Рисунок 9.2. Одна система сборных шин

Рисунок 9.3. Одна секционированная система шин.

9.2. Две системы сборных шин

Схема применяется в РУ на напряжении 6-110 кВ (Рисунок 9.4). Все присоединения подключаются к шинам через развилку из двух разъединителей. Ши-

носоединительный выключатель QA нормально отключен и предназначен для выравнивания потенциалов при переходе с одной СШ на другую. Наличие двух систем шин позволяет поочередно их ремонтировать без отключения присоединений.

Рисунок 9.4. Схема с двумя системами сборных шин

Возможны два варианта работы схемы:

1) Когда одна СШ находится под напряжением, а другая в резерве.

2) Когда обе СШ находятся под напряжением.

В первом варианте короткое замыкание на рабочей СШ приводит к потере всех присоединений.

Если источники питания и линии равномерно распределить между СШ, то во втором варианте при КЗ на любой СШ теряется лишь половина присоединений. При эксплуатации схемы в таком режиме шиносоединительный выключатель QA постоянно включен и выполняет функции секционного выключателя.

При использовании этой схемы в ГРУ, одну из СШ (рабочую) секционируют. Число секций обычно равно числу генераторов.

Существенный недостаток схемы состоит в том, что она не позволяет ремонтировать выключатели без отключения присоединений.

9.3. Одна система сборных шин с обходной СШ

Схема применяется на напряжении 110 – 220 кВ при числе присоединений равном пяти (рисунок 9.5).

Обходной выключатель (QО) предназначен для замены выключателя любого присоединения при выводе его в плановый ремонт. В нормальном режиме он обычно отключен, а обходная система шин (АО) не находится под напряжением.

В межремонтный период обходной выключатель может выполнять функции секционного. Для этого в схеме предусмотрена перемычка между секцией А1.2 и обходной системой шин. Ток с секции А1.1 будет протекать через разъединитель QS1, обходной выключатель QO, разъединитель QS2, обходную систему шин АО и разъединители QS3 и QS4 на секцию А1.2. Разъединитель QS5 должен быть отключен. Разъединители QS3 и QS4 соединены последовательно. При ремонте одного из них (обычно одновременно с шинами) другой создает видимый разрыв.

Рисунок 9.5. Схема «Одна система сборных шин с обходной»

Обычно схема работает как одна секционированная система шин со свойственными ей недостатками. Даже плановый ремонт секции приводит к потере присоединений, а ответственные потребители остаются без источника резервного питания. Следующая схема при плановом ремонте позволяет сохранить все присоединения в работе.

9.4. Две системы сборных шин с обходной СШ

Схема применяется на напряжении 110-220 кВ при числе присоединений шесть и более (рисунок 9.6).

Первоначально надо понять, что такое система шин и секции шин отдельно, а потом уже разбираться, чем отличается система шин от секции шин. На первый взгляд, кажется, что несложно найти пояснения всем специализированным терминам, но намного сложнее разобраться в исключениях из правил или многоплановом использовании шинопроводов разных типов и категорий. Постараемся в статье распознать, чем отличается система шин от секции шин, более подробно, делая акценты на основные технические характеристики и спектры возможностей.

Что такое система шин и почему могут возникать путаницы при определении силового кабеля?

Первоначально воспользуемся определением «система шин» из технической литературы, и поймем, что под данным понятием подразумевается специальный комплект элементов. Эти элементы могут быть связаны между собой, формируя работоспособную энергосистему. Абсолютно все элементы присоединены к электрическим распределительным устройствам, поэтому и способны бесперебойно и по назначению функционировать.

Важно помнить! Все существующие распределительные устройства на подстанциях отличаются номинальным, то есть прописанным в технических документах, уровнем напряжения, а также определенной мощностью генераторов, трансформаторов. Каждая созданная сеть рассчитана на определенную мощность, режим работы и на количество обслуживаемых объектов.

И если, например, потенциальному заказчику для реализации проекта будет необходимо использовать распределительные устройства с одной системой шин, то само энергооборудование будет содержать выключатель и два разъединителя. Один – шинный, а второй – линейный.

