Войти
Элементы подстанции . A: Сторона первичных линий электропередач. B: Сторона вторичных линий электропередач. 1. Линии первичного электропередачи. 2. Провод заземления. 3. Воздушные линии. 4. Трансформатор для измерения электрического напряжения. 5. Разъединительный выключатель. 6. Автоматический выключатель. 7. Трансформатор тока. 8. Грозозащитный разрядник. 9. Главный трансформатор. 10. Здание управления. 11. Ограждение. 12. Вторичные линии электропередач 
Электрическая подстанция 50 Гц в Мельбурне, Австралия. На нем показаны три из пяти трансформаторов 220 кВ / 66 кВ, а также противопожарные барьеры высоковольтных трансформаторов, каждый мощностью 150 МВА. Эта подстанция построена с использованием стальных решетчатых конструкций для поддержки проводов и оборудования напряженной шины. 
Подстанция от 115 кВ до 41,6 / 12,47 кВ 5 МВА 60 Гц с переключателем цепи, регуляторами, устройствами повторного включения и зданием управления в Уоррен, Миннесота 224>. На данной подстанции показаны элементы низкопрофильной конструкции; устройство установлено на отдельных колоннах. A подстанция является частью электрической системы поколения, передачи и распределения. Подстанции преобразуют напряжение с высокого на низкое или наоборот, или выполняют любую из нескольких других важных функций. Между генерирующей станцией и потребителем электроэнергия может протекать через несколько подстанций с разными уровнями напряжения. Подстанция может включать в себя трансформаторы для изменения уровней напряжения между высокими напряжениями передачи и более низкими напряжениями распределения или при соединении двух разных напряжений передачи.
Подстанции могут принадлежать и эксплуатироваться электроэнергетической компанией или могут принадлежать крупному промышленному или коммерческому заказчику. Как правило, подстанции не обслуживаются, и для удаленного наблюдения и управления используется SCADA.
Слово «подстанция» пришло из дней до того, как распределительная система стала сетью. По мере того как центральные генерирующие станции становились больше, меньшие генерирующие станции были преобразованы в распределительные станции, получая электроэнергию от более крупной электростанции вместо использования своих собственных генераторов. Первые подстанции были подключены только к одной электростанции, где размещались генераторы, и являлись дочерними предприятиями этой электростанции.
Станция 220 кВ / 110 кВ / 20 кВ в Германии Подстанции могут быть описаны по их классу напряжения, их применению в энергосистеме, используемому методу для изоляции большинства соединений, а также по стилю и материалам используемых конструкций. Эти категории не разделены; например, для решения конкретной проблемы передающая подстанция может включать в себя важные функции распределения.
Подстанция в России Передающая подстанция соединяет две или более линий электропередачи. Самый простой случай - это когда все линии передачи имеют одинаковое напряжение. В таких случаях подстанция содержит высоковольтные переключатели, которые позволяют подключать или изолировать линии для устранения неисправностей или обслуживания. Передающая станция может иметь трансформаторы для преобразования между двумя напряжениями передачи, устройства управления напряжением / коррекции коэффициента мощности, такие как конденсаторы, реакторы или статические компенсаторы VAR. и оборудование, такое как фазосдвигающие трансформаторы, для управления потоком мощности между двумя соседними энергосистемами.
Минимальная подстанция ВН в Германии Передающие подстанции могут быть от простых до сложных. Маленькая «коммутационная станция» может быть немного больше, чем шина плюс несколько автоматических выключателей. Самые большие передающие подстанции могут покрывать большую площадь (несколько акров / га) с несколькими уровнями напряжения, множеством автоматических выключателей и большим количеством защитного и контрольного оборудования (трансформаторы напряжения и тока, реле и системы SCADA ). Современные подстанции могут быть реализованы с использованием международных стандартов, таких как Стандарт МЭК 61850.
Трансформаторная башня в Европе. Источник среднего напряжения спереди, выход низкого напряжения сбоку. 
