Строительство подстанций электросетей является важным этапом в развитии энергетической инфраструктуры. Подстанции играют ключевую роль в передаче и распределении электроэнергии от электростанций к конечным потребителям.
Вот некоторые характеристики и особенности строительства подстанций:
Мощность: Подстанции могут иметь различную мощность в зависимости от объема электроэнергии, которую они должны обрабатывать. От маломощных подстанций, обслуживающих небольшие районы, до крупных подстанций, обслуживающих города или регионы.
Напряжение: Подстанции могут работать на различных напряжениях, таких как высокое, среднее или низкое напряжение. Высокое напряжение используется для передачи энергии на большие расстояния, а низкое напряжение - для обеспечения электроснабжения конечных потребителей.
Трансформация: В подстанциях используются трансформаторы для преобразования напряжения с целью передачи или распределения электроэнергии. Трансформаторы также могут использоваться для поддержания стабильности напряжения и снижения потерь энергии.
Автоматика и защита: Подстанции оборудуются системами автоматики и защиты, которые контролируют, регулируют и защищают работу электросетей. Это включает в себя релейную защиту, автоматические выключатели, системы мониторинга и др.
Безопасность: При строительстве подстанций особое внимание уделяется безопасности. Рабочие должны соблюдать правила электробезопасности, а также использовать специальное снаряжение и оборудование для предотвращения возможных аварий и травм.
Пространственные требования: Подстанции требуют определенной площади для установки оборудования и инфраструктуры. Планирование и проектирование подстанций должно учитывать требования к земельному участку, доступности для обслуживания и возможности расширения в будущем.
Экологические аспекты: При строительстве подстанций необходимо учитывать экологические аспекты, такие как воздействие на окружающую среду и использование энергосберегающих технологий. Некоторые подстанции могут быть оборудованы системами сбора и переработки отходов или возобновляемыми источниками энергии.
Это лишь некоторые особенности строительства подстанций электросетей. Конкретные требования и характеристики могут различаться в зависимости от региона, местных норм и потребностей энергосистемы.
Электроподстанция представляет собой установку, предназначенную для преобразования электроэнергии и ее распределения между потребителями. Используется для электроснабжения любых объектов – от жилых комплексов и торговых центров до громадных заводов, железнодорожных тяговых подстанций и ветровых электростанций.
Преимущества электрической подстанции:
1. Уменьшение потерь мощности;
2. Применение электрооборудования повышенной надежности, допускающего быструю замену;
3. Осуществление глубокого ввода высокого напряжения в «центр нагрузки»;
4. Постоянство напряжения у потребителя.
Одной из таких составных частей является трансформатор.
Трансформатор-это универсальное устройство используется как в аппаратуре, так и является одной из главных составляющих в системе передачи электроэнергии на расстояние. Трудно назвать электронное устройство где бы не использовался трансформатор. В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, которое легло в основу работы трансформатора. В этом же году появилось его схематическое изображение . Хоть Фарадей в своих опыта и использовал подобие современного трансформатора, однако основное свойство трансформатора – трансформация токов и напряжений, было открыто позже. В 1848 году французским механиком Г. Румкорфом была изобретена индукционная катушка (индуктивность) – прообраз трансформатора. Датой же рождения первого трансформатора считается 30 ноября 1876 года, когда русский изобретатель П. Н. Яблочков получил патент на трансформатор с разомкнутым сердечником. Это был стержень с намотанными на него обмотками. В 1884 году в Англии братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсонами был создан первый трансформатор с замкнутым сердечником.В конце 1880-х инженером Д. Свинберном было изобретено масляное охлаждение трансформатора – это повысило надежность и долговечность его обмоток. В 1889 году русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский вместе с предложенной им трехфазной системой переменного тока создал первый трехфазный трансформатор. Дальнейшее развитие трансформаторов сводилось к усовершенствованию материала сердечника, что позволило снизить потери и значительно увеличить эффективность трансформаторов. В настоящее время человек не может представить свою жизнь без удобств цивилизации. Мы зависим от потребления пищи, которую каждый из нас может приготовить в домашних условиях. В каждом доме и квартире установлены водопроводные краны, отопление, электрические плиты и большое множество электроприборов. Все они работают от электричества, но разница в том что оно не большого напряжения. Если даже представить что к нам в дом поступает электричество напрямую от гидроэлектростанции или атомной электростанции, то от напряжения гудел бы весь дом, расход электроэнергии был бы очень маленький. Такое напряжение очень большое для одного дома, поэтому устанавливают понижающие трансформаторные подстанции. Они понижают напряжение для нужного питания электроприемников. Вы можете сказать а почему бы сразу с электростанции не получать нужное напряжение для электроприборов? Дело в том что по прохождению током какое либо расстояние по проводам он теряет часть напряжения. В этом случае он бы до потребителей не доходил бы. В моей квалификационной работе я хотел бы рассказать про её устройство и новое более экономичное оборудование, которое разработали и используют в настоящее время. Объект исследования выпускной квалификационной работы является проектировка понижающей трансформаторной подстанции напряжением 110/10 кВ для обеспечения электроснабжением потребителей.
