Выбор главной схемы - рекомендации - ­­­Электрическая часть электростанций

Главная электрическая схема каждой станции входит составной частью в электрическую схему энергосистемы и во многом влияет на условия работы последней: ее устойчивость, надежность, токи к. з., маневренность. С другой стороны, эта схема в значительной степени определяет основные качества электрической части и станции в целом, такие как надежность, экономичность, маневренность, ремонтопригодность, безопасность обслуживания оборудования, удобство его размещения, возможности расширения станции и т. д. Многочисленность этих требований и многообразие перечисленных факторов очень усложняют задачу выбора оптимальной схемы и практически исключают типовые универсальные решения, пригодные для любых условий. Обычно выбор главной схемы производят в два этапа. На первом этапе намечается несколько вариантов схемы на основании общих соображений и с учетом основных показателей новой станции: единичной мощности агрегатов и станции в целом, числа отдельных присоединений, необходимости ее дальнейшего расширения, местной нагрузки, конфигурации сети, номинального напряжения сети высокого напряжения в районе присоединения станции к энергосистеме и т. д. На втором этапе проводят окончательный выбор на основании детального количественного сравнения технико-экономических показателей отобранных вариантов. Для электростанций с малым числом присоединений, а также для первой очереди станции, рассчитанной на длительные сроки строительства, рекомендуются схемы мостика, двойного мостика, треугольника или квадрата. Эти схемы обладают достаточной надежностью и маневренностью и высокой ремонтопригодностью. Для электростанций с большим числом присоединений при напряжениях высшей стороны 35—220 кВ могут применяться схемы с одной рабочей и одной обходной системой шин, а также типовые для 110—220 кВ схемы с двумя рабочими и одной обходной системой шин. Последняя схема рекомендуется для случаев, когда в районе присоединения станции к системе сети имеют сложную конфигурацию, чтобы иметь возможность частого изменения эксплуатационных схем сети. При напряжениях высшей стороны 330—750 кВ лучше применять полуторную схему и схему 4/3. Эти схемы рекомендуются для мощных блочных станций, так как они обладают высокой надежностью при авариях на шинах и требуют минимальных перерывов в работе отдельных присоединений в процессе выведения выключателей в ремонт. На этих напряжениях также рекомендуются многоугольники, состоящие из простых или (при большом числе присоединений) связанных многоугольников. З^ги схемы обладают высокой надежностью при авариях на шинах, требуют мало времени при выведении выключателей в ремонт и имеют меньше выключателей, чем полуторная схема. При сравнительной оценке надежности схем как на первом, так и на втором этапе за основные критерии принимают вероятное число случаев аварийной потери: одного и более энергоблоков;

двух и более энергоблоков; одной и более ВЛ; двух ВЛ одной цепи транзита; двухцепного транзита; секции (системы шин) вследствие ее погашения. Причем на первом этапе проектирования эту оценку производят на основе эксплуатационного опыта и общих соображений, а на втором — на основе статистических данных об удельной повреждаемости энергетического оборудования различных видов (число аварийных отключений в год на один элемент оборудования): энергоблоков, автотрансформаторов связи, ВЛ; выключателей без учета повреждений при отключении к. з.; разъединителей; выключателей при отключении ими к. з., приводящих к развитию аварии за пределы рассматриваемого присоединения. Для примера ниже приводится сравнительная оценка надежности трех разных схем [59]: с двумя рабочими и одной обходной системой шин, G одним выключателем на цепь; с четырехугольниками, объединенными перемычками, с выключателями в перемычках; с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на две цепи (полуторная схема). Первая схема не может быть выполнена достаточно надежной. Даже при максимальном секционировании обеих рабочих систем шин, при котором схема становится явно неэкономичной по сравнению с другими схемами, вероятность потери двух энергоблоков и двух линий одной цепи транзита становится достаточно высокой (1 раз в 7—10 лет) *. *Здесь и далее вероятность потери подсчитана по методике [59]. Применение этой схемы без секционирования систем рабочих шин недопустимо, так как в этом случае вероятность аварийной потери энергоблоков, подключенных к распределительному устройству, и двух линий одной цепи транзита становится очень большой (1 раз в полтора-три года). Кроме того, не исключается опасность полного погашения распределительного устройства. В случае вынужденного применения этой схемы недопустимо отказываться от отдельного обходного выключателя, так как без него вероятность полного погашения распределительного устройства возрастает более чем в три раза, и, следовательно, дополнительно снижается надежность схемы. Вторая схема (с четырехугольниками) является более надежной. В этой схеме практически исключается аварийная потеря более чем двух блоков и аварийный разрыв обеих цепей двухцепного транзита. Однако не исключена аварийная потеря двух блоков и двух линий одной цепи транзита, причем для схемы с числом четырехугольников более двух вероятность потери двух блоков недопустимо высока (1 раз в шесть лет). С учетом этих особенностей схема может быть рекомендована только для распределительных устройств, к которым присоединяются четыре блока и четыре линии, а дальнейшее расширение станции не предусматривается. Если в этой схеме связь между