Комплектные ячейки РУ-10 кВ

ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Учебная тяговая подстанция, разработанная НИИЭФА-Энерго, состоит из ячеек РУ-10кВ, ячейки фидера постоянного тока РУ-3,3кВ, ячейки фидера переменного тока РУ-27,5кВ, тягового преобразовательного агрегата, показанных на рисунке 1.1.

Ячейки КРУ полной заводской готовности механически стыкуются между собой в любом сочетании и поставляются с набором готовых шин и кабелей для быстрого электрического соединения. Конструкция ячеек обеспечивает возможность их установки на ровный пол с твердым покрытием в капитальном здании либо в специальных модулях. Конструктивное исполнение ячеек 27,5 кВ обеспечивает их одностороннее обслуживание и защиту персонала от прикосновений к токоведущим частям и локализацию аварии при коротком замыкании внутри ячейки.

При реконструкции действующих тяговых подстанций модули
КРУ кВ могут использоваться как для постоянной работы на подстанциях, так и для создания временных схем, обеспечивая следующие преимущества:

1 гибкость в выборе требуемого набора оборудования;

2 минимальные требования к отводу площадей и строительству фундаментов;

3 простота монтажа и демонтажа, минимальный объем монтажных и пусконаладочных работ.

Все эти преимущества указывают на то, что и монтаж, и эксплуатация тяговых подстанций в модульном исполнении более выгодны, чем тяговых подстанций в виде открытых распредустройств.

Высоковольтные вводы в ячейку могут быть выполнены в двух вариантах: проводами и шинами. Токоведущие части внутри ячеек выполняются только шинами.

КРУ комплектуются микропроцессорными устройствами защит и автоматики типа БМРЗ (блок микропроцессорный релейной защиты), которые предназначены для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации. БМРЗ – цифровое устройство, осуществляющее весь комплекс защит всех присоединений и, обеспечивая простоту и надежность в эксплуатации, не требует специального технического обслуживания

Основные параметры КРУ серии К - 99 представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры КРУ серии К – 99

Наименование	Значение
Номинальное напряжение, кВ	6; 10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	7,2; 12,0
Номинальный ток главных цепей, А	630; 1000; 1600
Номинальный ток сборных шин, А	1000*; 1600; 2000; 3150
Номинальный ток отключения выключателей, встроенных в КРУ, кА	20; 25; 31, 5***
Ток термической стойкости при времени протекания 3 с (кратковременный ток), кА	20; 31, 5**
Номинальный ток электродинамической стойкости главных цепей, кА	51; 81**
Номинальное напряжение цепей вторичной коммутации: постоянного тока; переменного тока, В	110; 220

Примечание:

* КРУ со сборными шинами на ток 1000 А при частоте 50 Гц и на ток 800 А при частоте 60 Гц выполняются только на ток электродинамической стойкости 51 кА.

** Для КРУ с трансформаторами тока на номинальные токи менее 600 А термическая и электродинамическая стойкость определяется стойкостью трансформаторов тока.

*** В зависимости от типа встраиваемого выключателя параметры тока отключения могут уточняться.

Таблица 2 – Классификация исполнений шкафов КРУ

Уровень изоляции по ГОСТ 1516.1-76	Нормальная изоляция, уровень "б"
Вид линейных высоковольтных подсоединений	Кабельные, шинные
Условия обслуживания	Двустороннее
Степень защиты оболочки шкафа КРУ по ГОСТ 14254-80	IP20
Вид основных шкафов КРУ в зависимости от встраиваемого электрооборудования	С выключателями высокого напряжения; с разъединяющими контактами; с трансформаторами напряжения; комбинированные; с ограничителями перенапряжений
Вид управления	Местное, дистанционное
Габариты шкафа КРУ без короба для цепей вторичной коммутации,мм	750L × 1430B × 2300H
Габариты шкафа КРУ с коробом для цепей вторичной коммутации, мм	750L × 1430В × 2480Н
Масса блоков КРУ в составе 3-х шкафов, кг	Не более 2500
Вид поставки	Отдельными шкафами, блоками до 3-х шкафов
Срок службы	Не менее 30 лет

Питание подстанции осуществляется по вводу 10кВ (ячейка 1). Напряжение 10кВ по кабелю от распределительной подстанции подаётся через силовой разъем QS 1-10, выключатель Q 1-10, силовой разъем QS 2-10 на сборные шины РУ-10кВ. К шинам РУ-10кВ подключены трансформаторы напряжения (TV) ЗНОЛ.06-10 (ячейка № 3) через предохранители FU и разъем QS 5-10. Для защиты обмоток трансформатора установлен ограничитель перенапряжений (ОПН) FV. Со сборных шин 10кВ через силовой разъем QS 3-10 ячейки 2, вакуумный выключатель (Q 2-10) ВВЭ-М-10-20 и разъем QS 4-10 напряжение подается на тяговый агрегат, состоящий из двухобмоточного трансформатора (Т) ТС-63/04 и шестипульсового выпрямителя (UD) В-ТПЕМ-1,6к-825. Преобразовательный трансформатор имеет схему соединения обмоток "звезда- треугольник" для шестипульсовой мостовой схемы выпрямления. От выводов вторичных обмоток преобразовательного трансформатора напряжение подается на выпрямительную установку UD.

Напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя через шины поступает в ячейку № 4 фидера КС РУ-3,3кВ. В РУ–3,3кВ применены жесткие шины: главная "плюс" шина (+ГШ), запасная "плюс" шина (+ЗШ) и минусовая шина (-Ш).

Ячейка фидера 3,3кВ представляет собой модуль, включающий камеру разъединителей РВРЗ-1Б-10/4000 М У3, шкаф управления и камеру автомата, где установлены два быстродействующих выключателя типа ВАБ-49 с РДШ-3000, датчики тока (ДТ) КА и напряжения (ДН) KV.

Питание контактной сети осуществляется от главной "плюс" шины через шинный разъединитель QS 1.1-3,3, быстродействующие выключатели QF 1, QF 2, линейный разъединитель QS 1.2-3,3 и мачтовый разъединитель QS 3-3,3 с моторным приводом (имитируется реле). Обходной разъединитель QS2 -3,3 предназначен для обеспечения питания контактной сети при выводе в ревизию оборудования ячейки 3,3кВ. В ячейке также устанавливается ОПН FV4 для защиты РУ-3,3кВ от перенапряжений.

С целью изучения особенностей тяговых подстанций переменного тока установлена ячейка 5 «Фидера к.с. РУ-27,5 кВ». В этой ячейке размещено следующее высоковольтное оборудование: вакуумный выключатель ВБЦО-27,5, два разъединителя РР-35/1000 У3, проходной трансформатор тока ТПЛ- 35-1000 УХЛ 2, ОПН, проходной изолятор на напряжение 27,5 кВ. От главной шины фазы А (В) через шинный разъединитель QS1.1- 27,5, выключатель Q1- 27,5, линейный разъединитель QS1. 2-27,5 напряжение подается в контактную сеть. Для вывода в ревизию фидерного выключателя без перерыва питания в контактной сети служит обходной разъединитель QS 2-27,5, подключенный к обходной шине (имитируется реле).

Рисунок 1 – Однолинейная схема учебной тяговой подстанции

Комплектные ячейки РУ-10 кВ

В лаборатории установлены три камеры КРУ серии К-99, стоящие в один ряд: ячейка № 1 ввода (ВВ), ячейка № 2 преобразовательного агрегата (ПВА), ячейка № 3 трансформатора напряжения (ТН).

Рассмотрим однолинейную схему ячейки ВВ по рисунку 3. В ячейке ВВ, кроме токоведущих шин и изоляторов, установлено следующее высоковольтное оборудование: вакуумный выключатель со встроенным электромагнитным приводом ВВЭ-М-20/630-У3 (Q1), ограничители перенапряжений ОПН-10/29 (FV1…FV3), трансформаторы тока ТЛК-10-6 У3-100/5 (ТА1…ТА3), силовые разъёмы (QS1…QS2), заземляющие ножи QSG.

Выкатная конструкция тележки с выключателем и другими элементами обеспечивает безопасность работ при обслуживании и ремонтах. Напряжение на сборных шинах и неподвижном контакте силового разъема сохраняется и закрывается шторкой при переводе тележки в "ремонтное положение".

КРУ серии К-99 состоят из отдельных шкафов, монтируемых в порядке, определяемом опросным листом с учетом схем главных цепей.

Шкафы с выключателем, трансформатором напряжения, силовыми предохранителями, секционным разъединителем, имеют выкатной элемент, на котором устанавливается соответствующая комплектующая аппаратура. Шкафы кабельных сборок и глухого шинного ввода не имеют выкатных элементов. Шкафы КРУ с выкатным элементом, независимо от схем главных и вспомогательных соединений, имеют одинаковые габаритно-установочные размеры.

На рисунке 2 показан общий вид шкафа с выключателем. Остальные типоисполнения шкафов имеют подобную конструкцию выкатного элемента.

Защита металлоконструкции КРУ от коррозии осуществляется лакокрасочными и гальваническими покрытиями.

