Общие сведения о тяговых подстанциях

На электростанциях 1 (рис. 1) генераторами вырабатывается трехфазный переменный ток промышленной частоты 50 Гц напряжением 10 кВ и выше и подается на повышающие подстанции 2. Переменный ток повышенного напряжения 35; 110 кВ и выше по линии электропередачи (ЛЭП) передается к потребителям через трансформаторы понижающей подстанции 3, понижающие напряжение до 10 кВ. Трансформаторы понижающей подстанции 4 понижают напряжение до 380/220 В. От шин пониженного напряжения энергия поступает к потребителям 5. Потребители 6питаются от шин электростанции через понижающую подстанцию 7. Совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи и подстанций, работающих на определенной территории, называются электрической сетью.

Рисунок 2- Схема электрической сети

Электрическая подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции бывают повышающие и понижающие.

Повышающие подстанции 2 (см. рис. 1) сооружают обычно непосредственно при электростанциях. Они служат для связи электростанции с электрической системой и передачи электроэнергии до потребителей высоким напряжением.

Понuжающuе подстанции 3 (см. рис. 1) предназначены для преобразования напряжения питающей сети в более низкое напряжение, при котором электроэнергия передается потребителям, при соединенным к данной подстанции. Они бывают с одним вторичным напряжением 10 (11) кВ и двумя вторичными напряжениями 10 (11) и 35 (38,5) кВ, как подстанция 2. На первых устанавливают двухобмоточные трансформаторы, а на вторых - трехобмоточные. Напряжение 35 кВ используют для питания удаленных от подстанций потребителей, а напряжение 10 кВ - для питания потребителей, расположенных вблизи подстанции.

Рисунок 3- Схема электрической сети

Кроме однофазных и трехфазных двух- и трехобмоточных трансформаторов, применяют однофазные и трехфазные автотрансформаторы, а также трансформаторы с расщепленными фазами на стороне низшего напряжения.

Рисунок 4- Устройство трехобмоточного трансформатора

У трансформаторов с расщепленными фазами обмотка низшего напряжения разделена на две по мощности равные части и каждая часть имеет отдельные выводы на крышке бака трансформатора. Такие трансформаторы позволяют уменьшить токи КЗ на стороне низшего напряжения и применить в РУ-6 или 10 кВ более дешевое оборудование, так как каждая часть обмотки может работать на отдельную систему или секцию сборных шин.

Режим работы, для которого машины и аппараты спроектированы и изготовлены, называется номинальным. Номинальный режим работы трансформатора характеризуется номинальными величинами, обозначенными на заводском щитке: мощностью, напряжением, током, испытательным напряжением короткого замыкания. ГОСТ 9680-77Е предусматривает следующие номинальные мощности трансформаторов и автотрансформаторов в кВ×А: 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300; 10000; 16000; 25000; 40000; 63000 и более. Номинальная мощность однофазного трансформатора, предназначенного для работы в трехфазной группе, должна составлять одну треть мощности, указанной выше. Например, однофазный трансформатор мощностью 10000 кВ×А должен работать в трехфазной трансформаторной группе мощностью 30000 кВ×А.

Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников приемников энергии до 1000 В общепромышленного назначения приведены в табл. 1, выше 1000 В - в табл. 2 (ГОСТ 721-77 и ГОСТ 21128-75). Кроме указанных в табл. 1 и 2, имеются следую­щие напряжения: 3; 150; 330; 500; 750 и 1150 кВ. Напряжения 3 и 150 кВ не рекомендованы для новых электроустановок. Для общепромышленного применения допускаются напряжения однофазного переменного тока 24 и 36 В и постоянного тока - 12, 24, 36, 48 и 60 В.

Номинальным током электрических машин, трансформаторов и аппаратов является наибольший допустимый ток, при прохождении которого сколь угодно длительное время температура нагрева токоведущих частей и изоляции не превышает установленной нормами величины при определенной расчетной температуре окружающей среды. Наиболее предпочтительными являются номинальные токи, кратные и дольные следующим значениям (ГОСТ 6827-76): 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 и 6,3 А. Например, 0,1; 1,0; 10; 100; 1000; 10000 и 100000 А.

Иcnыmательное напряжение короткого замыкания зависит от мощности трансформатора, напряжения обмотки высшего напряжения, количества фаз и обмоток (одно- или трехфазные, двух- или трехобмоточные), способа регулирования напряжения. Буквы и цифры, обозначающие тип трансформатора или автотрансформатора, имеют следующие значения в порядке их написания.

