Виды трансформаторных подстанций

Содержание

Принцип работы

Вот такова наша энергетика в целом и ее многие составные части, не сразу вписывающиеся в каждодневный потребительский и поневоле обывательский мироохват.

А то, что мы видим ежедневно, хотя и кажется привычно уютным и безопасным, другим своим «концом» обязательно выходит на вещи, которые даже воображению бывает пощупать страшновато.

Вот что представляет собой современная энергосистема.

Современная энергосистема

Разумеется, здесь представлено только одно полное звено, но которое содержит все необходимые ее части:

Подсистему выработки электроэнергии;
Подсистему транспортировки электроэнергии;
Подсистему распределения электроэнергии;
Подсистему потребления.

В действительности же сейчас энергосистема любого государства и даже любой самостоятельной экономической территории — губернии, республики, округа — это многочисленный повтор этой схемы и соединение их всех в мощнейшую сеть, в которой происходят непрерывные процессы перетекания энергии из мест, где больше ее вырабатывается, туда, где в данное время возросла потребность, и она не покрывается за счет локально расположенных источников энергии.

То есть самая главная черта современных энергосистем — это нужда в непрерывной транспортировке электроэнергии на большие расстояния. В нашей стране такие расстояния исчисляются тысячами километров.

Транспортировка электроэнергии на большие расстояния

В такой энергосистеме язык не поднимается назвать магистрали «линиями» электропередач, это целые реки, по которым бегут невообразимые по мощности потоки энергии.

Для передачи энергии на дальние расстояния стремятся уменьшить ее потери, которые, в общем-то, неизбежны, но зависят от напряжения, которым энергия передается. Чем оно больше, тем меньшие потери на нагревание в проводах. Поэтому и стремятся увеличить напряжение в электрических магистралях.

Электрические магистрали

К местам потребления энергии ее ступенчато уменьшают, и до конечного потребителя доводят трехфазное 380 вольт, или, грубо говоря, 0,4 кВ. Обычным бытовым потребителям из трех фаз выделяется, как правило, одна фаза, и в ней напряжение изменяется 50 раз в секунду от нуля до 220 вольт. Для преобразования энергии, идущей по энергосети в любых направлениях и с разными целями, служат трансформаторы.

Но трансформаторы эти представляют собой не просто две катушки на ш-образном сердечнике, которые имеются в каждом бытовом приборе. Это целое хозяйство, которое должно надежно и безопасно работать, имея дело с гигантскими токами и напряжениями.

Поэтому и называется все это хозяйство электрической или трансформаторной (ТП) подстанцией.

Трансформаторная подстанция

Последняя ступенька в многоэтапной передаче энергии в нашу бытовую сеть осуществляется целым «роем» трансформаторных подстанций, которые понижают предпоследние два уровня напряжения к бытовому 0,4 кВт. Так как задачи у них, в общем-то, едины, то и конструктивно они делаются очень компактно, чтобы их можно было установить в непосредственной близости от потребителя в разных условиях — природных, географических, демографических.

Стоимость трансформаторных подстанций

Чтобы установить трансформаторную подстанцию может потребоваться проект. Его одобрением должен заниматься инженер-технолог. После этого утвердить документацию необходимо в соответствующих органах. Во время установки все нормы должны быть соблюдены. Благодаря этому можно будет избежать воздействия электромагнитного поля. Если вы желаете найти подробную информацию о нормах, тогда следует изучить правила ГОСТ.

Купить трансформаторные подстанции можно в разнообразных компаниях, которые занимаются и изготовлением. Если вам необходимо уникальное устройство, тогда необходимо выполнить типовой проект и после этого обратиться на предприятие. Его сотрудники смогут изготовить трансформатор по индивидуальному заказу. Стоимость трансформаторной будки может составлять несколько тысяч долларов. Однофазная комплексная подстанция будет стоить около 4 тысяч долларов.