Распределительная подстанция в Скарборо, Онтарио, замаскированная под дом, с подъездной дорожкой, пешеходной дорожкой и скошенный газон и кустарники во дворе. Предупреждающая надпись хорошо видна на «входной двери». Маскировка под подстанции обычна во многих городах. Распределительная подстанция передает энергию от системы передачи к системе распределения области. Непосредственно подключать потребителей электроэнергии к основной сети передачи неэкономично, если они не потребляют большие объемы энергии, поэтому распределительная станция снижает напряжение до уровня, подходящего для местного распределения.
Вход для распределительной подстанции обычно представляет собой как минимум две линии передачи или субпередачи. Входное напряжение может составлять, например, 115 кВ или другое, распространенное в этом районе. На выходе - несколько кормушек. Напряжение в распределительных сетях обычно среднего напряжения, от 2,4 кВ до 33 кВ, в зависимости от размера обслуживаемой территории и практики местного коммунального предприятия. Фидеры проходят по улицам над головой (или в некоторых случаях под землей) и питают распределительные трансформаторы в помещениях заказчика или рядом с ними.
Помимо преобразования напряжения, распределительные подстанции также изолируют неисправности в системах передачи или распределения. Распределительные подстанции обычно являются точками регулирования напряжения, хотя в длинных распределительных цепях (несколько миль / километров) оборудование регулирования напряжения также может быть установлено вдоль линии.
В центральных районах больших городов есть сложные распределительные подстанции с высоковольтной коммутацией, а также коммутационные и резервные системы на низковольтной стороне. Более типичные распределительные подстанции имеют выключатель, один трансформатор и минимальное оборудование на стороне низкого напряжения.
В проектах распределенной генерации, таких как ветряная электростанция или фотоэлектрическая электростанция, коллекторная подстанция может быть обязательным. Он напоминает распределительную подстанцию, хотя поток энергии идет в противоположном направлении, от многих ветряных турбин или инверторов вверх в сеть передачи. Обычно из соображений экономии строительства коллекторная система работает около 35 кВ, хотя некоторые коллекторные системы составляют 12 кВ, и коллекторная подстанция повышает напряжение до напряжения передачи для сети. Коллекторная подстанция также может обеспечивать коррекцию коэффициента мощности, если это необходимо, измерения и управление ветровой электростанцией. В некоторых особых случаях коллекторная подстанция может также содержать преобразовательную подстанцию HVDC.
Коллекторные подстанции также существуют там, где рядом расположены несколько тепловых или гидроэлектростанций сравнимой выходной мощности. Примерами таких подстанций являются Браувайлер в Германии и Градец в Чешской Республике, где энергия поступает от близлежащих электростанций, работающих на буром угле. Если для повышения напряжения до уровня передачи трансформаторы не требуются, подстанция является коммутационной станцией.
Преобразовательные подстанции могут быть связаны с HVDC преобразовательными установками, тяговым током или взаимосвязанными несинхронными сетями. Эти станции содержат силовые электронные устройства для изменения частоты тока или преобразования переменного тока в постоянный или наоборот. Ранее поворотные преобразователи изменяли частоту, чтобы соединить две системы; в настоящее время такие подстанции редкость.
Коммутационная станция - это подстанция без трансформаторов, работающая только на одном уровне напряжения. Коммутационные станции иногда используются как коллекторные и распределительные. Иногда они используются для переключения тока на резервные линии или для распараллеливания цепей в случае отказа. Примером могут служить коммутационные станции для линии передачи HVDC Inga – Shaba.
Коммутационная станция также может быть известна как распределительное устройство, и они обычно расположены непосредственно рядом с электростанцией или поблизости от нее. В этом случае генераторы от электростанции подают свою энергию во двор на генераторную шину на одной стороне двора, а линии передачи получают энергию от питающей шины на другой стороне двора.
