Проектирование трансформаторных подстанций

общие принципы и нормативные документы

В настоящее время энергосистема представляет собой единый комплекс электрических станций и сетей. Объединение данных узлов имеет технологический, экономический и хозяйственно-административный интерес. В энергосистеме концентрируется производство электроэнергии, производится ее передача и распределение с помощью разветвленной сети. Все это направлено на повышение надежности электроснабжения и качества электроэнергии.

Одним из важнейших элементов всей системы является сеть электропередачи, состоящий из воздушных и кабельных линий и подстанций. Электрическая подстанция — это специальная установка, которая служит для преобразования и распределения электрической энергии. В ее составе выделяют следующие конструктивные части: трансформаторы, распределительные устройства повышенного и пониженного напряжения, вспомогательные устройства.

Назначение электрических подстанций

Их устанавливают с целью приема и перераспределения электроэнергии от основной станции, до конечных потребителей, находящихся в других районах. Было выявлено, что наиболее экономичным способом передачи данного ресурса является отправка по линиям высокого напряжения. Однако конечные потребители работают при более низких характеристиках напряжения. Поэтому при прохождении через подстанции напряжение снижается для подачи электрической энергии к потребителю.

Трансформаторные подстанции также необходимы для упрощения обслуживания и управления энергосистемами. Электросети делят по территориальному признаку на сетевые районы. К каждому из действующих ПЭС (предприятий электросети) прикрепляется диспетчерская и ремонтная служба, обслуживающая данный объект.

Проектирование подстанций предполагает не только рациональное размещение, но расчет необходимых электротехнических показателей. В процессе создания проекта определяется схема, по которой будет эксплуатироваться объект, вычитаются мощность и другие показатели.

Классификация электрических подстанций

Основные признаки по которым можно разделить подстанции:

  • Номинальному высокому классу напряжения. От него зависит мощность, размеры и стоимость подстанции;
  • Количеству степеней пониженного напряжения;
  • Количеству трансформаторов и их индивидуальной мощности;
  • Положению подстанции в общей сети;
  • Категорийности потребителей;
  • По способу присоединения трансформаторных подстанций к линиям электропередачи их делят на:
      1. Ответвительные — В этом случае объект подключен к отводу линии.
      2. Транзитные — включаются в главную магистраль.
      3. Тупиковые — устанавливаются на конце отдельно выведенной линии.
  • По своей конструкции трансформаторные подстанции могут быть:
      1. Закрытыми (когда оборудование установлено в специальных зданиях)
      2. Открытыми (в этом случае трансформаторы размещены прямо на улице).

Все электрические подстанции делятся на 4 основных типа:

  • Узловые распределительные — это центральный узел, который получает от электростанции энергию с напряжением от 110 до 220 кВ. Далее проводится частичное снижение (или не проводится) напряжения, которая передается на подстанции глубокого ввода.
  • Главная понижающая подстанция — рассчитана на получение напряжения с показателями от 35 до 220 кВ, далее напряжение распределяется уже при значительно пониженных характеристиках.
  • Подстанция глубокого ввода — размещаются на производственных предприятиях вблизи наиболее энергоемких цехов: сталепрокатных, обогатительных, крепежно-калибровочных и т.д. Необходимые для подключения к ним группы любых установок на конкретном объекте. На нее подается напряжение 35-220 кВ или непосредственно от электростанции или от промежуточного узла.
  • Трансформаторный пункт — тип подстанций имеет наиболее низкие показатели напряжения: они поставляют конечным потребителям напряжение с показателями 230 и 400 В. Принимают они ток от 6 до 35 кВ. Трансформаторные пункты бывают:
      1. Сборные — состоят из отдельных элементов, которые доставляются в разобранном виде к месту расположения будущей подстанции. Там они собираются и монтируются.
      2. Комплектные — изготавливаются в укомплектованном виде на заводах и в такой форме доставляются к местам установки.

