Основное оборудование трансформаторных подстанций

Общие понятия

Трансформаторной подстанцией называется электрическая установка, которая предназначена для преобразо­вания энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при неизменной частоте тока и для ее распределения. Оборудова­ние подстанции состоит из одного или нескольких трансформаторов, распределительных устройств первичного и вторичного напряжения, устройств управления, защиты и сигнализации.

Различают районные подстанции, которые снабжают электро­энергией крупные районы с промышленными, городскими и сельско­хозяйственными потребителями, и подстанции местного значения, которые питают отдельные предприятия или районы города. Под­станции местного значения понижают напряжение с 220, 110, 35, 10, 6 кВ до 10; 6, 0,4/0,23 кВ.

Подстанции, питающие отдельные предприятия и коммунальные нагрузки, обычно имеют первичное напряжение 10 - 6 кВ и вторичное 0,4/0,23 кВ.

По принципу обслу­живания подстанции подразделяют на сетевые, обслуживаемые персоналом энергосистемы, и абонентские, обслуживаемые персо­налом потребителя.

Количество трансформаторных подстанций (ТП) находится в прямой зависимости от размеров строительной площадки и нагрузки, приходящейся на подстанцию. При увеличении количества ТП уменьшаются расходы на уст­ройство низковольтной сети и увеличиваются расходы на оборудо­вание ТП.

Для выбора количества ТП составляют несколько вариан­тов расчета и выбирают вариант с наименьшими капитальными за­тратами, обеспечивающий бесперебойное питание ответственных потребителей. Для крупных сосредоточенных потребителей (карь­еры, компрессорные и насосные станции, производственные пред­приятия) обычно сооружают отдельные ТП.

Для равномерной рассредоточенной нагрузки, получающей энергию по сети 380/220 В, расстояние между подстанциями при наименьших затратах не пре­вышает 800 м. Подстанции с одним_трансформатором имеют меньшую стоимость и меньшую надежность питания по сравнению с двухрансформаторными подстанциями.

По степени надежности электроснабжения подразделяют все электроприемники на три категории. К первой категории отно­сятся потребители, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, брак выпускаемой продукции, повреждение оборудования или длительное расстройство сложного технологического процесса; ко второй категории - по­требители, перерыв в электроснабжении которых связан с суще­ственным снижением выпуска продукции, простоем людей и механиз­мов; к третьей категории относятся все остальные нагрузки.

Для обеспечения надежности питания потребителей первой ка­тегории на подстанции устанавливают два трансформатора. Если мощность потребителей первой категории превышает 50% суммар­ной нагрузки, то мощность каждого трансформатора должна быть не меньше суммарной нагрузки.

Для выбора мощности трансформаторов необходимо знать установленную мощность Р_УС и коэффициент спроса К_С. Установленную мощность находят суммированием номинальных мощностей прием­ников по группам (освещение, двигатели одного назначения), исключая резервные мощности.

Не все приемники в одной группе включаются одновременно, а силовые потребители загружаются полностью. Максимально возможную электрическую нагрузку данной группы потребителей определяют с помощью коэффициента спроса. Коэффициент спроса учитывает одновременность включения приёмников, значение загрузки, к. п. д. приемника и к. п. д. электросети и определяется по формуле:

 

,

 

где К ₀ - коэффициент одновременности, представляющий от­ношение максимального числа одновременно рабо­тающих приемников ко всему количеству приемников; К _З - коэффициент загрузки, представляющий отношение по­требляемой мощности к номинальной мощности прием­ника; η _ПР - к. п. д. электроприемника; η _С - к. п. д. сети.

 

Коэффициенты спроса для различных групп потребителей при­ведены в справочниках.

Расчетную активную мощность Р _расч, кВт, определяют суммированием произведений установленной мощности Р _УС и коэффициента спроса К _Скаждой группы потребителей:

 

 

Кажущаяся мощность, кВА, по которой выбирают трансфор­маторы, определяется по формуле:

 

,

 

где Q_расч - реактивная мощность, кВАр

 

При одном трансформаторе на подстанции:

 

 

При двух трансформаторах:

 

Основное оборудование трансформаторных подстанций

 

Силовые трансформаторы предназначены для преобра­зования напряжения (без изменения частоты тока) до значения, удоб­ного для питания потребителей. На объектах транспортного строи­тельства наибольшее распространение имеют двухобмоточные трех­фазные трансформаторы с первичным напряжением 3, 6 или 10 кВ и вторичным 400/230 или 600 В для питания двигателей малой и средней мощности.

Трансформаторы характеризуются номинальной мощностью, первичным и вторичным напряжением, напряжением короткого замыкания и группой соединения.

