Телефон:
8 (383) 209-92-53
Адрес:
г. Новосибирск, ул. Орджоникидзе, 38,
9 этаж

Выберите город:

Проектирование электрических подстанций

В настоящее время энергосистема представляет собой единый комплекс электрических станций и сетей. Объединение данных узлов имеет технологическую, экономическую и хозяйственно-административную подоплеку. В энергосистеме концентрируется производство электроэнергии, проводится 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, состоящая из воздушных и кабельных линий и подстанций. Электрическая подстанция – это специальная установка, которая служит для преобразования и распределение энергии. В ее составе выделяют следующие конструктивные части: трансформаторы, распределительные устройства овышенного и пониженного напряжения, вспомогательные устройства (синхронные компенсаторы, статические конденсаторы, шунтирующие реакторы.

Назначение электрических подстанций

Их устанавливают в целях приема и перераспределения электроэнергии от основной станции, ее производящей, к конечным потребителям, находящимся в других районах. Было выявлено, что наиболее экономичным способом передачи данного ресурса является отправка по линиям высокого напряжения. Однако конечные потребители работают при гораздо более низких характеристиках тока. Поэтому при прохождении через подстанции они снижаются для непосредственной подачи электричества к объектам энергопотребления.

Трансформаторные подстанции также служат цели упрощения системы управления и обслуживания энергосистемой. Электросети делят по территориальному признаку на сетевые районы. К каждому из действующих ПЭС (предприятий электросети) прикрепляется диспетчерская и ремонтная служба, которая обслуживает данный объект.

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

Классификация электрических подстанций

Разделение данных электроустановок на разновидности возможно по нескольким признакам:

  • По номинальному наивысшему напряжению сети. От него зависит мощность, размеры и стоимость подстанции;
  • По числу ступеней пониженного напряжения;
  • По количеству трансформаторов и их индивидуальной мощности;
  • По положению подстанции в общей сети;
  • По категории потребителей;
  • По способам присоединения трансформаторных подстанций к линиям электропередачи их делят на:
    • Ответвительные. В этом случае объект подключен к одному и отведенных участков линии.
    • Проходные. Включаются в рассечку к главной магистрали.
    • Тупиковые. Устанавливаются на конце отдельно выведенной линии.
  • По своей конструкции трансформаторные подстанции могут быть:
    • Закрытыми (когда оборудование установлено в специальных строениях);
    • Открытыми (в этом случае трансформаторы размещены прямо на улице).

Все электрические подстанции делятся на 4 основных типа:

  1. Узловые распределительные (УРП). Это центральный узел, получающий от электростанции энергию с напряжением от 110 до 220 кВ. Далее проводится частичное понижение (или не проводится) показателей тока и он передается на подстанции глубокого ввода. Таким образом, данная разновидность служит промежуточным пунктом между электростанцией и территорией промышленного предприятия, микрорайона, района и т.п.
  2. Главная понизительная подстанция (ГПП). Рассчитана на получение тока с показателями от 35 до 220 кВ. От ГПП электричество распределяется уже при значительно пониженных характеристиках напряжения.
  3. Подстанция глубокого ввода (ПГВ). Как правило, размещают на производственных предприятиях вблизи наиболее энергоемких цехов: сталепрокатных, обогатительные, крепежно-калибровочные и т.д. ПГВ необходимы для подключения к ним группы каких-либо установок на конкретном объекте. На нее подается напряжение 35-220 кВ либо напрямую от электростанции, либо от промежуточного узла.
  4. Трансформаторный пункт (ТП). Этот тип подстанций имеет наиболее низкие показатели напряжения: они поставляют конечным потребителям ток 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 до местоположения будущей подстанции. Там они собираются и монтируются.
    2. Комплектные (КТП). Изготавливаются в укомплектованном виде на заводах и в такой форме доставляются до мест установки.

Проектирование электрической подстанции: общие принципы

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

Проектирование объектов энергосистемы может также иметь аналитически-прогнозирующую цель. Выделяют 3 этапа составления проекта:

  1. Рассматривается перспектива развития на 15-20 лет вперед;
  2. Во внимание берется интервал до 10 лет;
  3. Изложенные материалы уточняются для срока до 5 лет.

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

Принципы и цели, на которых базируется и строится 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. Сокращение затрат на сооружение подстанций;
  5. Снижение ежегодных издержек на содержание и обслуживание объектов энергосистемы.

Надежность и стабильность тока определяются принятыми нормативами, задается количество электроэнергии же в техническом задании, которое заказчик предоставляет исполнителю перед началом проектирования. В задачи специалистов входит поиск оптимального решения, которое обеспечит достижения необходимых показателей мощности, отпускаемой энергии, 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 (ПТЭТЭ);
  • Регламент о пожарной безопасности;
  • Регламент о безопасности машин и оборудования.

Основные этапы проектирования подстанции:

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

По окончании работы специалистов он получает следующие бумаги:

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

Техническая документация является результатом проектирования электрической подстанции. По ней осуществляются дальнейшие действия: составляется план строительства, подготавливается 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 оказывают влияние характер и нагрузка подключенных потребителей электроэнергии. Поэтому мощность, уровень напряжения и назначение подстанции определяются конфигурацией электросети.

Например, мощность трансформаторов выбирается с учетом сразу нескольких факторов:

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

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

Сначала разрабатывают общую структурную схему всей электроустановки. На ней отмечаются основные элементы: распределительные устройства (РУ), трансформаторы, генераторы. В дальнейшем такой общий план будет служить для проработки более детальной схемы, а также помогают ознакомиться с принципами работы данной подстанции. На данном документе все детали отражаются символично 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 разных категорий в нормальном и послеаварийном режимах функционирования подстанции.
  • Обеспечение транзита мощности через РУ повышенного напряжение подстанции по магистральным линиям;
  • Рациональное, с точки зрения экономики, значение тока короткого замыкания для среднего и низшего напряжения;
  • Возможность в будущем достройки и расширения электрической подстанции;
  • Противоаварийная автоматика должна соответствовать нормативам.

Выбор площадки при проектировании электрической подстанции

Следует брать во внимание земельное и водное законодательство РФ, а также руководствоваться актами по охране природы и землепользованию. Основанием для определением участка служат:

  • Схемы развития электросетей микрорайона или иного рассматриваемого объекта;
  • Материалы с указанием районной и городской планировки;
  • Методические указания по выбору и согласованию площадок ПС 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 которых можно произвести разгрузку тяжелого оборудования и строительных конструкций;
  • Существующим инженерным сетям или проектируемым (при условии их скорого ввода): имеются в виду водопровод, канализация, отопление, газоснабжение, линии связи;
  • Населенных пунктов (где может проживать персонал электрической подстанции) – здесь необходимо соблюдение минимально допустимых расстояний в соответствии с санитарными нормами.

Участок следует выбирать, исходя из рациональных принципов использования земель с учетом прогнозируемого в будущем расширения подстанции. При расположении объекта на территории 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 ПС.

Обычно, если имеется такая возможность, рассматривают участок под сооружение, который:

  • Расположен на территории непригодных для сельского хозяйства земель. Проектирование подстанций допускает в редких случаях использование под участок орошаемых, осушенных и пахотных земель по согласованию с органами администрации.
  • Является частью незаселенных 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. Не рассматриваются зоны с активным карстом, оползнями, оседаниями или обрушением поверхностей, селевыми потоками и снежными лавинами, радиационно-зараженные или подлежащие промышленной разработке места.
  • Располагаются на незатопляемых землях. Учитывается уровень залегания грунтовых вод: он должен быть ниже заложения основания подстанции и прокладки инженерных коммуникаций.
  • Имеет грунт, не требующий обустройства дорогостоящего 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 данного условия следует разместить рядом с подстанцией защитные сооружения.
  • Находится в районе с грунтами I и II категории сейсмических свойств. Должна также отсутствовать вероятность обледенения оборудования и ошиновки.
  • Удален от аэродромов и посадочных площадок авиации, мест хранения горючих и взрывчатых веществ, нефте- и газопроводов, радиостанций и телевышек, а также зон влияния разрабатываемых взрывами карьеров на предписанные нормами расстояния.
  • Предоставляет возможность сооружения подстанции безе сноса или переноса других строений и коммуникаций.

Проектирование электрических ПС должно быть рациональным. Поэтому следует всегда рассматривать возможность кооперирования с другими предприятиями и населенными пунктами для более целесообразного строительства дорог, прокладки коммуникаций и т.д. Необходимо учитывать расположение вблизи источников воды: естественных водоемов или рек, артезианских скважин, возможность присоединения к имеющейся сети.

Составление схемы распределительных устройств при проектировании подстанций

Данный процесс может осуществляться по типовым работам, отраженным в документации "Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35 - 750 кВ. Типовые решения" с учетом "Общих технических требований к подстанциям 330 - 750 кВ нового поколения". Отступления от отраженных там стандартов допустимы только при достаточном технико-экономическом обоснования.

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. Решение в пользу выбора обходного типа принимается только в редких случаях при наличии специального обоснования. Исключается применение отделителей и короткозамыкателей.

Как правило, проектирование подстанций предполагает установку двух трансформаторов во время эксплуатации и одного на период пускового режима. Иногда, оставляют один преобразователь, если он справляется с нагрузкой и обеспечивает надежное электроснабжение. Исключениями становятся ситуации, когда требуется обеспечить ПС двумя средними напряжениями (тогда ставят 3 или более). 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 требуемой мощностью, то можно заменить на группу однофазных или 2 двухфазных с одинаковыми характеристиками.

Что следует также учитывать и предусматривать при проектировании подстанций:

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

Если же на подстанции присутствуют 2 группы оборудования, необходимость установки определяется по техническим и экономическим расчетам с учетом резерва. Если принято решение о монтаже резервной фазы, в дальнейшем переключение производится путем перекатки или перемычками при отсутствии напряжения.

Работа с зоной низкого напряжения

Для питания потребителей от обмотки НН нужно установить линейные регулировочные трансформаторы. Это необходимо для независимой регулировки напряжения в некоторых случаях. Если трансформатор трехобмоточный, то регулирующие 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, при этом отводящиеся линии выполняются нереактированными.

Способ предотвращения коротких замыканий выбирается, исходя из технико-экономического обоснования с соблюдением принципа высокого качества поставляемой электроэнергии. 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 ПС устанавливают дугогасящие заземляющие реакторы с функцией регулировки индуктивности. Подключение производится обычно к нулевым выводам 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, построенные на данных о примыкающих сетях, условиях окружающей среды, росте нагрузок, передаваемой мощности, развитию электросетей. Учитывается и прогнозируемая перспектива развития на будущий период не менее 5 лет.

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

Подбор трансформаторов

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

Если в процессе функционирования подстанции она перестает отвечать запросам и справляться с растущими нагрузками, то увеличение мощности производится заменой трансформаторов. В любых ПС следует устанавливать современные преобразователи тока, которые оборудованы опцией автоматической регулировки напряжения под нагрузкой. При этом они должны быть динамически стойкими, надежными и снижать потери до минимума.

Принимать решение о замене трансформаторов или об установке 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 ПС.

Рекомендации по выбору трансформаторов для подстанции

  • Для ПС 220 киловольт и более, где не предполагается подача нагрузки на зону НН, желательно применять автотрансформаторы 220 кВ мощностью 63 или 125 МВА.
  • Для ПС на 110 киловольт, которые в перспективе могут испытать рост нагрузки, лучше выбирать агрегаты с ускоренной ступенью охлаждения и способностью к повышенным нагрузкам.
  • Для подстанций 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 кабельного хозяйства, оперативного тока, освещения.
  • Прорабатываются 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 выявляется оптимальное количество трансформаторов, которые необходимо установить на ПС.

  • Подстанции 10 кВ

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

  • Подстанции 110 кВ

Как правило, столь мощные сооружения внедряются в электросети крупных объектов: микрорайонов, жилых кварталов, промышленных зон. В данном случае проектирование предполагает также выполнение процедуры технико-экономического обоснования выбора того или иного способа размещения, оборудования и т.д. Требуется согласованное внедрение новой подстанции в уже существующую инфраструктуру, поэтому, как правило, подобная работа более 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.

Актуальные новости

^ Наверх