24.2. Требования, предъявляемые к схемам электроустановок

Требования, предъявляемые к элект­рической схеме станции, подстанции, следует понимать как требования к са­мой установке, поскольку схема опреде­ляет основное электрическое оборудова­ние и эксплуатационные свойства уста­новки. Эти требования, выдвигаемые на стадии проектирования и сформулиро­ванные в НТП [24.1] - [24.4], сводятся к следующему:

соответствие электрической схемы условиям работы станции, подстанции в энергосистеме, ожидаемым режимам, а также технологической схеме станции;

удобство эксплуатации, а именно: простота и наглядность схемы, мини­мальный объем переключений, связан­ных с изменением режима, доступность электрического оборудования для ре­монта;

удобство сооружения электрической части с учетом очередности ввода в эксплуатацию генераторов, трансфор­маторов, линий;

возможность автоматизации уста­новки в экономически целесообразном объеме;

достаточная, экономически оправ­данная степень надежности.

Последнее требование нуждается в разъяснении. Надежность представляет собой свойство объекта (элементов обо­рудования, системы из ряда элементов, электроустановки в целом) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатацион­ных показателей в определенных преде­лах. Под надежностью электрической

станции, подстанции следует понимать свойство (способность) выдавать мощ­ность в сеть в соответствии с запла­нированным графиком, снабжать элект­роэнергией потребителей, сохраняя ка­чество электроэнергии в пределах, уста­новленных действующими норматива­ми. Количественно надежность объекта оценивают с помощью ряда показателей, выбираемых и определяемых с учетом особенностей объекта, условий его экс­плуатации и последствий отказов, т. е. нарушений работоспособности. Отказы рассматривают как случайные события. Соответственно для анализа надежности используют методы математической теории вероятностей.*

24.3. Схемы тепловых конденсационных электростанций

Как известно из предыдущего (§ 1.2), тепловые конденсационные станции с агрегатами мощностью 300, 500, 800 и 1200 МВт выполняют из ряда автоном­ных частей — блоков.

Электрические схемы блоков. При­менение получили следующие схемы:

а) схема, в которой генератор G соединен с повышающим трансформа­тором непосредственно, т. е. без всяких коммутационных аппаратов (рис. 24.1, а). Между генератором и повышающим трансформатором Т1 предусматривают ответвление для отбора части мощно­сти в систему собственных нужд (СН) блока через понижающий трансформа­тор Т2. Последний присоединяют также без выключателя на ответвлении, чтобы не снижать надежности блока установ­кой дополнительного аппарата, вероят­ность повреждения которого заметйо больше вероятности повреждения транс­форматора. Выключатели предусматри­вают только на стороне высшего на­пряжения повышающего трансформато­ра и на стороне низшего напряжения трансформатора собственных нужд.

________________

* Методы расчета надежности излага­ются в курсе «Надежность электростанций».

Чтобы ввести блок в работу, не­обходимо обеспечить электроэнергией систему СН через пускорезервный транс­форматор ТЗ, присоединенный к сбор­ным шинам высшего или среднего напряжения. Пуск блока производится в следующем порядке. При отключен­ных выключателях блока и выключате­лях рабочего трансформатора СН вклю­чают пускорезервный трансформатор на соответствующие секции системы СН и пускают электродвигатели рабочих машин. Прогревание и разворот тур­бины происходит одновременно. Когда частота вращения агрегата достигнет номинальной, генератор может быть возбужден, синхронизирован и включен, т. е. соединен электрически с сетью энергосистемы. Теперь можно постепен­но нагрузить блок, включить рабочий трансформатор СН и отключить пуско­резервный. Процесс останова блока про­текает в обратном порядке. Система СН должна быть переключена с рабо­чего трансформатора на пускорезервный, так как после отключения блока часть рабочих машин должна продолжать свою работу. После этого блок может быть разгружен, отключен от сборных шин и генератор может быть развоз-бужден.

