Учебники 80375

Рис. 2.14. Взаимное расположение коммуникаций различного назначения в сечениисборноготуннеля:

1 — свежая вода; 2 — силовые кабели 3-10 кВ; 3 — кабели собственных нужд; 4 — газопровод; 5 — контрольные кабели; 6 — кабели связи; 7 — горячая вода, пар; 8 — канализация; 9 — ливнесток

Одиночные кабели от кабельного канала к конструкциям аппаратов подаются в трубах соответствующего сечения.

Кабельные каналы или коридоры ЗРУ размещаются обычно в подвальном, реже в первом этаже, преимущественно по оси симметрии здания. Кабели прокладываются по полкам сварных металлоконструкций, устанавливаемых на расстоянии 0,3—0,4 м друг от друга,

На территории ОРУ оси каналов трассируются между фронтами установки основных аппаратов, строительная конструкция их собирается из сборных железобетонных плит стандартной формы и размеров, укладываемых на дренажную подготовку. В настоящее время рекомендуются высокоиндустриальные, экономичные и транспортабельные конструкции наземных железобетонных кабельных коробок плоской формы, укладываемых на шпалы или на щебеночную подготовку.

Плиты перекрытия каналов одновременно служат дорожками обслуживания подстанции.

Трассировку потоков кабелей по площади подстанций и за ее пределами производят, исходя из условий наименьшей длины, наименьшего числа поворотов, пересечений с другими коммуникациями, удобства обслуживания (перепрокладка, замена кабелей и т. п.).

Трассы кабельных коммуникаций должны быть защищены от механических повреждений, химического воздействия, коррозии, вибраций, перегрева, от блуждающих токов и от повреждений дугой при замыканиях в соседних кабелях.

Кабели в каналах прокладываются «змейкой», с запасом 1-3 % по длине и возле муфт и вводов для компенсации температурных деформаций и осадки сооружений при смещении грунта.

В районах, подверженных землетрясениям, применяются кабели с проволочной броней, дается больший запас кабеля, производится крепление прокладки вдоль трасс шпунтовыми и свайными рядами.

Для безопасности обслуживающего персонала применяются заземления. Производится соединение друг с другом и заземление кабельных муфт, металлических оболочек и брони медными проводами сечением 6—25 мм2.

51

Кабельные сооружения оборудуются электрическим освещением и сетью питания переносных светильников и инструмента.

Особое внимание должно быть обращено на противопожарные мероприятия в кабельных сооружениях. Автоматической пожарной защите подлежат кабельные туннели, шахты, подвалы и подщитовые помещения. Установка пожаротушения должна пускаться автоматически и должна быть снабжена устройствами дистанционного и местного пуска для дублирования автоматики. В соответствии с действующими нормами для тушения пожаров в кабельных помещениях и в трансформаторах применяется распыленная вода.

Установки пожаротушения распыленной водой на ГЭС и АЭС тоже работают в автоматическом режиме.

Установка содержит: систему обнаружения пожара, включающую в себя извещатели (датчики), приемные станции, линейные сооружения и другие устройства; систему тушения пожара, состоящую из насосной станции (автоматического водопитателя), подводящих и питательных трубопроводов, узлов управления с запорно-пусковыми устройствами, распределительных трубопроводов (сухотрубов) с установленными на них оросителями дренчерного типа; систему отвода воды.

При возникновении пожара в кабельном помещении срабатывает пожарный извещатель, который передает импульс на включение пожарного насоса и открытие запорнопусковых устройств (задвижек). Одновременно с этим подается импульс, преобразуемый в световой и звуковой сигналы, на соответствующие БЩУ. Вода, поданная по системе трубопроводов, поступает в горящее помещение и, пройдя через дренчеры, присоединенные к распределительному трубопроводу, орошает горящие кабельные потоки.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Как классифицируются подстанции в зависимости от способа присоединения к питающей линии?

2.Назовите состав подстанции с двухобмоточными трансформаторами.

3.Перечислите исходные данные для проектирования подстанций.

4.Как определяется число трансформаторов для цеховых ТП?

5.Какие мероприятия предусматриваются для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, надежности и экономичности РУ подстанций?

6.Назовите, какие блоки входят в состав ОРУ КТПБ.

7.Что входит в компоновку КРУ с силовым выключателем?

8.Какие ячейки входят в состав КРУН КТПБ?