Трансформаторная подстанция электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Состоит из силовых трансформаторов, распределительного устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательных сооружений. Трансформаторные подстанции классифицируются на повышающие и понижающие. Повышающие трансформаторные подстанции (сооружаемые обычно при электростанциях) преобразовывают напряжение, вырабатываемое генераторами, в более высокое напряжение (одного или нескольких значений), необходимое для передачи электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП). Понижающие трансформаторные подстанции преобразуют первичное напряжение электрической сети в более низкое вторичное. В зависимости от назначения и от величины первичного и вторичного напряжений понижающие трансформаторные подстанции подразделяются на районные, главные понижающие и местные (цеховые). Районные трансформаторные подстанции принимают электроэнергию непосредственно от высоковольтных ЛЭП и передают её на главные понижающие трансформаторные подстанции, а те (понизив напряжение до 6, 10 или 35 кВ) на местные и цеховые подстанции, на которых осуществляется последняя ступень трансформации (с понижением напряжения до 690, 400 или 230 В) и распределение электроэнергии между потребителями. Трансформаторные подстанции изготовляют, как правило, на заводах и доставляют на место установки в полностью собранном виде или же отдельными блоками. Такие трансформаторные подстанции называют комплектными или КТП.
Для прокладки в земле выбираем кабель марки СБ – со свинцовой бронёй, который предназначен для прокладки в земле. Схема состава кабеля СБ показана на рисунке 1.
Из таблицы 2 выбираем сечения кабеля по расчётному току нагрузки.
Для закрытых распределительных устройств применяют уже скомпонованные комплектные распределительные устройства (КРУ). Комплектные распределительные устройства представляют сложное электротехническое оборудование, предназначенное для приема и распределения электроэнергии. В состав распределительных устройств может входить вакуумный выключатель, шины сборного и соединительного назначения, элементы, предназначенные для измерения и учета, а также релейная защита и автоматика. Комплектные распределительные устройства (КРУ) предназначены для общепромышленного применения и могут использоваться в распределительных устройствах электрических станций всех видов, на электрических подстанциях, в электроустановках промышленных предприятий, железных дорог и метрополитенов, и на объектах нефтегазового комплекса. Комплектные распределительные устройства характеризуются основными номинальными параметрами: напряжением, током и током отключения, а также схемой основной цепи. Производство КРУ осуществляется в соответствии с технической документацией, разработанной заводом и другими нормативными документами. Шкаф КРУ традиционно разделен на несколько основных отсеков, которые изолированы между собой металлическими перегородками. Четыре из них высоковольтные: отсек выдвижного элемента, отсек сборных шин, и отсеки линейных шин и трансформаторов тока. Пятый релейный отсек является низковольтным, в нем располагается низковольтное оборудование: устройства релейной защиты, переключатели, рубильники. На двери релейного отсека размещается светосигнальная арматура, устройства для измерения и последующего учета электрической энергии, а также элементы, предназначенные для управления ячейкой. Ячейка КРУ с силовым вакуумным выключателем оснащена выкатным элементом, на котором расположен сам выключатель. Распределительные устройства могут быть со средним и нижним расположением выдвижного элемента. Наличие выдвижного элемента значительно упрощает работу обслуживающего персонала. Перемещение выдвижного элемента из рабочего положения в контрольное и обратно может осуществляться ручным или электромоторным приводом. В отсеке сборных шин ячейки КРУ размещаются сборные шины, опорные изоляторы, отпайки сборных шин и втулки проходные для крепления верхних втычных неподвижных контактов шкафа. В отсеке линейных шин и трансформаторов тока устанавливаются трансформаторы тока, ограничители перенапряжения, трансформаторы тока нулевой последовательности, заземлитель, дополнительно может быть установлена шина магистрали заземления. Распределительные устройства оснащены современными вакуумными выключателями собственного производства. Имеют высокие эксплуатационные характеристики, обеспечивают высокую надежность и безопасность для обслуживающего персонала. Широкая сетка схем главных цепей позволяет компоновать любые схемы РУ. Производитель КРУ – «Высоковольтный союз» (ООО «НТЭАЗ Электрик») осуществляет производство ячеек на напряжение 6(10) и 35 кВ с применением вакуумных выключателей собственного производства. Все комплектные распределительные устройства прошли сертификацию и имеют все разрешительные документы. Выбираем шкаф для комплектного распределительного устройства из серии КУ10С, которые созданы для установки в распределительные устройства электрических станций всех видов. Основные технические параметры приведены в таблице 2. Таблица 2 – Основные параметры комплектного распределительного устройства на 10кВ.
