Схема однолинейного подключения подстанции: что она показывает

Однолинейная схема, безусловно, является самым важным, но также часто игнорируемым чертежом на подстанции. Хотя она не функционирует как строительная схема и не выполнена в масштабе, она удобно скрывает две из трех фаз. Тем не менее, каждое исследование короткого замыкания, каждое настройка защиты, каждый журнал распределительного устройства и каждая этикетка Arc Flash восходят к однолинейной схеме. Любые ошибки или задержки в ее обновлении приводят к последующим ошибкам во всех других связанных документах.

Однолинейная схема действительно является самым важным, но часто игнорируемым чертежом на подстанции. Это не строительная схема и не выполнена в масштабе, но она легко скрывает две трети фаз. Несмотря на этот факт, каждое исследование короткого замыкания, настройка защиты, журнал распределительного устройства и этикетка Arc Flash могут быть прослежены обратно к однолинейной схеме. Любые ошибки и упущения, связанные с обновлением, также могут привести к ошибкам во всех связанных документах.

Что такое однолинейная схема и что она собой не представляет

Однолинейная схема, также известная как SLD, — это схема, в которой трехфазные силовые системы представлены одной линией для каждого электрического подключения. Поскольку электрические машины построены одинаково для двух фаз, они могут использовать одну конфигурацию не только для одной фазы, но и для всех трех одновременно. Символы, используемые в SLD, определяют, какое обновление машины применяется в каждой точке SLD. Чтобы быть гибкой, SLD придерживается ряда установленных правил. В Северной Америке это означает использование символов, составленных в соответствии со стандартом IEEE 315; в других частях мира рекомендуется использовать символы IEC 60617.

Устройства представлены их позициями в SLD, в то время как приоритеты электрических установок изображены на других типах чертежей. Это означает, что в тех случаях, когда оба расположения не могут быть показаны, будет отображаться электрическая схема.

Различие между однолинейной схемой как инструментом исследования и как строительным документом стоит сохранить, потому что практика в США проводит более четкую грань между двумя, чем большинство рынков IEC, как это объяснение унифилярной (однолинейной) схемы в практике коммунальных и промышленных предприятий США излагает.

Что должна показывать каждая однолинейная схема

Однолинейная схема считается полной только в том случае, если она включает все необходимые детали. Пропуск чего-либо не позволит SLD выполнять свою функцию в исследованиях, для которых она была разработана:

• Шины, содержащие название или номер и номинальное напряжение. Представление будет выглядеть как толстая линия.
• Трансформаторы, где необходимо указать номинальную мощность и напряжения, импеданс в процентах, соединение (дельта или звезда), заземление и диапазон отводов, а также схему обмоток.
• Генераторы, информация, которую необходимо предоставить, включает номинальную мощность, выходное напряжение, коэффициент мощности, реактансы и нейтральное заземление.
• Линии и кабели: длина, тип проводника или кабеля и импеданс.
• Выключающие устройства: автоматические выключатели, разъединители и предохранительные выключатели вместе с их характеристиками и позициями.
• Инструментальные трансформаторы, с коэффициентами трансформации тока и напряжения и функциями реле, которые питают эти трансформаторы.
• Нагрузки и машины: номинальная мощность, коэффициент мощности и начальные данные о запуске в случае больших моторов.
• Компенсация: банка конденсаторов и реакторы с их номинальными значениями в Mvar.

Этот список также является причиной преобразования однолинейной схемы в схему пер-подобного импеданса для исследований. Каждый компонент будет заменен на его эквивалент в пер-подобном значении на основе выбранной базовой системы, и результирующая система — это то, что будет решать программное обеспечение для расчета нагрузки или короткого замыкания.

Чтение символов

Настройка на визуальный язык — это простая задача после освоения основ. Машина в ротации выглядит как круг с символом рядом с буквой: G для генератора, M для мотора. Трансформатор с двумя катушками выглядит как два закрученных круга или, в ряде североамериканских схем, как два противоположных закрученных символа с символами дельты или звезды рядом и символом заземления рядом с любым текущим заземляющим продуктом. Шинопроводы выглядят как толстые линии с более тонкими линиями вокруг них, указывающими на исходящие цепи. Автоматический выключатель выглядит как маленький квадрат в традиции ANSI, в то время как в схемах IEC он может быть изображен как символ контракта с определенным словом. Разъединитель работает как открытое лезвие, потому что, в отличие от автоматического выключателя, он не предназначен для этой работы и обычно используется, когда нет энергии. Предохранители изображаются как зигзаги или прямоугольники на линиях чертежа.

