Трансформаторные подстанции. Автоматическое резервирование

Функции трансформаторной подстанции сводятся к приему высокого напряжения, подводимого с помощью линий электропередачи, преобразованию его в низкое напряжение 380/220, защите оборудования подстанции и распределению электроэнергии. Как правило, на предприятиях связи применяются подстанции закрытого типа, которые могут встраиваться в основное здание или располагаться в отдельном строении. Для подстанций применяется типовое оборудование, выпускаемое промышленностью. К этому оборудованию относятся понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели или высоковольтные разъединители, высоковольтные предохранители, измерительные трансформаторы, разрядники для защиты воздушных вводов аппаратуры и приборы низкого напряжения.

Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения высоковольтных цепей. Выключатели могут срабатывать автоматически и имеют ручной привод. Для напряжений 6 и 10 кВ наибольшее распространение получили масляные выключатели, у которых размыкаемые контакты помещены в трансформаторное масло. Сочетание выбора момента размыкания контактов при переходе мгновенного значения тока через нуль и помещение контактов в масло позволяет разрывать высоковольтную цепь при больших токах. На практике применяются различные конструкции масляных выключателей, которые выбираются при конкретном проектировании. Высоковольтные разъединители представляют собой рубильники, смонтированные на высоковольтных изоляторах. Разъединители служат для обесточивания цепи при проведении работ на электрооборудовании. Пользоваться разъединителями можно только при снятой нагрузке.

Высоковольтные предохранители предназначаются для защиты от коротких замыканий и перегрузок силовых цепей. Предохранители делаются закрытого типа с наполнением, чтобы при его сгорании ограничить распыл металла.

Понижающие силовые трансформаторы предназначаются для понижения напряжения. Как правило, схема вторичной обмотки трансформатора выполнена в виде звезды с выводом нулевой точки. Конструктивное исполнение понижающих трансформаторов может быть различным.

Измерительные трансформаторы выполняют функции трансформации измеряемой величины и разделения высоковольтных и низковольтных цепей. Первичные обмотки трансформаторов выполняются в высоковольтном исполнении, а вторичные - в низковольтном. В целях безопасности вторичные обмотки измерительных трансформаторов обычно заземляются.

Пример схемы организаций понижающей подстанции для потребителей особой группы первой категории показан на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Схема организации понижающей подстанции для питания ответственных потребителей

К подстанции подводятся две высоковольтные линии (В Л), которые через разъединители Q2 и Q8 поступают на шины 10 кВ. Шины между собой могут соединяться разъединителями Q6, Q7. Через разъединители Q3, Q10 и предохранители Fl, F2 к шинам подсоединяются понижающие трансформаторы Tl, T2. Вторичные обмотки трансформаторов через автоматические выключатели Q5, Q12 подключаются к шинам низкого напряжения. Разъединители Ql, Q9 служат для заземления шин в случае проведения ремонтных работ.

Оборудование комплектных подстанций, как правило, располагается в отдельных камерах, изготавливаемых в заводских условиях. Корпуса камер выполняются из листовой стали. Внутри камеры размещаются коммутационная аппаратура, приборы защиты, измерения и сигнализации и делается монтаж цепей. В комплект заводской поставки входят шины.

Трансформаторные подстанции с напряжением 10 (6) кВ, которые на предприятий связи размещаются отдельно от зданий предприятия, как правило, устанавливаются на открытых площадках. Открыто установленные на охраняемых территориях трансформаторы и распределительные устройства должны ограждаться забором. Закрытые подстанции и комплектные трансформаторные подстанции (КТП), располагаемые на охраняемых территориях предприятия связи, могут не ограждаться.

Оборудование трансформаторных подстанций может встраиваться в здания предприятия связи с принятием особых мер против попадания влаги. Каждый масляный трансформатор должен устанавливаться в специально оборудованной камере. Распределительные устройства должны иметь выход наружу или в другие помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями.

Нормативными документами предусматривается осуществлять электроснабжение потребителей особой группы первой категории от двух и более источников электроэнергии. Следовательно, возникает необходимость в устройствах, которые могут автоматически подключать нагрузку к любому исправному источнику. Такие устройства получили название устройств автоматического включения резерва (АВР).

Основные требования, которым должны отвечать АВР, можно сформулировать следующим образом. АВР должны иметь:

• установку величины контролируемого напряжения;

• контроль правильности чередования фаз;

• возможность установки приоритета любого из входов, включая управление дизель-генераторной станции;

• индикацию режима работы и состояния входов АВР;

• защиту источников от перегрузок и коротких замыканий;

• механическую и электронную блокировки переключающих контакторов.

На предприятиях связи установка АВР производится на стороне низкого напряжения. Простейшая схема электроснабжения с применением АВР показана на рис. 1.6.