Недостаток рассматриваемой схемы заключается в необходимости переклю­чения системы СН в процессе пуска и останова блока; в случае повреждения в тепломеханической части блока он должен быть отключен выключателями высшего напряжения, что нежелательно в РУ кольцевого типа, поскольку нор­мальная работа РУ при этом наруша­ется. Указанные недостатки могут быть устранены, если предусмотреть выклю­чатель у генератора;

б) схема с выключателем у генера­тора (рис. 24.1,6), она удобнее в эксплу­атации, поскольку в процессах пуска блока система СН обеспечена энергией от сборных шин станции через главный трансформатор и рабочий трансформа­тор СН при отключенном выключателе генератора. Рабочие машины СН могут быть введены в работу. Когда частота вращения агрегата достигнет номиналь-

ной, генератор может быть синхронизи­рован и включен своим выключателем. В случае повреждения в тепломеха­нической части блока отключению под­лежит выключатель генератора. Отклю­чение блока от сборных шин и развоз-буждение генератора необходимо лишь при повреждении в электрической части блока. При этом система СН должна быть переключена на резервный транс­форматор СН.

Выключатели генераторов могут быть заменены выключателями нагруз­ки с соответствующим номинальным током и отключающей способностью. Такие выключатели освоены отечествен­ной электропромышленностью и постав­ляются комплектно вместе с разъеди­нителем, заземляющим устройством и измерительными трансформаторами то­ка и напряжения (аппаратный генератор­ный комплекс ПО «Электроаппарат»);

в) на станциях с высшим напряже­нием 500 кВ и выше применение полу­чила схема с объединенными (сдвоенны­ми) блоками (рис. 24.1, в), в которой два блочных агрегата присоединены к. сборным шинам станции через общие выключатели. Такая схема позволяет уменьшить число выключателей высше­го напряжения, стоимость которых вы-

сока. Однако при этом необходимо учитывать возможность отключения двух генераторов. Работа одного из них может быть быстро восстановлена после отключения поврежденного гене­ратора. Возможность применения объ­единенных блоков определяется мощ­ностью системы, а точнее, ее аварийным резервом. Экономическая целесообраз­ность оценивается с учетом показателей надежности и зависит от напряжения и схемы сети, режима работы арегатов и других факторов;

г) на некоторых станциях примене­ние получила схема на рис. 24.1, г, в которой сдвоенный блок соединен с воздушной линией (блок генератор— трансформатор — линия, сокращенно ГТЛ) и присоединен к сборным шинам ближайшей подстанции. При такой схе­ме должна быть предусмотрена возмож­ность дистанционного управления вы­ключателем высшего напряжения бло­ка, расположенным на относительно большом расстоянии от станции. В СССР и за рубежом имеются станции, в которых все блоки выполнены по схеме ГТЛ и присоединены к подстан­циям. Такие схемы позволяют рассредо­точить генерирующую мощность и огра­ничить ток КЗ. Технико-экономическая

целесообразность схемы должна быть проверена соответствующим расче­том.

Принципиальные схемы КЭС. Элект­ростанции рассматриваемого типа в большинстве случаев выдают выраба­тываемую энергию в сети двух ступе­ней напряжения, а именно: 330, 500, 750 кВ и сеть среднего напряжения — 110, 150, 220 кВ. Электростанция с тремя напряжениями, например 500, 220 и 110 кВ, встречаются значительно реже. Вопросы выбора номинальных напря­жений схемы сетей, числа линий, под­лежащих присоединению к сборным шинам, решаются в проекте развития системы (§ 24.1). При проектировании электрической схемы станции возникает вопрос о распределении блоков между РУ высшего и среднего напряжений и связи между ними. Эти вопросы ре­шаются различно в зависимости от еди­ничной мощности блоков и нагрузок се­тей высшего и среднего напряжений.

Наибольшее распространение полу­чила схема, в которой сборные шины высшего и среднего напряжений связа­ны через автотрансформаторы (рис. 24.2, а). В таких схемах блоки должны быть распределены между РУ высшего и среднего напряжений так, чтобы пере­токи мощности были минимальны.

Мощность, передаваемая через авто­трансформаторы связи в том или дру­гом направлении, изменяется вследствие изменения нагрузки сетей, рабочей мощ­ности станции, нарушения нормальной схемы системы и других причин. Но­минальная мощность автотрансформа­торов должна соответствовать макси­мальной мощности, передаваемой в том или ином направлении в наиболее тя­желых условиях. Применение получили следующие варианты связи: а) с одним трехфазным автотрансформатором на полную мощность; б) с двумя автотранс­форматорами, каждый из которых рас­считан на половину передаваемой мощ-

ности (они могут быть присоединены к сборным шинам через общие или отдельные выключатели). Выбор вариан­та связи должен быть сделан с учетом режима электростанции, наличного ре­зерва мощности частей системы высше­го и среднего напряжений, перспектив развития энергосистемы и надежности связи. Обычно мощность автотрансфор­маторов связи не превосходит мощ­ности блока. Обмотки низшего напря­жения автотрансформаторов могут быть использованы для присоединения ре­зервных трансформаторов СН.