Шкафы разделены сплошными перегородками на отсеки:

- отсек вторичных цепей

- отсек ввода (вывода);

- отсек сборных шин;

- отсек выкатного элемента.

1 – отсек ввода (вывода); 2 – отсек сборных шин; 3 – короб кабельный;

4 – отсек вторичных цепей; 5 – отсек выкатного элемента; 6 – несущий каркас

Рисунок 2 – Габаритные размеры шкафа КРУ

Рисунок 3– Однолинейная схема ячейки № 1ввода (ВВ)

В ячейках РУ-10кВ К-99 учебной лаборатории применены вакуумные выключатели ВВЭ-М-10-20/630-У3 с электромагнитным приводом, конструкция которых приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Общий вид ячейки выключателя ВВЭ-М-10-20/630-У3

Устройство выключателя

Выключатель состоит из основания 1, снабженного катками 11 на тележке, здесь же с помощью болтов закреплена рама 2. На раме устанавливается вал выключателя 12 с механизмом свободного расцепления 9, буфер 6, встроенный электромагнитный привод 5, полюсы 4, лицевая крышка 10, тяги изоляционные 3, блок сигнализации 7, ножи заземления 14, кнопка ручного аварийного отключения 8, механизм доводки выключателя в шкаф ячейки 13.

Управление выключателем осуществляется встроенным электромагнитным приводом 5 зависимого (прямого действия).

Операция включения выключателя осуществляется за счет тягового усилия электромагнита включения. Отключается выключатель за счет энергии, предварительно запасенной отключающей пружиной при включении.

Преобразовательный агрегат (выпрямитель) тяговой подстанции предназначен для преобразования переменного тока промышленной частоты в постоянный, используемый для питания тяговых потребителей. Каждый агрегат состоит из трансформатора и выпрямительной установки, подключенных через коммутационные аппараты со стороны тяговой сети к шинам РУ-3,3кВ; а со стороны питающего напряжения к РУ-10кВ. Наиболее важными характеристиками агрегата является схема выпрямления, номинальные мощность, напряжение и ток.

Схема соединения обмоток тягового трансформатора Т и принципиальная схема выпрямителя показаны на рисунке 1. Первичная обмотка трансформатора соединена в "звезду", а вторичная – в "треугольник".

Для учебных целей на подстанции установлен трансформатор ТС-63/0,4 с питанием от трехфазной сети напряжением 380 В.

Обозначение типа выпрямительной установки включает две части: буквенную В-ТПЕМ (выпрямитель – трёхфазный ток на входе (напряжение), постоянный ток (напряжение) на выходе, с естественным воздушным охлаждением, для метрополитена) и числовую 1500/825 (номинальный выпрямленный ток 1500А, номинальное выпрямленное напряжение 825В). Выпрямительная установка находится в шкафу закрытого типа. Внутри на каркасе размещены диоды с охладителями и измерительные шунты. На лицевую панель двери шкафа управления выпрямителя вынесены цифровые измерительные приборы PV и РА.

Ячейка фидера контактной сети РУ-27,5 кВ разделена на две секции. В первой секции находится однополюсной вакуумный выключатель ВБЦО-27,5. Во второй секции ячейки расположены два разъединителя (фидерный и линейный) РР-35/1000 У3с общим моторным приводом. На перегородке ячейки находятся ОПН, проходной изолятор ИПЛ-35, и проходной трансформатор тока ТПЛ-35. Управление ячейкой осуществляется блоком микропроцессорной релейной защиты фидера контактной сети (БМРЗ ФКС).

Проходные изоляторы типа ИПЛ – 35 используются для изоляции корпусов ячеек при переходе токоведущих частей из одной ячейки в другую. Опорные изоляторы (как в ЗРУ – 10 кВ и ЗРУ – 3,3 кВ) здесь не применяются из-за сравнительно небольших размеров ячеек.

Ограничители перенапряжений (ОПН) типа ОПН – 27,5 защищает оборудование ячеек от коммутационных и атмосферных перенапряжений.

Разъединители КРУ – 27,5 кВ типа РР также имеют некоторые преимущества перед разъединителями ОРУ – 27,5 кВ типа РЛНД или РГ. Например, при одинаковых прочих характеристиках разъединители типа РР не имеют заземляющих ножей, а их подвижные контакты при разрыве цепи помещаются в разъемы, расположенные на заземленном корпусе ячейки.

Выключатель ВБЦО-27,5 – коммутационный аппарат высокого напряжения, в котором гашение дуги происходит в вакуумных дугогасительных камерах (КДВ). Принцип действия КДВ основан на гашении электрической дуги переменного тока контактами, размыкаемыми в вакууме. Дуга горит в парах материала и гаснет, как правило, при первом проходе тока через ноль.