Схемы электрических соединений подстанций

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

С.Е. Кокин, С.А. Дмитриев, А.И. Хальясмаа

СХЕМЫ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 
ПОДСТАНЦИЙ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом УрФУ
для студентов электроэнергетических специальностей
140400 — Электроэнергетика и электротехника

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

2-е издание, стереотипное

УДК 621.311.2(075.8)
ББК 31.277я73

К59

Рецензенты:
канд. экон. наук, проф., директор ОАО «Екатеринбургская электросетевая компания» А.С. Семериков;
канд. техн. наук, доц., зам. директора по науке ЗАО «Техсистем груп» 
В.Г. Неуймин

Научный редактор — канд. техн. наук, доцент А.А. Суворов

Кокин, С.Е.
К59    Схемы электрических соединений подстанций [Электронный 
ресурс]: учебное пособие / С. Е. Кокин, С. А. Дмитриев, 
А. И. Хальясмаа. — 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Изд-во Урал. унта, 2017. — 100 с.

ISBN 978-5-9765-3134-5 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1457-7 (Изд-во Урал. ун-та)

Учебное пособие содержит описание принципов построения схем электрических соединений подстанций, требования к надежности схем. Особое внимание уделяется вопросам применения типовых схем подстанций для различных классов напряжения. Пособие будет иметь определенную ценность как 
для студентов очной и заочной формы обучения, изучающих курсы «Электрическая часть станций и подстанций», «Электрооборудование», «Эксплуатация 
электрических станций», «Режимы работы электрических станций» и т.п., так 
и для специалистов в области проектирования энергетических объектов различных классов напряжения в качестве учебного и справочного материала.

Библиогр.: 13 назв. Табл. 28. Рис. 28.

УДК 621.311.2(075.8)
ББК 31.277я73

ISBN 978-5-9765-3134-5 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1457-7 (Изд-во Урал. ун-та) 

© Уральский федеральный 
     университет, 2015

Оглавление

Введение ............................................................................................ 7

Глава 1.  
Принципы построения схем  
электрических соединений энергообъектов ............................... 9
1.1. Общие сведения и определения ................................................. 9
1.2. Схемы с однократным принципом  
        подключения присоединений ...................................................11
1.3. Схемы с двукратным принципом  
        подключения присоединений .................................................. 12
1.4. Схема многоугольника с подменным выключателем ..............15

Глава 2.  
Типизация и унификация главных схем электрических 
соединений подстанций ............................................................... 17
2.1. Подстанция — составная часть схемы ЭЭС ............................. 17
2.2. Типы подстанций ......................................................................18
2.3. Основные требования, предъявляемые к схемам ....................19

Глава 3.  
Типовые схемы  
электрических соединений подстанций .................................... 21
3.1. Общие указания по применению типовых схем ..................... 21
3.2. Обоснование надежности схем ............................................... 25
3.3. Указания по применению блочных схем .................................27
3.3.1. Схема 1. Блок (линия — трансформатор) 
            с разъединителем ...........................................................27
3.3.2. Схема 3Н. Блок (линия — трансформатор) 
            с выключателем) ............................................................27
3.3.3. Схема 4H. Два блока (линия — трансформатор) 
            с выключателями и неавтоматической перемычкой 
            со стороны линии) ..........................................................27

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ

3.4. Указания по применению мостиковых схем,  
        схем «заход-выход» и «треугольник» .........................................27
3.4.1. Схема 5H. Мостик с выключателями в цепях 
            линий и ремонтной перемычкой со стороны линий .... 28
3.4.2. Схема 5АH. Мостик с выключателями в цепях 
            трансформаторов и ремонтной перемычкой 
            со стороны трансформаторов ....................................... 28
3.4.3. Схема 6. Заход-выход ..................................................... 28
3.4.4. Схема 6Н. Треугольник .................................................. 28
3.5. Указания по применению схем четырехугольника 
         и шестиугольника.................................................................... 29
3.5.1. Схема 7. Четырехугольник ............................................. 29
3.5.2. Схема 8. Шестиугольник ............................................... 29
3.6. Указания по применению схем со сборными шинами 
        и одним выключателем на присоединение ............................. 30
3.6.1. Схема 9. Одна рабочая секционированная 
            выключателем система шин ......................................... 30
3.6.2. Схема 9Н. Одна рабочая секционированная 
            по числу трансформаторов система шин 
            с подключением трансформаторов к секциям шин 
            через развилку выключателей ...................................... 30
3.6.3. Схема 9АН. Одна рабочая секционированная 
            система шин с подключением ответственных 
            присоединений через «полуторную» цепочку .............. 30
3.6.4. Схемы 12. Одна рабочая секционированная 
            выключателем и обходная системы шин ...................... 30
3.6.5. Схема 12Н. Одна рабочая, секционированная 
            выключателями, и обходная система шин 
            с подключением каждого трансформатора 
            к обеим секциям рабочей системы шин ........................31
3.6.6. Схема 13. Две рабочие системы шин .............................31
3.6.7. Схема 13Н. Две рабочие и обходная системы шин ........31
3.6.8. Схема 14. Две рабочие секционированные 
            выключателями и обходная системы шин с двумя 
            шиносоединительными и двумя обходными 
            выключателями ..............................................................31
3.7. Указания по применению схем со сборными шинами 
        с двумя и «полутора» выключателями на присоединение ...... 32
3.7.1. Схема 15. Трансформаторы–шины 
            с присоединением линий через два выключателя) ...... 32
3.7.2. Схема 16. Трансформаторы-шины с полуторным 
            присоединением линий) ............................................... 32