Важной функцией, выполняемой подстанцией, является переключение, то есть подключение и отключение линий передачи или других компонентов к системе и от нее. События переключения могут быть запланированными или незапланированными. Линию передачи или другой компонент может потребоваться обесточить для обслуживания или нового строительства, например, добавления или удаления линии передачи или трансформатора. Для обеспечения надежности поставок компании стремятся поддерживать систему в рабочем состоянии при выполнении технического обслуживания. Все работы, которые необходимо выполнить, от текущих испытаний до добавления совершенно новых подстанций, должны выполняться при сохранении работоспособности всей системы.
Распределительное устройство на плотине Гранд-Кули, США, 2006 г.
Бывшая подстанция высокого напряжения в Штутгарте, Германия, ныне распределительная станция 110 кВ. Уровень 220 кВ исключен для упрощения сети.
Незапланированные переключения вызваны неисправностью в линии передачи или любом другом компоненте, например:
Функция коммутационной станции заключается в том, чтобы в кратчайшие сроки изолировать неисправную часть системы. Обесточивание неисправного оборудования защищает его от дальнейшего повреждения, а изоляция неисправности помогает поддерживать стабильную работу остальной электросети.
На электрифицированных железных дорогах также используются подстанции, часто распределительные. В некоторых случаях происходит преобразование текущего типа, обычно с помощью выпрямителей для цепей постоянного тока (DC) или поворотных преобразователей для поездов, использующих переменный ток (AC) на частотах, отличных от частоты сети общего пользования. Иногда они также являются передающими подстанциями или коллекторными подстанциями, если железнодорожная сеть также имеет свою собственную сеть и генераторы для снабжения других станций.
Мобильная подстанция - это подстанция на колесах, содержащая трансформатор, выключатели и шины, смонтированные на автономном полуприцепе, предназначенном для буксировки на грузовике . Они сконструированы так, чтобы быть компактными для передвижения по дорогам общего пользования, и используются в качестве временного резерва во время стихийного бедствия или войны. Мобильные подстанции обычно имеют гораздо более низкую оценку, чем стационарные установки, и могут быть построены в виде нескольких блоков, чтобы соответствовать ограничениям на движение по дорогам.
Подстанция Аделарда-Годбаута в Старом Монреаль - старейшая подстанция Канады, непрерывно работающая с 1901 года. Его фасад из глиняного кирпича с орнаментом из серого камня гармонирует с окружающей средой города. 
Подстанция в замковом здании 1910-х годов служит в качестве распределительный пункт рядом с плотиной Лесна, одной из нескольких гидроэлектростанций на реке Бубр. 
Распределительная башня 15 кВ / 400 В в Польше Подстанции в целом иметь коммутационную аппаратуру, аппаратуру защиты и управления, трансформаторы. На большой подстанции автоматические выключатели используются для прерывания любых коротких замыканий или токов перегрузки, которые могут возникнуть в сети. Небольшие распределительные станции могут использовать автоматические выключатели повторного включения или предохранители для защиты распределительных цепей. Сами подстанции обычно не имеют генераторов, хотя электростанция может иметь подстанцию поблизости. Другие устройства, такие как конденсаторы, регуляторы напряжения и реакторы, также могут быть расположены на подстанции.
Подстанции могут находиться на поверхности в огражденных помещениях, под землей или в зданиях специального назначения. В многоэтажках может быть несколько внутренних подстанций. Внутренние подстанции обычно используются в городских районах для снижения шума от трансформаторов по причине внешнего вида или для защиты распределительного устройства от экстремальных климатических условий или условий загрязнения.
A заземление (заземление) должно быть спроектировано. Общее повышение потенциала земли и градиенты потенциала во время повреждения (называемые потенциалом прикосновения и шаговым потенциалом) должны быть рассчитаны для защиты прохожих во время короткого замыкания в системе передачи. Замыкания на землю на подстанции могут вызвать повышение потенциала земли. Токи, протекающие по поверхности Земли во время повреждения, могут привести к тому, что металлические предметы будут иметь напряжение, значительно отличающееся от напряжения земли под ногами человека; этот потенциал прикосновения представляет опасность поражения электрическим током. Если подстанция имеет металлический забор, его необходимо правильно заземлить, чтобы защитить людей от этой опасности.
Основные проблемы, с которыми сталкивается энергетик, - это надежность и стоимость. Хорошая конструкция пытается найти баланс между этими двумя, чтобы добиться надежности без чрезмерных затрат. Конструкция также должна позволять при необходимости расширение станции.
Выбор местоположения подстанции должен учитывать множество факторов. Достаточная территория требуется для установки оборудования с необходимыми зазорами для электробезопасности, а также для доступа для обслуживания крупногабаритного оборудования, такого как трансформаторы.
Там, где земля дорогая, например, в городских районах, распределительное устройство с газовой изоляцией может сэкономить деньги в целом. Подстанции, расположенные в прибрежных районах, пострадавших от наводнений и тропических штормов, могут часто нуждаться в возвышении, чтобы оборудование было чувствительным к скачкам напряжения, защищенным от этих элементов. На объекте должно быть место для расширения из-за роста нагрузки или запланированных дополнительных линий передачи. Необходимо учитывать воздействие подстанции на окружающую среду, такое как дренаж, шум и влияние дорожного движения.
Площадка подстанции должна располагаться в разумных пределах по отношению к обслуживаемой распределительной зоне. Место должно быть защищено от вторжения прохожих, как для защиты людей от поражения электрическим током или дугой, так и для защиты электрической системы от неправильного использования из-за вандализма.
Подстанция Тоттенхэм, расположенная в дикой парковой зоне в Северном Лондоне. Первым шагом в планировании компоновки подстанции является подготовка однолинейной схемы, которая в упрощенной форме показано необходимое устройство коммутации и защиты, а также входящие линии питания и исходящие фидеры или линии передачи. Многие электроэнергетические компании обычно составляют однолинейные схемы с основными элементами (линиями, переключателями, автоматическими выключателями, трансформаторами), расположенными на странице аналогично тому, как устройство будет размещено на реальной станции.
В обычном исполнении входящие линии имеют разъединяющий выключатель и автоматический выключатель. В некоторых случаях на линиях не будет того и другого, и все, что считается необходимым, - это либо выключатель, либо автоматический выключатель. Выключатель-разъединитель используется для обеспечения изоляции, поскольку он не может прервать ток нагрузки. Автоматический выключатель используется в качестве защитного устройства для автоматического прерывания токов короткого замыкания и может использоваться для включения и выключения нагрузок или для отключения линии, когда мощность течет в «неправильном» направлении. Когда через автоматический выключатель протекает большой ток короткого замыкания, это обнаруживается с помощью трансформаторов тока . Величина выходов трансформатора тока может использоваться для отключения автоматического выключателя, что приводит к отключению нагрузки, питаемой разрывом цепи, от точки питания. Это направлено на то, чтобы изолировать точку отказа от остальной системы и позволить остальной части системы продолжить работу с минимальным воздействием. И выключатели, и автоматические выключатели могут управляться локально (в пределах подстанции) или дистанционно из центра диспетчерского управления.
С воздушными линиями передачи распространение молний и коммутационные скачки могут вызвать сбои изоляции в оборудовании подстанции. Линейный вход ограничители перенапряжения используются для соответствующей защиты оборудования подстанции. Исследования по координации изоляции проводятся всесторонне, чтобы гарантировать минимальное количество отказов оборудования (и связанных отключений ).
Пройдя мимо переключающих компонентов, линии с заданным напряжением подключаются к одной или нескольким шинам . Это наборы сборных шин, обычно в количестве, кратном трем, поскольку трехфазное распределение электроэнергии широко распространено во всем мире.
Расположение используемых переключателей, автоматических выключателей и шин влияет на стоимость и надежность подстанции. Для важных подстанций можно использовать кольцевую шину, двойную шину или так называемую установку «полутора выключателей», так что отказ любого одного автоматического выключателя не прерывает подачу питания на другие цепи, и чтобы части подстанции могли быть обесточенным для обслуживания и ремонта. Подстанции, питающие только одну промышленную нагрузку, могут иметь минимальные возможности переключения, особенно для небольших установок.
