Лекция 9. Структурные схемы гэс и аэс Особенности схем гэс

1) Проектируют на всю располагаемую мощность, последующее расширение практически исключается.

2) На равнинных реках напор воды небольшой, а расход воды большой. Поэтому устанавливают много гидротурбин небольшой единичной мощности.

3) Схемы крупных ГЭС строят по блочному принципу подобно схемам КЭС.

4) РУ повышенных напряжений связывают автотрансформатором, к обмотке низшего напряжения может быть подключён генератор (так делают часто, так как мы пытаемся экономить место на ГЭС).

5) Схемы ГЭС с выдачей мощности на генераторном напряжении подобны схемам ТЭЦ с РУ ГН (обычно ГЭС малой мощности (до 25 МВт) и средней мощности (до 50 МВт)).

6) ГЭС часто сооружают в местах со сложной топографией, поэтому применение укрупнённых и объединённых блоков создаёт лучшее условие для размещения оборудования и уменьшает капитальные затраты.

В качестве примера мы рассматривали схему Воткинской ГЭС.

Там 10 генераторов по 115 МВт; Т1 это ТРДН–300000/110; Т2 это ТРДН–300000/220; АТ1–АТ2 это АТДЦТН–300000/220/110; АТ3–АТ4 это 3хАОДЦТН–167000/500/220.

Особенности схем аэс

1) АЭС оснащаются турбогенераторами большой единичной мощности. Применяются схемы с блоками, аналогичные схемам КЭС. Блоки, как правило, подключаются к РУ 330 кВ и выше.

2) РУ повышенных напряжений связывают автотрансформаторами. При этом обмотка НН, как правило, остаётся неподключенной.

3) В случае 2х блоков (генератор + трансформатор), относящихся к 1му реакторному блоку (энергоблоку?), их подключают к одному РУ.

4) На АЭС либо 1, либо 2 ТСН на блок. И на каждые 2 энергоблока ставят 1 комплект РТСН.

Примеры, как бывает всё:

1) ВВЭР–440: 2хТВВ–220 МВт

2) РБМК–1000: 2хТВВ–500 МВт

На лекции мы пунктиром рисовали красные выключатели, но я, если честно, прослушал почему.

3) ВВЭР–1000: 2хТВВ–500 МВт или 1хТ3В–1000 МВт;

330 кВ

500 и 750 кВ

4) ВВЭР–1200: 1хТ3В–1200 МВт.

Лекция 10. Схемы распределительных устройств со сборными шинам

Для связи электрооборудования сооружаются распределительные устройства. Распределительное устройство (РУ) – сооружение, которое предназначено для приёма и распределения электрической энергии на одном напряжении и содержит коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, измерительные трансформаторы, устройства релейной защиты и автоматики, измерений и контроля. На электростанции или подстанции, как правило, сооружается несколько РУ, которые связаны через трансформаторы (автотрансформаторы). Различают РУ высшего, среднего, генераторного напряжений, РУ собственных нужд.

РУ выполняют открытого исполнения (ОРУ), в котором оборудование расположено на открытом воздухе, и закрытого исполнения (ЗРУ), в котором оборудование расположено в специальном здании. ОРУ и ЗРУ могут быть комплектными для внутренней установки (КРУ) и для наружной установки (КРУН). Такие РУ состоят из полностью или частично закрытых шкафов со встроенными в них коммутационными аппаратами, сборными шинами, измерительными трансформаторами, устройствами релейной защиты. В последние годы при новом строительстве и реконструкциях во многих случаях отдаётся предпочтение комплектным распределительным устройствам с элегазовой изоляцией – КРУЭ. Основные элементы КРУЭ заключены обычно в алюминиевые газоплотные кожухи (блоки), заполненные элегазом, что обеспечивает модульный принцип построения.

Основное электротехническое оборудование электрических станций и подстанций и коммутационные аппараты соединяются проводниками, образующими токоведущие части. Система проводников, служащая для приёма и распределения электроэнергии, названа сборными шинами. Сборные шины применяются в тех случаях, когда число источников питания и отходящих линий не одинаково. Применение сборных шин предусматривает возможность дальнейшего расширения распределительного устройства, обеспечивает большую универсальность режимов его работы.

Схема с одной системой сборных шин

При рассмотрении свойств различных схем допустимо не показывать подключение измерительных трансформаторов тока и напряжения, а изображать только источники питания, коммутационные аппараты (выключатели, разъединители), отходящие линии.

На рис. 2.2 приведён фрагмент схемы, где изображены 2 генератора, работающие параллельно на сборные шины (СШ). От шин отходят линии для питания потребителей. Таким образом, согласно определению, с помощью сборных шин электроэнергия, принимаемая от источников, распределяется между потребителями.

Например, при мощности генераторов 60 МВт, суммарная мощность потребителей без учёта расхода на собственные нужды может составлять 120 МВт. Ввиду того, что пропускная способность кабельных линий для распределительных сетей 10 кВ составляет не более 5 МВт, число отходящих линий должно соответствовать 120 МВт / 5 МВт = 24. Без сборных шин не обойтись.

Схема проста и наглядна. Число выключателей равняется числу присоединений, в каждой цепи кроме выключателя предусмотрена установка шинного (примыкает к сборным шинам) и линейного разъединителей, обеспечивающих отделение выключателя от других частей схемы во время ремонта. Схема экономична ввиду сравнительно малого количества выключателей и наличия только одной системы шин, однако достаточно ненадёжна.

При анализе вариантов схем РУ рассматривают нормальный режим и надёжность схем в следующих случаях:

- короткое замыкание на сборных шинах,

- ремонт сборных шин и шинных разъединителей,

- ремонт выключателей.

В нормальном режиме все выключатели и разъединители включены. При коротком замыкании на сборных шинах все выключатели должны быть отключены устройствами релейной защиты, что приводит к полному погашению схемы и отключению всего оборудования и потребителей. При ремонте системы шин и шинных разъединителей также необходимо полное отключение схемы. При ремонте выключателя отключают цепь, где установлен выключатель.

Схема применяется очень редко и только при одном источнике питания.

Схема с одной секционированной системой сборных шин

Широкое распространение на электрических станциях и подстанциях получила схема с одной системой сборных шин, секционированной выключателем. Сборные шины делят на секции, при этом число секций, как правило, равно числу источников питания. Отходящие линии распределяют равномерно между секциями.

На схеме рис. 2.3 источники питания Г1 и Г2 подключены к разным секциям сборных шин с помощью выключателей и разъединителей. Секции можно электрически соединить с помощью секционного выключателя (ВС). В нормальном режиме ВС включен, что обеспечивает параллельную работу источников питания на общую нагрузку. Параллельная работа источников питания имеет преимущества с точки зрения надёжности, потерь мощности и электроэнергии.

В числе достоинств схемы – наглядность и простота. Однотипность операций с разъединителями снижает аварийность из-за неправильных действий персонала. Например, для отключения линии Л1 необходимо отключить В1, для ремонта Л1 необходимо отключить В1 и создать видимый разрыв разъединителем Р1. При выводе в ремонт В1 – отключить В1, шинный и линейный разъединители Р1 и Р2. Схема экономична (экономичность оценивается числом выключателей и сборных шин). Кроме того, в такой схеме можно резервировать питание потребителей, подключая их к разным секциям (в случае, когда электропитание одного потребителя выполнено по нескольким линиям).

Рассмотрим особенности схемы с точки зрения надёжности. При коротком замыкании на сборных шинах (т. К1) отключаются выключатели В1, В2, В3, ВС, что приводит к обесточиванию лишь одной секции. Однако авария в секционном выключателе приводит к полному погашению схемы. Ремонт системы шин и шинных разъединителей проводится посекционно, из-за чего теряется только одна секция. При ремонте выключателя аналогично предыдущей схеме требуется отключение цепи ремонтируемого выключателя. При ремонте секционного выключателя секции работают раздельно.

Схема более надёжна сравнительно с предыдущей, особенно при большом числе секций, широко применяется на ТЭЦ, на ГЭС небольшой мощности. Секционный выключатель включен, и секции работают параллельно. При большом числе секций для создания для крайних и средних секций одинаковых условий эксплуатации одиночная секционированная система сборных шин может быть замкнута в кольцо с помощью дополнительного выключателя между крайними секциями. Схема также используется на низшем напряжении подстанций и в РУ собственных нужд, при этом секции в нормальном режиме работают, как правило, раздельно для ограничения величины токов короткого замыкания.

Схема с двумя системами сборных шин

Для повышения надёжности питания потребителей применяется схема с двумя системами сборных шин. На рис. 2.4 показан фрагмент оперативной схемы с изображением фактического положения коммутационных аппаратов. Каждый элемент в схеме подключатся через развилку двух шинных разъединителей, что позволяет осуществлять работу на одной или другой системе шин. В каждой цепи по одному выключателю.

В нормальном режиме все цепи включены на одну систему шин, которая в этом случае является рабочей. Другая система шин – резервная. Разъединители Р1, Р3, Р5, Р7 замкнуты, Р2, Р4, Р6, Р8 – разомкнуты. Системы шин могут быть соединены шиносоединительным выключателем ВШС, который в нормальном режиме отключен, Р9 и Р10 также отключены. Схема сложнее в эксплуатации сравнительно со схемой с одной системой шин, но также экономична.

Короткое замыкание на рабочей системе шин СШ1 сопровождается отключением выключателей В1, В2, В3, В4, что приводит к полному погашению схемы. Далее восстанавливают работу схемы переводом присоединений на резервную систему шин СШ2, для чего отключают Р1, Р3, Р5, Р7, включают Р2, Р4, Р6, Р8. затем снова включают В1, В2, В3, В4. Перерыв в питании потребителей определяется временем оперативных переключений.

Плановый ремонт системы шин и шинных разъединителей выполняется без перерыва питания потребителей благодаря определенной последовательности переключений. Для вывода в ремонт СШ1 необходимо с помощью ВШС подать напряжение на СШ2, для чего включают Р9, Р10, ВШС. Обе системы шин оказываются под одним напряжением. Включают Р2 и отключают Р1, и так поочередно операции повторяют с парами разъединителей каждого из переводимых присоединений, соответственно: Р4 и Р3, Р6 и Р5, Р8 и Р7. Во избежание разрыва разъединителем цепи с током предусмотрена блокировка, запрещающая отключение одного из указанных разъединителей при отключенном другом. После переключений на СШ2 отключают ВШС и разъединители в его цепи. С СШ1 снято напряжение. В такой схеме необходимо строгое соблюдение последовательности переключений. Большое количество разъединителей, выполняющих роль оперативных аппаратов, может привести к авариям из-за ошибочных действий персонала, например, отключению тока нагрузки разъединителем. Это определяет недостаток схемы. Ремонт выключателя приводит к отключению цепи ремонтируемого выключателя.

В целом схема является экономичной, достаточно надёжной, широко применяется в распределительных устройствах разных напряжений (в РУ ГН, в РУ повышенных напряжений до 220 кВ).

Схема с двумя системами сборных шин, одним выключателем на цепь с фиксированным присоединением

В нормальном режиме работы (рис. 2.5) обе системы шин находятся под напряжением (рабочие), и все присоединения распределены между ними равномерно, т.е. применено чередование мест присоединений (фиксированное присоединение). Разъединители Р1, Р4, Р5, Р8 – включены, Р2, Р3, Р6, Р7 – отключены, ШСВ и разъединители в его цепи включены. Схема похожа на схему с одной секционированной системой сборных шин.

Короткое замыкание на сборных шинах приводит к потере одной системы шин, что соответствует приближённо половине мощности присоединений. Устройствами релейной защиты отключаются выключатели В1 и В3 присоединений, работающих на СШ1, и ВШС. Для восстановления питания потерянных присоединений отключают Р1 и Р5, включают Р2 и Р6, и далее включают В1 и В3.

Плановый ремонт системы шин и шинных разъединителей осуществляется без перерыва питания потребителей. Переключения производят по аналогии с предыдущей схемой. Ремонт выключателя сопровождается отключением одной цепи. Схема также применяется в РУ ГН, в РУ повышенных напряжений до 220 кВ.

Схема с двумя системами сборных шин, одна из которых секционирована выключателем (на лекции не было, но сказала посмотреть)

Объединим схему с одной секционированной системой шин и схему с двумя системами шин, получим схему, показанную на рис. 2.6.

Генераторы Г1 и Г2 присоединены на СШ1, которая секционирована выключателем ВС. Вторая система шин СШ2 является резервной. Обе системы шин могут быть соединены между собой шиносоединительным выключателем ВШС1 и ВШС2, которые в нормальном режиме отключены. В такой схеме увеличено число выключателей, что удорожает схему и в то же время делает её более надёжной.

При коротком замыкании на СШ отключается одна секция, после оперативных переключений питание может быть восстановлено. Вместо первой секции 1с, например, будет использована СШ2, параллельная работа со второй секцией 2с будет восстановлена через ВС (на рисунке цепь показана пунктиром).

Плановый ремонт СШ и шинных разъединителей проводится посекционно без перерыва питания (порядок выполнения операций рассмотрен в 2.3.3). Ремонт выключателей возможен только при отключении цепи.

Схема с двумя рабочими и обходной системами шин

Во всех ранее рассмотренных схемах ремонт выключателя сопровождался отключением цепи присоединения. Для системы шин генераторного напряжения это не существенно, так как отключение линейного выключателя приводит к потере 3 - 5 МВт, а ремонт генераторного выключателя совмещают с ремонтом генератора. Пропускная способность линий ВН велика, и в таких схемах при ремонте выключателей может быть отключена большая мощность. Согласно ПУЭ ремонт выключателя 110 кВ и выше, как правило, не должен приводить к отключению цепи. Поэтому для РУ 110 кВ и выше с большим числом присоединений может применяться схема с двумя рабочими и обходной системами шин с одним выключателем на цепь (рис. 2.7).

В нормальном режиме работы СШ1 – рабочая, СШ2 – резервная, т.е. все цепи подключены к СШ1. Разъединители, соединяющие линии и трансформаторы с обходной системой шин РО1, РО2, РО3 отключены, обходной выключатель ВО – отключен, обходная система шин ОСШ находится без напряжения. Выключатель ВО может быть использован для замены любого другого выключателя, поэтому для исключения перерыва питания потребителей ремонт выключателей следует производить поочередно.

Для вывода в ремонт выключателя необходимо произвести следующие операции:

- проверить исправность ОСШ (подать напряжение и опробовать на отсутствие повреждений): включить Р8 и РО3 и ВО; при исправности ОСШ отключить ВО;

- для ремонта, например, В1 в цепи трансформатора Т, необходимо включить РО1 и ВО, создаётся две параллельные цепи от Т до шин через В1 и ВО.

- теперь В1 можно отключить, отключить разъединители Р3, Р2 и с соблюдением всех правил техники безопасности вывести в ремонт В1, в это время трансформатор остаётся подключенным к рабочей СШ (цепь через ВО показана пунктирной линией).

Необходимо отметить, что также требуются переключения в цепях релейной защиты, которые в данных разделах не рассмотрены.

Недостатки такой схемы:

- необходимость установки ШСВ и ОВ, большого количества разъединителей увеличивает затраты на сооружение РУ;

- большое количество операций с разъединителями усложняет эксплуатацию РУ.

Схема с одной рабочей и обходной системой сборных шин

На повышенном напряжении возможно применение схем РУ с одиночной секционированной и обходной системой шин (рис. 2.8).

В этой схеме также соблюдается требование ремонта и опробования выключателей без перерыва питания.

В схеме рис. 2.8 а) в нормальном режиме обходная система шин (ОСШ) находится без напряжения. Разъединители, соединяющее Л и Т с ОСШ, отключены (РО1, РО2, РО3, РО4). Выключатели ВО1 и ВО2 могут соединять секции с ОСШ, в нормальном режиме они отключены. Вывод в ремонт выключателя присоединения выполняется аналогично описанию схемы с двумя рабочими и ОСШ.

На рис. 2.8 б) дана та же схема, но секции конструктивно расположены в два ряда, и применён один обходной выключатель на две секции, присоединённый к секциям сборных шин через два разъединителя. Включается разъединитель на ту секцию, где производят ремонт выключателя.

Все рассмотренные схемы имели один выключатель на цепь, они экономичны. Схемы с одним выключателем на цепь применяют в РУ напряжением до 110, 220 кВ. При более высоком напряжении пропускная способность линий увеличивается, мощность источника питания больше. Для повышения надёжности таких схем применяют увеличенное количество выключателей.

Схема со сборными шинами и двумя выключателями на присоединение

На напряжении 220 кВ и более для повышения надёжности схем применяют увеличенное количество выключателей. На рис. 2.9 показана схема с двумя системами шин и двумя выключателями на присоединение. Обе системы шин находятся под напряжением и являются рабочими, каждая цепь подключена к системе шин через развилку из двух выключателей. В нормальном режиме все выключатели и разъединители включены.

При коротком замыкании на сборных шинах, например СШ1, отключаются выключатели, связывающие присоединения с повреждённой системой шин (B1, В2). Однако работа не нарушается благодаря подключенному состоянию присоединений выключателями В3 и В4 ко второй системе шин СШ2.

Для планового ремонта системы шин и шинных разъединителей необходимо вывести соответствующую систему шин в ремонт, выполнив переключения, аналогично схеме с одной системой шин. Ремонт выключателя не требует отключения цепи присоединения.

Схема надёжна, однако ввиду дороговизны из-за большого количества выключателей не получила большого распространения (например, такая схема частично применена на Красноярской ГЭС).

Схема с двумя системами сборных шин и тремя выключателями на два присоединения

Капитальные вложения в схему с двумя выключателями на присоединение можно уменьшить, сохранив все её основные преимущества, если через три выключателя к двум сборным шинам подключить два присоединения. Схема с двумя системами сборных шин и тремя выключателями на две цепи, получившая название «полуторной», применяется в РУ 330, 500, 750 кВ. Как видно из рис. 2.10, на шесть присоединений необходимо 9 выключателей, т.е. на каждое присоединение - «полтора» (3/2) выключателя.

В нормальном режиме работы каждое присоединение включено через два выключателя, обе системы шин находятся под напряжением. Выключатели BI1, BI2, BI3 называют выключателями первого ряда, BII1, BII2, BII3 - выключатели второго ряда и BIII1, BIII2, BIII3 - выключатели третьего ряда.

Для отключения линии Л1 необходимо отключить два выключателя BII1 и BIII1, для отключения трансформатора Т1 – BI1 и BIII1.

При коротком замыкании на сборных шинах, например, в точке К1, релейной защитой будут отключены выключатели первого ряда, что вызовет обесточивание первой системы шин, но все присоединения останутся в работе.

При равенстве числа источников питания и линий работа всех цепей сохраняется даже при отключении обеих систем шин, при этом может лишь нарушиться параллельная работа на повышенном напряжении.

Ремонт системы шин и шинных разъединителей также выполняется без отключения присоединений. Вывод выключателя в ремонт выполняется отключением выключателя и разъединителей с обеих сторон выключателя без перерыва питания для присоединений.

Схема является более экономичной сравнительно со схемой, имеющей два выключателя на присоединение, поэтому применяется широко. К числу недостатков следует отнести следующее:

- ресурс работы выключателей в таких схемах меньше за счёт необходимости выполнять операции двумя выключателями для отключения присоединения;

- схема не абсолютно надёжна, так как при наложении некоторых режимов возможны отключения присоединений.

Так, одним из возможных наложений режимов является ремонт выключателя BIII2 и повреждение в цепи трансформатора Т1 (точка К2). BIII2 - отключен. Релейная защита при коротком замыкании в Т1 должна отключить выключатели BI1 и BIII1. Т1 - отключен, Т2 остался в работе. Однако при отказе BI1 работает устройство резервирования отказов выключателей (УРОВ), формирующее управляющие воздействия на все выключатели первого ряда, что приведёт к отключению Т2 и потере всех источников питания (если 2 цепи). Если цепей более двух также будет потерян один исправный источник питания.

Таким образом, в полуторной схеме при симметричном расположении присоединений в сложной аварии могут быть потеряны одноименные элементы (источники питания или линии).

Для повышения надёжности схемы применяют чередование присоединений, когда одноименные элементы присоединяют к разным системам шин (рис. 2.11).

При таком сочетании в случае повреждения любого элемента или сборных шин при одновременном отказе в действии любого из выключателей и ремонте выключателя другого присоединения отключается не более 1 линии и одного источника питания.

Так, например, при ремонте BIII2, к.з. на Л1 и отказе в работе BII1 отключаются выключатели BII1, BII2, BII3 в результате чего кроме повреждённой линии будет отключен Т2.

Схема с чередованием присоединений более надёжна, но конструктивно сложнее.

Недостатки полуторных схем:

- отключение повреждённого элемента двумя выключателями, что снижает ресурс их работы;

- удорожание конструкции РУ при нечётном числе присоединений, так как одна цепь должна присоединяться через два выключателя;

- усложнение цепей РЗА;

- большое количество выключателей в схеме.

Необходимо сказать о назначении разъединителей в цепях присоединений. При длительных отключениях, например ремонтах линий или трансформаторов, элемент отключается двумя выключателями, затем отключается разъединитель элемента (например, Р4 на Л1), а выключатели снова включаются, что повышает надёжность оставшейся схемы.

Конструктивно схемы «3/2» выполняются не только с трёхрядным расположением выключателей, но и однорядным и двухрядным (значительно реже). Это когда выключатели рисуются не вертикально, а горизонтально.

Схема с двумя системами сборных шин и четырьмя выключателями на три присоединения

Схема «4/3» (рис. 2.12 а) имеет все достоинства полуторной схемы и более экономична (1,33 выключателя на присоединение). Режимы работы схемы аналогичны, и также при сложных авариях возможны отключения неповреждённых элементов.

Конструкция ОРУ по такой схеме достаточно компактна, экономична в обслуживании, если принять компоновку с двухрядным расположением выключателей (рис. 2.12 б). Применяется и однорядное расположение выключателей в схемах с КРУЭ.

Нередко на электрических станциях и подстанциях применяют рассмотренные схемы с неполными ячейками, получается комбинация схем. Например, при числе присоединений равном 5, целесообразно сделать ячейку «4/3» и неполную на два присоединения (фактически схему «3/2» с двухрядным расположением выключателей) полуторную схему, комбинированную со схемой «4/3».