Высоковольтное оборудование подстанции: выключатели, разъединители, ТТ, ТН и ОПН

Первичное и вторичное оборудование подстанции

Все электрооборудование подстанции делят на первичное и вторичное. Через первичное оборудование идет сама мощность: это трансформаторы, выключатели, разъединители, шины. Вторичное этим управляет и ведет учет: релейная защита, автоматика, учет, телемеханика.

Когда говорят «высоковольтное оборудование», обычно имеют в виду первичное. Оно стоит на ОРУ или в ЗРУ, а его шкафы управления и защиты находятся в здании общеподстанционного пункта управления (ОПУ).

Диспетчер видит состояние подстанции на мнемосхеме, упрощенной схеме на щите или экране SCADA. На ней показано, какие выключатели и разъединители включены, а какие отключены.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

Силовой трансформатор понижает или повышает напряжение, например со 110 до 10 кВ. Это самый дорогой и самый тяжелый аппарат подстанции.

Переменный ток в первичной обмотке создает магнитный поток в стальном сердечнике, а он наводит напряжение во вторичной обмотке. Во сколько раз меняется напряжение, задает отношение числа витков. Обычный силовой трансформатор двухобмоточный, бывают и трехобмоточные, и с расщепленной обмоткой.

Автотрансформатор связывает две сети высокого напряжения, например 500 и 220 кВ. Он компактнее и дешевле обычного трансформатора той же мощности, поэтому его ставят на узловых подстанциях.

Как монтируют крупный трансформатор:

1. Доставка на подготовленный фундамент. Большие трансформаторы часто едут без масла или с частью масла, а бак заполнен сухим газом.
2. Сборка вводов, радиаторов, расширителя и устройства РПН.
3. Вакуумирование и заливка подготовленного масла.
4. Испытания: изоляция, коэффициент трансформации, сопротивление обмоток, анализ масла.

На каждом шаге работают по технологической карте и инструкции завода. Ошибка при заливке масла может вывести трансформатор из строя.

Выключатели: элегазовый, вакуумный или масляный

Выключатель включает и отключает цепь под нагрузкой и при коротком замыкании. Принцип работы такой: при размыкании контактов возникает дуга, и камера выключателя гасит ее в момент, когда переменный ток проходит через ноль. Отличаются выключатели тем, чем гасят дугу.

• Вакуумный: дуга гаснет в вакуумной камере. Основной выбор для 6-35 кВ: надежный, почти не требует обслуживания.
• Элегазовый: дуга гаснет в элегазе (SF6). Основной выбор для 110-500 кВ, бывает колонковым и баковым.
• Масляный: старый тип, дуга гаснет в масле. Новые уже не ставят, а действующие постепенно меняют.

В вакуумном выключателе нет масла, поэтому его не нужно доливать, сушить и менять. Пожароопасность ниже, а ремонты реже. Элегазовый на высоком напряжении требует контроля давления газа, зато занимает мало места и служит долго.

Разъединители и заземляющие ножи

Разъединитель нужен, чтобы создать видимый разрыв цепи. Электрик должен своими глазами увидеть, что участок отключен, прежде чем к нему подойти.

Важное правило: разъединитель не отключает ток нагрузки. Сначала отключают выключатель, потом разъединитель. Если перепутать порядок, возникнет дуга, которая разрушит аппарат и опасна для людей. Поэтому между ними ставят блокировку.

Заземляющие ножи встроены в разъединитель и соединяют отключенный участок с землей. Это защита на случай, если напряжение появится на участке по ошибке или наведется от соседней линии.

На ВЛ 10 кВ разъединитель часто ставят прямо на опору, например РЛНД. Им отключают ответвление линии без нагрузки, чтобы безопасно работать дальше по трассе.

Трансформаторы тока и напряжения: для чего нужны

Измерительные трансформаторы переводят огромные токи и напряжения сети в маленькие и безопасные, с которыми работают счетчики и защиты. Без них ни учет, ни релейная защита не работают.

