РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА, КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Глава XXIV
СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
§ 110. Общие сведения
Электрические схемы подразделяются на схемы первичной и вторичной коммутации.
Схемы первичной коммутации служат для обозначения электрических соединений силового оборудования (масляные выключатели, трансформаторы, выпрямители и т. д.).
Схемы вторичной коммутации обозначают соединения вспомогательных аппаратов, обеспечивающих нормальную работу силового оборудования (релейная защита, приводы выключателей, устройства сигнализации, управления и автоматики и т. д.).
По способу изображения схемы первичных цепей подразделяются на одно- и трехлинейные. На однолинейных схемах все три фазы установки вследствие идентичности условий работы изображаются одной линией. В трехлинейных схемах каждая фаза изображается отдельно. Если установка имеет нулевой (четвертый) провод, на схеме изображаются соединения аппаратов и для этого провода.
Иногда на одном чертеже допускают одновременное применение одно- и трехлинейных схем. При этом трехлинейное изображение применяют только на тех участках, где соединение фаз неодинаково (например, трансформаторы тока установлены только в двух фазах). Иногда однолинейные схемы первичной коммутации совмещаются со схемами соединений основных вспомогательных аппаратов.
Такого рода комбинированные схемы первичных и вторичных цепей наиболее полно отображают электрические установки. Однако вследствие трудоемкости исполнения и громоздкости таких схем чаще всего вместо схем соединений вторичных цепей на однолинейной схеме ограничиваются изображением лишь типов аппаратов этих схем (например, реле защиты, ключей управления, сигнальных ламп и т. п.).
Однолинейные схемы нашли преимущественное применение благодаря своей простоте и наглядности. Они служат для подробной характеристики электрической установки.
При обосновании экономической целесообразности выбора конкретной схемы подстанции необходимо руководствоваться Правилами устройств электроустановок, согласно которым потребители разделяются на следующие три категории.
- я категория — установки, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, брак продукции, повреждение оборудования или длительное расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства.
- я категория — потребители, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным снижением выпуска продукций, простоями людей и механизмов, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских жителей.
- я категория — все остальные потребители, не подходящие под определение 1 и 2-й категорий.
Применительно к преобразовательным тяговым подстанциям городского электротранспорта это разделение означает, что подстанции метрополитена могут быть отнесены к 1-й категории, трамвайно-троллейбусные подстанции, питающие электротранспорт в центре города; — к 2-й категории, а преобразовательные подстанции, питающие загородные линии, — к 2 и 3-й категориям.
Схемы вторичной коммутации по своему назначению подразделяются на принципиальные и монтажные. Первые служат для уяснения принципа действия установки, вторые — для монтажа установки.
Для облегчения связи между принципиальными и монтажными схемами применяют маркировку (обозначение) электрических цепей. Обычно одним и тем же знаком маркируются на принципиальной и на монтажной схемах такие цепи, которые имеют между собой постоянный контакт (например, проводники, идущие от зажима предохранителя к обмоткам реле). После каждой из обмоток реле и после каждого контакта реле маркировка проводов должна меняться.
Принципиальные схемы в свою очередь разделяются на неразвернутые, полуразвернутые и развернутые.
Первые изображаются на чертеже таким образом, что отдельные элементы одного аппарата группируются в одном месте (как и в действительности).
В полуразвернутых схемах отдельные элементы одного аппарата изображаются на одной условной оси (вертикальной или горизонтальной) в любом месте чертежа.
В полностью развернутых принципиальных схемах отдельные элементы одного аппарата могут размещаться в произвольном месте и обозначаются одинаковым условным знаком.
§ 111. Схемы первичного питания
Первичное питание служит для передачи электроэнергии с трансформаторных подстанций или распределительных пунктов энергосистем на тяговую подстанцию.
Схемы первичного питания могут быть радиальными или кольцевыми. Кроме того, бывают схемы питания на отпайках. Выбор той или иной схемы первичного питания тяговой подстанции связан с необходимостью обеспечения определенной надежности электроснабжения при одновременном учете целесообразности начальных затрат.
