Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические станции и подстанции. В 2 частях. Ч.2.. Учебное пособие.pdf
чается и линия. Работа её может быть быстро восстановлена после отключения разъединителя поврежденного трансформатора и включения
выключателя перемычки.
При наличии трёх линий и двух трансформаторов (рис. 2.7, б) необходимо иметь четыре выключателя – два на линиях и два на перемычках. Такую схему называют схемой с двойным мостом. В случае
замыкания на средней линии происходи
т деление устройства на две
части. Связь между ними может быть восстановлена после отключения
линейного разъединителя поврежденной линии и включения выключателей перемычек.
На рис.2.7,в показан другой вариант РУ для трёх линий и двух
трансформаторов. Здесь предусмотрены две системы сборных шин, к
которым каждая линия присоединена через два выключателя. Транс
форматоры присоединены соответственно к одной и другой системам
через разъединители. Такую схему называют схемой шины–трансформаторы. Отключение трансформаторов происходит тремя выключателями. После этого следует отключить разъединитель поврежденного трансформатора и вновь включить выключатели.
К упрощенным схемам относятся также так называемые блочные
схемы, например схема линия–трансформатор (рис. 2.7, г) с выклю
чателями на отправном и приемном концах. Передача мощности может
иметь место в обоих направлениях. На рисунке 2.7, д приведена схема
блока генератор–трансформатор–линия. Здесь предусмотрены выключатели у генератора и на приемном конце линии.
Вопросы для самопроверки
1. Какова область применения схемы с одной секционированной
системой шин?
2. При повреждении в каком элементе схемы с двумя системами
шин может нарушиться электроснабжение всех присоединений?
3. В каких схемах можно произвести ремонт сборных шин без
нарушения электроснабжения потребителей?
4. В каких схемах можно производить ремонт линейного выклю-
чателя без нарушения электроснабжения по эт
5. Каково назначение секцио
нного, обходного, шиносоедини-
ой линии?
тельного выключателей?
-
51
Глава 3. ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
И ПОДСТАНЦИЙ
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СХЕМАХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
3.1.1. Виды схем и их назначение
Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) – это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями [2, 7].
При проектировании электрической составляющей электростанции (подстанции) самым важным является выбор главной схемы, так
как от неё будет зависеть полный состав элементов и связей между
ними. Исхо
дя из главной схемы составляют схемы собственных нужд,
монтажных соединений и т.д.
Главные схемы на чертежах представляются в однолинейном исполнении, и все элементы установки отключены. В редких случаях разрешается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.
Все элементы схемы и связи между ними изображ
ветствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
Во время эксплуатации чаще используют упрощённые оперативные схемы, в них изображено только основное оборудование. Персонал в конце смены на оперативной схеме отмечает изменения положения выключателей, которые произошли во время их дежурства.
При проектировании электроустановки до разработки главно
схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части
электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы,
генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для
дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных
схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.
На чертежах этих схем функциональные части изображ
в виде прямоугольников или условных графических изображений
(рис. 3.1, а). Никакой аппаратуры (выключателей, разъединителей,
трансформаторов тока и т.д.) на схеме не показывают.
На рисунке 3.1, б показана главная схема этой же подстанции без
некоторых аппаратов – трансформаторов тока, напряжения, разрядников. Такая схема является упрощённой принципиальной схемой электрических со
единений. На полной пр
аются в соот-
й
аются
инципиальной схеме (рис. 3.1, в)
52
указывают все аппараты первичной цепи, заземляющие ножи разъединителей и отделителей, указывают также типы применяемых аппаратов. В оперативной схеме (рис. 3.1, г) условно показаны разъединители
и заземляющие ножи. Действительное положение этих аппаратов
(включено, отключено) показывается на схеме дежурным персоналом
каждой смены.
а)
б)
в)
г)
Рис. 3.1. Виды схем на примере подстанции 110/10 кВ:
а – структурная; б – упрощённая принципиальная;
в – полная принципиальная; г – оперативная
53
Согласно ГОСТ 2.710–81 буквенно-цифровое обозначение в электрических схемах состоит из трех частей: 1-я указывает вид элемента,
2-я – его порядковый номер, 3-я – его функцию. Вид и номер являются
обязательной частью условного буквенно-цифрового обозначения и
должны присваиваться всем элементам и устройствам объекта. Указание функции элемента (3-я часть обозначения) необязательно.
В 1-й части записывают одну или несколько букв латинского алфавита, во 2-й части –
одну или несколько арабских цифр, характеризующих порядковый номер элемента. Например, QS1 – разъединитель
№ 1; Q2 – выключатель № 2; QK – секционный выключатель.
В пособии принято позиционное обозначение по ГОСТ 2.710–81
и «Указаниям методическим межотраслевым по применению ГОСТ
ЕСКД» [9].
3.1.2. Основные требования к главным схемам
При выборе схем электроустановок должны учитываться следующие факторы [2]: значение и роль электростанции или подстанции
для энергосистемы (первый фактор). Электростанции, работающие
параллельно в энергосистеме, существенно различаются по своему
назначению. Одни из них, базисные, несут основную нагрузку, другие,
пиковые, работают неполные сутки во время максимальных нагрузок,
третьи несут электрическую нагрузку, определяемую их тепловыми
потребителями (ТЭЦ).
целесообразность применения разных схем электрических соединений
даже в том случае, когда количество присоединений одно и то же.
Подстанции могут предназначаться для питания отдельных потребителей или крупного района, для связи частей энергосистемы или
различных энергосистем. Роль подстанций определяет её схему; положение электростанции или подстанции в энергосисте
пряжения прилегающих сетей. Шины высшего напряжения электростанций и подстанций могут быть узловыми точками энергосистемы,
осуществляя объединение на параллельную работу нескольких электростанций. В этом случае через шины происходит переток мощности
из одной части энергосистемы в другую – транзит мощности. При
выборе схем таких электроустановок в первую очередь учитывается
ходимость сохранения транзита мощности.
необ
Подстанции бывают нескольких типов: тупиковыми, отпаечными
или проходными; их схемы будут отличны даже при одинаковом числе
трансформаторов равной мощности.
электроустановок
Разное назначение электростанций определяет
ме, схемы и на-
54
Схемы РУ 6…10 кВ напрямую зависит от схем электроснабжения
потребителей: поступление электрической энергии по одиночным или
параллельным линиям, наличия резервных вводов у потребителей и т.д.
В современной практике различают три категории надежности
электроприёмников (второй фактор).
I категория электроприёмников – это электроприёмники, при прекращении работы которых велика вероятность людских жертв, брак в
большом кол
ичестве, повр
еждение дорогостоящего оборудования,
расстройства сложного технологического процесса.
Электроприёмники I категории оснащают питанием от двух независимых источников, перерывы питания допускаются лишь на время
автоматического восстановления питания.
Из состава электроприёмников I категории выделяется особая
группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения
угрозы жизни людей, взрывов, по
жаров и повреждения
дорогостояще-
го оборудования
II категория электроприёмников – это электроприёмники, прекращение работы которых влечёт за собой массовый недоотпуск продукции, массовый простой рабочих механизмов и промышленного
транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Такие электроприёмники следует оборудовать питанием от двух независимых источников. Перерыв в
работе допус
кается на время, требующее
ся для выполнения необходи-
мых действий дежурным персоналом или выездной оперативной бригады.
Электроприёмники III категории – все остальные электроприёмники, не подходящие под описания I и II категорий. Для этой категории перерыв в электроснабжении не должен превышать 1 суток.
При выборе схем РУ должно учитываться возможное развитие
энергосистемы (увеличение количества присоединений) (тр
етий фак
тор). Так как строительство крупных электростанций осуществляется
поэтапно, то выбор схемы электроустановки ведётся с учётом количества агрегатов и линий, вводимых в первую, вторую третью очереди и
при окончательном её развитии.
Для выбора схемы важно учесть количество линий высшего и
среднего напряжения, степень их ответственности, поэтому на различных эт
апах развития эне
ргосистемы схема может быть разной.
Поэтапное развитие схемы РУ электростанции или подстанции
исключает коренные переделки. Это становится возможным только в
том случае, если при выборе схемы учитывают её развитие.
При выборе схем электроустановок учитывается допустимый
уровень токов КЗ. При необходимости решаются вопросы секциони-
-
55
рования сетей, деления электроустановки на независимо работающие
части, установки специальных токоограничивающих устройств.
Основными условиями при выборе главной схемы электроустановки можно считать:
– надёжность электроснабжения;
– приспособленность к проведению ремонта;
– оперативная гибкость электрической схемы;
– экономическая целесообразность.
Надёжность – это свойство электроустановки, участка электрической сети или энергосистемы в целом, позволяющее обеспечить потребителя бес
перебойно
й подачей электроэнергии надлежащего качества. А поломки оборудования по возможности не должны нарушать
электроснабжение потребителя.
Приспособленность электроустановки к проведению ремонтов
проявляется в возможности проведения ремонтных работ без прекращения электроснабжения потребителя. Существуют схемы, в которых
при ремонте выключателя необходимо приостановить работу данного
присоединения на протяжении всего ремонта; так же есть схемы вынуждающие п
роизвести о
тключение отдельных присоединений лишь
на время требующегося для создания ремонтной схемы; применяют
схемы, в которых для ремонта выключателя не требуется приостанавливать электроснабжение на короткий срок.
Оперативная гибкость электрической схемы выражается её приспособленностью для создания необходимых эксплуатационных режимов и проведения оперативных переключений.
Наибольшая оперативна
я гибкость схемы обеспечи
вается, если
оперативные переключения в ней производятся выключателями или
другими коммутационными аппаратами с дистанционным приводом.
Если все операции осуществляются дистанционно, а еще лучше средствами автоматики, то ликвидация аварийного состояния значительно
ускоряется.
Оперативная гибкость оценивается количеством, сложностью и
продолжительностью оперативных переключений.
Экономическая целесообразность схемы – оценивается приведён-
ными затратами, включа
ющими в себя затраты на со
оружение установки – капиталовложения, её на эксплуатацию и возможный ущерб от
нарушения электроснабжения.
3.1.3. Структурные схемы электростанций и подстанций
Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования
(числа генераторов, трасформаторов), распределения генераторов и на-
грузки между распределительными устройствами разного напряжения и
связи между этими РУ.
56
а) б) в)
Рис. 3.2. Структурные схемы ТЭЦ
На рисунке 3.2 изображаются структурные схемы ТЭЦ. Если ТЭЦ
располагается в непосредственной близости от потребителей электроэнергии напряжением 6…10 кВ, то потребуется распределительное ГРУ
(устройство генераторного напряжения). В зависимости от нагрузки
6…10 кВ устанавливают разное количество генераторов, присоеди-
нённых к ГРУ. На рисунке 3.2, а видно, что более мощный трансформатор подключен к РУ ВН, а два менее мо
вблизи ТЭЦ предусматривается сооружение энергоёмких
Если
щных – к ГРУ.
производств, то питание их может осуществляться по ВЛ 35 – 110 кВ.
В этом случае на ТЭЦ предусматривается распределительное устройство среднего напряжения (РУ СН) (см. рис. 3.2, б). Связь между РУ
разного напряжения осуществляется с помощью трёхобмоточных
трансформаторов или автотрансформаторов.
При незначительно
й нагрузке
(6 – 10 кВ) целесообразно блочное
соединение генераторов с повышающими трансформаторами без поперечной связи на генераторном напряжении, что уменьшает токи КЗ
и позволяет вместо дорогостоящего ГРУ применить комплектное РУ
для присоединения потребителей 6 – 10 кВ (см. рис. 3.2, в). Мощные
энергоблоки 100 – 250 МВт присоединяются к РУ ВН без отпайки для
питания потребителей.
На рисунке 3.3 по
казаны стру
ктурные схемы электростанций с
преимущественным распределением электроэнергии на повышенном
напряжении (КЭС, ГЭС, АЭС). Отсутствие потребителей вблизи таких
электростанций позволяет отказаться от ГРУ. Все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. Параллельная
работа блоков осуществляется на высоком напряжении, где предусматривается распределительное устройство (см. рис. 3.3, а).
Если электроэнергия выдаётся на высше
то свя
зь между РУ осуществляется автотрансформатором связи
м и среднем напряжении,
(см. рис. 3.3, б) или автотрансформатором, установленном в блоке с
генератором (см. рис. 3.3, в).
57
а) б) в)
Рис. 3.3. Структурные схемы КЭС, ГЭС, АЭС
Рис. 3.4. Структурные схемы подстанций
Структурные схемы электростанций с преимущественным распределением электроэнергии на повышенном напряжении (КЭС, ГЭС,
АЭС) изображены на рис. 3.4. Из-за отсутствия потребителей в непосредственной близости от электростанции можно отказаться от ГРУ.
В таком случае все генераторы соединены в блоки с повышающими
трансформаторами. Для параллельной работы блоков на высоком напряжении используется РУ (см. рис. 3.4, а).
При выдаче электроэнергии на высшем и среднем напряжении
связь между РУ происходит благодаря автотрансформаторной связи
(см. рис. 3.4, б) или автотрансформатором, монтируемым в блоке с
генератором (см. рис. 3.4, в).
Выбор той или иной структурной схемы электростанции или
подстанции производится на основании технико-экономического
сравнения двух-трёх вариантов, для чего в первую оч
димо выбрать количество и мощность трансформаторов (автотрансформаторов).
58
ередь необхо-
3.2. ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
3.2.1. Требования к схемам мощных тепловых электростанций
Мощность генераторов, устанавливаемых на ТЭС, неуклонно установленная растёт. Мощность некоторых современных КЭС составляет несколько миллионов кВТ. КЭС выполняют очень ответственную
роль в энергосистеме. К схемам КЭС, помимо общих требований из п.
3.1, предъявляются и другие специфические требования [11].
1. Главная схема выбирается на основе утверждённого проекта
развития энергосистемы.
2. На электростанциях, использующих эн
более отказ
работы любого выключателя, не считая шиносоединитель-
ергоблоки 300 МВт и
ного и секционного, не должно приводить к отключению более одного
энергоблока и одной или нескольких линий с учётом сохранения устойчивости энергосистемы. В случае отказа секционного или шиносоединительного выключателя допускается потеря двух энергоблоков
и линий при условии сохранения устой
совпадении по
вреждения или отказа одного выключателя с ремонтом
чивости энергосистемы. При
другого также допускается потеря двух энергоблоков.
3. Выход из строя любого выключателя не должно приводить нарушению транзита через шины электростанции, т.е. к отключению более
одной цепи транзита, если он состоит из двух параллельных цепей.
4. Энергоблоки, как правило, подключают через отдельн
трансформатор
ы и выключатели со стороны повышенного напряжения.
ые
5. Отключение линий электропередачи должно производиться не
более чем двумя выключателями, а энергоблоков, трансформаторов
собственных нужд – не более чем тремя выключателями распределительного устройства каждого напряжения.
6. Ремонтные работы выключателей напряжением 110 кВ и
выше, не считая КРУЭ, могут выполняться без отключения присоединени
я.
7. Схемы распределительных у
стройств высокого напряжения
предусматривают возможность секционирования сети или разделения
электростанции на независимо работающие части с целью ограничения токов КЗ.
8. Во время питания от данного распределительного устройства
двух пускорезервных трансформаторов собственных нужд не допускается выход из строя обоих трансформаторов при поломке любого выключателя.
Окончательный выбор сх
жет быть оц
енено математическим методом по удельной повреждае-
емы зависит от её надежности, что мо-
59
мости элементов. Главная схема должна удовлетворять режимным
требованиям энергосистемы, обеспечивать минимальные расчётные
затраты [2].
3.2.2. Схемы блоков генератор–трансформатор
и генератор–трансформатор–линия
В п. 3.1, было показано, что схемы выдачи электроэнергии КЭС
характерны блочным соединениям генераторов с трансформаторами.
Рассмотрим более подробно схемы энергоблоков генератор–
трансформатор (рис. 3.5).
Генераторный выключатель в блоках обычно устанавливают между двухобмоточным трансформатором и генератором (допускается
применять выключатель нагрузки) [11]. Присутствие генераторного
выключателя значительно облегчает включение и отключение блока и
сокращает количество оперативных пер
еключений в РУ
110 – 750 кВ,
что важно в схемах с с 3/2 или 4/3 выключателя на цепь. Подобные
схемы (рис. 3.5, а) применяют для энергоблоков, участвующих в
управлении графиком нагрузки энергосистемы.
Следует отметить, что наличие генераторных выключателей позволяет осуществить пуск генератора без использования пускорезервного трансформатора с.н. В этом случае при отключенном выключателе г
енератора питание на шины с.н. подается через блочный трансформатор и рабочий трансформатор с.н. После всех операций по пуску
генератор синхронизируется и включается выключателем Q2.
а) б) в) г)
Рис. 3.5. Схемы энергоблоков генератор–трансформатор:
а, г – блоки с двухобмоточными трансформаторами;
б – блок с автотрансформатором; в – объединённый блок
60