• Трансформатор тока (ТТ) уменьшает ток, например с 600 до 5 А. Коэффициент пишут дробью: 100/5, 200/5, 300/5. Вторичный ток: 5 или 1 А. Его вторичную обмотку нельзя оставлять разомкнутой под нагрузкой: на ней появится опасное напряжение.
• Трансформатор напряжения (ТН) уменьшает напряжение, например с 10 кВ до 100 В.

У измерительных трансформаторов есть класс точности. Для коммерческого учета нужен более точный класс, чем для защит, и его требования сетевая компания указывает в ТУ. Для учета ТТ и ТН еще и проходят поверку, а межповерочный интервал указан в документах на тип трансформатора.

Какие бывают ТТ: опорные и проходные, встроенные во вводы трансформаторов и выключателей, шинные. На 6-35 кВ чаще ставят ТТ с литой изоляцией, на 110 кВ и выше маслонаполненные или элегазовые. В кабельных сетях 6-10 кВ ставят еще трансформаторы тока нулевой последовательности: они нужны защите от замыканий на землю.

Приводы выключателей и разъединителей

Привод двигает контакты аппарата. От него зависит, можно ли управлять аппаратом дистанционно и насколько быстро он отключит аварию.

У выключателей встречаются:

• пружинный и пружинно-моторный: мотор заводит пружину, а при команде она резко размыкает контакты; основной вариант для элегазовых выключателей;
• электромагнитный: контакты двигает электромагнит, такой привод часто встречается на старых вакуумных и масляных выключателях;
• с магнитной защелкой: компактный привод вакуумных выключателей 6-35 кВ, в котором контакты удерживает постоянный магнит.

Разъединители бывают с ручным и с моторным приводом. Ручной дешевле, моторный позволяет переключать разъединитель из щита управления или из SCADA. На новых подстанциях 110 кВ и выше обычно выбирают моторные приводы.

ОПН, шунтирующие реакторы и ячейки КРУ

ОПН расшифровывается как ограничитель перенапряжений нелинейный. При ударе молнии или резком переключении он на мгновение пропускает импульс в землю и защищает изоляцию трансформатора и других аппаратов. ОПН заменили старые вентильные разрядники.

Шунтирующий реактор нужен на линиях 500 кВ. Длинная линия сама вырабатывает реактивную мощность, и при малой нагрузке напряжение на ее конце растет. По устройству реактор похож на большую катушку индуктивности, подключенную параллельно линии. Он эту мощность поглощает и держит напряжение в норме.

Ячейки КРУ, КСО и модули КРУЭ приходят готовыми шкафами, в которых выключатель, разъединитель, ТТ и защиты уже собраны вместе. Из них собирают ЗРУ. КРУ обычно выкатного типа, КСО стационарные и проще, КРУЭ элегазовые для 110 кВ и выше.

Как выбрать оборудование для условий Узбекистана

Каталожные характеристики обычно указаны для умеренного климата. В Узбекистане оборудование работает в более тяжелых условиях, и это нужно проверить до закупки.

На что смотреть:

• температура: летом на ОРУ бывает до +50°C, и аппарат должен держать номинальный ток в такую жару;
• пыль и засоленность: изоляторы с увеличенной длиной пути утечки;
• сейсмика 8-9 баллов: подтвержденная сейсмостойкость аппарата и его крепления;
• высота над уровнем моря: в горных районах выше 1000 м изоляция работает хуже, и оборудование подбирают с запасом;
• требования АО «НЭС Узбекистана» или РЭС к типам защит и учета;
• сроки поставки и наличие сервиса в регионе.

Цену на выключатели, ТТ или ячейки в Ташкенте можно найти у поставщиков, но сравнивать сначала стоит соответствие этим условиям, а потом цену. Мы подбираем оборудование под проект и проверяем предложения поставщиков по этим пунктам.