Оглавление

3.7.3. Схема 17. Полуторная .................................................... 32
3.8. Указания по применению схем для КРУЭ ............................... 33
3.9. Указания по применению схем  
         распределительных устройств 10(6) кВ.................................. 34
3.9.1. Схема 10(6)-1. Одна секционированная 
            выключателем (или двумя выключателями) 
            система шин................................................................... 34
3.9.2. Схема 10(6)-2. Две секционированные 
            выключателями системы шин ...................................... 34
3.9.3. Схема 10(6)-3. Четыре секционированные 
            выключателями системы шин ...................................... 35
3.10. Указания по применению схем подключения 
           компенсирующих устройств .................................................. 36
3.11. Типовые схемы ........................................................................37

Глава 4.  
Рекомендации по выбору главных схем электрических 
соединений подстанций ............................................................... 68
4.1. Факторы, влияющие на выбор схемы РУВН ПС ...................... 68
4.2. Перечень схем РУ 35 кВ ........................................................... 68
4.3. Перечень схем РУ 110 кВ .......................................................... 69
4.4. Перечень схем РУ 220 кВ ......................................................... 70
4.5. Перечень схем РУ 330 кВ ......................................................... 71
4.6. Перечень схем РУ 500 кВ ......................................................... 71
4.7. Перечень схем РУ 750 кВ .......................................................... 72
4.8. Перечень схем РУ 10(6) кВ, линейных регулировочных 
        трансформаторов 35 кВ, синхронных компенсаторов 
        и регулируемых ШКБ 10(6), 35 кВ ........................................... 72
4.9. Алгоритм выбора схем для РУ 35 кВ ........................................ 73
4.10. Алгоритм выбора схем для РУ 110 и 220 кВ ...........................74
4.11. Защита от перенапряжений ................................................... 75

Глава 5.  
Рекомендации по выбору схем питания собственных 
нужд подстанций ........................................................................... 77

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ

Глава 6.  
Определение стоимости  
электросетевого строительства .................................................. 82
6.1. Общие положения .................................................................... 82
6.2. Определение укрупненных показателей стоимости 
        подстанций 35–750 кВ.............................................................. 82
6.3. Определение укрупненных показателей стоимости  
        ЛЭП 6–750 кВ .............................................................................87

Глава 7.  
Конструктивное выполнение распределительных 
устройств........................................................................................ 89

Принятые сокращения .....................................................................97

Список литературы ......................................................................... 99

Введение

П

особие написано на основе норм технологического проектирования (НТП) [1], правил устройства электроустановок (ПУЭ) 
[2] и руководящих указаний по применению типовых схем подстанций [3].
Установлено минимальное количество типовых схем РУ (в том числе ОРУ, ЗРУ, КРУЭ), которые охватывают большую часть встречающихся 
в практике случаев проектирования новых и реконструкции действующих 
подстанций (ПС) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) 
и позволяют обеспечить надежность и живучесть ПС с помощью экономичных унифицированных решений. Для разработанного набора схем РУ 
выполняются типовые проектные решения компоновок сооружений, установки оборудования, устройств управления, релейной защиты, автоматики и строительной части.
Приведенные типовые схемы РУ являются обязательными при проектировании новых, расширяемых и подлежащих техническому перевооружению и реконструкции ПС всех ведомств, в случае, если ПС в последующем будут эксплуатироваться ОАО «ФСК ЕЭС».
Применение нетиповых схем допускается только при наличии соответствующих технико-экономических обоснований.
В работе принята терминология ПУЭ. Для обозначения обязательности 
выполнения требований применяются слова «должен», «следует», «необходимо» и производные от них. Слова «как правило» означают, что данное 
требование является преобладающим, а отступление от него должно быть 
обосновано. Слово «допускается» употребляется, когда данное решение 
может быть применено в виде исключения. Слово «рекомендуется» означает, что данное решение является одним из лучших, но не обязательным.
За последние несколько лет рекомендуемые к применению схемы подстанций существенно изменились. Основные изменения по сравнению 
с нормативными материалами от 1987 и 1993 гг. следующие:
— на вновь проектируемых или реконструируемых ПС исключена возможность применения схем с отделителями и короткозамыкателями, эксплуатация которых показала их низкую надежность;