9.Какие меры безопасности при эксплуатации предусмотрены в конструкции ячеек КРУН К-59?

10.Какие преимущества имеют КРУЭ?

11.Какие рекомендации по повышению надежности необходимо учитывать при проектировании РУ?

12.Что должно быть предусмотрено в проекте РУ для его дальнейшего расширения?

13.Каким образом определяются минимальные допускаемые расстояния при гибкой ошиновки ОРУ?

14.Какие кабельные сети применяются на электростанциях и подстанциях?

52

Питание оперативных цепей управления, защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации, а также включающих и отключающих устройств коммутационных аппаратов осуществляется от специальных источников оперативного тока. Оперативный ток используется также для аварийного освещения при нарушениях нормальной работы электроустановки. Измерительные трансформаторы тока и напряжения это электрические аппараты, которые «связывают» первичные цепи (высоковольтные) электроустановки с вторичными цепями (низковольтные) измерений, защиты и автоматики. Особую роль для обеспечения нормальной работы электростанций и подстанций играет система измерений. Для осуществления технологического процесса выработки или преобразования электроэнергии электростанция или подстанция часть электроэнергии расходует на собственные нужды.

Цель главы – показать принципы построения систем оперативного тока; рассмотреть особенности работы, конструкции, выбор и области применения измерительных трансформаторов; представить систему измерений на электростанциях и подстанциях; указать особенности схем собственных нужд

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Схемы распределения цепей постоянного оперативного тока.

Схемы подключения оперативных цепей к источникам переменного оперативного тока.

Назначение и конструктивное исполнение измерительных трансформаторов тока.

Принцип работы и особенности конструкции оптико-электронных измерительных трансформаторов тока.

Назначение, конструктивное исполнение, схемы включения и схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

Выбор измерительных трансформаторов.

Состав измерительных приборов для контроля за режимом работы электростанций и подстанций.

Принципы проектирования систем собственных нужд электростанций и подстанций.

Схемы собственных нужд различных типов электростанций и подстанций.

53

3.1. Оперативный ток на электростанциях и подстанциях

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Оперативный ток служит для питания вторичных устройств, к которым относятся оперативные цепи защиты, автоматики и телемеханики, аппаратуры дистанционного управления, аварийная и предупреждающая сигнализация и др. При нарушениях нормальной работы станции (подстанции) оперативный ток в некоторых случаях используется также для аварийного освещения и для электроснабжения особо ответственных механизмов собственных нужд.

От источников оперативного тока требуется повышенная надежность, поэтому их мощность должна быть вполне достаточной для надежного действия вторичных устройств при самых тяжелых авариях, а напряжение должно отличаться высокой стабильностью. Эти же требования высокой надежности приводят к необходимости повышенного резервирования источников оперативного тока и их распределительных сетей.

В зависимости от вида тока применяемого для питания оперативных цепей различают:

-системы постоянного оперативного тока;

-системы переменного оперативного тока;

-системы выпрямленного оперативного тока;

-системы смешанного оперативного тока.

СИСТЕМЫ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

Самым надежным источником питания оперативных цепей считаются аккумуляторные батареи. Большим преимуществом их является независимость от внешних условий, что позволяет обеспечивать работу вторичных устройств даже при полном исчезновении напряжения в основной сети станции (подстанции).

Другим немаловажным достоинством этого источника является способность выдерживать значительные кратковременные перегрузки, необходимость в которых возникает при наложении на нормальный режим аккумулятора толчковых токов включения приводов выключателей.

На электрических станциях (подстанциях) применяются свинцово-кислотные аккумуляторы.

Основными параметрами аккумуляторов являются энергия, напряжение и разрядный

ток.

Под энергией аккумулятора понимают энергию (в ампер-часах), которую аккумулятор способен отдать во внешнюю сеть в режиме разряда. Так как энергия аккумулятора зависит от разрядного тока и, следовательно, от длительности разряда, номинальную энергию относят к определенному режиму разряда, обычно к десятичасовому.

Номинальным напряжением аккумулятора называют наименьшее допустимое напряжение на его зажимах в течение первого часа десятичасового разряда. Для всех типов свинцовых аккумуляторов его принимают равным 2 В.

Разрядный ток может быть различным в зависимости от режима разряда, однако он не может превышать пятикратного тока десятичасового разряда при длительных режимах (например, при одночасовом разряде) и двенадцатикратного того же тока при кратковременном (пятисекундном) разряде.