 

Проектирование электрической подстанции: общие принципы

Любое строительство и сооружение любых электроустановок должно осуществляться в рамках проектной документации. В этом случае объекты будут соответствовать заявленным требованиям и нести необходимую нагрузку. Процесс проектирования подстанций, электросетей предусматривает составление максимально подробных описаний еще не существующих, но запланированных объектов. Данные предоставляются в графической и текстовой формах.

Выделяют 3 этапа составления проекта:

  • Рассматривается перспектива развития на 15-20 лет вперед;
  • Не учитывается интервал до 10 лет;
  • Изложенные материалы уточняются для срока до 5 лет.

Электрические подстанции могут проектироваться как один из элементов единой энергетической системы (ЭЕС), объединенной энергосистемы (ОЭС) и районной электроэнергетической системы (РЭС).

Принципы и цели, на которых базируется работа по подготовке проектной документации:

  1. Передача и распределение заданного количества электроэнергии (рассчитывается по графику потребления);
  2. Надежная работа электроустановок и системы в целом;
  3. Стабильные качественные характеристики электроэнергии (заданные)
  4. Снижение затрат на сооружение подстанций;
  5. Снижение ежегодных расходов на содержание и обслуживание объектов энергосистемы.

Надежность и стабильность тока определяются принятыми нормативами, задается количество электроэнергии в техническом задании, которое заказчик предоставляет исполнителю перед началом проектирования. В задачи специалистов входит поиск оптимального решения, для достижения необходимых показателей мощности, энергии и качества при минимальных возможных затратах финансовых, временных и трудовых ресурсов.

Нормативные документы

При составлении проекта электрической подстанции следует придерживаться стандартов и правил, отраженных в ряде документов:

  • Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП)
  • Правила устройства электроустановок;
  • Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭЭСиС)
  • Регламент о безопасности высоковольтного оборудования;
  • Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок (ПТЕТЕ)
  • Регламент о пожарной безопасности;
  • Регламент о безопасности машин и оборудования.

Основные этапы проектирования подстанции:

  1. Разработка технического задания (ТЗ)
  2. Аналитика существующей подстанции и сбор всех данных о ней (если таковая имеется);
  3. Собственная разработка проекта и рабочей документации;
  4. Согласование;
  5. Экспертиза проекта и составления исполнительной документации;
  6. Передача проектных материалов заказчику.

После окончания работы специалистов он получает следующие бумаги:

  • Пояснительная записка к проекту электрической подстанции;
  • Генеральный план-схема с указанием места сооружения объекта и помещений, в которых предполагается установка трансформаторов;
  • Описание технологий строительства и технологических решений;
  • Описание сетей и инженерного оборудования;
  • Перечень мероприятий по гражданской обороне;
  • Подробная смета на реализацию проекта;
  • Список мероприятий по охране окружающей среды.

Техническая документация это результат проектирования электрической подстанции. За ней осуществляются дальнейшие действия составляется план строительства, готовится участок, проводятся работы по монтажу оборудования и т.д.

Определение основных параметров подстанции при проектировании

Поскольку данная электроустановка функционирует не отдельно, а в рамках единой системы, то на нее влияют характер и нагрузки подключенных потребителей электроэнергии. Поэтому мощность, уровень напряжения и назначения подстанции определяются конфигурацией сети.

Например, мощность трансформаторов выбирается с учетом сразу нескольких факторов:

  • Плотность расчетной нагрузки (удельного и суммарной) с учетом коэффициента загрузки и перезагрузки станции;
  • Возможность питания потребителей в летний период, когда отключают отопительную систему;
  • Необходимость в резервировании в период максимального напряжения при выходе из строя одного из генераторов, присоединенных ГРУ;
  • Собственные нужды подстанции и т.д.

На первых этапах для удобства готовят 2 типа схематических графических документов.

Сначала разрабатывают общую структурную схему всей электроустановки. На ней указываются основные элементы: распределительные устройства (РУ), трансформаторы, генераторы. В дальнейшем такой план будет служить для обработки более детальной схемы, а также помогает ознакомиться с принципами работы данной подстанции. На таком документе все детали отражаются символически в виде графических фигур.