В кругу специалистов для понятия «система шин» ввели синоним – «сборные шины». И если о них заходит разговор, то каждый понимает, что речь идет о стандартном устройстве, которое представляет собой продуманную систему шинопроводов. И все элементы системы фиксируются на специальных опорах, при этом защищены изоляционным материалом или специальными внешними коробами. Их монтаж проходит в специально отведенных для этого помещениях, технических коридорах. Первостепенная задача системы шин или сборных шин – сформировать энергетический канал с бесперебойной подачей необходимых силовых импульсов к имеющимся объектам и ответвленным магистралям.

Системы шин перед эксплуатацией обязательно тестируются, то есть разработчики и производителя всегда планово проводят типовые испытания систем шин и секций шин, и в этом отличий нет.

Если к системе шин планируют создать отходящие присоединения, то применяют отпайки, через которые и запитывают новые элементы.

Что такое двойная система шин и как она формируется специалистами?

Первоначально представьте, что специалистами создана система шин, она успешно функционирует. Потом возникает необходимость расширять проект, увеличивать подачу мощности. Тогда специалисты могут посоветовать заказчику создать двойную систему шин. Она обычно создается для обеспечения резервирования одной системы шин.

Для монтажа и комплектации слаженной системы используются разъединители, рубильники, дополнительные выключатели органично дополняют уже имеющиеся присоединения с первой системы.

Иногда бывает так, что в двойной системе одна из шинных систем делается рабочей, а вторая – резервной, то есть вспомогательной, аварийной, запасной, на случай, если будет необходимо увеличить подачу напряжения, возобновить подачу импульса. Но чаще всего на силовых подстанциях коммутация или соединение электрических цепей происходит параллельно, то есть для одних присоединений формируется одна система шин, а вторая обслуживает другие участки.

Что такое обходная система шин или как прожить без форс-мажорных ситуаций?

Представим ситуацию, что одна из цепей была повреждена или замечены сбои в секции шин, нарушается работа целой системы. Нормально функционировать энергооборудование уже не может, поэтому необходимо проводить ремонтно-профилактические работы, выполнять диагностику цепи. И в таких форс-мажорных случаях при работе секций шин и системы шин в выигрыше остаются собственники объектов с обходной системой шин. В чем ее преимущества?

• Обходная система шин обеспечивает нормальную коммутацию на подстанциях, когда идет присоединение к распределительным устройствам нескольких систем, которые функционируют либо одновременно, либо попеременно.
• Обходная система шин обеспечивает должную защиту секций шин, позволяет переводить систему в ремонтный режим. А это значит, что когда одна из систем отключается или аварийно выходит из строя, то на подстанции срабатывает резервное подключение, то есть вступает в действие обходная система шин.
• Обходная система шин переводит в резерв не существующие две системы шинопроводов, а стандартные выключатели любого из имеющихся присоединений. И это становится возможным благодаря продуманным подключениям обходной системы к каждому присоединению через разъединитель.

Таким образом, становится понятнее, что ж такое система шин. Это понятие является широким в энергосистеме, так как существует несколько типов и видом систем шин, а все они могут секционироваться, то есть разделяться на секции шин распределительных устройств. И это свойство очень важное и полезное, так как при сегментации шин удается обеспечить подстанции большую надежность. И когда степень секционирования НКУ такова, что позволяет выделить поврежденный участок в системе шин, провести ремонтные работы, оставляя при этом в работе часть присоединений.

Что такое секции шин и насколько они важны для функционирования шинопроводов?