Внутри бака силового трехфазного трансформатора (рисунок 13.1) закреплен трехстержневой сердечник.

 

Рисунок 13.1

 

На рисунке 13.1 обозначены: 1 - термометр; 2 и 4 - проходные изоляторы; 3 - переключатель для изменения коэффициен­та трансформации; 5 - маслоуказатель; 6 - расширитель; 7 - радиаторы; 8 - бак; 9 - сер­дечник; 10 - обмотка высшего напряжения; 11 - обмотка низшего напряжения

На каждом стержне концентрически расположены обмотки высокого и низкого напряжения, а их выводы присоеди­нены к проходным изоляторам. К баку, заполненному трансфор­маторным маслом, прикреплены радиаторы.

 

Трансформаторное масло служит для охлаждения обмоток трансформатора и сердечника и для изоляции обмоток между собой и стенками бака. К крышке бака через трубопровод присоединен расширитель. На расшири­теле установлен указатель уровня масла.

Для предотвращения несчастных случаев и крупных аварий при пробое изоляции и замыкании обмоток высокого и низкого напряжения при изолированной нейтрали устанавливают пробивной предохранитель, который присоединяют к заземленному корпусу

Для регулирования на­пряжения каждая фаза пер­вичной обмотки высокого на­пряжения имеет три вывода и переключатель 0, с по­мощью которого можно изме­нять число витков первичной обмотки (рисунок 13.2).

 

 

Рисунок 13.2

 

При включении трансфор­маторов на параллельную работу необходимо выполне­ние следующих условий: идентичности групп соединений и соотношения мощностей не более 1: 3, равенства первичных напряжений и коэффи­циентов трансформации или различия последних не более чем на ±0,5%; различия на­пряжений короткого, замы­кания не более чем на ±10% от среднего арифметического значения напряжения корот­кого замыкания, включаемых на параллельную работу трансформаторов. Перед включением трансформаторов должна быть произведена их фазировка.

Высоковольтные выключатели пред­назначены для включения и отключения цепей напряже­нием выше 1000 В при рабочих режимах и автоматического отключения при коротких замы­каниях и недопустимых перегрузках.

Большинство выключателей заполняют трансформаторным мас­лом (масляные выключатели), у которых оно служит для изоляции токоведущих частей между собой и заземленным корпусом (много­объемные масляные выключатели) или только для гашения дуги (малообъемные масляные выключатели). У малообъемных масляных выключателей токоведущие части изолируют фарфоровыми изоля­торами.

Высоковольтные выключатели включаются ручными или электро­магнитными приводами. Выключатели выбирают по току и напря­жению и проверяют на возможность отключения наибольшего тока короткого замыкания.

Выключатели нагрузки предназначены только для включения и отключения токов, не превышающих номинальное значение, защита от коротких замыканий и перегрузок производит­ся предохранителями.

Разрядники предназначены для защиты изоляции элек­троустановок от перенапряжений. После срабатывания и ликви­дации перенапряжения разрядник сразу же восстанавливает нор­мальную изоляцию сети по отношению к земле. Разрядник пред­ставляет собой элемент с ослабленной изоляцией, который при пере­напряжении пробивается, не повреждаясь, и тем самым предохра­няет от пробоя изоляцию электрических машин и аппаратов. Разрядники бывают трубчатые и вилитовые. Трубчатые разряд­ники устанавливают на опорах ЛЭП и присоединяют к каждой фазе линий.

Измерительные трансформаторы применяют в высоковольтных цепях переменного тока для питания измери­тельных приборов, реле. Применение измерительных трансформаторов позволяет изолировать измерительные приборы от це­пей высокого напряжения, расположить их на большом расстоянии от места измерения, использовать более простые, надежные и точ­ные приборы и обеспечить безопасность обслуживания.

Один из выводов вторичной обмотки измерительных трансформаторов зазем­ляют, чтобы защитить обслуживающий персонал и предотвратить повреждение приборов при пробое изоляции между первичной и вто­ричной обмотками трансформатора. Для питания вольтметров, параллельных обмо­ток счетчиков используют трансформаторы напряжения, для питания амперметров, последовательных обмоток счетчиков - транс­форматоры тока.

Трансформаторы напряжения применяют в установках выше 380 В. Они представляют собой однофазные или трехфазные трансфор­маторы с вторичным номинальным напряжением в большинстве слу­чаев 100 В. Сердечник трансформатора напряжения набирают из высококачественной электротехнической стали для повышения точности преобразования первичного напряжения во вторичное. Класс точности измерительного трансформатора показывает погрешность в процентах; трансформаторы напряжения имеют че­тыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3.

Номинальный коэффициент трансформации трансформатора на­пряжения указан на его щитке и представляет собой отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению.