На существующих мощных электрических станциях 110—220 В. В соответствии с ПУЭ на станциях до 50 МВт устанавливается одна батарея 220 В, а на станциях большей мощности две такие батареи, причем одна батарея рассчитывается на полную нагрузку оперативных цепей и на 60 % мощности аварийного освещения, а другая на 100 % мощности аварийного освещения и на нагрузку одного масляного насоса турбины. При этом каждая из батарей должна обеспечить и толчковую нагрузку при включении приводов выключателей.

54

На блочных станциях большой мощности для каждых одного-двух блоков устанавливают отдельную батарею, как правило, на напряжение 220 В.

На крупных узловых подстанциях напряжением 220 кВ и выше должны устанавливаться две одинаковые батареи 220 В, а на подстанциях 35—110 кВ с трансформаторами 5,6 MB∙А и больше — одна батарея 220 или 110 В.

На подстанциях 35 кВ и ниже с трансформаторами мощностью меньше 5,6 MB∙А обычно устанавливают одну батарею 24 В или питают оперативные цепи от источников переменного тока.

На вновь сооружаемых подстанциях напряжением 35 кВ (кроме ответвительных и тупиковых) и выше должна применятся система оперативного постоянного тока напряжением 220 В. Аккумуляторная батарея должна быть стационарной свинцовокислотной открытого (вентилируемого типа) по ГОСТ 26881-86 и МЭК 896-95. На подстанциях 220 кВ и выше применяют две АБ, на подстанциях с высшим напряжением 35110 кВ одну АБ. Срок службы АБ не менее 20 лет [2].

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

Оперативный постоянный ток на электростанциях распределяется между отдельными присоединениями централизованно. Вблизи от аккумуляторного помещения устанавливается щит постоянного тока, состоящий из нескольких панелей, по одной для каждой батареи, каждого зарядного и подзарядного агрегата. На панелях размещают приборы и аппараты контроля и управления источниками постоянного тока, а также сборные шинки, к которым присоединены эти источники и кабели, питающие отдельные участки сети оперативного тока.

Для повышения надежности сложной разветвленной распределительной сети оперативного тока ее делят на несколько независимых сетей, имеющих самостоятельную защиту плавкими предохранителями или автоматами. Деление сети производится по функциональным признакам: объединяются по цепям питания приборы и аппараты, имеющие одинаковое назначение (аппараты управления, защиты, автоматики, сигнализации, катушки включения выключателей, двигатели постоянного тока и т. д.).

Другими мерами повышения надежности питания вторичного оборудования являются секционирование шинок оперативного тока на щитах управления, двустороннее питание каждого отдельного участка оперативной сети, дублирование питающих кабелей, выделение питания катушек включения на отдельную батарею и секционирование питающей их сети в пределах каждого отдельного участка.

Взакрытых РУ питание включающих электромагнитов осуществляется от шинок из изолированных проводов, проложенных по стенкам коридора управления вдоль ячеек. Число секций таких шинок обычно выбирается равным числу секций сборных шин высокого напряжения. Каждая секция шинок оперативного тока питается по отдельному кабелю и, кроме того, может получить резервное питание с соседней секцией через секционный рубильник (рис.3.1).

Воткрытых РУ используют кольцевую схему питания шкафов управления выключателей. Как видно из рис. 3.2, к крайним шкафам управления подводят питающие кабели от центрального щита управления, а все остальные получают питание от соседних шкафов по кабельным перемычкам.

Панели центрального щита управления разделены на отдельные участки, число которых соответствует числу РУ. Таким образом, панели управления оборудованием РУ 220 кВ, например, относятся к одному участку, РУ 110 кВ — ко второму участку и т. д. Каждый из участков при этом питается по отдельному кабелю, при повреждении которого он может получить питание от соседнего включением секционного рубильника (рис. 3.3).

55

Рис. 3.1. Схема распределения постоянного тока в ЗРУ ШБ — шины аккумуляторной батареи; 1,2,3 — первая, вторая и третья секции

Рис.3.2 . Схема распределения постоянного тока в ОРУ Б — кабель от аккумуляторной батареи; Шк — шкафы управления

Рис.3.3. Схема распределения постоянного тока на щите управления:

ШБ — шины аккумуляторной батареи; ШЩУ — шины щита управления; ШМ — шинки мигания; PI, Р2, РЗ — рубильники; Tpl, Тр2 — цепи управления трансформаторами; Л1, Л2 - цепи управления линиями

56

СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННОГО И ВЫПРЯМЛЕННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

Источники постоянного оперативного тока обладают высокой надежностью, однако крупным их недостатком является большая стоимость, как самих аккумуляторных батарей, так и сети оперативного тока, которая при централизованном распределении неизбежно получается очень сложной и сильно разветвленной.

Аккумуляторные батареи требуют отдельного, специально оборудованного помещения, изолированного от других служебных и производственных помещений и снабженного надежной и эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Эксплуатация аккумуляторных батарей достаточно сложна: необходима высокая квалификация обслуживающего персонала. Все это делает нецелесообразным применение оперативного постоянного тока на небольших электроустановках, напряжением 110 кВ и ниже, где возможно применение переменного оперативного тока.

Источниками переменного оперативного тока являются трансформаторы собственных нужд и измерительные трансформаторы тока и напряжения, осуществляющие питание вторичных устройств непосредственно или через промежуточные звенья — конденсаторные устройства, блоки питания или специальные выпрямительные агрегаты.

Переменный оперативный ток распределяется централизованно, и, следовательно, при его использовании не требуется сложной и дорогой распределительной сети. Однако зависимость питания вторичного оборудования от наличия напряжения в основной сети, необходимость в специальных аппаратах и приборах с мощной контактной системой, а также недостаточная во многих случаях мощность самих источников (трансформаторов тока и напряжения) ограничивают область использования оперативного переменного тока относительно малыми установками небольшого напряжения (не выше 110 кВ).

Другим недостатком оперативного переменного тока является отсутствие универсальности источников, каждый из которых имеет свою область применения.

Оперативный переменный ток с успехом используется на подстанциях с РУ ВН выполненных по упрощенным схемам, не имеющих выключателей или с выключателями управляемыми пружинными приводами.

Трансформаторы тока служат надежными источниками для питания защит от коротких замыканий (ток и мощность при КЗ возрастают), однако в случаях, когда повреждения в сети или оборудовании не сопровождаются увеличением тока, трансформаторы тока не могут обеспечить действие соответствующих защит (от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, от витковых замыканий, от повышения и понижения напряжения, от понижения частоты).

На рис.3.4. приведена схема питания оперативной цепи защиты непосредственно от трансформатора тока.

Рис.3.4. Схема питания цепей защиты переменным током В — выключатель; К0 — катушка отключения; Т — реле тока; ТТ — трансформатор тока

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут служить источниками оперативного тока для защит от повреждений и ненормальных режимов, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения, например от перегрузки, замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, повышения напряжения.

57

Так как напряжение в сети при к. з. заметно снижается, иногда до нуля, трансформаторы напряжения и трансформаторы с. н. не могут использоваться для питания оперативных цепей защит от КЗ.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд можно также применять для питания вторичного оборудования и цепей, когда не требуется высокой стабильности напряжения и допустимы перерывы в питании (двигатели обдувки радиаторов трансформаторов, управление зарядными агрегатами и т. п.).

Схемы питания оперативных цепей от трансформаторов напряжения и трансформаторов с. н. приведены на рис.3.5.

Рис.3.5. Схемы питания цепей защиты переменным током: а — от трансформатора напряжения; б — от трансформатора собственных нужд

ТТ — трансформатор тока; ТН — трансформатор напряжения; КО — катушка отключения; Т — реле тока; Тр — трансформатор собственных нужд; Д — полупроводниковый выпрямитель; А, В - шины подстанций; Л1 - линия высокого напряжения

Для повышения мощности и расширения области применения трансформаторов тока и напряжения разработаны схемы комбинированного питания, в которых токи измерительных трансформаторов суммируются непосредственно на стороне переменного тока (геометрическая сумма токов) или после их выпрямления, например, защита от любых повреждений и ненормальных режимов.

Блок питания содержит в себе промежуточный насыщающийся трансформатор тока ПНТ (рис.3.6) или трансформатор напряжения ПТН, к которым подключены выпрямительные устройства, соответственно Д1 или Д2.

Рис.3.6. Схема комбинированного блока питания с трансформаторами напряжения и тока: ПНТ — промежуточный и насыщающийся трансформатор тока; ПТН — промежуточный трансформатор напряжения; С — конденсатор; БПН — блок напряжения; БПТ —блок тока; Д — полупроводниковый выпрямитель; ТН — трансформатор напряжения; ТТ

—трансформатор тока; Uбл — напряжение на выходе блока

58

Блок тока БПТ подключен к трансформатору тока, а блок напряжения БПН — к трансформатору напряжения.

Как видно из схемы на рис.3.6, блоки тока и напряжения включаются параллельно на стороне постоянного тока, и суммарный выпрямленный ток подается на питание оперативных цепей вторичных устройств.

Конденсатор С, включенный на выходе промежуточного трансформатора ПНТ в блоке тока, служит для демпфирования опасных для изоляции пиков вторичного напряжения.

Типовые схемы блоков питания показаны на рис.3.7 и 3.8.

Рис.3.7. Схема блока питания БПТ-100

Рис.3.8. Схема блока питания БПН-100

Блоки питания выпускаются промышленностью в довольно широком диапазоне мощностей, от 20—25 Вт (БП-11) до 1,5 кВт (БП-1002), и выходных напряжений (24; 48; 110; 220 В). Однако их мощность, так же как и мощность других источников переменного оперативного тока, в некоторых случаях все же недостаточна, например для питания электромагнитных приводов выключателей, потребляющих при отключении и особенно при включении большие токи. Для питания этих приводов применяются конденсаторные устройства, которые заряжаются во время нормального режима электроустановки и энергия заряда которых используется в аварийных режимах. Схема конденсаторного устройства показана на рис.3.9. В нормальном режиме конденсатор С заряжен. В аварийном режиме под действием защиты он замыкается на электромагнит отключения и, питая последний своим разрядным током, отключает выключатель.

Необходимый заряд и емкость конденсатора можно определить из формул:

59

Здесь С — емкость конденсатора, мкФ; U — напряжение на обкладках конденсатора, В; kзап — коэффициент запаса; АКО — энергия срабатывания электромагнита отключения, Вт∙с; τимп — время первого импульса разряда, равное половине периода собственных колебаний контура разряда.

Обычно напряжение при заряде равно 300—400 В. Тогда необходимая емкость конденсатора может составить величину от 75 мкФ для привода ПС-10 до 230 мкФ для привода ПС-30.

Заряженный конденсатор является независимым источником оперативного тока, поэтому конденсаторные устройства могут использоваться для питания всех вторичных устройств, которые должны работать при исчезновении напряжения в основной сети электростанции (подстанции).

Конденсаторные устройства выпускаются для однократного действия, однако, комбинируя их, можно получить устройства многократного действия, в которых число разрядных импульсов равно числу конденсаторных батарей, объединенных в них.

Рис.3.9. Схема питания оперативных цепей защиты переменным током за счет энергии заряженного конденсатора

Обычно на электроустановках с переменным оперативным током применяют выключатели с легкими приводами (пружинными, грузовыми), таким образом, оказывается возможным использовать конденсаторные устройства и для включения выключателей.

В тех случаях, когда неизбежна установка выключателей с мощными электромагнитными приводами, потребляющими при включении большие мощности — от 10 кВт и более, может использоваться система выпрямленного оперативного тока. При такой системе оперативного тока питание электромагнитов включения приводов выключателей производится централизованно от трансформатора собственных нужд через выпрямительную установку (рис.3.5, б).

Следует еще раз подчеркнуть, что использование оперативного переменного тока ограничено установками сравнительно небольшой мощности и относительно небольших напряжений (3, б, 10, 35 и частично 110 кВ) из-за недостаточной разработанности специальной аппаратуры.

Кчислу выпрямительных установок сравнительно небольшой мощности

принадлежат, например, стабилизированные блоки БПНС-1, поддерживающие при колебаниях входного напряжения в диапазоне 50—110 % номинального выходное напряжение в пределах 85—110 %. Длительная выходная мощность такого блока составляет 650 Вт, а импульсная односекундная — 1,5 кВт. В последнее время начат выпуск выпрямительных установок большей мощности, работающих в импульсном режиме и пригодных для питания приводов со значительной потребляемой мощностью на включение. К ним относятся, например, блоки питания типа БПРУ и КВУ, выполняемые на кремниевых выпрямителях.

Блоки питания типа БПРУ с распределительным устройством выпускаются для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 220 или 380 В в постоянный

60