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ

— из числа типовых схем со сборными шинами и одним выключателем на присоединение исключены схемы с совмещением обходного 
и секционного (шиносоединительного) выключателя;
— существенно расширены число схем с коммутацией присоединения 
двумя выключателями и область их применения;
— в ряде случаев, когда применяется современное оборудование с высокими эксплуатационными характеристиками, допускается упрощение структуры схем (отказ от ремонтных перемычек, отказ от обходной системы шин).
— в ряде схем, в целях повышения надежности, между секциями систем сборных шин принята установка двух последовательно включенных выключателей. Например, в схемах РУ 10 (6) кВ установка 
одного секционного выключателя допускается только при наличии 
соответствующих обоснований.

Глава 1.  
Принципы построения схем  
электрических соединений энергообъектов

1.1. Общие сведения и определения
Г

лавная схема (ГС) электрических соединений энергообъекта — 
это совокупность основного электротехнического оборудования, 
коммутационной аппаратуры и токоведущих частей, отражающая порядок их соединения между собой.
В общем случае элементы главной схемы электрических соединений 
можно разделить на две части:
1) внешние присоединения (далее в тексте — Присоединения) — генераторы, блоки «генератор-трансформатор», трансформаторы, автотрансформаторы, линии электропередачи, шунтирующие реакторы;
2) внутренние элементы, которые в свою очередь делятся на:
— схемообразующие — элементы, образующие структуру схемы: 
коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители, отделители и т. п.), токоведущие части (сборные шины, участки токопроводов), токоограничивающие реакторы;
— вспомогательные — элементы, предназначенные для обеспечения нормальной работы ГС: трансформаторы тока, напряжения, 
разрядники и т. п.
Неуклонная тенденция концентрации мощности на энергетических 
объектах остро ставит проблемы, связанные с надежностью и экономичностью электроэнергетических систем (ЭЭС) в целом и, в частности, главных 
схем электрических соединений энергообъектов и их распределительных 
устройств (РУ). С одной стороны, это связано с повышением значимости 
присоединений ГС для сохранения нормальной работы ЭЭС, а с другой — 
со значительным ростом единичной стоимости оборудования ГС. Прежде 
всего (но не исключительно) это касается РУ сверхвысокого и ультравысокого напряжения.

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПОДСТАНЦИЙ

В связи с уникальностью объектов и значительной неопределенностью 
исходных данных процесс выбора главной схемы всегда является результатом технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов, 
цель которого — выявить наиболее предпочтительный с точки зрения удовлетворения заданных качественных и количественных условий. Учет экономических, технических и социальных последствий, связанных с различной степенью надежности ГС, в настоящее время представляет наибольшую 
сложность этапа технико-экономического сравнения. Это связано, в первую 
очередь, с недостаточностью исходных данных (особенно статистических 
характеристик надежности), сложностью формулирования показателей надежности ГС в целом и определения ущербов от недоотпуска электроэнергии и нарушений устойчивости параллельной работы ЭЭС.
Основное назначение схем электрических соединений энергообъектов заключается в обеспечении связи ее присоединений между собой в различных режимах работы. Именно это определяет следующие 
основные требования к ГС:
— надежность — повреждения какого-либо присоединения или внутреннего элемента не должны, по возможности, приводить к потере питания исправных присоединений;
— ремонтопригодность — вывод в ремонт какого-либо присоединения 
или внутреннего элемента не должен, по возможности, приводить 
к потере питания исправных присоединений и снижению надежности их питания;
— гибкость — возможность быстрого восстановления питания исправных присоединений;
— возможность расширения — подключение к схеме новых присоединений без значительных изменений существующей части;
— простота и наглядность — снижение возможных ошибок эксплуатационного персонала;
— экономичность — минимальная стоимость при условии выполнения перечисленных выше требований.
Анализ надежности схем электрических соединений осуществляется путем оценки последствий различных аварийных ситуаций, которые могут возникать на присоединениях и элементах ГС (любое присоединение и любой элемент ГС могут послужить источником отказа и любой 
из них необходимо периодически ремонтировать).
Условно аварийные ситуации в ГС можно разбить на три группы:
— аварийные ситуации типа «отказ» — отказ какого-либо присоединения или элемента ГС, возникающий при нормально работающей ГС;
— аварийные ситуации типа «ремонт» — ремонт какого-либо присоединения или элемента ГС;