Первое, что всегда делается неправильно при чтении однолинейной схемы в первый раз, — это путаница между двумя устройствами, находящимися рядом друг с другом. Автоматический выключатель и разъединитель в последовательном соединении могут выглядеть похоже, но предоставляют совершенно разные услуги: автоматический выключатель фактически прерывает короткие замыкания, в то время как разъединитель обеспечивает видимую изоляцию. Практика обслуживания, которая путает одно с другим, является основной причиной несчастных случаев.

Номера устройств и эквиваленты IEC 61850

Номера в маленьких кругах рядом с трансформаторами тока указывают функции этих защит даже до обращения к какому-либо ключу. В соответствии с IEEE C37.2-2022 действительны 95 номеров функций устройств и 22 акронима, и обычно вы столкнетесь со следующими:

• 52 — автоматический выключатель переменного тока (это исключает само реле)
• 50 / 51 — мгновенное превышение тока / временное превышение тока
• 87 / 87T / 87B — дифференциальная защита, дифференциальная защита трансформатора, дифференциальная защита шин
• 27 / 59 — недовольтное / превышение напряжения
• 25 — проверка синхронизации
• 79 — автоматическое повторное включение
• 86 — реле вне службы

Буквы в конце номеров уточняют функцию до определенной формы, например, 51P-1 — это первый шаг в функции временного превышения тока в фазе. IEC использует разные обозначения для одних и тех же функций. Например, IEC 60617 использует простые символы для количества и сравнения, такие как I> для превышения тока. IEC 61850 определяет каждую функцию как экземпляр логических узлов, например, PTOC для временного превышения тока. Производители реле используют все три обозначения, чтобы клиенты могли найти определения реле, используя любое из трех стандартов. Например, в руководстве для реле ABB REF615 для фидера его реле низкого уровня трехфазного непреднамеренного превышения тока имеет обозначения PHLPTOC согласно IEC 61850, 3I> согласно IEC 60617, 51P-1 в IEC-ANSI.

На рисунке показаны только вторичные цепи трансформаторов в их упрощенной версии, то есть только полярности напряжений изображены без их возвратных путей. Это облегчает чтение схемы. Устройства, подключенные к этим цепям — реле, счетчики, трансдьюсеры — получают круговую схему. Установка, которая следует этой дисциплине от начала до конца, от 10 кВ внутренних токовых трансформаторов, которые питают цепи реле до панелей реле, на которых они заканчиваются, является местом, где SLD остается полезным на протяжении десятилетий, вместо того чтобы становиться историческим документом.

Три схемы, которые на самом деле нужны подстанции

Стандартная система может производить множество однолинейных схем, каждая из которых предназначена для конкретной цели, и их смешение приводит к серьезным осложнениям:

• Схема исследования показывает подстанцию, сокращенную до шин и связей между ними для ее решения с помощью программного обеспечения для расчета нагрузки или короткого замыкания.
• Операционная схема изображает все автоматические выключатели и изоляторы в конфигурации узел-выключатель, так как оператор должен понимать, какой выключатель питает какую ячейку, и что все устройства, изображенные на схеме, обычно находятся в своем стандартном режиме, что облегчает обнаружение соединения шин, которое обычно открыто.
• Схема защиты показывает позиции ТТ и ВТ вместе с функциями реле, которые они выполняют, а также автоматические выключатели, которые отключает любое реле.

В ситуациях, когда что-то не может быть четко указано в однолинейной схеме — полярность токового трансформатора, подключение измерительных устройств — используется трехлинейная схема, показывающая нейтраль вместе со всеми тремя фазами, что является скорее исключением, чем общей практикой.

