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
Мосты преобразователей собирают из тиристорных блоков или
ртутных вентилей (почти все действующие в настоящее время электропередачи постоянного тока оснащены ртутными вентилями высокого напряжения; усиленно разрабатывают и вводят в эксплуатацию
тиристорные блоки высокого напряжения). Тиристорные блоки высокого напряжения имеют ряд преимуществ перед ртутными вентилями.
В частности, они не дают обратных зажиганий
; позволяют без подготовки почти мгновенно набирать нагрузку; облегчают условия эксплуатации и ремонта; компактны. С их помощью можно создать высоковольтный преобразовательный блок с номинальным напряжением до
375 кВ. Однако тиристорные блоки высокого напряжения имеют и
недостатки, затрудняющие их применение, а именно : небольшая перегрузочная способность; очень большое число тиристорных элементов;
высокая стоимость; боль
шие потери мощности. Прогресс полупроводниковой техники, вероятно, приведёт к вытеснению ртутных вентилей,
хотя и последние тоже совершенствуются.
Изоляцию вентилей относительно земли осуществляют двумя
ступенями: первая ступень – опорная изоляция платформы промежуточного потенциала, общая для всех вентилей моста; вторая ступень –
индивидуальная изоляция вентиля относительно платформы. Преобразовательные мосты устанавливают в зданиях, вблизи которых размещают силовы
е трансформаторы.
При каскадном соединении мостов разнополярные полюсы мостов смежных боков подключают через разъединители к секциям сборных шин постоянного тока. Кроме того, каждый мост имеет свой шунтирующий разъединитель. При такой схеме можно вывести в ремонт
любой поврежденный мост и преобразовательный блок в цело
м, не
прерывая общую цепь постоянного тока и не нарушая работу других
блоков.
Средние точки каскадных схем заземляют. Их присоединяют к заземлителям, допускающим длительное прохождение рабочего тока.
Такое заземление делит электропередачу на две независимые полуцепи и даёт возможность при выходе из работы одной полуцепи сохранить в работе другую полуцепь, проп
уская ток через землю. Рабочие
заземлители выносят за пределы преобразовательных подстанций на
расстояние нескольких десятков километров и присоединяют к средним точкам каскадов воздушными двухпроводными линиями (класса
35 и 110 кВ). Это делают с целью избежать электролизного разрушения подземных металлических сооружений подстанций, в том числе и
оболочек кабелей.
81
Вентильные установки, как известно, являются источниками
высших гармоник. Коммутация вентилей искажает фору кривых токов
и напряжения в примыкающей сети переменного тока. В электропередаче постоянного тока вентильные мосты работают в двенадцатифазном режиме преобразования, хотя каждый отдельно взятый мост работает в шестифазном режиме. Совместная работа мостов в двенадцатифазном режиме более выг
двенадцатифазном режи
одна, чем в шестифазном. В частности, в
ме имеет место взаимная компенсация генерируемых мостами некоторых высших гармонических составляющих
токов и напряжений. Остающиеся некомпенсированные высшие гармоники в линии постоянного тока и питающей сети переменного тока
имеют высокий порядок и небольшую амплитуду. Выпрямленное напряжение становится более сглаженным, а сетевое нап
искажённым. Тем не менее оставшиеся высш
ие гармоники как на сто-
ряжение – менее
роне переменного тока, как и на стороне постоянного тока необходимо
фильтровать, чтобы ограничить зоны циркуляции высших гармоник
пределами подстанций, исключить неблагоприятное воздействие высших гармоник на электрооборудование примыкающих систем переменного тока, а также исключить радиопомехи по линиям связи. Ус
новка фильтров яв
ляется обязательной на каждой полуцепи электро-
та-
передачи. К шинам переменного тока подстанций фильтры подключают с помощью выключателей, а на стороне постоянного тока – с помощью разъединителей.
На преобразовательных подстанциях предусматривают также установку конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности, потребляемой преобразователями. К шинам переменного то
подключают с по
мощью разъединителей.
ка их
К основному оборудованию преобразовательных подстанций
относятся и линейные сглаживающие реакторы. Последние включают в каждую цепь линии постоянного тока, с противоположных концов, с помощью разъединителей. Электропередача постоянного тока
имеет, следовательно, четыре реактора. Реакторы имеют индуктивность 0,5…1 Гн. Они помещены в баки с маслом. Баки устанавли
вают на уровне земли. Обычно реактор имеет вывод высокого напряжения от средней точки обмотки, который используют для подключения фильтра.
На каждой преобразовательной подстанции устанавливают комплекс разрядников, защищающих электрооборудование от перенапряжений.