четырехугольниками осуществляется при помощи автотрансформаторов, вероятность аварийной потери двух блоков уменьшается вдвое. Третья схема (полуторная) является наиболее надежной по сравнению с двумя предыдущими. При этой схеме практически исключается аварийная потеря двух линий одной цепи транзита, а вероятность аварийной потери двух блоков одновременно в 3 раза меньше, чем во второй схеме, и в 8—10 раз меньше, чем в схеме с двумя рабочими,  и третьей обходной системами шин, в одним выключателем на цепь. Таким образом, предварительные соображения показывают, что в качестве основной схемы для блочных электростанций может быть рекомендована схема с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на две цепи (полуторная), являющаяся в общем случае наиболее надежной, экономичной и гибкой. Иногда эту схему следует применять с равномерным распределением присоединения блоков и линий к обеим системам шин в режиме частичного или полного секционирования. Что касается системы 4/3, то она при большей экономичности удовлетворяет требованиям эксплуатации не хуже, чем полуторная схема. Опыт применения схемы 4/3 в ОРУ 330 и 500 кВ оказался положительным, и она начинает все шире применяться на многочисленных новых ОРУ 330—500 кВ. При сравнении этих двух схем следует учитывать недостатки схемы 3/2: она относительно дорога и требует довольно много выключателей; при неравном числе присоединений оборудования одного вида (трансформаторов или ВЛ) некоторые из цепочек составляются или только из трансформаторов, или только из ВЛ, что резко ухудшает эксплуатационные свойства схемы; для повышения надежности необходимо осуществлять одноименные присоединения к разным системам уравнительных шин, что в большинстве компоновок требует выделения дополнительных ячеек; при значительном числе присоединений получается много цепочек, подключенных к уравнительным шинам; в этом случае для сохранения достаточной надежности потребуется секционирование уравнительных шин при числе цепочек, превышающем четыре- пять. Схема 4/3, сохраняя все достоинства полуторной схемы, не имеет большинства ее недостатков: число выключателей значительно меньше, чем в схеме 3/2; лучшие показатели схемы получаются, когда число ВЛ в два раза больше или меньше, чем число трансформаторов, хотя это условие для схемы 4/3 не обязательно, так как часть цепочек может быть составлена из двух ВЛ и одного трансформатора, а остальные — из одной ВЛ и двух трансформаторов; такое распределение не ведет, как в полуторной схеме, к резкому ухудшению эксплуатационных свойств схемы; при равном числе присоединений число цепочек в схеме 4/3 составляет примерно 2/3 числа цепочек в схеме 3/2. Приводим сравнение схем 3/2 и 4/3 по некоторым показателям: Схема         3/2  4/3 Число присоединений         12(100%) 12(100%; » выключателей          20 (100 %)    16 (80 %) » разъединителей        56 (100 %)    48 (86 %) » трансформаторов       60 (100 %)    48 (80 %) Площадь, тыс. м² (%)        52 (100 %)    70 (135 %) Стоимость, тыс. руб. (%)         8090 (100 %)  6720 (83 %) Схему с двумя рабочими и одной обходной системами шин, с одним выключателем на цепь, как правило, не рекомендуется применять для блочных электростанций как неэкономичную и не обеспечивающую необходимой надежности. В случае вынужденного применения такой схемы при числе блоков три и больше следует предусматривать секционирование сборных шин выключателями, а при наличии на секции более четырех присоединений предусматривать отдельный обходной выключатель для каждых двух секций. Схему с четырехугольниками, объединенными двумя перемычками, с выключателями в перемычках рекомендуется применять при числе блоков и линий не более четырех и в случаях, когда расширение электростанции не предвидится. Намечается также более широкое применение блочных схем генератор—трансформатор—линия для вливания мощности станций в энергосистему, причем для более полного использования пропускной способности линий блоки укрупняются (спариваются генераторы). Такая схема применена на Зуевской ГРЭС-2 2400 МВт с энергоблоками 300 МВт и линиями 330 кВ и запроектирована для Березовской ГРЭС-1 6400 МВт с блоками 800 МВт и линиями 500 кВ. Для уменьшения числа линий блоки приняты спаренными (2x800). Общее соединение агрегатов спаренных блоков осуществляется на стороне высшего напряжения, что требует установки генераторного выключателя у каждого агрегата. При наличии генераторного выключателя в блоке генератор— трансформатор ответвление для питания собственных нужд рекомендуется присоединять между выключателем и вводами низкого напряжения повышающего трансформатора блока. Тогда при отключении блока от технологических и генераторных защит питание собственных нужд сохраняется от собственного трансформатора блока и не потребуется переводить его на пускорезервный трансформатор собственных нужд Большое влияние на главные схемы оказывает необходимость частых пусков и остановок энергоблоков, привлекаемых к глубокому регулированию графиков нагрузки. В настоящее время к такому регулированию все чаще привлекаются блоки 150—300 МВт и общее число остановок и пусков растет, достигая 100—150 в год. При схемах 3/2 и 4/3 каждая остановка блока в резерв требует такого числа переключений в основной схеме ТЭС, что межремонтный ресурс операций выключателей исчерпывается в значительно более короткое время, чем при обычной эксплуатации без частых пусков-остановок блоков. При выборе мощности пускорезервных трансформаторов для блочных ТЭС следует учитывать, что их мощность должна допускать одновременный пуск двух, а может быть, и трех энергоблоков одновременно.