В технической литературе имеется определение «секций шин», и оно звучит следующим образом: секции шин – это определенные части системы шин, отделенные друг от друга коммутационными аппаратами. В сущесвующих ГОСТах прописаны различные типы секционирования. И чаще всего выделяют шесть типовых форм секционирования, а именно:

1. Системы шин без внутреннего разделения, когда главная шина, вводные и выводные функциональные блоки, распределительные шины функционируют одной системой, не разделяются на блоки перегородками или барьерами.
2. Системы шин с разделением шин и узлов функционирования, но при этом зажимы для внешних проводников от шин не разделяются барьерами из металла или пластика.
3. Сегментирование шин и функциональных узлов с зажимами внешних проводников.
4. Разделение функциональных узлов друг от друга, а также от имеющихся шин. Дополнительно барьерами отделены зажимы внешних проводников от блоков, но с шинами у них остается взаимосвязь.
5. Разделение всех имеющихся в системе функциональных узлов друг от друга, а также от шин. Зажимы внешних проводников находятся в одном блоке, поэтому отделены и от шин, и от функциональных узлов. При таком сегментировании легко проводить испытания секции сборных шин, ее ремонтировать и вводить в эксплуатацию.
6. Система шин, когда функциональные узлы находятся в одном отсеке с зажимами внешних проводников.

Таким образом, существует шесть типов сегментирования, когда проявляются разные варианты изоляции и взаимодействия главной шины, функциональных блоков, распределительных шин, зажимов для отходящих проводников. При любой комплектации система шин работоспособна.

Для чего надо рекомендуется выполнять сегментацию шин и почему без этого не обойтись?

Для разделения основных элементов системы шин используют перегородки или металлические барьеры. Они необходимы, чтобы повысить безопасность персонала, который обслуживает энергосистему и локализировать нежелательные процессы.

При правильной сегментации ремонтные работы не будут останавливать процесс, все формы секционирования НКУ позволяют все восстановить быстро, без остановки системы.

Таким образом, обходная секция шин позволяет создать достойную функционирующую систему шинопроводов, которые и легко монтировать, и обслуживать, то есть вовремя выполнять технические осмотры, тестирование, ремонтные работы. В итоге становится понятно, что система шин – это комплект шинопроводов, которые для оптимизации лучше поддавать сегментированию, чтобы улучшить процесс подачи энергоимпульса при обслуживании нескольких силовых линий или объектов.

В устройствах рассматриваемого вида (рис. 5.1, а ) каждое присоединение

содержит в общем случае выключатель и два разъединителя - шинный и

линейный. Выключатели, как известно, служат для неавтоматического и автомати-

ческого отключения и включения присоединений. Разъединители необходимы для

изоляций аппаратов и присоединений на время их ремонта от смежных частей

системы, находящихся под напряжением.

Рис.5.1. Принципиальная схема РУ с одной системой сборных шин.

а - шины не секционированы; б - секционированные шины; в - секционированные шины и

обходное устройство.

Термин «изоляция» следует понимать как создание видимого разрыва цепи в

воздухе, обеспечивающего безопасность для людей. Так, например, при ремонте

выключателя какого-либо присоединения он должен быть изолирован от сбор-

ных шин и от сети, поскольку линия, отключенная со стороны источника энергии,

может оставаться включенной с противоположного конца. Только в частных

случаях, когда возможность подачи напряжения с противоположного конца

исключена, линейные разъединители могут отсутствовать. Это относится, на-

пример, к присоединениям двухобмоточных трансформаторов, поскольку ремонт

выключателя производится при отключенном трансформаторе со стороны

высшего и низшего напряжения. В присоединениях генераторов линейные

разъединители также обычно не предусматриваются.

В рассматриваемой схеме операции с разъединителями допускаются только

при отключенном выключателе соответствующего присоединения. Ясность этого

требования и простота РУ практически исключают ошибочные операции с

разъединителями. Тем не менее предусматриваются блокирующие устройства,

препятствующие неправильным операциям.

Достоинство рассматриваемой схемы с одной системой сборных шин

заключается в ее исключительной простоте и, следовательно, низкой стоимости.

Недостатки ее следующие:

Профилактический ремонт сборных шин и шинных разъединителей связан

с отключением всего устройства на время ремонта;

Ремонт выключателей и линейных разъединителей связан с отключением

соответствующих присоединений, что нежелательно, а в некоторых случаях

недопустимо;

Короткое замыкание в зоне сборных шин приводит к полному отключению

То же самое имеет место в случае внешнего замыкания и отказа

выключателя соответствующего присоединения.