Радиальное питание предусматривает электроснабжение каждой тяговой подстанции от пункта питания по самостоятельным линиям. Простейшим видом радиального питания является одиночная линия с защитой на головном участке (рис. 111-1,а). Такая система питания носит название линия — агрегат.
Для большей оперативности питающую линию агрегата снабжают выключателем с самостоятельной защитой (рис. 111-1,б).
Если необходимо иметь со стороны энергосистемы спаренные кабели для питания через один выключатель двух абонентов, на вводе подстанции устанавливается выключатель (рис. 111-1, в). Одновременно он служит для резервирования агрегатного выключателя.
Рассмотренные схемы радиального питания не имеют резерва, поэтому повреждение питающей линии приводит к полному прекращению электроснабжения тяговой подстанции со стороны ввода 6—10 кВ. Такого рода питание может быть принято лишь в том случае, если район питания тяговой сети может быть разгружен по постоянному току за счет смежных тяговых подстанций.
Резервирование по высокому напряжению 6—10 кВ при радиальном питании может быть осуществлено за счет прокладки второй линии. При этом возможны три варианта схем: 1) применение спаренных линий с поперечной дифференциальной токовой защитой (рис. 111-1,г); 2) применение двух раздельно работающих линий с автоматическим включением резерва на стороне тяговой подстанции (рис. 111-1,д); 3) применение параллельно работающих линий с максимальной направленной защитой (рис. 111-1,е). Последний режим работы возможен лишь при питании с одного питающего центра, с одной секции шин, поэтому этот вариант менее надежен, чем второй.
Из изложенного следует, что для современных многоагрегатных подстанций с кремниевыми выпрямителями вариант питания от двух источников с АВР наиболее предпочтителен.
Рис. 111-1. Схемы радиального первичного питания:
а — линия — агрегат; б — с защитой агрегатов; в — с защитой агрегатов и ввода; г — спаренной линии с поперечной дифференциальной токовой защитой; д — по двум раздельным линиям с АВР; е — по двум параллельным линиям с максимальной направленной защитой
Кольцевое первичное питание, при котором несколько подстанций включаются по высоковольтному электроснабжению как бы в кольцо, в практике получило также некоторое распространение.
Простейшим видом такого кольцевого питания является питание двух тяговых подстанций Т-1 и Т-2 от одного энергоцентра (рис. 111-2,а). В этом случае обе питающие линии и линия связи нормально включены. Выход из строя любого из кабелей не вызывает нарушения питания, так как максимальная направленная защита обеспечивает селективное отключение. Но исчезновение напряжения на шинах подстанции энергосистемы выводит из строя сразу все подстанции кольца.
Вследствие этого для повышения надежности целесообразно осуществлять питание от двух разных источников (рис. 111-2,б). При этом на одной подстанции масляный выключатель кабеля связи (КС) отключен, на другой подстанции включен. Кабель связи находится под охранным напряжением.
Кольцевое питание получило свое развитие и для питания большого числа одноагрегатных тяговых подстанций в том случае, когда линия трамвая или троллейбуса проходит вне населенных пунктов и отсутствует возможность присоединения каждой подстанции по радиальной схеме.
Рис. 111-2. Кольцевая схема первичного питания
Рис. 111-3. Питание одноагрегатных подстанций по схеме линия—шина:
а — от двух источников питания; б — от трех источников питания
Такая схема представлена на рис. 111-3, а и называется линия — шина. На одой из средних тяговых подстанций масляные выключатели нормально находятся в отключенном положении, таким образом кольцо разомкнуто. Выход из строя любого участка линии — шины не вызывает перерыва в питании ни одной подстанции, так как любую подстанцию можно питать от левого или от правого источника.
Если представляется возможность, то желательно одну из средних тяговых подстанций присоединить к третьему источнику питания энергосистемы, при этом релейная защита может быть построена так, что обеспечит селективное отключение любого поврежденного участка (рис. 111-3,б). Для этого максимальная токовая защита дополняется специальным программным устройством, которое по каналам телемеханики получает сигналы от датчиков о направлении прохождения тока к. з. и в зависимости от этого выдает команду на отключение поврежденного участка.