Эта однолинейная схема иллюстрирует концепцию полутора выключателя, часто используемую в распределительных устройствах. После установки шин для различных уровней напряжения, трансформаторы могут быть подключены между уровнями напряжения. Они снова будут иметь автоматический выключатель, как и линии передачи, на случай, если трансформатор неисправен (обычно это называется «короткое замыкание»).
Наряду с этим на подстанции всегда есть схемы управления, необходимые для подачи команды на размыкание различных автоматических выключателей в случае выхода из строя какого-либо компонента.
Первые электрические подстанции требовали ручного переключения или регулировки оборудования, а также ручного сбора данных о нагрузке, потреблении энергии и аномальных событиях. По мере роста сложности распределительных сетей возникла экономическая необходимость автоматизировать надзор и управление подстанциями из централизованно обслуживаемой точки, чтобы обеспечить общую координацию в случае аварийных ситуаций и снизить эксплуатационные расходы. В ранних попытках удаленного управления подстанциями использовались выделенные провода связи, часто проложенные вместе с силовыми цепями. Линия электропередачи, микроволновая радиосвязь, оптоволоконный кабель, а также выделенные проводные цепи дистанционного управления - все это применяется для диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) для подстанций. Разработка микропроцессора привела к экспоненциальному увеличению количества точек, которые можно было бы экономично контролировать и контролировать. Сегодня стандартизированные протоколы связи, такие как DNP3, IEC 61850 и Modbus, и это лишь некоторые из них, используются, чтобы позволить нескольким интеллектуальным электронным устройствам связываться друг с другом. и диспетчерские центры управления. Распределенное автоматическое управление на подстанциях является одним из элементов так называемой интеллектуальной сети.
Выключатели, выключатели, трансформаторы и другие устройства могут быть соединены между собой неизолированными проводниками с воздушной изоляцией, натянутыми на несущие конструкции.. Требуемое воздушное пространство увеличивается с увеличением напряжения в системе и с номинальным напряжением грозового перенапряжения. На распределительных подстанциях среднего напряжения можно использовать распределительное устройство в металлическом корпусе и вообще не открывать токоведущие проводники. Для более высоких напряжений распределительное устройство с газовой изоляцией уменьшает пространство, необходимое вокруг шины под напряжением. Вместо неизолированных проводов шина и аппаратура встраиваются в трубчатые контейнеры под давлением, заполненные газом гексафторидом серы (SF 6). Этот газ имеет более высокие изолирующие свойства, чем воздух, что позволяет уменьшить размеры устройства. Помимо воздуха или газа SF 6, в аппарате будут использоваться другие изоляционные материалы, такие как трансформаторное масло, бумага, фарфор и полимерные изоляторы.
Наружные надземные конструкции подстанции включают деревянный столб, решетчатую металлическую опору и трубчатые металлические конструкции, хотя доступны и другие варианты. Там, где много места и внешний вид станции не имеет значения, опоры из стальной решетки обеспечивают недорогие опоры для линий электропередачи и оборудования. Низкопрофильные подстанции можно уточнить на дачных участках, где внешний вид более критичен. Внутренние подстанции могут быть распределительными устройствами с элегазовой изоляцией (при высоком напряжении) или распределительными устройствами в металлическом или металлическом корпусе при более низких напряжениях. Внутренние городские и пригородные подстанции могут быть отделаны снаружи так, чтобы гармонировать с другими зданиями в этом районе.
Компактная подстанция, как правило, представляет собой внешнюю подстанцию, построенную в металлическом корпусе, в котором каждый элемент электрического оборудования расположен очень близко друг к другу, чтобы создать относительно меньший размер подстанции.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Электрической подстанцией. |
R. М. С. де Оливейра и К. Л. С. С. Собриньо (2009). «Вычислительная среда для моделирования ударов молнии в электрической подстанции методом конечных разностей во временной области». IEEE Transactions по электромагнитной совместимости. 51 (4): 995–1000. doi :10.1109/TEMC.2009.2028879.