В нормальном режиме работы нагрузки получают питание от ввода переменного тока внешней сети. Если во внешней сети пропадает электроэнергия, то размыкается контакт К1 и замыкается контакт К2. Одновременно с этим выдается команда на запуск дизель генераторной электростанции, которая замещает поврежденную внешнюю сеть. При восстановлении напряжения на вводе внешней сети контакт К2 размыкается, контакт К1 замыкается, нагрузка вновь получает питание от сети, и АДЭС останавливается.

При использовании АВР должны быть приняты меры, исключающие возможность замыкания между собой двух независимых источников друг на друга, причем блокировка может быть как электрической, так и механической.

Рис. 1.6. Пример схемы электроснабжения с применением АВР

Пример реализации схемы АВР с применением электромеханических устройств показан на рис. 1.7. Схема позволяет подключать нагрузки к любому из двух источников, имеющихся в электроустановке предприятия связи. Предположим, что от двух источников электроснабжения (ввод 1, ввод 2) подается напряжение требуемого качества. В атом случае контакты реле контроля напряжения К1, К2 и КЗ замкнуты и обмотка контактора К4 находится под напряжением. Нагрузки через контакты К4 питаются от первого источника (ввод 1). Нормально замкнутые контакты реле контроля напряжения и нормально замкнутый блок-контакт контактора. К4, включенные в цепь обмотки контактора К5, разомкнуты и обмотка этого контактора обесточена. При отключении напряжения любой из фаз источника 1 отпускает соответствующее реле контроля напряжения, обесточивается обмотка контактора К4 и его контакты размыкаются. После отпускания реле контроля напряжения его нормально замкнутые контакты через блок-контакт контактора К4 подают напряжение на обмотку контактора К5 и. его контакты подключают нагрузку ко второму источнику.

Суммарное время переключения нагрузки может достигать 0,6... 0,8 с. Устройство требует регулировки и чистки контактов, обладает сравнительно невысокой надежностью. В настоящее время на объектах связи широко внедряются устройства АВР, реализованные на автоматических выключателях с приводом, управление которыми осуществляется специализированными контроллерами. В устройствах бесперебойного электропитания переменным током — UPS (см. гл. 9) широко применяются полупроводниковые АВР (статические байпасы), характеризующиеся большим быстродействием и более высокой надежностью. Такие АВР реализуются на тиристорах, управление которыми осуществляется транзисторами и микроконтроллерами. На рис. 1.8 показан пример схемы полупроводникового АВР. Переключающими элементами АВР служат пары встречно-параллельных тиристоров. Управление тиристорами осуществляется от специальной управляющей схемы (УУ). Так как АВР по принципу действия являются коммутаторами со свободным (естественным) спаданием тока через тиристорные ключи при прекращении подачи на них управляющих импульсов, то их также называют тиристорными коммутаторами с естественной коммутацией (ТКЕ).

Рис. 1.7.Пример схемы АВР на основе электромеханических устройств

В нормальных условиях питание нагрузки производится от основного источника через пары VSl-VS2, VS3-VS4, VS5-VS6. При отклонении напряжения основного источника за установленные пределы, контролируемые датчиками Д1-ДЗ, устройство управления УУ прерывает подачу импульсов управления на тиристоры ключей основного источника и в момент прохождения мгновенного значения тока через ноль, тиристоры закрываются. Устройство управления начинает выдавать импульсы управления на ключи VS7-VS12, подключающие нагрузку к резервному источнику. При срабатывании АВР время пропадания напряжения на нагрузке не превышает: по трем фазам -3 мс, по одной фазе - 10 мс. В устройстве предусмотрена выдержка времени на срабатывание до 1 с, если отклонения контролируемого напряжения лежат в пределах от +10/-15 % до ±25 % номинального значения. Полупроводниковые АВР выполняются на токи 50 и 100 А; потери мощности не превышают 3 %.

Рис. 1.8. Схема полупроводникового АВР с естественной коммутацией тока

Для автоматического отключения нагрузки при недопустимых отклонениях напряжения или тока применяются отключающие устройства типа ТКИ, представляющие собой тиристорные контакторы с искусственной коммутацией тиристоров. Структурная схема устройства показана на рис. 1.9. В его состав входят трехфазный тиристорный ключ К, схема контроля напряжения и тока нагрузки СК, схема управления СУ тиристорным ключом и вспомогательное зарядное устройство ЗУ.

Схема работает следующим образом. Если напряжение находится в заданных пределах, то схема управления СУ выдает на трехфазный ключ К импульсы, которые поочередно открывают тиристоры и напряжение поступает в нагрузку. Как только напряжение на нагрузке выходит за допустимые пределы, схема управления дает команду на разряд конденсаторов, которые входят в состав ключа К, в результате чего проводящие в этот момент тиристоры ключа К закрываются. Одновременно с этим блокируется подача управляющих импульсов на другие тиристоры и нагрузка отключается от источника. В устройстве предусмотрена выдержка времени, чтобы не было срабатываний от кратковременных импульсов перенапряжения, амплитуды которых лежат в пределах до 25 % от допустимых значений. Время отключения нагрузки не более 1 мс.