Конструктивные особенности оборудования

Для того, чтобы правильно выбрать электроустановку необходимо четко представлять ее устройство и принцип работы. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния происходит повышение-понижение напряжения, вызванное необходимостью снижения тепловых потерь в линии. Но для потребителя такие значения являются неприемлемыми, поэтому приходится использовать трансформаторные подстанции, которые повышают или понижают напряжение до потребляемого в 380 или 220 В.

В такие установки входят несколько объектов:

Силовые трансформаторы;
Распределительное устройство РУ;
Автоматическая защита и управление;
Вспомогательные конструкции.

Производится все оборудование на заводах и доставляется в место назначения в собранном или блочном виде.

Схема трансформаторной установки

Схема небольшой и большой мощности

Решения по этому вопросу обычно принимаются с учетом системы электроснабжения объекта и перспектив его развития. Разрабатывая схему трансформаторной подстанции, производитель стремиться сделать ее максимально проще, чтобы количество коммутационных аппаратов было минимально возможным. Для этого применяются устройства автоматики.

Основными положениями для энергоустановок всех напряжений можно считать:

Использование шин одной системы;
Применение блочных схем;
Установка автоматических систем и телемеханики.

В подстанциях, где установлена пара трансформаторов, предусматривается раздельная их работа, что позволяет снизить токи КЗ. Кроме того, у них упрощенная коммутация и эффективная релейная защита на вводах.

Устройства с длительной параллельной работой используются редко. Но все же иногда такой подход является целесообразным. При таком решении понижающие трансформаторы работаю параллельно и при нарушении одной цепи выключатель автоматически отключается.

Выбор мощности

При проектировании электроустановки необходимо подобрать оборудование под расчетную нагрузку. При этом для выбора мощности прибора могут использоваться различные методики. А кроме того, следует опираться на нормативную документацию.

Обычно в подстанциях используются масляные трансформаторы и их количество зависит от категории объекта. Обычно для 1 и 2-ой используют двухтрансформаторные подстанции, а для 3-ей – установки с одним.

Мощность прибора обычно выбирается с учетом его перегрузочной способности в режиме аварии. Для этого сравнивается полная мощность подстанции с допустимой для различных видов потребителей нагрузкой. Расчеты выполняются по специальным формулам. В них используются значения дневной и вечерней нагрузок, а также коэффициент одновременности, зависящий от числа потребителей.

Например, для небольшого населенного пункта можно ограничиться подстанцией с трансформаторами мощностью до 63 кВА. Но только в случае, если в них преобладает коммунально-бытовая нагрузка. В противном случае потребуется более мощная электроустановка.

Особенности и сроки эксплуатации

Требования монтажа молнезащиты

Выбор любой системы электроснабжения должен выполняться в соответствии с планируемыми нагрузками. И в этом случае многие предпочитают перестраховаться, чем выбрать установку впритык.

В действительности возможны ситуации, в которых даже самая экономичная подстанция будет загружаться только частично. Это связано со спецификой изготовления оборудования. Так как трансформаторные электроустановки производятся с учетом неблагоприятных условий эксплуатации.

Например, большинство подстанций рассчитаны на работу при температуре от +40 до -40°C, но такие показатели являются довольно редкими для средней полосы. Да и аварии случаются в электросетях не столь часто. Поэтому срок службы даже самой маломощной трансформаторной подстанции составляет 25 лет, как заявляет производитель, даже если ей иногда придется работать в критических условиях.

Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты. При этом на территории, где оно устанавливается должна быть безопасная окружающая среда с отсутствием тряски и вибраций.

Силовой трансформатор

Трансформатор можно назвать “сердцем” электрической подстанции. Он выступает основным структурным элементом, который преобразует поступающее извне напряжение, повышая или понижая его показатели в диапазоне от 220 кВ до 220В. Устройство расположено в герметичном кожухе и контактирует с внешней средой посредством вводов, которые поставляют первичное напряжение.

Простейший силовой трансформатор состоит из двух обмоток, надетых на стальной сердечник, а работа устройства выглядит так:

Ток поступает на первичную обмотку трансформатора и видоизменяется гармониками.
В магнитопроводах создается мощный поток магнитных полей.
Магнитный поток энергии проникает сквозь витки вторичной обмотки, создавая электродвижущую силу устройства.
С проходных изоляторов вторичной обмотки осуществляется съем энергонагрузки с заданными параметрами напряжения, которое поступает конечному потребителю.