Для трансформатора напряжения с определенным коэффициен­том трансформации выпускают приборы с обмоткой, рассчитанной на 100 В.

Шкала такого прибора отградуирована в значениях первич­ного измеряемого напряжения в соответствии с коэффициентом транс­формации, что указывается на шкале прибора. При необходимости переградуируют прибор со шкалой на 100 В перемножением пока­заний шкалы на коэффициент трансформации трансформатора на­пряжения, к которому будет подключен прибор.

Обмотки трансформатора напряжения обычно соединены звез­дой, приборы к вторичной обмотке подключают параллельно на ли­нейное или фазное напряжение.

Трансформаторы тока (рисунок 13.2) применяют для измерения тока в цепях установок напряжением выше 380 В и многоамперных цепях уста­новок напряжением ниже 380 В. Первичную обмотку подключают последовательно в измеряемую цепь, токовые обмотки приборов включают во вторичную обмотку тоже последовательно.

Трансформаторы тока выпускают пяти классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 5.

 

 

Рисунок 13.2

 

Особенностью трансформато­ров тока является отсутствие зависимости первичного тока от вторичного, вторичный же ток пропорционален первичному току.

При замене прибора без отключения цепи необходимо замкнуть накоротко перемычками на специальных выводах вторичную об­мотку трансформатора тока или прибор (показаны штриховой линией) и после этого отсоединить прибор. Если вторичную обмотку транс­форматора тока не используют, то она должна быть закорочена.

В зависимости от характера работ электроснабжение объекта осуществляется от стационарных или передвижных ТП. Стацио­нарные ТП бывают открытого или закрытого типа.

Открытые ТП могут быть пристроены к производственному по­мещению. Трансформатор присоединяют к источнику питания ка­белем или к воздушной линии через разъединители и высоковольтные предохранители. Выводы низкого напряжения соединяют шинами с распределительным устройством низкого напряжения, располо­женным внутри помещения, через проходные изоляторы. Потреби­тели получают питание из распределительного устройства с помощью кабеля.

Наиболее совершенными являются комплектные трансформатор­ные подстанции (КТП) для установки в закрытых помещениях и для наружной установки. КТП имеют полностью смонтированное обору­дование в металлических ячейках. Для включения КТП в работу необходимо ее установить и подключить к питающей линии и к ли­ниям низкого напряжения. КТП обеспечивает максимальную без­опасность при производстве ремонтных работ; доступ к оборудова­нию возможен в том случае, если снято напряжение.

Передвижные подстанции предназначены для питания переме­щающихся потребителей, их используют для питания земснарядов, экскаваторов, электроснабжения карьеров. Передвижные подстан­ции устанавливают на полозьях или перевозят на автомашинах, прицепах. Они должны быть компактны и удобны при обслужива­нии. В металлической ячейке передвижной ТП установлены трансфор­матор, разъединитель, предохранители, проходные изоляторы вво­дов и низковольтный распределительный щит. Ввод может быть воздушным или кабельным.

13.3 Правила эксплуатации и безопасности при обслуживании транс­форматорных подстанций

Перед включением в эксплуатацию трансформаторов мощностью до

630 кВА включительно после монтажа или капитального ре­монта должны быть произведены: химический анализ и испытание на электрическую прочность масла из баков и маслонаполненных вводов; измерения сопротивлений изоляции обмоток, ярмовых балок и доступных стяжных болтов; осмотр цепей первичных и вторичных соединений, измерение сопротивления изоляции и испытание повышенным напряжением; проверка измерительных приборов; испытание релейной защиты; проверка работы приводов выключателей и разъединителей; фазировка трансформатора; осмотр трансформатора после его включения в горячем состоя­нии с проверкой плотности швов, состояния прокладок, фланцевых соединений.

Все маслонаполненные трансформаторы, оборудованные расши­рителем, должны иметь термометры для измерения температуры масла. При наличии под трансформаторами маслоприемных уст­ройств маслоотводы и дренаж должны содержаться в исправном состоянии.

В зависимости от графика нагрузки в целях снижения потерь в трансформаторах для каждой установки должно быть определено количество одновременно работающих трансформаторов.

Трансформаторные установки оснащают противопожарными сред­ствами в соответствии с требованиями пожарной охраны. Осмотр основных трансформаторов без их отключения в установках с дежур­ным персоналом должен производиться один раз в сутки, остальных трансформаторов - один раз в 5 суток. Осмотр трансформаторов в уста­новках без дежурного персонала производится не реже одного раза в месяц и трансформаторных пунктов - не реже одного раза в 6 месяцев.

При эксплуатации ТП необходимо выполнять общие Правила электробезопасности и пожарной безопасности.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: