Проектування трансформаторних підстанцій

загальні принципи та нормативні документи

В даний час енергосистема являє собою єдиний комплекс електричних станцій і мереж. Об’єднання даних вузлів має технологічний, економічний і господарсько-адміністративний інтерес. В енергосистемі концентрується виробництво електроенергії, проводиться її передача та розподіл за допомогою розгалуженої мережі. Все це спрямовано на підвищення надійності електропостачання та якості електроенергії.

Одним з найважливіших елементів всієї системи є мережа електропередачі, що складається з повітряних і кабельних ліній і підстанцій. Електрична підстанція – це спеціальна установка, яка служить для перетворення і розподілу електричної енергії. В її складі виділяють наступні конструктивні частини: трансформатори, розподільчі пристрої підвищеної та зниженої напруги, допоміжні пристрої.

Призначення електричних підстанцій

Їх встановлюють з метою прийому і перерозподілу електроенергії від основної станції, до кінцевих споживачів, що знаходяться в інших районах. Було виявлено, що найбільш економічним способом передачі даного ресурсу є відправка по лініях високої напруги. Однак кінцеві споживачі працюють при набагато нижчих характеристиках напруги. Тому при проходженні через підстанції напруга знижується для подачі електричної енергії до споживача.

Трансформаторні підстанції також необхідні для спрощення обслуговування та управління енергосистемами. Електромережі ділять за територіальною ознакою на мережеві райони. До кожного з діючих ПЕМ (підприємств електромережі) прикріплюється диспетчерська і ремонтна служба, яка обслуговує даний об’єкт.

Проектування підстанцій передбачає не тільки раціональне розміщення, але розрахунок необхідних електротехнічних показників. У процесі створення проекту визначається схема, по якій буде експлуатуватися об’єкт, вираховуються потужність і інші показники.

Класифікація електричних підстанцій

Основні ознаки по яким можно поділити підстанції:

  • Номінальному найвищому класу напруги мережі. Від нього залежить потужність, розміри і вартість підстанції;
  • Кількості ступенів зниженої напруги;
  • Кількості трансформаторів і їх індивідуальної потужності;
  • Положення підстанції в загальній мережі;
  • Категорійності споживачів;
  • За способами приєднання трансформаторних підстанцій до ліній електропередачі їх ділять на:
        1. Відгалужувальні – У цьому випадку об’єкт підключений до відведенної лінії.
        2. Транзитні –  включаються до головної магістралі.
        3. Тупикові – встановлюються на кінці окремо виведеної лінії.
  • За своєю конструкцією трансформаторні підстанції можуть бути:
        • Закритими (коли обладнання встановлено в спеціальних будівлях);
        • Відкритими (в цьому випадку трансформатори розміщені прямо на вулиці).

Всі електричні підстанції діляться на 4 основні типи:

  • Вузлові розподільні – це центральний вузол, який одержує від електростанції енергію з напругою від 110 до 220 кВ. Далі проводиться часткове зниження (або не проводиться) напруги, яка передається на підстанції глибокого вводу.
  • Головна знижувальна підстанція – розрахована на отримання напруги з показниками від 35 до 220 кВ, далі напруга розподіляється вже при значно знижених характеристиках.
  • Підстанція глибокого введення –  розміщуються на виробничих підприємствах поблизу найбільш енергоємних цехів: сталепрокатних, збагачувальні, кріпильний-калібрувальні і т.д.  Необхідні для підключення до них групи будь-яких установок на конкретному об’єкті. На неї подається напруга 35-220 кВ або безпосередньо від електростанції, або від проміжного вузла.
  • Трансформаторний пункт – тип підстанцій має найбільш низькі показники напруги: вони постачають кінцевим споживачам напругу з показниками 230 і 400 В. Приймають вони ток від 6 до 35 кВ. Трансформаторні пункти бувають:
      1. Збірні – складаються з окремих елементів, які доставляються в розібраному вигляді до місця розташування майбутньої підстанції. Там вони збираються і монтуються.
      2. Комплектні –  виготовляються в укомплектованому вигляді на заводах і в такій формі доставляються до місць установки.

Проектування електричної підстанції: загальні принципи

Будь-яке будівництво та спорудження будь-яких електроустановок повинно здійснюватися в рамках проектної документації. В цьому випадку об’єкти будуть відповідати заявленим вимогам і нести необхідне навантаження. Процес проектування підстанцій, електромереж передбачає складання максимально докладних описів ще не існуючих, але запланованих об’єктів. Дані надаються в графічній і текстовій формах.

Виділяють 3 етапи складання проекту:

  • Розглядається перспектива розвитку на 15-20 років вперед;
  • До уваги береться інтервал до 10 років;
  • Викладені матеріали уточнюються для терміну до 5 років.

Електричні підстанції можуть проектуватися як один з елементів єдиної енергетичної системи (ЄЕС), об’єднаної енергосистеми (ОЕС) і районної електроенергетичної системи (ЕЕС).

Принципи і цілі, на яких базується робота з підготовки проектної документації:

  1. Передача і розподіл заданої кількості електроенергії (розраховується за графіком споживання);
  2. Надійна робота електроустановок і системи в цілому;
  3. Стабільні якісні характеристики електроенергії (задані);
  4. Зниження витрат на спорудження підстанцій;
  5. Зниження щорічних витрат на утримання і обслуговування об’єктів енергосистеми.

Надійність і стабільність струму визначаються прийнятими нормативами, задається кількість електроенергії в технічному завданні, яке замовник надає виконавцю перед початком проектування. До завдань фахівців входить пошук оптимального рішення, для досягнення необхідних показників потужності, енергії, що відпускається, якості при мінімальних можливих витратах фінансових, часових і трудових ресурсів.

Нормативні документи

При складанні проекту електричної підстанції слід дотримуватися стандартів і правил, відображених в ряді документів:

  • Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів (ПТЕЕС);
  • Правила улаштування електроустановок;
  • Правила технічної експлуатації електричних станцій і мереж (ПТЕЕСіМ);
  • Регламент про безпеку високовольтного обладнання;
  • Правила технічної експлуатації теплових енергоустановок (ПТЕТЕ);
  • Регламент про пожежну безпеку;
  • Регламент про безпеку машин та обладнання.

Основні етапи проектування підстанції:

  1. Розробка технічного завдання (ТЗ);
  2. Аналітика існуючої підстанції та збір всіх даних про неї (якщо така є);
  3. Власна розробка проекту та робочої документації;
  4. Узгодження;
  5. Експертиза проекту і складання виконавчої документації;
  6. Передача проектних матеріалів замовнику.

Після закінчення роботи фахівців він отримує такі папери:

  • Пояснювальна записка до проекту електричної підстанції;
  • Генеральний план-схема з зазначенням місця спорудження об’єкта та приміщень, в яких передбачається установка трансформаторів;
  • Опис технологій будівництва і технологічних рішень;
  • Опис мереж та інженерного обладнання;
  • Перелік заходів з цивільної оборони;
  • Детальна кошторис на реалізацію проекту;
  • Список заходів з охорони навколишнього середовища.

Технічна документація це результат проектування електричної підстанції. За нею здійснюються подальші дії: складається план будівництва, готується ділянка, проводяться роботи по монтажу обладнання и т.д.

Визначення основних параметрів підстанції при проектуванні

Оскільки дана електроустановка функціонує не окремо, а в рамках єдиної системи, то на неї впливають характер і навантаження підключених споживачів електроенергії. Тому потужність, рівень напруги і призначення підстанції визначаються конфігурацією електромережі.

Наприклад, потужність трансформаторів вибирається з урахуванням відразу декількох факторів:

  • Щільність розрахункового навантаження (питомої і сумарною) з урахуванням коефіцієнта завантаження і перезавантаження станції;
  • Можливість живлення споживачів в літній період, коли відключають опалювальну систему;
  • Необхідність в резервуванні в період максимальної напругі при виході з ладу одного з генераторів, приєднаних ГРУ;
  • Власні потреби підстанції й т.д.

На перших етапах для зручності готують 2 типу схематичних графічних документів.

Спочатку розробляють загальну структурну схему всієї електроустановки. На ній зазначаються основні елементи: розподільні пристрої (РП), трансформатори, генератори. Надалі такий план буде служити для опрацювання більш детальної схеми, а також допомагае ознайомитися з принципами роботи даної підстанції. На такому документі всі деталі відображаються символічно у вигляді графічних фігур.

Потім переходять до розробки головного плану підстанції. Він повинен узгоджуватися з проектами розвитку мереж району або населеного пункту. Ставляться такі вимоги до головної схемою:

  • Надійна, стабільна подача електроенергії споживачам різних категорій в нормальному і після аварійному режимах підстанції.
  • Забезпечення транзиту потужності через РП підвищеного напруження підстанції по магістральних лініях;
  • Раціональне, з точки зору економіки, значення струму короткого замикання для середньої і нижчої напруги;
  • Можливість в майбутньому добудови та розширення електричної підстанції;
  • Протиаварійна автоматика повинна відповідати нормативам.

Вибір майданчика при проектуванні електричної підстанції

Слід брати до уваги земельне та водне законодавство України, а також користуючись актами з охорони природи і землекористування. Підставою для визначенням ділянки служать:

  • Схеми розвитку електромереж мікрорайону чи іншого розглянутого об’єкта;
  • Матеріали з зазначенням районного та міського плану;
  • Методичні вказівки по вибору і узгодження майданчиків подстанції 35 кВ і вище;
  • Спосіб техніко-економічного порівняння варіантів.

Одним з критеріїв вибіру є близькість до:

  • Центру електричних навантажень;
  • Автомобільних доріг;
  • Залізничних станцій або під’їзних шляхів, на яких можна провести розвантаження важкого устаткування і будівельних конструкцій;
  • Існуючих інженерних мереж або проектованим (за умови їх швидкого введення): маються на увазі водопровід, каналізація, опалення, газопостачання, лінії зв’язку;
  • Населених пунктів (де може проживати персонал електричної підстанції) – тут необхідно дотримання мінімально допустимих відстаней відповідно до санітарних норм.

Ділянку слід вибирати, виходячи з раціонального використання земель з урахуванням прогнозованого в майбутньому розширення підстанції. Якщо це новий об’єкт треба враховувати забезпечення необхідної ширини коридорів для прокладки повітряних ліній різного типу напружень. Якщо мова йде не про проектування нової, а про реконструкцію застарілої підстанції, то завжди слід розглянути варіант розміщення обладнання на території існуючої підстанції.

Зазвичай, якщо є така можливість, розглядають ділянку під спорудження, яка:

  • Розташована на території непридатних для сільського господарства земель. Проектування підстанцій допускає в окремих випадках використання під ділянку зрошуваних, осушених і орних земель за погодженням з органами адміністрації.
  • Є частиною незаселених земель з малоцінними насадженнями.
  • Знаходиться поза зоною природних і атмосферних забруднень. Проектування електричної підстанції в забруднених районах допускається тільки з приведенням достатнього техніко-економічного обґрунтування.
  • Є частиною територій з сприятливими геологічними і геофізичними характеристиками. Чи не розглядаються зони з активним карстом, зсувами, осідання або обваленням поверхонь, сніговими лавинами, радіаційно-заражені або підлягають промисловій розробці місця.
  • Розташовуються на незатопляемих землях. Враховується рівень залягання ґрунтових вод: він повинен бути нижче закладення підстави підстанції та прокладання інженерних комунікацій.
  • Має грунт, який не потребує облаштування дорогого фундаменту. Також слід враховувати рельєф місцевості: він не повинен стати причиною значних витрат. Місцевість повинна дозволяти провести будь-які типи повітряних ліній електропередач.
  • Відноситься до територій, які не схильні до розмивів від руслових процесів річок і водойм, дощових потоків. При неможливості дотримання цієї умови слід розмістити поруч з підстанцією захисні споруди.
  • Знаходиться в районі з грунтами I і II категорії сейсмічних властивостей. Повинна також бути відсутнім ймовірність обмерзання обладнання.
  • Віддалений від аеродромів та посадкових майданчиків авіації, місць зберігання горючих і вибухових речовин, нафто- і газопроводів, радіостанцій і телевеж, а також зон впливу розробляються вибухами кар’єрів на запропоновані нормами відстані.
  • Надає можливість спорудження підстанції безе знесення або перенесення інших будівель і комунікацій.

Проектування електричних підстанцій повинно бути раціональним. Тому слід завжди розглядати можливість кооперування з іншими підприємствами і населеними пунктами для більш доцільного будівництва доріг, прокладання комунікацій та інших.

Складання схеми розподільних пристроїв при проектуванні підстанцій

Такий процес може здійснюватися згідно документації “Принципові схеми електричних розподільчих пристроїв підстанцій напругою 35 – 750 кВ. Типові рішення” з урахуванням “Загальних технічних вимог до підстанцій 330 – 750 кВ нового покоління”. Відхилення від відображених там стандартів припустимі лише при достатньому техніко-економічному обґрунтування.

Для розподільних пристроїв з підвищеними показниками напруги (110-220 кВ) слід керуватися іншими принципами. Залежно від складності і надійності можна застосовувати схеми з одинарної або подвійними системами шин. Вибір обхідного типу приймається тільки в рідкісних випадках при наявності спеціального обґрунтування. Виключається застосування короткозамикачів.

Як правило, проектування підстанцій передбачає монтаж двох трансформаторів під час експлуатації і одного на період пускового режиму. Іноді, залишають один перетворювач, якщо він справляється з навантаженням і забезпечує надійне електропостачання. Винятками стають ситуації, коли потрібно забезпечити підстанцію двома середніми напруженнями (тоді ставлять 3 або більше). При цьому необхідно обгрунтувати з технічної та економічної точки зору такий підхід. Для комерційного обліку електроенергії трансформатори можуть встановлюватися в ланцюзі повітряних ліній.

Вибір, як правило, приймається на користь трифазних перетворювачів. Якщо такі відсутні з необхідною потужністю, то можна замінити на групу однофазних або 2 двофазних з однаковими характеристиками.

Що слід також враховувати і передбачати при проектуванні підстанцій:

Якщо на підстанції встановлюють одну групу однофазних автотрансформаторів або шунтуючих реакторів, то слід виділити резервну фазу на даному об’єкті або ж в центральному загальному резерві для групи підстанцій. Перемикання з пошкодженої фази на нову здійснюють за допомогою перемичок при відсутності напруги.

Якщо ж на підстанції присутні 2 групи обладнання, необхідність установки визначається за технічними та економічними розрахунками з урахуванням резерву. Якщо прийнято рішення про монтаж резервної фази, в подальшому перемикання проводиться шляхом перекочування або перемичками при відсутності напруги.

Робота з зоною низького напруги

Для живлення споживачів від обмотки НН потрібно встановити лінійні регулювальні трансформатори. Це необхідно для незалежного регулювання напруги в деяких випадках. Якщо трансформатор триобмотковий, то перетворювачі можуть передбачатися проектом тільки на одній з його сторін.

На сторонах НН 6, 10 і 35 кВ робота трансформаторів здійснюється окремо.

Проектування струмів короткого замикання

Якщо присутня потреба в обмеженні струмів КЗ на стороні НН (6 і 10 кВ), то проводять ряд заходів:

  • Застосовують трьохобмотувальні трансформатори з максимальним опором між ВН і НН і двохобмотувальні з підвищеним опором.
  • Встановлюють перетворювачі з розщепленими обмотками низької напруги.
  • Використовують обмежувачі струму реакторів в ланцюгах вводів від трансформаторів.

Спосіб запобігання коротких замикань вибирається, виходячи з техніко-економічного обгрунтування з дотриманням принципу високої якості електроенергії, що постачається. Ступінь, з якою слід обмежувати струми КЗ, визначається присутністю більш легкого обладнання, кабелів, ошиновки.

Компенсація ємнісних струмів

Якщо існує необхідність компенсувати ємнісні струми в мережах одного з типів (на 35, 10, 6 кВ), то на підстанції встановлюють заземлюючі реактори з функцією регулювання індуктивності. Підключення проводиться зазвичай до нульових обмоток.

Вибір електротехнічного обладнання при проектуванні підстанцій

Як правило, підбір всіх необхідних комплектуючих елементів проводиться замовником на підставі описів, які надав проектувальник. Він виставляє певні технічні вимоги до обладнання. Підставою для них служать розрахунки, умови навколишнього середовища, зростання навантаження, розвиток електромереж. Враховується і прогнозована перспектива розвитку на майбутній період не менше 5 років.

Обладнання і матеріали для реалізації проекту вибираються у відповідності зі стандартами, прийнятими в Україні.

Підбір трансформаторів

Розрахунок потужності виробляється таким чином, щоб при виведенні з експлуатації будь-якого одного перетворювача інші продовжували підтримувати нормальний режим роботи і справлялися з навантаженням. До обладнання, яке має підвищені характеристики навантажень, пред’являються вимоги діючих нормативних документів.

Якщо в процесі функціонування підстанції вона перестає відповідати запитам і справлятися зі зростаючими навантаженнями, то збільшення потужності виробляється заміною трансформаторів. У будь-яких підстанціях слід встановлювати сучасні перетворювачі струму, які обладнані опцією автоматичного регулювання напруги під навантаженням. При цьому вони повинні бути динамічно стійкими, надійними і знижувати втрати до мінімуму.

Приймати рішення про заміну трансформаторів або про встановлення додаткових одиниць потрібно на підставі аналізу роботи підстанції на поточний момент, кількості збоїв за попередній період, фактичного терміну служби, технічного рівня, розвитку електричних мереж, зміни головної схеми з’єднань підстанції.

Рекомендації по вибору трансформаторів для підстанції

  • Для ПС 220 кВ і більше, де не передбачається подача навантаження на зону НН, бажано застосовувати автотрансформатори 220 кВ потужністю 63 або 125 МВА.
  • Для ПС на 110 кВ, які в перспективі можуть випробувати зростання навантаження, краще вибирати агрегати з прискоренним охолодженням і здатністю до підвищених навантажень.
  • Для ПС на 110 кВ, де потрібно встановити трьохобмотувальні трансформатори, якщо сумарне навантаження СН і НН не перевищує номінальну потужність моделі, раціонально зробити вибір на користь агрегатів з неповною потужністю обмоток середньої і низької напруги.

Подальші етапи проектування електричних підстанцій

  • Проводиться розрахунок захисних систем, автоматики від перенапруг, заземлення, а також електромагнітної сумісності підібраного обладнання.
  • Виділяються ресурси для забезпечення власних потреб ПС, проводиться розрахунок кабельного господарства, оперативного струму, освітлення.
  • Підбираються прилади та пристрої, необхідні для підключення модуля управління, сигналізації і автоматики.

Особливості проектування підстанцій різної потужності

  • ПС 35 кВ

Можуть бути відкритого і закритого типу в залежності від умов експлуатації і вимог ТЗ. У процесі складання проекту фахівцями аналізуються дані і виявляється оптимальна кількість трансформаторів, яку необхідно встановити на ПС.

  • ПС 10 кВ

При роботі з ПС низької та середньої напруги слід виходити з даних про параметри одноразового навантаження, регулювання, релейного захисту, телемеханіки, антиаварійної автоматики, ізоляції та ін.

  • Підстанції 110 кВ

Як правило, такі могутні споруди впроваджуються в електромережі великих об’єктів: мікрорайонів, житлових кварталів, промислових зон. В даному випадку проектування передбачає також виконання процедури техніко-економічного обґрунтування вибору того чи іншого способу розміщення, обладнання і т.д. Потрібно узгоджене впровадження нової підстанції в уже існуючу інфраструктуру, тому, як правило, подібна робота триваліша за термінами. При цьому збір даних здійснюється телемеханічним способом з використанням спеціальної апаратури.

Закінчення проектних робіт

Після проведення необхідних розрахунків та описів готова документація передається на експертизу. Потім вона проходить узгодження замовника і компетентних органів. Після проходження цих процедур проект готується до реалізації. Надалі виконавець здійснює авторський нагляд за дотриманням всіх алгоритмів будівництва підстанції.

Замовити послугу

Якщо в Вас залишилися питання – ви можете замовити дзвінок нашого оператора, який Вам допоможе