Компоновка шин и что они вам говорят

Конструкция шин в схематическом представлении электрической системы отражает как ее эффективность, так и цену. Следовательно, это обычно первое, что учитывает квалифицированный специалист:

• Одна шина — самое простое и дешевое решение. Любой сбой или ремонт шины приведет к отключению шины и остановке всей цепи, подключенной к этой шине. Эта конструкция хорошо работает для небольших распределительных станций, но неприемлема в случае более жизненно важных поставок электроэнергии.
• Двойная шина – один или два выключателя. Установка второй шины помогает в передаче нагрузок; метод с двойным выключателем позволяет проводить операции на шине без необходимости отключения шины, что, однако, увеличивает затраты.
• Кольцевая шина – это расположение шинной системы в круге, при котором все цепи получают электричество с двух сторон. В этом случае любой выход из строя автоматического выключателя можно легко устранить.
• Полуторавыключатель – три автоматических выключателя для всего лишь двух цепей, что позволяет всем нагрузкам оставаться под напряжением, даже если шина или выключатель выходят из строя. Это стандартное решение для важных электрических систем.
• Основная и резервная шина – это включает дополнительную шину и резервный автоматический выключатель, так что возможно отключить автоматический выключатель, пока линия остается включенной.

Изучение конфигураций шин – это самый быстрый способ определить, насколько устойчива система к отключениям, что объясняет огромную разницу в стоимости между аналогичными подстанциями. Более широкий вопрос оборудования – что нужно для полноценной станции и сколько это стоит – рассматривается в этом обзоре. что на самом деле включает в себя полный пакет подстанции для международных покупателей.

Ячейки, распределительное оборудование и граница схемы

SLD имеет разные категории ячеек, включая ячейки входной линии, ячейки трансформаторов, ячейки соединителей шин или секционных ячеек, ячейки питающих линий и ячейки конденсаторов или реакторов. Каждая ячейка является единицей, которая имеет свой собственный автоматический выключатель и разъединители, ВТ, ТТ и заземляющий переключатель, в то время как в зависимости от положения SLD на странице, каждая ячейка читается с одного конца на другой.

То, что на SLD представлено в виде символов, интегрированных в ячейку, на самом деле представляет собой значительное количество реального оборудования. В большинстве случаев на приложениях распределительного оборудования среднего напряжения с воздушной изоляцией ячейка выглядит как выдвижной блок, заключенный в металл, и физическое расположение символов имеет значение между графическим представлением и реальным оборудованием, указанным в спецификации. A 12 кВ выдвижной сборки распределительного оборудования в металлическом корпусе это оборудование, в которое типичная ячейка SLD с одной шиной или двойной шиной преобразуется на месте. Две ячейки на чертеже, один корпус в реальности.

GIS и IEC 61850: две вещи, которые изменяют чертеж

За последние десять лет две вещи изменили способ создания SLD.

Первое — это появление газоизолированного распределительного оборудования. В отличие от AIS, где автоматические выключатели, разъединители и заземляющий переключатель изображены отдельно на схеме (поскольку оборудование расположено на открытом воздухе), ячейка GIS обычно представляется как единый блок, поскольку все оборудование находится в герметичном корпусе. Если вам повстречается чертеж, показывающий компоновку GIS в соответствии с принципами AIS, это устаревший чертеж или просто ошибка.

Второе развитие — это IEC 61850 и процессная шина. В случае объединяющего устройства аналоговые сигналы оцифровываются и передаются по волокну, в то время как физическое соединение не указывает, какой аналоговый вход используется интеллектуальным электронным устройством (IED). Прямая корреляция между ТТ и входом реле становится набором данных, которые система может использовать, а не прямым соединением.

IEC 61850 также позволил создать чертежи, читаемые машиной. Однолинейная схема теперь преобразована в данные, поскольку Язык конфигурации подстанции, указанный в IEC 61850-6, может описывать SLD и его компоненты в форме данных.

Как подготовить SLD

Давайте будем реалистами: процесс скучен, и последовательность важна:

• Установите границы проекта. Укажите источник энергии и конечную точку схемы. После этого никто не будет против вашего вывода.
• Соберите информацию о используемом источнике. Это включает его уровень короткого замыкания, точку подключения, импеданс, информацию о используемых трансформаторах, включая диапазон отводов и векторную группу, информацию о ТТ и ВТ, используемых в соединении.
• Разместите схему вертикально, с источниками вверху и нагрузками внизу.
• Расположите переключатели. Открытые переключатели как соединители должны быть отмечены как таковые, не будучи скрытыми в примечаниях.
• Добавьте устройства на электрическую схему. Включите позиции CT и VT, количество устройств или названия IEC 61850 и матрицу отключения.
• Укажите номинальные мощности. Просто автоматический выключатель без параметров не имеет смысла.
• Дважды проверьте данные с реальными исследованиями и сравните их с SLD. Если они не совпадают, это означает, что либо вывод неверен, либо само исследование ошибочно.
• Распечатайте это как контролируемый документ с полем для ревизии. SLD без контроля перестает быть действительным и надежным в течение одного года.