Исполнение: А - автотрансформатор (трансформатор не имеет отличительного буквенного обозначения); Т - трехфазный; О - однофазный; Р - наличие расщепленной обмотки НН. Вид охлаждения обозначается одной или двумя буквами. Сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением: С - открытым, СЗ - защищенным, СГ - герметичным исполнением и СД - с воздушным дутьем. Масляные трансформаторы: М - естественная циркуляция масла и воздуха; Д - принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла; МЦ - естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла; ДЦ - принудительная циркуляция воздуха и масла; МВ - принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла; Ц - принудительная циркуляция воды и масла. Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком: Н - естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком; НД - охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем. Количество обмоток: Т - трехобмоточный (двухобмоточный трансформатор не имеет специального буквенного обозначения). Наличие устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) в одной из обмоток трансформатора - Н. В числителе дроби после буквенного обозначения типа указывается номинальная мощность трансформатора в кВ×А, в знаменателе - класс напряжения обмотки ВН в кВ. Пример обозначения трансформатора: ТРДН-25000/110 - трехфазный с расщепленной обмоткой НН, принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, регулированием напряжения под нагрузкой мощностью 25000 кВ×А, напряжением 110 кВ обмотки ВН.

Таблица 1

Таблица 2

Номинальное междуфазное напряжение, кВ	Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ
Генераторы	Сети и приемники	Трансформаторы и втотрансформаторы (в числителе – без РПН, в знаменателе – с РПН)
Первичные обмотки	Вторичные обмотки
6,3 10,5 -   -   -		6 и 6,3 10 и 10,5	6,3 и 6,6 10,5 и 11 38,5	7,2 40,5

Энергетическая и электрическая системы

Электростанции объединены в Единую энергетическую систему, от которой питаются потребители тепловой и электрической энергии.

Энергетическая система представляет собой совокупность электрических станций, трансформаторных подстанций, линий электропередачи и тепловых сетей, приемников тепловой и электрической энергии, связанных между собой общностью процесса производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергии.

Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называется электрической системой.

Районная электрическая сеть, состоящая из ТЭЦ, кэс, гэс, АЭС и ГАЭС (рис. 2), высоковольтных линий Л1-Л12 и трансформаторных подстанций П1-П4 обеспечивает надежное электроснабжение потреби­телей. Например, при повреждении двухцепной линии Л7 подстанция П4 имеет связь по Л8 с ГАЭС и соединенными с ней электростанциями и подстанциями. Поэтому у потребителей, питающихся от шин 35 и 10 кВ подстанции П4, не будет перерыва в электроснабжении. Рассматриваемая районная электрическая система линиями Л2 и Л6 напряжением 500 кВ связана с другой районной электрической системой.

В зависимости от положения в электрической сети подстанции подразделяют на тупиковые, транзитные и узловые. Тупиковой подстанцией является такая, которая принимает, преобразует и распределяет энергию пониженного напряжения по потребителям. Примером такой подстанции является подстанция П1, кoтopaя по двухцепной линии Л1 питается от шин 220 кВ кэс. Транзитной или проходной (П4) называется такая подстанция, через первичные шины (110 кВ) которой проходит энергия к другим подстанциям без изменения напряжения. Узловой (П2, ПЗ) называется такая подстанция, которая связывает электрические сети различного напряжения. Отличие П2 от П3 состоит в том, что П2 линиями Л3, Л4, Л9, Л10 и Л12 связывает сети напряжением 110, 220 и 500 кВ своей электрической системы, а П3 связывает данную сеть с сетями другой электрической системы.

Районные электрические системы имеют громадное народнохозяйственное значение. При совместной работе всех электростанций на общую электрическую сеть обеспечивается более надежное электроснабжение потребителей электроэнергии и достигается более экономное использование оборудования отдельных электростанций и энергетических ресурсов.. Известно, что потребность в электрической энергии в течение суток, месяца, года неодинакова. Максимум годовой нагрузки обычно бывает в вечерние часы зимних месяцев, а минимум приходится на ночные часы. При этом летом расход энергии меньше, чем зимой.

В настоящее время имеется около 60 районных электрических систем, от которых осуществляется централизованное снабжение электрической энергией железнодорожных, промышленных и сельскохозяйственных потребителей.