Понижающие ПС предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения ПС является схема сети, для питания которой она предназначена. Оптимальная мощность и радиус действия ПС определяются плотностью нагрузок в районе ее размещения и схемой сети НН. При большой плотности нагрузок, сложной и разветвленной сети НН следует рассматривать целесообразность разукрупнения подстанций ВН для повышения надежности питания и снижения стоимости сооружения сети НН.

Нормативными документами классификация ПС по их месту и способу присоединения к сети не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети (см. п. 4.2) и возможных схем присоединения ПС их можно подразделить на следующие (7):

тупиковые — питаемые по одной (п. 4.7, а) или двум радиальным линиям; схема 4.7, а рассматривается как первый этап развития сети с последующим преобразованием в схему 4.7, б или 4.7, д;

ответвительные — присоединяемые к одной (7, в) или двум (7, г) проходящим ВЛ на ответвлениях; схема 4.7, в является первым этапом развития с последующим преобразованием в схему 4.7, г или д;

проходные — присоединяемые к сети путем захода одной линии с двусторонним питанием (7, д);

узловые — присоединяемые к сети не менее чем по трем питающим линиям (7, е, ж).

Ответвительные и проходные ПС объединяют термином промежуточные, который определяет размещение ПС между двумя ЦП сети (или узловыми ПС).

Проходные или узловые ПС, через шины которых осуществляются перетоки между отдельными точками сети, называют транзитными.

В технической литературе и некоторых нормативных документах иногда используется термин опорная ПС, под которым, как правило, подразумевают ПС более высокой ступени напряжения (например, ПС 220/110 кВ при рассмотрении сети 110 кВ). Однако этот же термин используется для определения эксплуатационной роли ПС. Поэтому для ПС, питающих сеть рассматриваемого напряжения, целесообразно использовать термин центр питания (ЦП).

В табл. 4.3 приведены данные статистического анализа частоты применения приведенных выше схем присоединения ПС в сетях 110–330 кВ.

Из приведенных данных видно, что большинство ПС присоединяется к сети по двум линиям. Имеется тенденция к увеличению доли таких схем за счет уменьшения доли ПС, присоединяемых на первом этапе по одной линии. Удельный вес узловых ПС увеличивается с ростом напряжения сети, одновременно снижается доля тупиковых и ответвительных ПС. Наиболее распространенным типом ПС 110–330 кВ является проходная.

Таблица 4.3

Анализ схем построения электрических сетей 110–330 кВ показывает, что к узловым ПС целесообразно присоединять до четырех ВЛ; большее число линий является, как правило, следствием неуправляемого развития сети, неудачного выбора конфигурации или запаздывания сооружения в рассматриваемой точке сети ЦП ВН.

Схемы присоединения ПС к сети, допустимое количество промежуточных ПС между двумя ЦП выбираются в зависимости от величины нагрузки и ответственности потребителей ПС, протяженности рассматриваемого участка сети, целесообразности его секционирования и необходимости сохранения транзита мощности. Для некоторых групп потребителей (тяговые подстанции железной дороги, насосные и компрессорные станции магистральных трубопроводов, объекты нефтяных месторождений Западной Сибири, крупнейшие города) эти вопросы регламентированы ведомственными и нормативными документами. Рекомендации по схемам присоединения ПС для характерных групп потребителей приведены далее (см. пп. 4.5–4.9).

Для выполнения проектов понижающих ПС в схемах развития энергосистем и электрических сетей предварительно должны быть определены: район размещения ПС, электрические нагрузки на расчетные периоды, напряжения РУ, количество и мощность трансформаторов, количество, направление и нагрузка линий по напряжениям, тип и мощность КУ, расчетные значения токов КЗ, рекомендации по главной схеме электрических соединений.

Основные требования к главным схемам электрических соединений:

схема должна обеспечивать надежное питание присоединенных потребителей в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с категориями нагрузки по надежности электроснабжения с учетом наличия или отсутствия независимых резервных источников питания;

схема должна обеспечивать надежность транзита мощности через ПС в нормальном, ремонтном и послеаварийном режимах в соответствии с его значением для рассматриваемого участка сети;

схема должна быть по возможности простой, наглядной, экономичной и обеспечивать возможность восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации средствами автоматики без вмешательства персонала;

схема должна допускать поэтапное развитие РУ с переходом от одного этапа к другому без значительных работ по реконструкции и перерывов в питании потребителей;

число одновременно срабатывающих выключателей в пределах одного РУ должно быть не более двух при повреждении линии и не более четырех при повреждении трансформатора.

