6.2. Схемы электрических соединений кэс и аэс

а) Требования к схемам мощных тепловых электростанций:

Мощность генераторов, установленных на тепловых электростанциях, неуклонно возрастает. Освоены в эксплуатации блоки 500, 800 МВт, осваиваются блоки 1200 МВт. Установленная мощность современных КЭС достигает нескольких миллионов киловатт. На шинах таких электростанций осуществляется связь между несколькими электростанциями, происходит переток мощности из одной части энергосистемы в другую. Все это приводит к тому, что крупные КЭС играют очень ответственную роль в энергосистеме. К схеме электрических соединений КЭС помимо общих требовании, рассмотренных в § 3.1, предъявляются и другие специфические требования:

1. Главная схема должна выбираться на основании утвержденного проекта развития энергосистемы, т. е. должны быть согласованы напряжения, на которых выдается электроэнергия, графики нагрузки на этих напряжениях, схема сетей и число отходящих линий, допустимые токи к. з. на повышенных напряжениях, требования в отношении устойчивости и секционирования сетей, наибольшая допустимая потеря мощности по резерву в энергосистеме и пропускной способности линий электропередачи.

2. На электростанциях с блоками 300 МВт и более повреждение или отказ любого выключателя, кроме шиносоединительного и секционного, не должны приводить к отключению более одного энергоблока и одной или нескольких линий, если при этом сохраняется устойчивость энергосистемы. При повреждении секционного или шиносоединительного выключателя допускается потеря двух блоков и линий, если при этом сохраняется устойчивость энергосистемы. При совпадении повреждения или отказа одного выключателя с ремонтом другого также допускается потеря двух блоков.

3. Повреждение или отказ любого выключателя не должны приводить к нарушению транзита через шины электростанции, т. е. к отключению более одной цепи транзита, если он состоит из двух параллельных цепей.

4. Энергоблоки, как правило, следует присоединять через отдельные трансформаторы и выключатели на стороне повышенного напряжения.

5. Отключение линий электропередачи должно производиться не более чем двумя выключателями, а энергоблоков, трансформаторов собственных нужд не более чем тремя выключателями РУ каждого напряжения.

6. Ремонт выключателей напряжением 110 кВ и выше должен быть возможным без отключения присоединения.

7. Схемы РУ высокого напряжения должны предусматривать возможность секционирования сети или деления электростанции на самостоятельно работающие части с целью ограничения токов к. з.

8. При питании от данного РУ двух пускорезервных трансформаторов собственных нужд должна быть исключена возможность потери обоих трансформаторов при повреждении или отказе любого выключателя.

Все перечисленные требования в равной степени относятся к современным атомным электростанциям, на которых устанавливаются мощные блоки по 500 и 1000 МВт.

Окончательный выбор схемы зависит от ее надежности, что может быть оценено математическим методом по удельной повреждаемости элементов. Главная схема должна удовлетворять режимным требованиям энергосистемы, обеспечивать минимальные расчетные затраты.

б) Схемы блоков генератор – трансформатор и генератор – трансформатор – линия:

Схемы выдачи электроэнергии КЭС и АЭС характерны блочным соединением генераторов с трансформаторами. Рассмотрим более подробно схемы блоков генератор — трансформатор (рис. 6.5.).

В блоке с двухобмоточным трансформатором выключатели на генераторном напряжении, как правило, отсутствуют (рис. 6.5, а). Включение и отключение блока в нормальном и аварийном режимах производится выключателем В1 со стороны повышенного напряжения. Такой блок называют моноблоком. Соединение генератора с блочным трансформатором и отпайка к трансформатору с. н. выполняются на современных электростанциях закрытыми комплектными токопроводами с разделенными фазами, которые обеспечивают высокую надежность работы, практически, исключая междуфазные к. з. в этих соединениях. В этом случае никакой коммутационной аппаратуры между генератором и повышающим трансформатором, а также на ответвлении к трансформатору с. н. не предусматривается. Отсутствие выключателя на ответвлении к с. н. приводит к необходимости отключения всего блока при повреждении в трансформаторе с. н. (отключаются В1, выключатели со стороны 6 кВ трансформатора с. н. и АГП генератора).

Рис. 6.5. Схемы блоков генератор – трансформатор:

а, д – блоки с двухобмоточными трансформаторами; б – блок с автотрансформатором;

в – объединенный блок; г – блок с генератором 1200 МВт.