Перечисленные недостатки могут быть частично устранены с помощью

указанных ниже дополнительных устройств. Приведенные затраты при этом

увеличиваются.Чтобы избежать полного отключения РУ при замыкании в зоне

сборных шин и обеспечить возможность их ремонта по частям, прибегают к

секционированию сборных шин, т. е. разделению их на части - секции с

установкой в точках деления выключателей, нормально замкнутых или нормально

разомкнутых, в зависимости, от преследуемой цели. Эти выключатели называют

секционными. Относительно редко встречаются устройства, сборные шины

которых секционированы через разъединители, замкнутые или разомкнутые при

нормальной работе. Секционирование должно быть выполнено так, чтобы каждая

секция имела источники энергии (генераторы, трансформаторы) и соответствую-

щую нагрузку (рис. 5.1,6 ). Присоединения распределяют между секциями с таким

расчетом, чтобы вынужденное отключение одной секции по возможности не

нарушало работы системы и электроснабжения потребителей. Число секций

зависит от числа и мощности источников энергии, напряжения, схемы сети и

режима установки. В РУ с большим числом секций сборные шины замыкают в

На станциях секционные выключатели при нормальной работе, как правило,

замкнуты, поскольку генераторы должны работать параллельно. В случае к.з. в

зоне сборных шин поврежденная секция отключается автоматически. Остальные

секции остаются в работе. Таким образом, секционирование через нормально

замкнутые выключатели способствует повышению надежности РУ и

электроустановки в целом. Заметим, однако, что в случае замыкания в секционном

выключателе отключению подлежат две смежные секции, следовательно, в

устройствах с двумя секциями полное отключение не исключено, хотя

вероятность его относительно мала.

В РУ низшего напряжения 6-10 кВ подстанций секционные выключатели,

как правило, разомкнуты в целях ограничения тока к.з. Выключатели снабжают

устройствами автоматического включения резервного питания (АВР), замы-

кающими выключатели в случае отключения трансформатора, чтобы не нарушать

электроснабжения потребителей.

Чтобы обеспечить возможность поочередного ремонта выключателей, не

нарушая работы соответствующих цепей, предусматривают (преимущественно в

РУ 110-220 кВ) обходные выключатели и обходную систему шин с соответст-

вующими разъединителями в каждом присоединении (рис. 5.1, в). При

нормальной работе установки обходные разъединители и обходные выключатели

отключены. Замена рабочего выключателя обходным производится в следующем

порядке: включают обходный выключатель, чтобы убедиться в исправности

обходной системы; отключают обходный выключатель; включают обходный

разъединитель ремонтируемого присоединения; вновь включают обходный

выключатель; отключают выключатель, подлежащий ремонту, и соответствующие

разъединители. Защита цепи во время ремонта осуществляется обходным

выключателем, снабженным соответствующим комплектом релейной защиты.

В устройствах с секционированными сборными шинами и обходной

системой шин (рис. 5.1, в ), строго говоря, необходимы два обходных

выключателя. Однако в целях экономии средств часто ограничиваются одним

выключателем с двумя шинными разъединителями, с помощью которых

обходный выключатель может быть присоединен к той или другой секции

сборных шин.

Распределительные устройства с одной секционированной системой

сборных шин получили применение на станциях и подстанциях при номинальных

напряжениях до 220 кВ включительно. Основным условием применения этой

схемы является наличие достаточного резерва в источниках энергии и линиях и,

следовательно, возможность кратковременного отключения одной из секций без

нарушения работы электроустановки в целом. Аналогичные устройства, но с об-

ходной системой шин, применяют при ограниченном числе присоединений в

качестве устройств среднего напряжения 110-220 кВ станций и подстанций.__

Особенностью схемы является секционирование сборных шин и использование шинных разъединителей 2 в качестве оперативных аппаратов. Схема предусматривает вывод в ремонт любого выключателя присоединения ВЛ и трансформаторов за счет существования обходной системы шин (ОСШ) и выключателя обходной системы шин (ОВ). К сборным шинам 11 подключены измерительные трансформаторы напряжения 6, показанные на рис. 8.1.

В дальнейшем, на последующих схемах заполнения, измерительные трансформаторы напряжения 6 могут не показываться, хотя составляют необходимую принадлежность распределительного устройства. Аналогичные изменения произошли и в системе высокочастотной блокировки (ВЧ) в фазах линий 110-750 кВ: ВЧ блокировка показана не на всех схемах заполнения, хотя составляет необходимую принадлежность ВЛ.

Рис. 8.1. Двойная секционированная система сборных шин с обходной сборной шиной

Расширение схемы возможно за счет увеличения числа ячеек. Отмечаются трудности в осуществлении блокировок от неправильных действий с шинными разъединителями 2.

Данная схема получила широкое распространение в главных схемах электрических станций благодаря хорошему показателю n на присоединение. Широко используется и для современных станций с агрегатами большой мощности – в качестве ОРУ-СН при напряжениях 500/220 кВ и 330/110 кВ и 220/110 кВ.

Применительно к схеме заполнения рис. 8.1 определяем число выключателей на одно присоединение:

n = выключателей на присоединение.

Столь значительное повышение показателя n над значением 1,0 объясняется установкой дополнительных выключателей: секционного (С), шиносоединительного (ШСВ) и обходного (ОВ) на каждой из систем шин. При большем числе присоединений n будет стремиться к 1,0. Эти схемы широко используются в традиционной энергетике при использовании воздушных и масляных выключателей.

Появление блоков большой мощности (блоков на СКД мощностью 300, 500 и 800 МВт, блоков АЭС с реакторами 1000 и 1200 МВт, гидростанций с агрегатами мощностью до 640 МВт) потребовало изменить подход к главным схемам электрических соединений. Снизить габариты распределительных устройств, произвести замену выключателей воздушного типа и масляных на более совершенные элегазовые выключатели и перейти к созданию комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Учитывая высокую надежность элегазовых распределительных устройств, последние выполняются по упрощенным главным схемам, то есть с отказом от обходной системы шин (ОСШ), от секционирования сборных шин и от выключателей обходной системы шин.

Двойная система сборных шин с обходной системой сборных шин применяется на напряжениях 110-220 кВ при необходимости ремонта выключателей и сборных шин без перерыва питания присоединений.

Кольцевые схемы

Пример кольцевой схемы на рис. 8.2 изображен по данным работ ОАО «Ленгидропроект», которое является генеральным проектировщиком Бурейской ГЭС, расположенной в Амурской области на р. Бурее. На ГЭС установлены шесть гидрогенераторов мощностью 335 МВт, работающих через повышающие трансформаторы на распределительные устройства 220 и 500 кВ.

Рис. 8.2. Главная схема Бурейской ГЭС

Первый и второй генераторы выдают мощность в систему 220 кВ по двум высоковольтным линиям через РУ, построенное по схеме «двойная система сборных шин с обходной системой шин».

Остальные четыре генератора в составе двух сдвоенных блоков работают на сеть 500 кВ, связь с которой осуществляется по трем ВЛ-500 кВ с глухим присоединением шунтирующих реакторов.

Распределительное устройство 500 кВ построено по схеме «шестиугольник» с однорядной установкой выключателей. При «шестиугольнике», и при ином числе углов (треугольник, четырехугольник, пятиугольник) обеспечивается возможное наименьшее число выключателей. Особенностями схемы 500 кВ являются: избирательное отключение при повреждении на присоединении и необходимость держать «шестиугольник» замкнутым, что осуществляется за счет наличия выходного разъединителя присоединения.

Распределительное устройство 500 кВ выполнено в виде КРУЭ производства концерна «АВВ» (Швейцария). Впервые в отечественной практике применено элегазовое распределительное устройство вместо первоначально предусмотренного ОРУ-500 кВ по схеме 3/2.

С распредустройством 500 кВ два укрупненных блока связаны высоковольтными кабелями 500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена взамен воздушных переходов с прокладкой его в кабельном туннеле в шахте, запроектированных ранее для связи распределительных устройств 220 и 500 кВ со зданием ГЭС. Выполнение этих переходов по первоначальной проектной схеме мешало ходу строительных работ. В результате ввод блоков 500 кВ по первоначальной проектной схеме мог быть осуществлен только после возведения постоянных напорных водоводов и завершения работ по плотине. В отечественной практике применение кабеля 500 кВ с сухой изоляцией осуществлено впервые .

Распредустройства 220 и 500 кВ связаны через группу однофазных автотрансформаторов 167 МВА на фазу.

Показатель n = 1,0 независимо от числа углов многоугольника.

Необходимость соединения между собой подводящих и отводящих электроэнергию линий обусловливает применение на станциях, подстанциях, распределительных устройствах и пунктах сборных шин.

К сборным шинам присоединяют все генераторы или трансформаторы, вводы и отходящие линии. Электрическая энергия поступает на сборные шины и по ним распределяется к отдельным отходящим линиям. Таким образом, сборные шины являются узловым пунктом схемы соединения, через который протекает вся мощность станции, подстанции или распределительного пункта . Повреждение или разрушение сборных шин означает прекращение подачи электроэнергии потребителям. Поэтому сборным шинам уделяют серьезное внимание при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок.

Простейшей системой является так называемая одиночная система шин (рис. 1), применяемая в электроустановках малой мощности с одним источником питания.

Рис. 1. Одиночная система шин

На станциях и подстанциях, имеющих два и более трансформатора или генератора, в целях повышения надежности снабжения потребителей электроэнергией шины секционируют, т. е. делят на две, а иногда и большее число частей. К каждой секции должно быть присоединено по возможности равное число генераторов или трансформаторов и отходящих линий (рис. 2).

Рис. 2. Одиночная секционированная система шин с межсекционным разъединителем

Секционирование шин сообщает схеме большую эксплуатационную гибкость (при выходе из работы одной секции шин отключается только часть вводов и отходящих линий).

Отдельные секции шин могут быть соединены между собой или выключателями. При секционировании шин разъединителем последний большей частью разомкнут. При этом обе секции работают раздельно, и при повреждении одной из секций питания лишается только часть потребителей. Кроме того, при раздельной работе трансформаторов снижаются токи короткого замыкания на стороне вторичного напряжения.

В случае повреждения трансформатора его отключают и обе секции соединяют между собой разъедиителем, отключив предварительно для предотвращения перегрузки неответственные потребители.

Допустима также работа с включенным разъединителем для обеспечения равномерного распределения нагрузки между питающими линиями. В этом случае при аварии на одной из секций прекращается питание электроэнергией всех потребителей на время, необходимое для разделения секций. В случае же автоматического отключения одного из источников питания второй источник будет перегружен в течение времени, необходимого для отключения неответственных потребителей.

При наличии межсекционного выключателя (рис. 3) последний может быть также при работе замкнутым или разомкнутым.

Рис. 3. Одиночная секционированная система шин с межсекционным выключателем

При работе с замкнутым выключателем его снабжают максимальной токовой защитой, которая автоматически отключает поврежденную секцию. Однако такое решение не рекомендуется, поскольку оно не дает существенных преимуществ по сравнению со схемами с межсекционными разъединителями.

Применение межсекционного выключателя рекомендуется только в тех случаях, когда он используется для автоматического включения резервного питания от другого рабочего источника и при нормальной работе электроустановки находится в разомкнутом состоянии.

При наличии на подстанции одиночной секционированной системы шин резервирующие друг друга отходящие линии следует присоединять к различным секциям шин.

Для большей надежности питания и большего удобства эксплуатационных переключений на крупных станциях и подстанциях применяют двойную систему шин (рис. 4), которая допускается только при наличии соответствующего обоснования в каждом отдельном случае.

Рис. 4. Двойная система сборных шин

При нормальной работе электроустановки одна система шин является рабочей, а другая - резервной. Обе системы шин могут быть соединены между собой шиносоединительным выключателем, который позволяет осуществить переход с одной системы шин на другую без перерыва в подаче энергии, а также может быть использован в качестве замены любого из выключателей электроустановки. В последнем случае линию, с которой выключатель снят для ремонта, присоединяют к резервной системе шин и соединяют рабочую и резервную системы шин шиносоединительным выключателем.