Одним из важнейших принципов построения сети, обеспечивающих требования надежности и минимума приведенных затрат, является унификация конструктивных решений по ПС. Наибольший эффект может быть достигнут при унификации ПС массового применения, являющихся элементами распределительной сети энергосистем. Необходимым условием для этого является типизация главных схем электрических соединений, определяющих технические решения при проектировании и сооружении ПС. Типовые схемы утверждены ОАО «ФСК ЕЭС» 20.12.2007 г. (СТО 5694700729.240.30.010-2008).

Главная схема электрических соединений ПС выбирается с использованием типовых схем РУ 35-750 кВ, нашедших широкое применение при проектировании. Отступления от типовых схем допускаются при наличии технико-экономических обоснований и согласования с утверждающими инстанциями. В последней редакции количество типовых схем значительно увеличено (с 14 до 20); вместе с тем из этого числа выделено 11 схем, рекомендуемых в первую очередь. Следует однако отметить, что введение ряда новых схем представляется недостаточно мотивированным, так как не учитывает принципы построения сети.

На 8 приведены типовые схемы РУ 35-750 кВ, а в табл. 4.4 — перечень схем и области их применения. Типовые схемы РУ обозначаются двумя числами, указывающими напряжение сети и номер схемы (например, 110-5Н, 330-7 и т. п.). Номера схем не изменялись с первой редакции типовых схем; в дальнейшем некоторые схемы исключались из числа типовых.

В период строительства электрических сетей высокими темпами, на этапе «электрификации вширь» (1960–1985 гг.), на ПС 110 кВ (частично — 35 и 220 кВ) с упрощенными схемами на ВН в качестве коммутационных аппаратов получили широкое распространение отделители и короткозамыкатели. Простота конструкции и их относительная дешевизна по сравнению с выключателями позволила обеспечить массовое строительство ПС в короткие сроки. В то же время эти аппараты обладают определенными конструктивными

дефектами и эксплуатационными недостатками. Принципиальным недостатком схем с отделителями и короткозамыкателями является то, что искусственно создаваемое КЗ для отключения поврежденного участка сети в бестоковую паузу с помощью отделителя резко увеличивает общую продолжительность наиболее тяжелых условий работы выключателей на смежных ПС. Поэтому в настоящее время использование отделителей и короткозамыкателей на вновь сооружаемых ПС прекращено, а при реконструкции действующих ПС они должны заменяться выключателями.

К номерам типовых схем, в которых отделители и короткозамыкатели заменены на выключатели, добавлен индекс «Н» (3Н, 4Н, 5Н, 5АН).

Для РУ ВН, характеризующихся меньшим числом присоединений, как правило, применяются более простые схемы: без выключателей или с числом выключателей один и менее на каждое присоединение. Для РУ СН применяются схемы с системами шин и с числом выключателей более одного (до 1,5) на присоединение.

Таблица 4.4

Продолжение табл. 4.4

Продолжение табл. 4.4

Окончание табл. 4.4

Блочные схемы 1, 3Н являются, как правило, первым этапом двухтрансформаторной ПС с конечной схемой «сдвоенный блок без перемычки».

Схема 1 применяется в условиях загрязненной атмосферы, где целесообразна установка минимума коммутационной аппаратуры, или для ПС 330 кВ, питаемых по двум коротким ВЛ. Сдвоенная схема 3Н применяется вместо схемы 4Н в условиях стесненной площадки.

Мостиковые схемы 5, 5Н и 5АН находят широкое применение в сетях 110–220 кВ. На первом этапе в зависимости от схемы сети возможна схема укрупненного блока (два трансформатора и одна ВЛ) либо установка одного трансформатора; в последнем случае количество выключателей определяется необходимостью. Вновь введенная в новой редакции типовых схем схема 6 является, по существу, одним из вариантов первого этапа.

Схемы многоугольников. Схема 7 применяется на напряжении 220 кВ при невозможности использования схем 5Н или 5АН, а на напряжении 330–750 кВ — для всех ПС, присоединенных к сети по двум ВЛ. На напряжении 110 кВ практически не используется. На первом этапе при одном АТ устанавливается три выключателя.

Схема 8 (шестиугольник) включена в последнюю редакцию взамен схемы расширенного четырехугольника. Вследствие свойственных схеме 8 недостатков (разрыв сети при совпадении ремонта любого выключателя с автоматическим отключением одного из присоединений) практического применения не имеет. Для узловых ПС 110–220 кВ предпочтение отдается схемам с одной системой шин, а для ПС 330 кВ — схемам «трансформатор — шины» или полуторная.

Схемы с одной и двумя системами шин применяются для РУ ВН узловых ПС 35-220 кВ и РУ СН (НН) подстанций 330–750 кВ. Схема 9 используется, как правило, на стороне СН и НН ПС 110–330 кВ.

Схема 110-12 используется на стороне ВН узловых ПС в сети 110 кВ (как правило, 4 ВЛ), схемы 110-12 и 220*12 — на стороне СН ПС 220 (330) /110/ НН кВ и 500/110/НН кВ.

Ограничением для применения схемы 12 и замены ее схемой 13 является присоединение к каждой секции шин ПС более одной радиальной ВЛ. Однако, как следует из п. 4.2, сохранение радиальных ВЛ в течение длительного времени маловероятно.

При рассмотрении области применения схем 12–14 следует руководствоваться «Общими техническими требованиями к подстанциям 330–750 кВ нового поколения» (ОАО «ФСК ЕЭС», 2004 г.), согласно которым для РУ 220 кВ, как правило, применяются одинарные секционированные системы шин, двойные и обходные системы шин применяются только при специальном обосновании, в частности, в недостаточно надежных и нерезервированных электрических сетях.

Поскольку основой рационального построения распределительной сети 110–220 кВ является использование замкнутых либо двойных радиальных конфигураций (см. п. 4.2), основной рекомендуемой схемой для РУ СН 110–220 кВ становится одинарная секционированная система шин (схема 9).

В этих условиях включение в число рекомендуемых новых схем с одной системой шин — с присоединением трансформаторов через развилку из двух выключателей или «ответственных» ВЛ через полуторную цепочку (схемы 9Н, 9АН и 12Н) — представляется немотивированным, а условия их применения — неопределенными:

учитывая требования выбора мощности трансформаторов с обеспечением питания полной нагрузки при их отключении (см. п. 5.3.12), невозможно выявить «повышенные требования», при которых целесообразно дублировать выключатели СН в цепи трансформаторов;

в замкнутой распределительной сети с изменяющимися во времени режимами и ролью отдельных участков не представляется возможным выделить более или менее ответственные линии.

Схемы трансформаторы — шины и с полутора выключателями на присоединение 15–17 применяются для РУ ВН подстанций 330–750 кВ и РУ СН ПС 750/330, 500/220 и 1150/500 кВ. Схемы 16–17 для напряжений 220–500 кВ применяются, как правило, на стороне СН. При четырех АТ (схемы 15, 16) или числе линий больше шести (схемы 16, 17), а также по условиям устойчивости системы проверяется необходимость секционирования шин.

Схемы РУ 10 (6) кВ приведены на 9. Схема с одной секционированной выключателем системой шин (9, 1) применяется при двух трансформаторах с нерасщепленными обмотками НН, схема с двумя секционированными системами шин (9, 2) — при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН или сдвоенных реакторах, схема с тремя или четырьмя одиночными секционированными системами шин (9, 3) — при двух трансформаторах с расщепленной обмоткой НН и сдвоенных реакторах. При соответствующем обосновании допускается установка второго секционного выключателя.

Синхронный компенсатор присоединяется непосредственно к обмотке НН АТ по блочной схеме (9, 4) с пуском через реактор.

Батареи статических конденсаторов при их присоединении на НН подключаются обычно к секциям РУ НН.

Для РУ 20 кВ — напряжения, получившего ограниченное распространение (см. п. 4.1) — рекомендуется в основном схема с одной секционированной системой шин (схема 9), для отдельных присоединений с тупиковыми однотрансформаторными ПС — блочная схема (3Н).

Для ПС с ВН 35-220 кВ освоено заводское изготовление блочных комплектных ТП (КТП) — КТПБ (см. п. 5.8). На 10 приведены схемы выпускаемых заводом КТПБ 110 кВ, выполненных по упрощенным схемам с выключателями на ВН.

Схемы КТПБ 220 кВ с упрощенными схемами на стороне ВН приведены на 11. Целесообразное количество ВЛ 110 кВ, отходящих от подстанций с ВН 220 кВ, приведено ниже: