Информация взята с forca.ru

Электрическая часть электростанций

Электрическая часть электростанций /Под ред. С. В. Усова., 1987. Рассматриваются главные схемы электрических соединений станций и подстанций, системы собственных нужд, теория гашения дуги и конструкция выключателей и разъединителей, измерительные трансформаторы, схемы вторичных цепей электроустановок, источники оперативного тока, конструкция распределительных устройств и методы выбора их элементов, заземляющие устройства на станциях и подстанциях.

ПРЕДИСЛОВИЕ К главным элементам электрической части станций, обеспечивающим производство и передачу электрической энергии потребителям, относятся генераторы, трансформаторы, кабели и линии. Однако традиционно основным содержанием курса «Электрическая часть электростанций» являются распределительные устройства и их схемы, а также электрические аппараты, служащие для управления этими - элементами и для их защиты. Генераторы и трансформаторы рассматриваются в настоящем курсе лишь с точки зрения их влияния на конструкцию распределительных устройств и главную схему станции (подстанции). Теория электрических машин, их расчет, конструкция и режимы излагаются в специальных курсах, которые предшествуют курсу «Электрическая часть электростанций».  В «Правилах устройства электроустановок» [55] распределительное устройство определяется как электроустановка, служащая для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины, а также вспомогательные устройства. Таким образом, к элементам распределительного устройства относятся шины (соединительные, сборные, обходные); выключатели (присоединения, междушинные, секционные, обходные); разъединители (ремонтные, оперативные, заземляющие, обходные, секционные, отделители, короткозамыкатели); измерительные трансформаторы (тока и напряжения); приборы защиты и автоматики; низковольтные коммутационные аппараты; цепи и приборы вторичной коммутации. При этом следует, однако, подчеркнуть, что приборы защиты и автоматики здесь рассматриваются только с точки зрения построения схем вторичных соединений и компоновки щитов управления. Подробные сведения о релейной защите и автоматике даются в специальных курсах, читаемых обычно параллельно с курсом «Электрическая часть электростанций». Огромное значение для надежной эксплуатации электрических станций имеет способ питания системы собственных нужд. Поэтому в предлагаемом вниманию читателя курсе отводится большое место схемам и распределительным устройствам собственных нужд. С учетом значительной роли, которую уже в ближайшем будущем будут играть в нашей энергетике атомные электрические станции (АЭС), в книге особенно подробно рассмотрены механизмы собственных нужд АЭС и способы повышения надежности их работы. Так как в учебном плане специальности 0301 нет отдельного курса электрических аппаратов, главе, содержащей сведения о выборе электрических аппаратов, предпослано краткое изложение теории гашения дуги и принципа действия коммутационных аппаратов, а также описание современных типов выключателей высокого напряжения и перспективы их развития. В заключение приводятся сведения о конструкциях распределительных устройств открытого и закрытого типа и общие соображения об их компоновке с учетом всего комплекса станционных сооружений.

Сведения об электрических станциях - ­­­Электрическая часть электростанций

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ Развитие электроэнергетики  Энергетика является основой экономики нашей страны. Особо важное значение для развития экономики имеет электроэнергетика, оказывающая огромное революционизирующее воздействие на ускорение прогресса не только в промышленном производстве, но и во всех других областях жизни нашего общества. Эта революционизирующая роль электрической энергии объясняется универсальностью ее использования, возможностью передачи на практически любые расстояния, бесконечной дробимостью и в то же время возможностью ее концентрации в очень больших масштабах. Легкость автоматизации процессов при использовании электрической энергии делает ее незаменимой служебной энергией. В табл. В-1 приведено потребление электрической энергии в нашей стране в текущем столетии. В настоящее время установленная мощность электрических станций Советского Союза равна 325 ГВт (приблизительно 15 % мощности всех станций мира), а годовая выработка электрической энергии в 1986 г. составила примерно 1,6 ТВт-ч. Производство электрической энергии станциями различных типов (в нашей стране) показано в табл. В-2. Как видно, основой советской энергетики являются тепловые электрические станции (ТЭС). Таблица В-1

Годы	Потребление электроэнергии, ТВт. ч
1900—1920	25
1921 — 1940	330
1941 — 1945	127
1946—1975	10 000
1976—1985	13 050

Таблица В-2

Электростанции	Производство электроэнергии, %
	!97о г.	1985 г.
Тепловые	86	75
Гидравлические	12	14
Атомные	2	И

В дальнейшем ведущая роль ТЭС сохранится еще очень долго, а если принять во внимание, что АЭС являются разновидностью тепловых электростанций, так как преобразуют в электрическую энергию теплоту ядерной реакции расщепления тяжелых элементов, то роль их даже возрастет. Основными тенденциями развития ТЭС являются: освоение новых видов энергетических топлив; разработка новых способов преобразования энергии; концентрация мощностей; повышение параметров пара; совершенствование комбинированного производства электрической и тепловой энергии; промышленное освоение парогазового цикла. Более половины всей мощности ТЭС работает сейчас на сверхкритических параметрах пара: все вновь вводимые в эксплуатацию крупные турбины 300—800 МВт рассчитаны на давление пара 25 МПа и температуру перегрева 540 или 560 °С. Суммарная мощность теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) достигла к 1985 г. 90 ГВт, а их годовой отпуск теплоты превышает 55 % всего централизованного отпуска в стране, составив 1300 млн. Гкал (5,5 млрд. ГДж). Другой отличительной чертой советской энергетики является концентрация производства электрической энергии. В энергетических системах СССР насчитывается сейчас свыше 80 электрических станций с мощностью каждой станции более 1 ГВт; из них 28 имеют мощность более 2 ГВт, а мощность отдельных гигантов больше 3,6 млн. кВт (Экибастузская ГРЭС-1 — 4 ГВт, Рефтинская  — 3,8 ГВт, Запорожская, Углегорская и Костромская — по 3,6 ГВт). На ТЭС установлено свыше 450 блоков 150—800 МВт общей мощностью около 110 ГВт (более 50 % мощности всех ТЭС). Увеличение единичной мощности блоков продолжается. Введен в эксплуатацию первый одновальный блок 1,2 ГВт (Костромская ГРЭС). Разработан эскизный проект турбины 1,6 ГВт, и считается вполне реальным создание одновальной паровой турбины 2,4 ГВт. Особенно важное значение имеет повышение единичной мощности турбин для АЭС, на которых до последнего времени в блоке с реактором электрической мощности 1 ГВт устанавливалось по две турбины 500 МВт. На таких станциях с 1984 г. устанавливается вновь разработанная турбина 1 ГВт, а для реактора с электрической мощностью 2 ГВт предполагается иметь одновальную турбину такой же мощности. Единичные мощности отдельных ТЭС и АЭС также будут увеличиваться. Почти все АЭС, вводимые в эксплуатацию в последнее время, имеют проектную мощность 4 ГВт. Уже в ближайшее время будут построены ТЭС с мощностью 6,4 ГВт. ТЭС достигли высокой степени совершенства — технического и экономического. Средний удельный расход топлива в 1985 году составил всего 325 г/(кВт-ч), а на лучших электростанциях страны приблизился к 310 г/(кВт-ч). В настоящее время примерно половина всей электроэнергии ТЭС вырабатывается на угольных станциях, а другая половина производится на газомазутном топливе. В дальнейшем, однако, в соответствии с Энергетической программой на длительный период, нефть и газ будут все больше направляться на технологические нужды и, следовательно, доля выработки угольных станций будет увеличиваться. Мазут и газ будут использоваться главным образом на регулирующих и пиковых станциях, оборудование которых должно обладать высокой маневренностью, а также на ТЭЦ, расположенных в городах, где к электростанциям предъявляются повышенные требования в отношении загрязнения воздушного бассейна. Разумеется, использование на ТЭЦ мазута с большим содержанием серы не может быть допущено, так как приведет к загрязнению окружающей среды большими сернистыми выбросами. Таким образом, соотношение жидкого, газообразного и твердого топлива, сжигаемого на электростанциях СССР, определяется их назначением (базовые, пиковые, регулирующие). Большую роль в балансе производства электрической энергии продолжают играть гидроэлектростанции. В 1985 г. их установленная мощность достигла почти 60 ГВт, а годовая выработка — почти 214 ТВт-ч (14 % общей выработки всех станций). Их большим преимуществом является возобновляемость энергетических ресурсов рек, обеспечиваемая гигантским круговоротом воды на планете. Немаловажными достоинствами гидростанций являются также простота эксплуатации их оборудования и чрезвычайно низкая себестоимость энергии до 0,07 коп/(кВт-ч) при средней себестоимости энергии ГЭС до 0,15 коп/(кВт-ч). Оборудование гидростанций обладает высокой маневренностью, что делает их незаменимыми для покрытия пиковой нагрузки и регулирования частоты. Пуск гидротурбин, включая набор полной нагрузки, продолжается 30—40 с, скорость изменения нагрузки достигает 400—500 МВт/мин (пуск паротурбинного блока 200—300 МВт из холодного состояния длится не менее 10— 12 ч). Высокие маневренные свойства гидротурбинного оборудования делают весьма перспективным создание специальных гидроаккумулирующих станций (ГАЭС) для покрытия пиков нагрузки, строительство которых в наших энергетических системах пока, к сожалению, идет совершенно недостаточными темпами. К недостаткам гидроэлектростанций относят ограниченность энергетического потенциала рек, ставящую пределы их использованию, а также необходимость зачастую строить ГЭС в очень удаленном от нагрузки месте, выбор которого диктуется наивыгодным использованием водотока. Сезонные и многолетние колебания расхода воды в реках также усложняют эксплуатацию гидростанций и увеличивают стоимость сооружений, поскольку вынуждают создавать дорогие водохранилища для сезонного и многолетнего регулирования стока. Кроме этого, колебания расхода воды вызывают разрушение берегов и требуют поэтому дополнительного рассмотрения при проектировании ГЭС. Ресурсы гидроэнергии Советского Союза достаточно велики и оцениваются приблизительно в 400 ГВт или 1700 ТВт-ч годовой выработки. Использование этих ресурсов, находящихся в основном в Сибири, идет по пути строительства все более мощных гидростанций. Уже построены и действуют самые крупные в мире станции — Красноярская на Енисее (6 ГВт), Братская на Ангаре (4 ГВт) и Саяно-Шушенская ГЭС на Енисее мощностью 6,5 ГВт. В будущем будут построены еще более мощные станции на Лене, Амуре и их притоках. Всего в энергосистемах СССР работает свыше 350 больших и малых гидростанций, из них 22 имеют установленную мощность более 500 МВт каждая. Общая мощность этих 22 ГЭС равна 45 ГВт. Особенно выгодно технически и экономически использовать превосходные маневренные качества гидроэлектростанций при их совместной работе с тепловыми электрическими станциями. Такая совместная работа оказывается вполне возможной благодаря значительному развитию у нас объединенных энергетических систем. Начало созданию энергетических систем было положено Планом ГОЭЛРО, одной из генеральных линий которого было объединение электрических станций для параллельной работы. В дальнейшем, по мере совершенствования техники передачи энергии на далекие расстояния, у нас возникли и получили большое развитие объединенные энергетические системы. В настоящее время на территории Советского Союза действуют 95 энергетических систем, которые при помощи линий высокого и сверхвысокого напряжения (330—500—750 кВ) объединены в более крупные системы. Таких объединенных энергосистем сейчас насчитывается одиннадцать. Девять из них (ОЭС Северо-Запада, Центра, Юга, Северного Кавказа, Закавказья, Средней Волги, Урала, Казахстана, Сибири) связаны между собой и образуют Единую энергетическую систему Советского Союза. В нее входит свыше 900 электрических станций с общей установленной мощностью около 248 ГВт. ОЭС Средней Азии и Дальнего Востока работают пока изолированно. Объединение энергетических систем дает следующие технические и экономические выгоды: повышается надежность энергоснабжения потребителей за счет более гибкого маневрирования резервами отдельных электростанций и систем, суммарный резерв мощности сокращается; обеспечивается возможность увеличения единичной мощности электрических станций и установки на них более мощных блоков; общий максимум нагрузки объединенной системы снижается, так как совмещенный максимум всегда меньше суммы максимумов отдельных систем; сокращается установленная мощность объединенной энергосистемы за счет разновременности максимумов нагрузки в энергосистемах, расположенных на значительном расстоянии в направлении с востока на запад («широтный эффект»); облегчается возможность задавать экономически более выгодные режимы для любых типов электростанций; повышается эффективность использования различных энергетических ресурсов. Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) и диспетчерские службы в отдельных объединенных системах (ОДУ) задают оптимальные режимы каждой электростанции, их агрегатам и системам в целом. Непрерывная информация позволяет контролировать все звенья. Диспетчер при необходимости может передать энергию из одной системы в другую. Для передачи оперативной информации Минэнерго  обладает широко разветвленной системой связи, включающей в себя 800 тыс. каналов, действующих по линиям высокого напряжения, 200 радиорелейных станций, более 20 тыс. ультракоротковолновых и коротковолновых радиостанций. В этом пятилетии широким фронтом идет строительство электрических станций нового типа — атомных. На этих станциях электрическая энергия получается за счет теплоты ядерной реакции расщепления тяжелых элементов в обычной паротурбинной установке. За истекшие со времени пуска в эксплуатацию первой в мире АЭС в г. Обнинске тридцать лет была всесторонне отработана техника производства энергии на АЭС и созданы многочисленные конструкции ядерных реакторов: корпусных водоводяных, канальных графитовых и тяжеловодных, а также реакторов с газовым охлаждением. На основе этих реакторов на тепловых нейтронах и начато широкое развитие атомной энергетики у нас в стране. Одновременно ведутся работы по промышленному исследованию и техническому совершенствованию более перспективных и выгодных реакторов на быстрых нейтронах, воспроизводящих ядерное горючее в цикле производства теплоты при основной реакции расщепления. В г. Шевченко на Каспийском море успешно работает опытная АЭС с реактором на быстрых нейтронах БН-350, имеющим тепловую мощность 1 ГВт и рассчитанным на выработку электрической энергии при мощности генератора 150 МВт и на одновременное опреснение 120 тыс. т морской воды в сутки. На другой действующей АЭС недавно пущен в эксплуатацию более мощный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем с электрической мощностью 600 МВт (БН-600). Строительство АЭС с реакторами на быстрых нейтронах начнется широким фронтом, по-видимому, через 10—15 лет, так как требуется решить еще много сложных проблем повышения надежности этих реакторов до уровня, достигнутого в реакторах на тепловых нейтронах. Для накопления необходимого опыта поставлена ответственная задача создания в ближайшее время опытно-промышленного энергоблока с реактором БН-800, а затем — блока с реактором БН-1600. Еще более грандиозные перспективы открываются перед советской энергетикой в соответствии с Энергетической программой, принятой на июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС на длительный период. В ней не только предусматриваются масштабные показатели развития энергетики страны и отдельных отраслей топливно-энергетического комплекса, но и определяются пути достижения этих показателей, В основе Программы наряду с дальнейшим увеличением добычи угля, газа и нефти в Сибири и строительством традиционных тепловых и гидроэлектрических станций предусматривается ускоренное развитие атомной энергетики, в том числе реакторов на быстрых нейтронах, практическое решение проблемы управления термоядерным синтезом, значительное расширение централизованного теплоснабжения за счет строительства атомных ТЭЦ, широкое привлечение для производства электроэнергии и теплоты нетрадиционных возобновляемых ресурсов— солнечной и геотермальной энергии. Наряду со строительством новых сверхмощных ГЭС Программой предусматривается развитие нового эффективного направления в гидроэнергетике — гидроаккумулирования. В настоящее время в составе Киевской энергосистемы работает Киевская ГАЭС мощностью 225 МВт, первая в нашей стране. Под Москвой строится Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт, в Литве — Кайшядорская 1600 МВт, одна из крупнейших в Европе. В XII пятилетке намечено начать строительство ряда мощных ГАЭС: Каневской, Днестровской, Ленинградской. В дальнейшем Программой предусмотрено строительство еще более мощных ГАЭС в ряде районов Европейской части СССР. В соответствии с Энергетической программой СССР дальнейшее развитие получит ЕЭС СССР, в которую войдут ОЭС Дальнего Востока и другие, отдельные энергосистемы. Это развитие будет идти по пути создания системообразующих линий электропередачи высоких классов напряжения. Будут строиться ВЛ 500—750 кВт, а при усилении использования энергетических ресурсов Восточной Сибири появится необходимость в мощных транспортных электропередачах протяженностью 2500—3000 км, способных передавать на- эти расстояния мощности 40—50 ГВт и более. Эта проблема может быть решена при использовании ультравысоких напряжений: 1150, а возможно, и 1800 кВ переменного тока. Огромный рост энергетики потребует качественно нового подхода к управлению Единой энергетической системой. Поэтому уже в ближайшее время следует значительно расширить оснащение энергетических систем и электростанций режимной и противоаварийной автоматикой и внедрить автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ) во всех объединенных энергосистемах. В этот же период АСУ энергетики, включающая в себя не только подсистему оперативного управления (АСДУ), но и организационного (АСОУ) и строительного управления (АСУС), должна начать работать в контакте с АСУ угольной, нефтяной и газовой промышленности, объединяемых общегосударственной системой (ОГАС). Концентрация мощностей, рост единичной мощности энергоблоков и отдельных электростанций, повышение параметров пара, развитие теплофикации и атомной энергетики, повышение напряжений и пропускной способности линий электропередачи, дальнейшее развитие ЕЭС СССР и автоматизация управления являются важнейшими показателями технического прогресса энергетики в будущем, создающими прочную основу для дальнейшего увеличения ее масштабов и существенного повышения надежности и экономической эффективности.