Наиболее распространенные – масляные трансформаторы. Их обмотки размещены в баках, заполненных маслом с повышенными изоляционными характеристиками (трансформаторное масло). Оно выполняет роль дополнительной изоляции между витками обмоток, обмотками разных фаз, разных напряжений и баком трансформатора. Циркулируя внутри бака, оно отводит тепло обмоток, выделяемое при работе. Для лучшего теплоотвода к корпусу трансформатора привариваются трубы дугообразной формы, позволяющие маслу циркулировать вне бака и охлаждаться за счет окружающего воздуха. Мощные масляные трансформаторы комплектуются вентиляторами, обдувающими элементы, в которых происходит охлаждение. Выбор трансформатора будем рассчитывать по потребляемой мощности.
Трансформатор силовой масляный трехфазный двухобмоточный типа ТРДН предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока класса напряжения 110 кВ в электрическую энергию класса напряжения 6 или 10 кВ низшего напряжения. Трансформатор имеет остов с трехстержневой шихтованной магнитной системой, собранной из листов холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки из медного провода цилиндрические, размещены на стержнях остова концентрически. Линейные и нейтральный вводы ВН снабжены трансформаторами тока. Бак трансформатора колокольного типа с нижним разъемом снабжается арматурой для заливки, отбора проб, слива и фильтрации масла, подключения системы охлаждения и вакуум-насоса. Регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) осуществляется переключающим устройством в нейтрали обмотки ВН в пределах + 9x1,78% номинального напряжения. Для перемещения в пределах подстанции трансформатор по требованию заказчика может быть снабжен поворотными каретками с ребордой. Колея для продольного перемещения - 1 524 мм, для поперечного - 2 000 мм. Система охлаждения трансформатора имеет четыре радиатора. Сравнивая потери мощности и стоимость трансформатора – экономически выгодно будет приобрести трансформатор марки ТРДН 25000/110, который нам подходит полностью по потребляемой мощности. Устанавливаем на подстанцию 2 таких трансформатора для бесперебойного питания потребителей, и в случае отключения на одной из линии для возможности питания всех потребителей через один трансформатор.
Измерительные трансформаторы напряжения TV предназначены для преобразования напряжений до значений, удобных для измерений и для работы релейной защиты. У трансформаторов напряжения на вторичной стороне одна обмотка собирается в звезду, на которую присоединяются измерительные приборы, а другая – в разомкнутый треугольник, где присоединяются реле защиты от замыканий на землю.
Элегазовые колонковые выключатели типа GL предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, номинальным напряжением 110-750 кВ. Преимущества элегазовых колонковых выключателей состоит в том что, аналогичная дугогасительная камера для всей линейки выключателей пружинный приводной механизм FK3, включающий в себя пружину включения и отключения, обеспечивает очень высокую надёжность, прямое соединение пружинного приводного механизма с соединительной тягой обеспечивает быструю и простую установку на месте установки оборудования.
Тип грозозащиты системы электроснабжения выбирается в зависимости от рабочего напряжения, мощности подстанции её схемы. Существенную роль в грозозащите играет удельное сопротивление грунта в районе сооружения системы электроснабжения, материал опор линии электропередач и конструктивных элементов подстанции. Грозозащита зданий и сооружений - это система, состоящая из комплекса устройств и сооружений, предназначенных для защиты объектов от грозового электричества, позволяющая снизить последствия попадания молнии в защищаемый объект или вторичных ее проявлений. Электроустановки, находящиеся на открытом воздухе, защищаются стержневыми молниеотводами, установленными либо на металлические конструкции (порталы), либо отдельно стоящими молниеотводами. Открытые распределительные устройства обычно защищены несколькими молниеотводами. Зона действия молниеотводов должна полностью защищать электрооборудование подстанции.
