Электри́ческая подста́нция — электроустановка, предназначенная для приёма, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройствГОСТ 24291-90 «Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения».
Назначение Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая (или понизительная) подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.
Необходимость в повышении передаваемого напряжения возникает в целях многократной экономии металла, используемого в проводах ЛЭП, и уменьшения потерь на активном сопротивлении. Действительно, необходимая площадь сечения проводов определяется только силой проходящего тока и отсутствием возникновения коронного разряда. Также уменьшение силы проходящего тока влечёт за собой уменьшение потери энергии, которая находится в прямой квадратичной зависимости от значения силы тока. С другой стороны, чтобы избежать высоковольтного электрического пробоя, применяются специальные меры: используются специальные изоляторы, провода разносятся на достаточное расстояние и т. д. Основная же причина повышения напряжения состоит в том, что чем выше напряжение, тем большую мощность и на большее расстояние можно передать по линии электропередачи.
Устройство
Основные элементы электроподстанций: Силовые трансформаторы, автотрансформаторы, шунтирующие реакторы. Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи. Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая: Системы и секции шин. Силовые выключатели. Разъединители. Измерительное оборудование (измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы). Оборудование ВЧ-связи между подстанциями (конденсаторы связи, ВЧ-заградители, фильтры присоединения). Токоограничивающие, регулирующие устройства (конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр.). Преобразователи частоты, рода тока (выпрямители). Система питания собственных нужд подстанции: Трансформаторы собственных нужд. Щит переменного тока. Дизельные генераторы и другие аварийные источники энергии (на крупных и особо важных подстанциях). Система оперативного постоянного тока: Аккумуляторные батареи. Щит постоянного (оперативного) тока или аппарат управления оперативным током. Шкафы распределения оперативного тока (ШРОТ). Системы защиты и автоматики: Устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики для силовых линий, трансформаторов, шин. Автоматическая система управления. Система телемеханического управления. Система технического и коммерческого учёта электроэнергии. Система технологической связи энергосистемы и внутренней связи подстанции. Система заземления, включая заземлители и контур заземления. Молниезащитные сооружения. Вспомогательные системы: Система вентиляции, кондиционирования, обогрева. Система автоматического пожаротушения. Система освещения территории. Система охранно-пожарной сигнализации, управления доступом. Система технологического и охранного видеонаблюдения. Устройства плавки гололёда на воздушных линиях. Системы аварийного сбора масла. Системы питания маслонаполненных кабелей. Бытовая, ливневая канализация, водопровод. Бытовые помещения, склады, мастерские и пр.
Классификация подстанций
Функционально подстанции делятся на: Трансформаторные подстанции — подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов. Преобразовательные подстанции — подстанции, предназначенные для преобразования рода тока или его частоты.
Электрическое распределительное устройство, не входящее в состав подстанции, называется распределительным пунктом. Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты называется вставкой постоянного тока.
По значению в системе электроснабжения: Главные понижающие подстанции (ГПП). Подстанции глубокого ввода (ПГВ). Тяговые подстанции для нужд электрического транспорта, часто такие подстанции бывают трансформаторно-преобразовательными для питания тяговой сети постоянным током. Трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ (КТП). Последние называются цеховыми подстанциями в промышленных сетях, городскими — в городских сетях.
В зависимости от места и способа присоединения подстанции к электрической сети нормативные документы не устанавливают классификации подстанций по месту и способу присоединения к электрической сети. Однако ряд источников даёт классификацию исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанцийСправочник по проектированию электрических сетей / Под редакцией Д. Л. Файбисовича. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. Тупиковые — питаемые по одной или двум радиальным линиям. Ответвительные — присоединяемые к одной или двум проходящим линиям на ответвлениях. Проходные — присоединяемые к сети путём захода одной линии с двухсторонним питанием. Узловые — присоединяемые к сети не менее чем тремя питающими линиями.
Ответвительные и проходные подстанции объединяют понятием промежуточные, которое определяет размещение подстанции между двумя центрами питания или узловыми подстанциями. Проходные и узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между узлами сети, называют транзитными.
Также используется термин «опорная подстанция», который, как правило, обозначает подстанцию более высокого класса напряжения по отношению к рассматриваемой подстанции или сети.
В связи с тем, что ГОСТ 24291-90 определяет опорную подстанцию как «подстанцию, с которой дистанционно управляются другие подстанции электрической сети и контролируется их работа», для указанного выше значения целесообразнее использовать термин «центр питания».
По месту размещения подстанции делятся на: Открытые — подстанции, оборудование которых расположено на открытом воздухе. Закрытые — подстанции, оборудование которых расположено в здании.
Отдельные разновидности: — подстанция, содержащая все необходимые узлы для включения в электросеть и поставляемая в собранном или полностью подготовленном к сборке виде. Мачтовая трансформаторная подстанция — подстанция, предназначенная для установки на опоры достаточной для того, чтобы не требовать установки ограждений, высоты. Электроподстанции могут располагаться на открытых площадках, в закрытых помещениях (ЗТП — закрытая трансформаторная подстанция), под землёй и на опорах (МТП — мачтовая трансформаторная подстанция), в специальных помещениях зданий-потребителей. Встроенные подстанции — типичная черта больших зданий и небоскрёбов.
Цифровая подстанция
Цифровой называется такая электрическая подстанция, управление которой осуществляется с помощью цифровых методов и технических средств. Комплекс управления состоит из трех автономных частей в основе каждой из которых есть своя отдельная модель электроэнергетической системы: Оперативно-диспетчерское управление. В этой части решаются задачи управления в нормальных и утяжеленных режимах работы. Для формирования управляющих воздействий используются модели электроэнергетических систем в нормальных режимах. Управляющие воздействия реализуются, в основном, оперативно-диспетчерским персоналом с использованием вспомогательных устройств автоматики. Быстродействие — от нескольких минут, до нескольких часов. Противоаварийное управление. Эта часть комплекса обеспечивает управление при сильных возмущениях в условиях электромеханических переходных процессов (например, внезапное отключение линии, генератора, сброс или наброс значительной нагрузки). Цель управляющих воздействий — прекращение или ослабление аварийных режимов, обеспечение перехода к новому установившемуся режиму. Управляющие воздействия осуществляются, в основном, воздействием противоаварийной автоматики на регуляторы турбин, регуляторы возбуждения, регуляторы напряжения трансформаторов, коммутационные аппараты и др. Быстродействие — от долей секунды, до нескольких минут. Релейная защита. Она выполняет локальное управление электроэнергетической системой путём быстрого выявления и отделения поврежденных элементов от исправной части электроэнергетической системы. Управляющие воздействия осуществляются, как правило, через коммутационные аппараты (выключатели). Быстродействие — от долей секунды, до нескольких секунд. Эти три части управляющего комплекса построены на основе принципиально разных моделей электроэнергетических систем, имеют существенно разные динамические характеристики и, поэтому, реализуются в виде отдельных управляющих систем.
Примечания
Литература
Трансформа́торная подста́нция // Новый политехнический словарь / Гл. ред. А. Ю. Ишлинский. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. — С. 553. — 671 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-85270-322-2. Трансформа́торная подста́нция // Политехнический словарь / Редкол.: А. Ю. Ишлинский (гл. ред.) и др. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Советская энциклопедия, 1989. — С. 543. — 656 с. — 150 000 экз. — ISBN 5-85270-003-7.