до 35 кВ.
• Низший класс напряжения — до 1 кВ.

Максимально допустимые рабочие напряжения превышают номинальные значения на 15 % [math](U_<\text<ном>>\le 220\text< кВ>)[/math] , на 10 % [math](220 \lt U_<\text<ном>> \lt 500\text< кВ>)[/math] и на 5 % [math](500 \le U_<\text<ном>>\text< кВ>)[/math] . Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5—10 % номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.

Классы напряжения
Класс напряжения, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	13,8	15,75	18	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Максимально допустимое рабочее напряжение, кВ	0,253	0,437	0,759	3,6	6,9	11,5	15,87	18,11	20,7	23	40,5	126	172	252	363	525	787	1207,5
Электрические сети, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	—	—	—	20	35	110	150	220	330	500	750	1150
Генератор, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15	6,3	10,5	13,8	15,75	18	20	—	—	—	—	—	—	—	—
Первичная обмотка трансформатора, кВ	0,22	0,38	0,66	3; 3,15	6; 6,3	10; 10,5	13,8	15,75	18	20	35	110; 115	150; 158	230	330	500	750	1150
Вторичная обмотка трансформатора, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15; 3,3	6,3; 6,6	10,5; 11	—	—	—	22	36,75; 38,5	115; 121	158; 165	242	347	525	787	—

Читайте также:  Как сдвинуть фазу тока от напряжения

Комментарии к вопросу о классах напряжения

Учёт режима работы нейтрали

При расчетах коротких замыканий следует обращать особое внимание на класс напряжения, поскольку в зависимости от класса может быть различным режим работы нейтрали в сети. В частности, на низших и средних классах напряжения нейтраль в подавляющем большинстве случаев оказывается изолированной — это позволяет при адекватных затратах на повышенный уровень изоляции облегчить режим работы сети, а именно фактически исключить фактор однофазных замыканий, которые, являясь наиболее вероятными среди оных в сетях всех уровней, при изолированной нейтрали не представляют существенной угрозы и, что особенно важно, не приводят к нарушению электроснабжения потребителей [2] . Таким образом, для расчётчика класс напряжения должен в данной ситуации, как минимум, указать на необходимость уточнения состояния нейтрали и учет этого фактора в дальнейших расчётах.

Повышенное напряжение базисного узла

Во многих практических расчётах можно столкнуться с тем, что напряжение базисного узла задается повышенным и редко совпадает с номинальной величиной. В частности, для сетей 110 кВ величина составляет 115 (121) кВ, для сетей 220 кВ — 230 (242) кВ. Объяснений данному факту может быть несколько.

В первую очередь это может быть обусловлено тем, что в соответствии с указаниями по расчёту коротких замыканий при учете тока подпитки от внешней системы необходимо задавать напряжение этой системы выше номинала на 5 %. Эта мера направлена на намеренное завышение расчётного тока короткого замыкания, чтобы исключить неопределенность, связанную с составом оборудования и режимом внешней сети.

Второе объяснение менее убедительно по сравнению с первым, но имеет под собой вполне логичное основание. Как правило, базисный узел задается на шинах мощной электростанции района, либо на шинах подстанции высокого или сверхвысокого напряжения, связывающей район с внешней системой. Опыт расчётов подсказывает, что в большинстве случаев мощность именно вытекает из базисного узла, а не наоборот. В начале передачи, опять же как правило, напряжение выше, чем на приемном конце, а на электростанции напряжения в нормальном режиме выше, чем у потребителей. Таким образом, умышленное завышение напряжения базисного узла имеет своей целью отразить указанную физическую закономерность.

Цветовое обозначение классов напряжения

В отечественной практике расчётов и управления энергосистемами при графическом отображении электрических схем сетей и систем принято использовать унифицированное цветовое обозначение классов напряжений. При этом есть несколько стандартов и несколько вариантов цветовых схем классов напряжения, в частности внимания заслуживают прежде всего Стандарт СО ЕЭС и Стандарт ФСК ЕЭС. Таблицах ниже указаны общепринятые цветовые обозначения раздичных классов напряжения по этим стандартам [3] [4] .

Цветовая схема согласно стандарту СО ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	065:065:240
500 кВ	184:000:000
400 кВ (ЛЭП, цепи ППТ)	135:253:194
330 кВ	000:204:000
220 кВ	204:204:000
	128:128:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	070:153:204
27 — 60 кВ	194:090:090
6 — 24 кВ	164:100:164
Генераторное напряжение	204:100:204
Без напряжения	204:204:204
	150:150:150
Заземлено	255:153:000
Перегрузка	255:000:000
Неизвестно	140:140:140

Цветовая схема согласно стандарту ФСК ЕЭС
Класс напряжения	Образец цвета	Цвет в системе RGB
1150 кВ	205:138:255
750 кВ (800 кВ ППТ)	000:000:200
500 кВ	165:015:010
400 кВ	240:150:30
330 кВ	000:140:000
220 кВ	200:200:000
150 кВ	170:150:000
110 кВ	000:180:200
35 кВ; 20 кВ	130:100:050
10 кВ	100:000:100
6 кВ	200:150:100
до 1 кВ	190:190:190
Генераторное напряжение	230:070:230
Обесточено	255:255:255
Заземлено, ремонт	205:255:155

Разница палитр, как не трудно заметить, не драматична и не препятствует использованию ни одной из них, но предагаемый стандартом ФСК вариант, подразумевает работу в программном комплексе с черным фоном, из-за чего обесточенные участки предлагается показывать белым цветом. Таким образом, ориентация на цветовую схему стандарта СО ЕЭС является более удобной для рядовых расчётов. Категорически соблюдать требования к классам напряжения необходимо только при сотрудничестве непосредственно с соответствующими организациями.

Источник