Затем переходят к разработке главного плана подстанции. Он должен согласовываться с проектами развития сетей района или населенного пункта. Предъявляются следующие требования к главной схеме:

  • Надежная, стабильная подача электроэнергии потребителям различных категорий в нормальном и после аварийном режимах подстанции.
  • Обеспечение транзита мощности через РП повышенного напряжения подстанции по магистральным линиям;
  • Рациональное, с точки зрения экономики, значение тока короткого замыкания для среднего и низкого напряжения;
  • Возможность в будущем достройки и расширения электрической подстанции;
  • Противоаварийная автоматика должна соответствовать нормативам.

Выбор площадки при проектировании электрической подстанции

Следует принимать во внимание земельное и водное законодательство Украины, а также пользуясь актами по охране природы и землепользования. Основанием для определением участка служат:

  • Схемы развития электросетей микрорайона или другого рассматриваемого объекта;
  • Материалы с указанием районного и городского плана;
  • Методические указания по выбору и согласование площадок Подстанции 35 кВ и выше;
  • Способ технико-экономического сравнения вариантов.

Одним из критериев выбора, является близость к:

  • Центру электрических нагрузок;
  • Автомобильным дорогам;
  • Железнодорожным станциям или подъездным путям, на которые можно провести разгрузку тяжелого оборудования и строительных конструкций;
  • Существующим инженерным сетям или проектируемым (при условии их быстрого введения): имеются в виду водопровод, канализация, отопление, газоснабжение, линии связи;
  • Населенным пунктам (где может проживать персонал электрической подстанции) — здесь необходимо соблюдение минимально допустимых расстояний в соответствии с санитарными нормами.

Участок следует выбирать, исходя из рационального использования земель с учетом прогнозируемого в будущем расширение подстанции. Если это новый объект надо учитывать обеспечение необходимой ширины коридоров для прокладки воздушных линий различного типа напряжений. Если речь идет не о проектировании новой, а о реконструкции устаревшей подстанции, то всегда следует рассмотреть вариант размещения оборудования на территории существующей подстанции.

Обычно, если есть такая возможность, рассматривают участок под строительство, который:

  • Расположен на территории непригодных для сельского хозяйства земель. Проектирование подстанций допускает в отдельных случаях использования под участок орошаемых, осушенных и пахотных земель по согласованию с органами администрации.
  • Является частью необитаемых земель с малоценными насаждениями.
    Находится вне зоны природных и атмосферных загрязнений. Проектирование электрической подстанции в загрязненных районах допускается только с приведением достаточного технико-экономического обоснования.
  • Является частью территорий с благоприятными геологическими и геофизическими характеристиками. Или не рассматриваются зоны с активным карстом, оползнями, осадки или обрушением поверхностей, снежными лавинами, радиационно-зараженных или подлежат промышленной разработке места.
  • Располагается на незатопляемых землях. Учитывается уровень залегания грунтовых вод: он должен быть ниже заложения основания подстанции и прокладка инженерных коммуникаций.
  • Имеет почву, не требующий обустройства дорогого фундамента. Также следует учитывать рельеф местности: он не должен стать причиной значительных затрат. Местность должна позволять провести любые типы воздушных линий электропередач.
  • Относится к территориям, которые не подвержены размывам от русловых процессов рек и водоемов, дождевых потоков. При невозможности соблюдения этого условия следует разместить рядом с подстанцией защитные сооружения.
  • Находится в районе с почвами I и II категории сейсмических свойств. Должна также отсутствовать вероятность обледенения оборудования.
  • Удаленный от аэродромов и посадочных площадок авиации, мест хранения горючих и взрывчатых веществ, нефте- и газопроводов, радиостанций и телебашен, а также зон влияния разрабатываются взрывами карьеров на предложенные нормами расстояния.
  • Предоставляет возможность сооружения подстанции без сноса или перенос других зданий и коммуникаций.

Проектирование электрических подстанций должно быть рациональным. Поэтому следует всегда рассматривать возможность кооперации с другими предприятиями и населенными пунктами для более целесообразного строительства дорог, прокладки коммуникаций и других.

Составление схемы распределительных устройств при проектировании подстанций

Такой процесс может осуществляться согласно документации «Принципиальные схемы электрических распределительных устройств подстанций напряжением 35 — 750 кВ. Типовые решения» с учетом «Общих технических требований к подстанциям 330 — 750 кВ нового поколения». Отклонение от отраженных там стандартов допустимы лишь при достаточном технико-экономическом обосновании.

Для распределительных устройств с повышенными показателями напряжения (110-220 кВ) следует руководствоваться другими принципами. В зависимости от сложности и надежности можно применять схемы с одинарной или двойными системами шин. Выбор обходного типа принимается только в редких случаях при наличии специального обоснования. Исключается применение короткозамыкателей.

Как правило, проектирование подстанций предусматривает монтаж двух трансформаторов при эксплуатации и одного на период пускового режима. Иногда, оставляют один преобразователь, если он справляется с нагрузкой и обеспечивает надежное электроснабжение. Исключениями становятся ситуации, когда нужно обеспечить подстанцию ​​двумя средними напряжениями (тогда ставят 3 или больше). При этом необходимо обосновать с технической и экономической точки зрения такой подход. Для коммерческого учета электроэнергии трансформаторы могут устанавливаться в цепи воздушных линий.

Выбор, как правило, принимается в пользу трехфазных преобразователей. Если таковые отсутствуют с необходимой мощностью, то можно заменить на группу однофазных или 2 двухфазных с одинаковыми характеристиками.

Что следует также учитывать и предусматривать при проектировании подстанций:

Если на подстанции устанавливают одну группу однофазных автотрансформаторов или шунтирующих реакторов, то следует выделить резервную фазу на данном объекте или в центральном общем резерве для группы подстанций. Переключение с поврежденной фазы на новую осуществляют с помощью перемычек при отсутствии напряжения.

Если же на подстанции находятся 2 группы оборудования, необходимость установки определяется техническими и экономическими расчетами с учетом резерва. Если принято решение о монтаже резервной фазы, в дальнейшем переключение производится путем перекатывания или перемычками при отсутствии напряжения.

Работа с зоной низкого напряжения

Для питания потребителей от обмотки НН нужно установить линейные регулировочные трансформаторы. Это необходимо для независимого регулирования напряжения в некоторых случаях. Если трансформатор трехобмоточный, то преобразователи могут предусматриваться проектом только на одной из его сторон.

На сторонах НН 6, 10 и 35 кВ работа трансформаторов осуществляется отдельно.

Проектирование токов короткого замыкания

Если присутствует потребность в ограничении токов КЗ на стороне НН (6 и 10 кВ), то проводят ряд мероприятий:

  • Применяют трехобмоточные трансформаторы с максимальным сопротивлением между ВН и НН и двухобмоточные с повышенным сопротивлением.
  • Устанавливают преобразователи с расщепленными обмотками низкого напряжения.
  • Используют ограничители тока реакторов в цепях вводов от трансформаторов.

Способ предотвращения коротких замыканий выбирается, исходя из технико-экономического обоснования с соблюдением принципа высокого качества электроэнергии которая поставляется. Степень, с которой следует ограничивать токи КЗ, определяется присутствием более легкого оборудования, кабелей, ошиновки.

Компенсация емкостных токов

Если существует необходимость компенсировать емкостные токи в сетях одного из типов (на 35, 10, 6 кВ), то на подстанции устанавливают заземляющие реакторы с функцией регулировки индуктивности. Подключение производится обычно в нулевых обмоток.

Выбор электротехнического оборудования при проектировании подстанций

Как правило, подбор всех необходимых комплектующих элементов производится заказчиком на основании описаний, которые предоставил проектировщик. Он выставляет определенные технические требования к оборудованию. Основанием для них служат расчеты, условия окружающей среды, рост нагрузки, развитие электросетей. Учитывается и прогнозируемая перспектива развития на предстоящий период не менее 5 лет.

Оборудование и материалы для реализации проекта выбираются в соответствии со стандартами, принятыми в Украине.

Подбор трансформаторов

Расчет мощности производится таким образом, чтобы при выводе из эксплуатации какого-либо одного преобразователя другие продолжали поддерживать нормальный режим работы и справлялись с нагрузкой. К оборудованию, которое имеет повышенные характеристики нагрузок, предъявляются требования действующих нормативных документов.

Если в процессе функционирования подстанции она перестает соответствовать запросам и справляться с растущими нагрузками, то увеличение мощности производится заменой трансформаторов. В любых подстанциях следует устанавливать современные преобразователи тока, которые оборудованы опцией автоматического регулирования напряжения под нагрузкой. При этом они должны быть динамически устойчивыми, надежными и снижать потери к минимуму.

Принимать решение о замене трансформаторов или об установлении дополнительных единиц нужно на основании анализа работы подстанции на текущий момент, количества сбоев за предыдущий период, фактического срока службы, технического уровня, развития электрических сетей, изменения главной схемы соединений подстанции.

Рекомендации по выбору трансформаторов для подстанции

  • Для ПС 220 кВ и более, где предполагается подача нагрузки на зону НН, желательно применять автотрансформаторы 220 кВ мощностью 63 или 125 МВА.
  • Для ПС на 110 кВ, которые в перспективе могут испытать рост нагрузки, лучше выбирать агрегаты с ускорением охлаждением и способностью к повышенным нагрузкам.
  • Для ПС на 110 кВ, где нужно установить трехобмоточные трансформаторы, если суммарная нагрузка СН и НН не превышает номинальную мощность модели, рационально сделать выбор в пользу агрегатов с неполной мощностью обмоток среднего и низкого напряжения.

Дальнейшие этапы проектирования электрических подстанций

  • Проводится расчет защитных систем автоматики от перенапряжений, заземлений, а также электромагнитной совместимости подобранного оборудования.
  • Выделяются ресурсы для обеспечения собственных нужд ПС, проводится расчет кабеля, оперативного тока, освещения.
  • Подбираются приборы и устройства, необходимые для подключения модуля управления, сигнализации и автоматики.

Особенности проектирования подстанций различной мощности

  • ПС 35 кВ

Могут быть открытого и закрытого типа в зависимости от условий эксплуатации и требований ТЗ. В процессе составления проекта специалистами анализируются данные и оказывается оптимальное количество трансформаторов, которое необходимо установить на ПС.

  • ПС 10 кВ

При работе с ПС низкого и среднего напряжения следует исходить из данных о параметрах одноразовой нагрузки, регулирования, релейной защиты, телемеханики, антиаварийной автоматики, изоляции и др.

  • Подстанции 110 кВ

Как правило, такие мощные сооружения внедряются в электросети крупных объектов: микрорайонов, жилых кварталов, промышленных зон. В данном случае проектирование предусматривает также выполнение процедуры технико-экономического обоснования выбора того или иного способа размещения, оборудования и т.д. Нужно согласованное внедрение новой подстанции в уже существующую инфраструктуру, поэтому, как правило, подобная работа длительна по срокам. При этом сбор данных осуществляется телемеханическим способом с использованием специальной аппаратуры.

Окончание проектных работ

После проведения необходимых расчетов и описаний готовая документация передается на экспертизу. Затем она проходит согласование заказчика и компетентных органов. После прохождения этих процедур проект готовится к реализации. В дальнейшем исполнитель осуществляет авторский надзор за соблюдением всех алгоритмов строительства подстанции.

Заказать услугу

Если у Вас остались вопросы — вы можете заказать звонок нашего оператора, который Вам поможет