82
3.8. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Процесс производства электроэнергии на электрических станциях
полностью механизирован. Работа современных мощных котлов паротурбинных агрегатов ТЭС возможна только при участии множества
вспомогательных рабочих машин (мельниц, дробилок, кранов, транспортеров, насосов, вентиляторов и др.), необходимых для приготовления и транспорта топлива, подачи воздуха в камеры горения и удаления из них продуктов сгорания, удаления золы, подачи воды в котлы,
поддер
жания вакуума в конденсаторах турбин, водоснабжения станции, перекачки горячей воды для теплоснабжения, вентиляции помещений и многого другого.
Еще более ответственны функции вспомогательных рабочих машин на АЭС, например главных циркуляционных насосов или газодувок, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя через активную зону
реактора, электронагревателей паровых компенсат
оров объёма, насосов технического водоснабжения, а также системы технологического
контроля реактора, его управления и защиты.
Производственный процесс на гидростанциях значительно проще,
и число вспомогательных рабочих машин меньше. Однако и здесь необходимы насосы для технического водоснабжения, масляные насосы
системы регулирования и смазки гидроагрегатов, компрессоры маслонапорных установок и др.
Большинство рабочи
х машин приводится в движение электродвигателями трёхфазного переменного тока. Лишь для привода некоторых
ответственных рабочих машин небольшой мощности применяют электродвигатели постоянного тока. Для привода питательных насосов
котлов большой производительности, а также дутьевых вентиляторов,
котлов, работающих при избыточном давлении, используют паровые
турбины. Значительное количество электроэнергии расходуется во
вспомогательных цехах, мастерских, для
освещения станции управления и контроля. Таким образом, на ЭДС вырабатывают, но также потребляют электрическую и тепловую энергию, необходимую для обеспечения нормальной работы основных агрегатов.
Для электроснабжения электродвигателей рабочих машин электростанции, а также других приёмников энергии предусматривают ряд
понижающих трансформаторов, присоединяемых к генераторам и
главным РУ станции. Поскольку мощн
ость электродвигателей лежит в
пределах от нескольких киловатт до нескольких тысяч киловатт, целесообразно иметь распределительные сети и соответствующие РУ двух
83
ступеней напряжения: 6 кВ для электродвигателей мощностью 200 кВт
и выше и 380/220 В для электродвигателей меньшей мощности и освещения. Для электроснабжения электродвигателей постоянного тока
предусматривают электродвигатели-генераторы, преобразующие переменный ток в постоянный.
Таким образом, основными источниками электроэнергии для собственных (производственных нужд) станций являются генераторы и
электрическая система в целом. Вместе с тем, как по
казывает опыт
эксплуатации, необходимы также независимые от энергосистемы источники энергии ограниченной мощности для частичного резервирования основных источников энергии при нарушении нормальной работы главных агрегатов или станции в целом, резком снижении напряжения в системе и других анормальных явлениях. Независимые источники
энергии небольшой мощности в виде аккумуляторных батарей необх
одимы также для обеспечения электроэнергией особо ответственных
электродвигателей, системы управления станции и освещения её в аварийных условиях. Элементы станции, необходимые для её экономичной
и надёжной работы: рабочие машины с приводными электродвигателями (паровыми турбинами), приёмники электроэнергии всех видов, электрические сети, РУ, понижающие трансформаторы, независимые источники электроэне
ргии, а также соответствующая система управления
составляют систему собственных нужд электростанции.
Нагрузка системы с.н. и расходуемая электроэнергия зависят от
типа электростанции, вида топлива, типа и мощности турбин, типа
привода наиболее мощных рабочих машин и др. Ниже приведены
обобщённые данные по максимальным нагрузкам системы с.н. электростанций различных типов в процентах от установл
енной мощности
станции применительно к отечественным энергосистемам:
КЭС на газомазутном топливе 3 – 5;
то же, но на пылеугольном топливе 6 – 8;
ТЭЦ на газомазутнм топливе 5 – 7
то же на пылеугольном топливе 8 – 14;
АЭС с водяным теплоносителем 5 – 8;
то же с газовым теплоносителем 5 – 14;
ГЭС большой мощности 0,5 – 1;
то же малой и средней мощности 2 – 3.
Из приведённых данных следует, что нагрузка
системы с.н. ТЭС,
использующих пылеугольное топливо в 1,6 – 2 раза превышает соответствующую нагрузку станций, использующих газомазутное топливо.
Нагрузка системы с.н. ТЭЦ больше соответствующей нагрузки КЭС.
Наименьшую нагрузку имеет система с.н. ГЭС.
84
Нормальная работа электростанции и безопасность её обслуживания возможны только при условии надежной работы системы с.н. Это
особенно относится к тепловым и атомным электростанциям. Требования надёжности регламентированы.