Величина исходящего напряжения напрямую зависит от количества витков первичной и вторичной обмотки устройства. В понижающих трансформаторах вторичная обмотка будет содержать меньше витков, чем первичная, в повышающих – наоборот – число витков вторичной обмотки будет превышать первичные. Путем подбора количества витков удается точно подобрать и рассчитать мощность силового трансформатора электрической подстанции.

В структуру устройства также включены:

магнитопровод из электротехнической стали;
масляная система;
переключатель регулировочных отводов у обмоток;
охладители;
поглотители влаги;
устройства сброса давления;
защитные агрегаты;
детектор горючих газов, воспламенений, задымленности и прочее вспомогательное оборудование.

Поскольку силовой трансформатор выступает ключевым элементом электрической подстанции, его поломка чревата выходом из строя всей энергосистемы, запитанной данным устройством.

Виды

Все трансформаторные подстанции делят на четыре основных вида:

● УРП (узловая распределительная подстанция);

● ГПП (главная понижающая/понизительная подстанция);

● ПГВ (подстанция глубокого ввода);

● ТП (трансформаторный пункт).

УРП

Данный вид электроустановки представляет собой центральную подстанцию, получающую электроэнергию от энергосистемы напряжением 110-220кВ. На УРП электроэнергия высокого напряжения распределяется либо с трансформацией при помощи силовых трансформаторов, либо вообще без трансформации.

С узловой подстанции распределение электроэнергии осуществляется на подстанции глубокого ввода, которые располагаются на территории крупных промышленных предприятий.

Узловые подстанции обычно находятся за пределами предприятий, которые они питают электроэнергией. В этом случае обслуживание и эксплуатацию всего электрооборудования УРП осуществляет энергоснабжающая организация.

В случае расположения УРП на территории промышленного предприятия, обязанности по обслуживанию подстанции возлагаются на электротехнический персонал данного предприятия.

ГПП

Главная понижающая подстанция получает электроэнергию напрямую от районной энергосистемы. Значение входного напряжения 35-220кВ. Назначение главной понижающей подстанции – распределение электроэнергии по предприятию при более низких значениях напряжения.

ПГВ

Данная подстанция получает электроэнергию напряжением 35-220кВ или напрямую от энергосистемы, или от центрального распредпункта предприятия, на котором она расположена. Основное назначение ПГВ – электроснабжение отдельного объекта на предприятии или определённой группы электроустановок. Территориально подстанции глубокого ввода располагаются на небольшом расстоянии от наиболее энергозатратных технологических объектов предприятия.

ТП

Трансформаторный пункт представляет собой небольшую подстанцию, на которую подаётся входное напряжение в 6, 10 или 35кВ. При помощи силовых трансформаторов это напряжение понижается до значений 380В (400В).

Одним из видов трансформаторного пункта является комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Количество силовых трансформаторов КТП обычно равно одной или двум единицам. Иногда встречаются КТП на три силовых трансформатора. Число трансформаторов зависит от категории надёжности электроснабжения электрических потребителей, которые питает трансформаторная подстанция.

Комплектные трансформаторные подстанции, расположенные на производстве, называют цеховыми, а КТП, питающие городских потребителей, называют городскими.

Другие типы подстанций

Кроме основных видов трансформаторных подстанций, которые осуществляют питание мощных потребителей, в энергосистеме используются и подстанции для узкоспециализированных нужд. К таким подстанциям можно отнести так называемые тяговые подстанции, осуществляющие питание электрических линий общественного транспорта (троллейбусы, трамваи).

В зависимости от вида, назначения и размеров подстанции, могут использоваться как масляные трансформаторы, так и трансформаторы сухого исполнения. К примеру, современные КТП очень часто комплектуются сухими силовыми трансформаторами.