При высокой надежности работы трансформаторов и наличии необходимого резерва мощности в энергосистеме данная схема принята как типовая для блоков мощностью 160 МВт и более.

На рис. 6.5. б показана схема блока генератора с автотрансформатором. Такая схема применяется при наличии двух повышенных напряжений на КЭС или АЭС. При повреждении в генераторе отключается выключатель ВЗ, связь между двумя РУ повышенного напряжения сохраняется. При повреждении на шинах напряжением 110 - 220 кВ или 500 - 750 кВ отключится В2 или В1 соответственно, а блок останется работать на шины напряжением 500 - 750 или 110 - 220 кВ. Разъединители между выключателями В1, В2, ВЗ и автотрансформатором необходимы для возможности вывода в ремонт выключателей при сохранении в работе блока или автотрансформатора.

В некоторых случаях с целью упрощения и удешевления конструкции РУ напряжением 330 - 750 кВ применяется объединение двух блоков с отдельными трансформаторами под общий выключатель В1 (рис. 6.5.\, в). Выключатели В2, ВЗ необходимы для включения генераторов на параллельную работу и обеспечивают большую надежность, так как при повреждении в одном из генераторов второй генератор сохраняется в работе.

Следует отметить, что наличие генераторных выключателей позволяет осуществить пуск генератора без использования пускорезервного трансформатора с. н. В этом случае при отключенном выключателе генератора питание на шины с. н. подается через блочный трансформатор и рабочий трансформатор с. н. После всех операций по пуску генератор синхронизируется и включается выключателем В2 (ВЗ).

Вместо громоздких и дорогих воздушных выключателей на генераторном напряжении могут устанавливаться элегазовые выключатели нагрузки. В этом случае повреждение в любом из блоков приводит к отключению выключателя В1. После отделения поврежденного блока исправный блок включается в работу.

Применение объединенных блоков допустимо в мощных энергосистемах, имеющих достаточный резерв и пропускную способность межсистемных связей, в случае компоновочных затруднений (ограниченная площадь для сооружения РУ напряжением 500 - 750 кВ), а также в целях экономии выключателей, воздушных и кабельных связей между трансформаторами и РУ повышенного напряжения.

Объединенные блоки находят применение на АЭС, когда на один реактор устанавливается два турбогенератора.

Генераторы 1200 МВт, имеющие две независимые обмотки статора (шестифазная система), соединяются в блок с повышающим трансформатором с двумя обмотками НН: одной, соединенной в треугольник, а другой - в звезду для компенсации сдвига в 30° между двумя обмотками статора (рис. 6.5, г).

В ряде случаев применяются блоки с генераторным выключателем (рис. 6.5, д). Отключение и включение генератора осуществляется выключателем В (или выключателем нагрузки ВН), при этом не затрагивается схема на стороне ВН, что особенно важно для кольцевых схем или схем с 3/2 и 4/3 выключателя на цепь. Такие схемы применяются для блоков, которые участвуют в регулировании графика нагрузки энергосистемы, а также в схемах генератор – трансформатор - линия (ГТЛ) без выключателей между трансформатором и линией ВН.

Схемы ГТЛ применяются, если число линий равно числу блочных трансформаторов. Линии ВН присоединяются к ближайшей районной подстанции, распределительное устройство ВН на электростанции в этом случае не сооружается. Указанные схемы имеют существенный недостаток — при повреждении линии блок отключается на все время ремонта линии. Для устранения этого недостатка применяются схемы ГТЛ с уравнительной системой шин.

На рис. 6.6. показана схема ГТЛ для четырех блоков и четырех линий с уравнительной системой шин, секционированной на две части. Ответвления от блоков к уравнительной системе шин выполнены непосредственно за повышающими трансформаторами и снабжены выключателями В2, В4 и т. д.

В нормальном режиме все выключатели включены, шунтирующие разъединители ШР отключены. При к. з. на линии Л1 отключается выключатель В1, блок остается в работе через В2 на уравнительную СШ. При аварии в блоке отключаются В1 и В2, т. е. выйдет из работы неповрежденная линия. При плановом отключении блока предварительно включается ШР, а затем отключаются В1 и В2, при этом линия продолжает получать питание от уравнительной СШ.

Рис. 6.5. Схема блоков генератор – трансформатор – линия

с уравнительной системой шин.

Отказ в работе выключателя В1 при к. з. на линии приводит к потере неповрежденного блока, так как отключается В2. Отказ в работе В2 при к. з. в блоке приводит к отключению секционного выключателя ВС и выключателя В4 другого блока, т. е. отключаются неповрежденная линия Л1 и блок Б1. Блок Б2 и линия Л2 в этом случае окажутся изолированными от остальной части станции.

Для вывода в ревизию выключателя В1 включается шунтирующий разъединитель, а затем отключается В1 и разъединители с обеих его сторон. Если в этом режиме произойдет к. з. на линии, то отключатся выключатели В2, В4 и ВС, при этом отключится неповрежденный блок Б1, блок Б2 будет продолжать работать, но раздельно.

Для вывода в ревизию выключателя В2 включается шунтирующий разъединитель, а затем отключается В2. Если в этом режиме произойдет к. з. на линии, то выбудет из работы блок Б1, одновременно отключится от уравнительной СШ другой блок Б2 (отключатся В1, В4, ВС).

Эта схема экономична - девять выключателей на восемь присоединений, применение ее позволяет ограничить ток к. з. на стороне ВН.

Недостатком схемы является отключение неповрежденных блоков или линий при отказах выключателя, разрыв транзита через шины, а также достаточно большое количество операций разъединителями для выводов в ревизию и опробования включателей и для ревизии самих разъединителей.

Слабым местом в схеме ГТЛ является секционный выключатель ВС, повреждение которого приводит к отключению всех блоков от уравнительной системы шин, т. е. раздельной работе блоков и нарушению транзита мощности через шины.

Кроме рассмотренной схемы возможно применение схем ГТЛ с уравнительным многоугольником и обходной системой шин.

Схемы ГТЛ могут найти применение на стороне 220 - 750 кВ электростанций, шины которых не используются для перетоков мощности в энергосистеме.

в) Типовые схемы мощных КЭС и АЭС:

На современных КЭС и АЭС устанавливаются блоки 500, 800 1000, 1200 МВт. Выдача электроэнергии производится на напряжении 220, 330, 500, 750

кВ. Ниже приведены примеры типовых схем.

Рис. 6.6. Схема КЭС (8 300 + 1 1200) МВт

На рис. 6.6 показана схема КЭС с восемью блоками по 300 МВт и установкой блока 1200 МВт при расширении. Блоки 1, 2, 3 выдают электроэнергию в РУ 220 кВ, выполненную по схеме с двумя рабочими и обходной СШ. В процессе развития электростанции при увеличении числа присоединений к шинам 220 кВ одна СШ секционируется. Блок 4 с автотрансформатором связывает РУ 220 кВ и 500 кВ. Объединенные блоки 6, 5 и 7, 8 выдают электроэнергию в РУ 500 кВ, выполненное по схеме шестиугольника, а при развитии и установке блока 1200 МВт - по схеме 3/2 выключателя па присоединение (на рис. 3.16 расширение схемы показано пунктиром).

На рис. 6.7 показана схема КЭС с шестью блоками по 800 МВт. РУ 330 кВ выполнено по схеме 4/3 выключателя на присоединение. РУ 750 кВ выполнено по схеме шестиугольника с возможностью перехода на схемы 3/2 или 4/3 выключателя на присоединение при увеличении числа цепей.

Рис. 6.7. Схема КЭС (6 800) МВт

Значительное уменьшение числа выключателей в РУ ВН может быть достигнуто при отказе от установки автотрансформатора связи, что, однако, возможно лишь при наличии соответствующих связей в сетях данного района энергосистемы.

Рис. 6.8. Схема АЭС – 2000 МВт

На рис. 6.8 приведен пример схемы АЭС с двумя атомными реакторами по 1000 МВт. На первом этапе развития АЭС на один реактор установлено два турбогенератора по 500 МВт. Поскольку эти турбогенераторы по технологической части объединены в пределах одного реактора, то и в электрической части применен объединенный блок ГТ. На следующих этапах устанавливаются моноблоки по 1000 МВт. РУ 330 и 750 кВ выполненные по схеме квадрата с возможностью перехода при увеличении числа присоединений к схеме 3/2 выключателя на цепь. Резервные трансформаторы с. н. присоединены к автотрансформатору связи и независимому источнику по линиям 110 кВ.