Использование электрической системы в качестве основного источника электроснабжения системы с.н. является в настоящее время
общепринятым и наиболее экономичным. Недостатком этой системы
электроснабжения являетс
я её зависимость от режима внешней сети,
поскольку короткие замыкания в последней вызывают снижение напряжения в системе с.н. и соответствующее уменьшение производительности рабочих машин. Однако современный уровень релейной
защиты и автоматики в сочетании с правильно построенной электрической схемой позволяют свести к минимуму эту зависимость. Ниже
перечислены условия, обеспечивающие надёжность основног
о элек-
троснабжения системы с.н. от электрической системы [1]:
применение быстродействующей релейной защиты, позво-
−
ляющей уменьшить опасность снижения напряжения при КЗ во внешней сети, а также в сети с.н.;
автоматическое регулирование возбуждения генераторов,
−
обеспечивающее быстрое восстановление напряжения генераторов
после отключения КЗ;
использование для привода рабочих машин системы с.н. асин-
−
хронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, легко разворачивающихся (самозапускающихся) после кратковременного снижения напряжения;
рациональное построение электрической схемы системы с.н., в
основу которой положен принцип секционирования этой системы с
присоединением группы электродвигателей, относящихся к каждому
агрегату или котлу, к отдельной секции с отдельным рабочим трансфо
рматором. Предусматривают также резервные трансформаторы,
присоединённые к другим электрическим цепям станции.
Для потребителей системы с.н., требующих повышенной надёжности электроснабжения, предусматривают независимые источники
энергии ограниченной мощности, обеспечивающие электроснабжение
этой группы потребителей при полном исчезновении напряжения на
станции. Такими независимыми источниками энергии могут быть: а)
автономные агрегаты с а
матическим пуском, состоящие из первич-
вто
ного двигателя в виде дизеля или газовой турбины и синхронного генератора; б) вспомогательные генераторы, расположенные на валу
главных агрегатов; в) аккумуляторные батареи с обратимыми агрегатами, состоящими из машин переменного и постоянного тока.
85
Автономные агрегаты обеспечивают временное электроснабжение ответственных электродвигателей и других приемников электроэнергии при нарушении нормальной работы станции. Однако стоимость их высока.
Включение автономных агрегатов в работу требует времени порядка нескольких минут. Поэтому автономные агрегаты используют
только для резервирования ответственных потребителей системы с.н.,
допускающих кратковременный перерыв электроснабжения. Число и
мощнос
ть этих агрегатов за
висят от типа электростанции.
Вспомогательные генераторы, расположенные на валу главных агрегатов, в прежнее время использовали в качестве независимых источников энергии для электроснабжения системы с.н. ТЭС. В настоящее время их используют при определённых условиях только на АЭС для снабжения электроэнергией электродвигателей главных циркуляционных
насосов, так ка
к вспомогательные генераторы заметно усло
жняют кон-
струкцию главных агрегатов и увеличивают размеры машинного здания.
Аккумуляторные батареи и обратимые агрегаты небольшой мощности получили наибольшее применение на электростанциях всех типов в качестве независимых источников энергии. Их используют также
при нормальной работе станции. При этом машина переменного тока
работает в двигательном ре
жиме, а маши
на постоянного тока – в генераторном параллельно с аккумуляторной батареей. При исчезновении
напряжения на сборных шинах переменного тока направление потока
энергии меняется: машина постоянного тока переходит в двигательный режим, потребляя энергию от батареи, а машина переменного тока – генераторный режим, обеспечивая непрерывное питание особо
ответственных потребителей, не допускающи
перерыва в электроснабжении.
3.9. СИСТЕМЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ПОДСТАНЦИЙ
х даже кратко
временного
Приёмниками энергии системы с.н. подстанций являются: электродвигатели системы охлаждения трансформаторов и синхронных
компенсаторов; устройства обогрева масляных выключателей и шкафов с установленными в них электрическими аппаратами и приборами; электродвигатели компрессоров, снабжающих воздухом воздушные выключатели и пневматические приводы; электрическое отопление и освещение; система пожаротушения. Наиболее ответственными
приемниками электр
оэнергии системы с.н. являются приемники
систем управления, телемеханики и связи, электроснабжение которых
может быть осуществлено:
а) от сети переменного тока – непосредственно, через стабилиза-
торы и выпрямители;
б) от независимого источника энергии – аккумуляторной батареи.
86
В последнем случае в системе с.н. должны быть предусмотрены преобразователи для заряда батареи.
Для электроснабжения системы с.н. подстанций предусматривают
понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 380/220 В.
Трансформаторы с.н. могут быть присоединены к сборным шинам РУ
6…10 кВ. Однако такая схема обладает недостатком, который заклю-
еждениях
чается в нарушении электроснабжения системы с.н. пр
в РУ.