По способу присоединения к линии

В зависимости от варианта или способа подключения к питающей линии электропередач бывают:

● тупиковые подстанции (получают электроснабжение от одной или двух отдельных линий);

● проходные подстанции (транзитные);

● ответвительные подстанции (для подачи электроэнергии используются специальные ответвления (отпайки) от проходящих линий электропередач).

Место расположения

Трансформаторные подстанции по месту расположения делят на два вида:

● открытые;

● закрытые.

Открытые подстанции располагаются на открытой территории. Закрытые трансформаторные подстанции находятся в производственных цехах, в закрытых помещениях.

Иногда трансформаторы находятся на специальных мачтах. Таким расположением трансформаторов характеризуются мачтовые трансформаторные подстанции.

Строение подстанций

В состав подстанции входит множество различных элементов, позволяющих беспрерывно и стабильно работать всей системе продолжительное время. Все элементы можно разбить на несколько систем:

автоматического управления;
учёта электроэнергии;
релейной и противоаварийной защиты;
защиты от молний;
заземления;
вспомогательные, куда вошли системы по охранным функциям, плавки снега и льда на линиях, местного освещения, сбора масла и питания кабелей маслонаполненных, а также системы бытового потребления.

Несмотря на такую внутреннюю многоструктурную систематизацию, состоят подстанции из таких основных устройств, обеспечивающих нормальную их функциональность:

преобразовывающие силовые трансформаторы определенных мощностных характеристик;
устройство распределения электроэнергии, в том числе и конструкции для электропередачи воздушного и кабельного исполнения;
устройства защиты;
устройства автоматического управления;
вспомогательные устройства, обеспечивающие стабильность работы подстанций при любых погодных и временных условиях.

Выбирая трансформаторные подстанции, часто стоит вопрос о цене и отличии более дорогих от более бюджетных. Прежде всего, они отличаются количественным составом трансформаторов, набором устройств ввода и распределения напряжения, так же устройствами ,позволяющими находить применение таким станциям в определённых условиях.

Так, более дорогие подстанции могут быть снабжены устройствами защиты от молний, от погодных условий: гололёда, ветра, дождя, защиты от обрывов и резких перепадов напряжений в системе, а так же другими устройствами, позволяющими использовать подстанции на подвижных платформах, например, в шахтах, высокогорных предприятиях по добычи ископаемых, во влажных климатических зонах и других местах человеческой деятельности.

Выбор числа и мощностей трансформаторов ГПП.

Наиболее часто ГПП промышленных предприятий выполняют двух- трансформаторными. Однотрансформаторные ГПП допускаются только при наличие централизованного резерва трансформатора и при поэтапному строительству ГПП. Установка более двух трансформаторов возможна только в исключительных случаях: когда требуется выделить резко переменные нагрузки и питать их от отдельного трансформатора, при реконструкции ГПП, если установка третьего трансформатора экономически целесообразна. Выбор мощности трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия в нормальном режиме работы. В после аварийном режиме для надёжного электроснабжения потребителей предусматривается их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть не ответственных потребителей с целью снижения нагрузки может быть отключена.

Мощность ГПП определяется расчётной мощностью предприятия, напряжение питающей линии 35-220 кВ. Мощность трансформаторов 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 80 МВА.

При выборе мощности трансформаторов ГПП надо знать расчётную мощность предприятия S, требования по степени бесперебойности в электроснабжении, требования коэффициента загрузки по отраслям.

Выбор ГПП от исходных данных осуществляется по расчётной нагрузке питающей линии предприятия:

Sн.тр.

14778,6 кВА

Принимаем к установке два трансформатора ТДН 16000/110/6.

Проверим по перегрузочной способности при нормальном и аварийном режимах:

КЗ =

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций производится по удельной плотности нагрузок σ.

где Sрi – расчетная нагрузка цеха (кВА); F – площадь цеха (м 2 ).

При плотности нагрузок σ 0,3 кВА/м 2 то трансформаторы рекомендуется принимать 1600 кВА или 2500 кВА.

Допустимый коэф. загрузки

КЗ =

; КЗА = ,

где КЗ – коэффициент загрузки в нормальном режиме, не должен превышать 0,7; КЗА – коэффициент загрузки в аварийном режиме, не должен превышать 1,4.

Плотность нагрузок

При плотности нагрузок σ 0,3 кВА/м 2 то трансформаторы рекомендуется принимать 1600 кВА или 2500 кВА.

24 Технико-экономические расчёты выполняют для выбора:

1) наиболее рациональной схемы электроснабжения цехов и предприятия в целом;

2) экономически обоснованного числа, мощности и режима работы трансформаторов ГПП и ТП;

3) рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения предприятия;

4) экономически целесообразных средств компенсации реактивной мощности и мест размещения компенсирующих устройств;

5) электрических аппаратов и токоведущих устройств;

6) сечение проводов, шин и жил кабелей;

7) целесообразной мощности собственных электростанций и генераторных установок в случае их необходимости;

Количество трасс и способов прокладки электросетей с учётом коммуникаций энергохозяйства в целом.

Распределение нагрузок по пунктам питания

1 ТП 6(10)/0.4кВ S=100-2500кВ ТМ,ТМЗ,ТСЗ,ТНЗ

РУ 6(10)кВ

РП 0,4кВ

Исходные данные: величина расчётных нагрузок по цехам, количество двигателей,составляющие нагрузок до1кВ и выше 1 кВ

35)Выбор сечений питающих линий

Источник

Трансформатор:

Трансформатор – это электромагнитное устройство для преобразования и передачи электроэнергии с переменным током между разными цепями без изменения частоты за счет взаимной электромагнитной индукции.

Трансформаторы могут быть произведены разных размеров, но принцип работы будет схожий. Маленькие трансформаторы могут применяться для преобразования энергии в приборах с малой мощностью, а большие, имеющие более толстые провода в намотке и большое количество витков, применяются для работы со значительными мощностями преобразуемой энергии.

Типы трансформаторов:

Повышающий, у которого выходное напряжение больше входного.
Понижающий, имеющий на входе большее напряжение, а на выходе меньшее.
С одинаковым напряжением на входе и на выходе. Такие трансформаторы используются для изоляции двух электрических цепей.

Виды трансформаторных станций

На сегодняшний момент существует достаточно много видов КТП. Первый вид подстанций — тупиковые, они имеют подключение только к одной линии высоковольтной передачи. Второй вид — проходные станции, они подключаются к двум линиям. Третий тип — киосковые станции, это самый распространённый вид подстанций. Обычно корпус изготавливают из очень крепкого металла, который имеет высокие показатели безопасности.

Ещё один вид КТП — это утеплённые подстанции, по-другому они называются так КТПНУ. Их корпус обшит специальными панелями, которые называются сэндвичами. Благодаря им подстанции имеют отличную защиту при строгих условиях климата. Они распространены по всей России.

Общие сведения о трансформаторных станциях

КТП обычно используются во всех системах электрического снабжения потребителей для собственных нужд, промышленных предприятий и объектов для добычи. Если же рассматривать 2 комплектных транзисторных подстанции, то нужно понимать, что они включают в себя две КТП, а также секционный шкаф, который может иметь даже два ввода от дизельной электростанции.

Требования к окружающей среде должны быть следующими:

Невзрывоопасность
Необходимо исключить содержание едких газов и паров, которые разрушают изоляцию.
Следует исключить содержание токопроводящей пыли.

Расшифровка условного обозначения: 2КТП-1000М/10/0,4-УЗ

2КТП — подстанция для промышленного использования двухтрансформаторная.

1000 — данная мощность трансформатора, который используется.

М — тип: М — масляный, С — сухой.

10 — напряжение на стороне высокого напряжения — кв.

0,4 — напряжение на стороне низкого напряжения — кв.

УЗ — означает климатическое исполнение (У обозначает умеренный климат) и категория размещения.

Взаимное расположение коммутационных аппаратов и шин

Любая трансформаторная подстанция создается по определенной электрической схеме, предполагающей обеспечение надежной работы, простоты управления в сочетании с минимумом затрат на ввод и эксплуатацию. С этой целью к трансформаторному устройству разными способами подключаются отходящие ЛЭП.