Почему устаревший SLD хуже, чем отсутствие SLD

Дизайн, основанный на устаревшей схеме, дает надежно ошибочные результаты. Все исследования цепей и расчеты дуговых вспышек начинаются с однолинейной схемы, и эта схема является частью любого отчета по дуговым вспышкам и важна для рабочего места. Это означает, что устаревшая схема напрямую переводится в номинальные характеристики оборудования, типы СИЗ и настройки защитных устройств. Проблема не в том, что “мы не знаем”, а в том, что “мы думаем, что знаем, но число неверно”.

Вот почему однолинейная схема зарабатывает свои деньги дважды — сначала, когда проектируется оборудование, и второй раз, когда кто-то работает с этим оборудованием. Поддержание однолинейной схемы в актуальном состоянии — это работа, требующая порядка, а не инженерии, и обычно это первое, о чем забывают.

Часто задаваемые вопросы

Что такое SLD подстанции?

SLD подстанции относится к алфавитной схеме, которая отображает электрическое соединение и изоляцию оборудования энергетической системы. Все трехфазные цепи на схеме представлены одной единственной линией. Каждое устройство на схеме показано символическим языком с номерами, обозначающими его типы.

Каково значение SLD в электротехнике?

Однолинейная схема, часто называемая однолинейной схемой или унифилярной схемой, получила свое название от представления трех фаз оборудования питания в одной линии. На рынках IEC правила рисования вытекают из IEC 61082-1, в то время как символы берутся из IEC 60617 или IEEE Std 315 в Северной Америке соответственно.

Что такое SLD в строительстве?

В строительных приложениях однолинейная схема — это документ, который определяет электрическую область: какие линии питания доступны, кто за ними следит и какие значения используются. Подрядчики используют его для оценки стоимости распределительного оборудования и графика кабелей; а команды по вводу в эксплуатацию используют его для установления программы переключения и проверки, соответствует ли предоставленное оборудование проекту.

Как подготовить SLD?

В строительных работах однолинейная схема предоставляет информацию о электрических элементах, таких как то, что было запитано, что его питает и как. Подрядчики используют этот документ при оценке стоимости распределительного оборудования и графика кабелей, в то время как команды по вводу в эксплуатацию следуют ему для установления программы переключения и проверки, соответствует ли предоставленное оборудование проекту.

Ссылки

1. Портал электротехнической инженерии — Понимание однолинейных схем подстанций и процесса шины IEC 61850
2. SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) — руководства по применению защиты и нумерация функций устройств на практике
3. Hitachi Energy — автоматизация подстанций, документация по системам IEC 61850 и портфолио распределительных устройств
4. Siemens Energy — справочные материалы по подстанциям высокого напряжения и цифровым подстанциям
5. GE Vernova — документация по решениям для сети о схемах защиты и проектировании подстанций
6. Mitsubishi Electric — технические публикации по оборудованию для распределения электроэнергии и подстанций
7. NFPA — NFPA 70E, который требует актуальной однолинейной схемы для документации по дуговым вспышкам
8. Международная электротехническая комиссия — IEC 61082-1, IEC 60617, IEC 81346 и IEC 61850-6

Заключение

Однолинейная схема подстанции — это довольно маленькая схема с большой функцией. Она указывает соединения, какой реле активирует какой автоматический выключатель и какие номиналы применяются, и многое зависит от ее правильности и актуальности: все, от исследования неисправностей до плана эксплуатации, зависит от нее. Читайте ее как есть, обращайте внимание на номера, присвоенные устройствам, и рассматривайте модификацию как часть схемы, а не как дополнение. Для работ по модернизации и расширению применяется та же дисциплина с первого обследования площадки, что является подходом к проектам по модернизации подстанций коммунальных сетей, которые начинаются с существующей конфигурации.