Поэтому трансформаторы с.н. предпочитают присоединять к выводам низшего напряжения главных трансформаторов на участках между трансформатором и выключателем.
1. Как разделяются различные электроприемники с точки зрения
надёжности питания?
2. Как выбирается число секций ГРУ 6-10 кВ на ТЭЦ?
3. Назовите область применения схем треугольника, квадрата, пя-
тиугольника. Каковы достоинства и недостатки этих схем?
4. Сравните схемы блоков генератор–трансформатор с генератор-
ным выключателем и без него в режиме отключения бока и включения
его в раб
оту.
Вопросы для самопроверки
и повр
87
Данное учебное пособие предназначается для студентов электрических и электротехнических специальностей вузов. В качестве основного оно может быть использовано студентами, которые специализируются по электротехническим системам, электрическим сетям, электрическим станциям и подстанциям, а как вспомогательное – студентами смежных инженерных специальностей. Пособие может быть использовано магистрами, аспирантами, занимающимися эксплуатацией,
роектирован
п
электрической энергии.
Материал пособия содержит основное оборудование электростанций (ч. 1) и подстанций (ч. 2): синхронные генераторы и компенсаторы, силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Большое
внимание уделено анализу схем электрических соединений электростанций и подстанций с точки зрения их надёжности и экономичности.
ием, исследованием систем передачи и распределения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
88
1. Электрическая часть станций и подстанций / А. А. Васильев,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
И. П. Крючков и др. / под ред. А. А. Васильева. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 562 с.
2. Рожкова, Л. Д. Электрооборудование электрических станций
и подстанций / Л. Д. Рожкова, Л. К. Корнеева, Т. В. Чиркова. – М. :
Издательский центр «Академия», 2010. – 448 с.
3. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть станций и подстанций
(справочные материалы) / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. – М. :
Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
4. Электрический справочник / под ред. проф. МЭИ. Т. 1 – 3. –
М. : Энергоатомиздат, 1985 – 1988.
5. Справочник по проектированию подстанций 35 – 500 кВ /
под ред. С. С. Рокотяна и Я. С. Самойлова. – М. : Энергоиздат, 1982. –
352 с.
6. Правила технической эксплуатации электрических станций и
сетей Российской Федерации. РД 34.20.501.95 – М. : ОРГРЭС, 1996.
7. Электрическая часть электростанций / под ред. С. В. Усова. –
Л. : Энергоатомиздат, 1987. – 616 с.
8. Ополева, Г. Н. Схемы и подстанции электроснабжения : спра-
вочник. – М. : ИД «ФОРУМ»: ИНФРА–М. : 2009. – 480 с.
9. Усатенко, С. Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД :
справочник / С. Т. Усатенко, Т. К. Каченюк, М. В. Терехова. – М. : Издательство стандартов, 1989. – 325 с.
10. Правила устройства электроустановок. – Новосибирск : Сиб.
унив. изд-во, 2005. – 854 с., ил.
11. Нормы технического проектирования тепловых станций.
ВНТП – Т. – 88. – М. : НИИ Теплоэлектропроект, 1988. – 50 с.
12. Двоскин, Л. И. Схемы и конструкции распределительных
устройств / Л. И. Двоскин. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 220 с.
13. Нормы технического проектирования атомных электрических
станций. ВНТП. – М. : ЦНТИ Информэнерго, 1981. – 141 с.
14. Нормы технического проектирования гидроэлектростанций. –
М. : Гидропроект, 1977. – 131 с.
15. Афонин В. В. Электростанции и подстанции : Ч. 1 : учебное по-
собие / В. В. Афонин, К. А. Набатов. – Тамбов : Издательство ФГБОУ
ВПО «ТГТУ», 2015.
89
16.
Нормы технического проектирования подстанций с высшим
напряжением 35 – 750 кВ. – Т. 1. – М. : ВГПИ и НИИ Энергосеть проект, 1991.
17. Типовые схемы принципиальных электрических распредели-
тельных устройств напряжением 6 – 750 кВ подстанций и указания к
их применению. № 14198 Т. 1. – М. : Энергосетьпроект, 1993. – 75 с.
18. Комплектные трансформаторные блочные модернизирован-
ные подстанции 35, 110, 220 кВ / Самарские завод «Электрощит»,
1999.
19. Дорошев, К. И. Комплектные распределительные устройства
6 – 35 кВ. – М. : Энергоиздат, 1982. – 376 с.
20. Типовой проект 407-03-334-83. Открытые распределительные
устройства 500 кВ (с продольным расположением выключателей). –
Л. : Сев. – Зап. отделение Энергосеть проект, 1983.
90