К непосредственному обслуживанию электрооборудования на трансформаторной подстанции 100/10 кВ допускается только подготовленный персонал имеющий право на проведение соответствующих работ. Вновь принимаемые работники, обслуживающие электроустановки, должны пройти медицинскую комиссию, производственный инструктаж и проверку знаний правил техники безопасности, ознакомиться и знать должностные и эксплуатационные инструкции и методику проведения работ. Результаты проверки знаний и присвоение группы по технике безопасности подтверждаются удостоверением установленной формы, которое должно находится у работника на рабочем месте. Повторная медицинская комиссия проходит каждые 2 года, проверка знаний правил технической эксплуатации и инструкций ежегодно. Люди нарушившие правила при производстве работ подвергаются внеочередной проверки. Осмотри трансформаторной подстанции единолично может проводится административно-техническим персоналом с пятой и оперативным персоналом с 4 группой по электробезопасности. При единоличном осмотре запрещается проникать за ограждения и входить в камеры закрытых распределительных устройств, не имеющих ограждений. Осмотр проводится с порога камеры или стоя перед ограждением. При необходимости разрешается для осмотра входить в камеру распределительного устройства в присутствии второго работника имеющего не ниже третьей группы по электробезопасности и при условии соблюдения расстояния между осматривающим и токоведущими частями 0,7 м. При единоличном осмотре и при наличии напряжения выполнение работ запрещается. Ремонт разъединителя и привода проводится только при отключении напряжения на участке работ и установке заземлений согласно правилам технической эксплуатации. Перед началом каких либо работ независимо от наличия и отсутствия напряжения на воздушной линии необходимо отключить рубильник низкого напряжения, затем линейный разъединитель, проверить отключение визуально, наложить заземление на шины между разъединителем и предохранителями и вынуть патроны предохранителей. При возможности подачи напряжения с противоположного конца линий низкого напряжения необходимо исключить возможность их включения. Для замены трансформатора на МТП подъем его на площадку или опускание производится после полного снятия напряжения и заземления подстанции и питающей линии с предварительной проверкой прочности крепления и состояния всех конструкций опоры МТП. Оперативное включение и отключение разъединителей и выключателей нагрузки может производить единолично персонал, обслуживающий ТП и имеющий квалификацию не ниже IV группы. При этом необходимо применять изолирующие защитные средства, запирать привод на замок и вывешивать предупредительные плакаты. Для безопасности работы на ТП используются общие и специальные средства защиты. Общими средствами защиты являются стационарные конструктивные устройства электроустановок: изоляция электрооборудования, заземление конструкций электрооборудования, ограждения, предупредительные плакаты и надписи, блокировочные устройства, складные постоянные лестницы на МТП. Специальные средства (в дополнение к стационарным) предназначаются для защиты персонала при непосредственном выполнении работы по эксплуатации и ремонту ТП. К ним относятся (основные и дополнительные) изолирующие и временные ограждающие защитные средства. Основные изолирующие средства: в РУ свыше 1000 В оперативные и измерительные штанги, изолирующие и токоизмерительные клещи и указатели напряжения; в РУ до 1000 В диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными рукоятками и указатели напряжения. Дополнительные изолирующие средства: в РУ свыше 1000 В диэлектрические перчатки, боты и галоши, изолирующие подставки и диэлектрические резиновые коврики; в РУ до 1000 В диэлектрические галоши и резиновые коврики, изолирующие подставки. Основные и дополнительные средства при работе применяются совместно. К ограждающим средствам относятся временные переносные щиты, клетки, ящики и т. п., изолирующие накладки и колпаки, временные переносные заземления и предупредительные плакаты. Для безопасности работ на высоте или при подъеме (например, на опорах МТП или опорах с линейным разъединителем) применяются предохранительные пояса, страхующие канаты, монтерские когти, телескопические вышки и т. п. Для индивидуальной защиты работающих при сварке, разогреве кабельной мастики и т. п. применяются защитные очки, специальные рукавицы и прочее. Разрешается использовать только испытанные специальные защитные средства и приспособления. Перед началом работы они должны быть осмотрены. Все необходимые защитные средства и приспособления хранятся в служебном помещении. При выезде к месту работы оперативная бригада перевозит их с собой в автомашине. В закрытых ТП обычно хранятся изолирующие подставки и коврики.
Пожарная безопасность состояние защищённости личности, общества и государства от пожара. Пожарная безопасность на предприятиях обеспечивается двумя системами: предотвращение пожара (организационные, технические меры и средства, обеспечивающие невозможность возникновения пожара) и системой пожарной безопасности (предотвращения воздействия на людей и объекты опасных факторов пожара). Опасные факторы пожара Опасными факторами для людей являются: - открытый огонь; - повышенная температура воздуха и предметов; - токсические продукты горения и дым; - пониженная концентрация кислорода в воздухе; - обрушение и повреждение зданий, сооружений; - взрывы. Нагревание человеческого тела до 50 – 60С°, а так же и снижение концентрации кислорода в окружающем пространстве ниже 8 – 11 % приводит к гибели человека. Повышение концентрации углекислого газа до 10 % вызывает потерю сознания, и если не принять меры медицинской помощи, человек может умереть. Пожарная опасность электроустановок обусловлена наличием горючих изоляционных материалов. Горючей является изоляция обмоток электрооборудования, проводов и кабелей, трансформаторное масло. Учитывая пожарную опасность электроустановок, установлен ряд требований по пожарной безопасности. Все строительные конструкции выполнены из материалов первой группы, которые не возгораются и не обугливаются. Оборудование расположено таким образом, чтобы обеспечить эвакуацию работающих во время аварии или пожара. Ширина пути эвакуации предусмотрена не менее 1 метра, ширина дверей не менее 0,8 метра, высота прохода не менее 2 метров, на различных участках производственной мощности. Кроме этого предусматривается следующие меры пожарной безопасности:- звуковая сигнализация; - наличие пожарных кранов; - наличие пожарных щитов с двумя огнетушителями ОУ-2 и пожарным инвентарём, ящик с песком на каждом производственном участке. Контроль за состоянием цеха в отношение пожарной безопасности осуществляется пожарной службой безопасности, которая проводит профилактические осмотры, испытания, принимает участие в ликвидации пожара.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для поддержания трансформатора в работоспособном состоянии на протяжении всего периода эксплуатации необходимо регулярно осуществлять техническое обслуживание трансформатора. Устанавливаются следующие виды планового технического обслуживания трансформатора: - технический осмотр; - профилактический контроль. Кроме того, в процессе эксплуатации необходимо осуществлять внеплановое техническое обслуживание, обусловленное появлением в межремонтный период неисправностей трансформатора или его аварией. Техническое обслуживание необходимо выполнять в соответствии с требованиями этого раздела и в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации составных частей комплектующих изделий. Рекомендованный объем и периодичность работ по техническому обслуживанию трансформатора и его составных частей приведен в дополнении. Технический осмотр трансформатора следует производить после проверки: - отсутствие посторонних шумов, повышенных вибраций, которые приводят к повреждению или к неправильной работе составных частей, приборов и аппаратуры, установленных на трансформаторе; - соответствие показаний счетчиков количества переключений приводов устройств РПН количеству осуществленных переключений. Технический осмотр составных частей трансформатора необходимо выполнять в соответствии с инструкциями по эксплуатации этих частей. Периодичность технических осмотров трансформаторов без его отключения устанавливается в соответствии с требованиями “Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей” и “Картой – графиком работы оперативного персонала групп подстанций”: на подстанциях с постоянным дежурством персонала - один раз в сутки, без постоянного дежурства персонала – три раза в месяц. В зависимости от местных условий и состояния трансформаторов указанные сроки могут быть изменены техническим руководством предприятия. При резком снижении температуры окружающего воздуха или при других резких изменениях погодных условий, при появлении сигналов о неисправности трансформатора необходимо осуществлять внеочередные осмотры. Трансформаторные установки периодически (не реже одного раза в месяц) должны осматриваться специалистами соответствующих подразделений. Результаты осмотров должны быть отражены в соответствующей документации: оперативном журнале и журнале дефектов и неполадок оборудования подстанции. Трансформаторы, находящиеся в работе, следует не приближаться на недопустимое расстояние к токоведущим частям. Во время профилактического контроля предусматривается выполнение работ по проверке трансформаторного масла, профилактических испытаний трансформатора, а также выполнения регламентных работ в межремонтный период по замене изношенных частей и материалов (резиновые уплотнения, силикагель фильтров). Эксплуатация трансформаторного масла. В процессе эксплуатации трансформаторного масла необходимо периодически контролировать состояние трансформаторного масла в бака трансформатора и баке контактора устройства РПН, в негерметичных маслонаполненных вводах. Должен производиться хроматографический анализ газов, растворенных в масле трансформаторов, оборудованных устройствами РПН, трансформаторов напряжением 110 кВ и выше. Отбор проб производится на работающем трансформаторе или сразу после его отключения. Для проб масла, взятых с бака контактора устройства РПН, необходимо определить пробивное напряжение и влагосодержание. Оценку результатов хромато графического анализа растворенных в масле газов следует выполнять согласно РД 34.46.303-89. Профилактические испытания трансформатора необходимо проводить во время текущих и капитальных ремонтов для проверки состояния трансформатора, находящегося в эксплуатации, и одновременно качества ремонта. При необходимости профилактические испытания допускается проводить в межремонтный период во время планового технического обслуживания с целью контроля состояния изоляции трансформатора, если есть признаки ее ухудшения, например, в результате снижения качества масла.