Наиболее простая схема предполагает подключение к ТП посредством силового выключателя Q одной секции шин, от которой отходят все присоединения. Для обеспечения условий безопасного ремонта оборудования выключатели со всех сторон отделяются разъединителями.

Если на ПС много присоединений, когда в схеме используются 2 силовых трансформатора, то может применяться секционирование за счет использования дополнительного выключателя, который постоянно находится в работе, а при возникновении неисправности на одной из секций разрывает цепь, оставляя в работе ту секцию, где нет поломки.

Использование в такой схеме обходной системы шин, образованной за счет подключения дополнительных выключателей и небольшой корректировки электрических цепей, позволяет переводить любое присоединение на питание от обходного выключателя, безопасно выполнять ремонт и обслуживание собственного.

Бо́льшими удобствами обслуживания и повышенной надежностью обладают распределительные устройства, собранные на основе двух рабочих систем шин с обходной, когда они дополнительно разделены на секции.

В исходном состоянии все отходящие ЛЭП получают электроэнергию от обоих трансформаторов. Для этого шинные и секционные выключатели питают секции шин, а присоединения равномерно распределены по ним через свои коммутационные устройства.

Обходная СШ каждой секции вводится под напряжение только для случая перевода через нее питания присоединения, выключатель которого выведен в ремонт.

При возникновении короткого замыкания на одной из секций она отключается защитами со всех сторон, а все остальные с подключенными к ним ЛЭП остаются в работе. За счет такой схемы при КЗ на ОРУ обесточивается минимальное количество потребителей — ¼ от всех работающих.

Приведенные схемы показаны для примера. Их существует большое разнообразие, которое позволяет наиболее оптимально эксплуатировать оборудование трансформаторной подстанции.

Защиты, автоматика, системы управления

Работа оборудования трансформаторной подстанции происходит в автоматическом режиме под дистанционным наблюдением оперативного персонала. Чтобы предотвратить серьезные повреждения внутри сложной дорогостоящей системы применяются автоматические защитные устройства.

Они имеют чувствительные датчики, которые воспринимают начало возникновения аварийных процессов и, обрабатывая полученную информацию, передают ее на защиты.

Такими датчиками могут работать механические приборы, реагирующие на:

повышение температуры;
возникновение вспышки света;
резкое возрастание давления внутри закрытой ячейки;
образование дыма;
начало газообразования внутри жидкостей или другие признаки.

Однако, основная нагрузка по определению начала аварийных режимов возложена на электрические устройства — измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Они с высокой точностью моделируют электрические процессы, происходящие в первичной схеме силового оборудования и передают их в органы сравнения, которые определяют момент возникновения неисправностей.

Полученный сигнал от них воспринимают логические блоки, обрабатывающие поступившую информацию для передачи исполнительной команды на отключающие устройства конкретных автоматических выключателей.

У малогабаритных трансформаторных подстанций, размещенных внутри крытых сооружениях, защиты могут располагаться в отдельной ячейке или шкафу.

На подстанциях, преобразующих напряжение 110 кВ и выше, для размещения релейных вторичных цепей требуется отдельное здание с большим количеством панелей. На них монтируют системы управления, автоматики и защиты:

каждого трансформатора;
ошиновки;
шин;
отходящих линий;
пожаротушения.

К этим устройствам подключаются системы сигнализации, работающие в местном и дистанционном режиме для передачи оперативному персоналу достоверных сведений о происходящих коммутациях в электрической сети. Наиболее важная информация о положении ответственных элементов оборудования передаются по каналам телесигнализации.

Используемые многие десятилетия релейные защиты постепенно вытесняются микропроцессорными малогабаритными модулями, облегчающими эксплуатацию.

Однако, их массовое использование сдерживается высокой стоимостью и отсутствием точных международных стандартов для всех производителей. Ведь при поломке отдельного специфичного блока пользователю приходится обращаться к конкретному заводу для замены возникшей неисправности.