В отечественных энергосистемах име­ются станции с двумя напряжениями, в которых блоки распределены между РУ высшего и среднего напряжений, но без автотрансформаторов, связывающих эти устройства. Связь двух частей стан­ции осуществляется через сеть на под­станциях (рис. 24.2, б). Такие схемы воз­можны и целесообразны при условии, что схема сети и пропускная способ­ность линий соответствуют режиму станции.

На некоторых отечественных элект­ростанциях с блоками 200 и 300 МВт для первых двух блоков в качестве повышающих трансформаторов приме­нены автотрансформаторы, используе­мые также для связи РУ высшего и среднего напряжений (рис. 24.2, в). В таких схемах поминальная мощность автотрансформаторов должна быть вы­брана так, чтобы мощность обмотки низшего напряжения S_ном соответство­вала мощности генератора, MB∙А:

или

Так как коэффициент типовой мощ­ности К_т меньше единицы, номиналь­ная мощность автотрансформатора пре­восходит мощность генератора.

В рассматриваемой схеме (рис. 24.2, в) автотрансформаторы могут пропустить мощность генераторов, присоединенных к обмоткам низшего напряжения, на сборные шины высшего напряжения и передать дополнительную мощность, ограниченную мощность последователь-

ной обмотки, от шин среднего напря­жения на сборные шины высшего на­пряжения (режим 1). Автотрансформа­торы могут также пропустить мощность генераторов на сборные шины среднего напряжения, но не могут одновременно пропустить дополнительную мощность от сборных шин высшего напряжения на сборные шины среднего напряжения (режим 2), поскольку общие обмотки автотрансформаторов будут перегружен­ными (22.7).

Недостатки рассматриваемой схемы заключаются в следующем. Размеры, масса и стоимость автотрансформато­ров получаются значительными. В ряде случаев приходится устанавливать вме­сто одного два трехфазных автотранс­форматора, включенных параллельно, или группу из однофазных автотранс­форматоров, что нежелательно. Ток КЗ на шинах среднего напряжения, а также на стороне низшего напряжения значи­тельно больше, чем в схемах с авто­трансформаторами связи. Поэтому на станциях с блоками 500 МВт и выше использование автотрансформаторов в качестве повышающих трансформато­ров оказывается нецелесообразным.

На станциях большой мощности при относительно небольшой нагрузке сети среднего напряжения и неясности пер­спективы ее развития выделение части блоков для электроснабжения потреби­телей на среднем напряжении нецеле­сообразно. Электроснабжение этих по­требителей может быть обеспечено че­рез понижающие автотрансформаторы соответствующей мощности, присоеди­ненные к сборным шинам высшего напряжения (рис. 24.2, г).

Схемы РУ высшего и среднего на­пряжений. Распределительные устрой­ства 330 — 750 кВ, через которые в систему выдается очень большая мощ­ность, должны быть выполнены исклю­чительно надежно. При большом числе присоединений применение получили схемы с двумя системами сборных шин типа 3/2 и 4/3; при относительно небольшом числе присоединений — схе­мы типа простых и связанных много­угольников. Распределительные устрой-

ства 110—220 кВ обычно имеют боль­шое число присоединений. Применение получили здесь схемы с двумя систе­мами сборных шин и обходной систе­мой с одним выключателем для каж­дого присоединения.

В качестве иллюстрации к изложен­ному на рис. 24.3 приведена типичная схема КЭС мощностью 4800 МВт с шестью блоками по 800 МВт, с двумя напряжениями 750 и 330 кВ. Чтобы не усложнять схему, на ней опущены разъ­единители, не показаны также транс­форматоры СН. Как видно из рисунка, в блоках генератор — трансформатор установлены выключатели нагрузки QW. Четыре блока с трехфазными трансфор­маторами по 1000 MB∙А присоединены к сборным шинам 330 кВ. Два блока с группами из однофазных трансформа­торов 3 х 333 MB∙А присоединены к сборным шинам 750 кВ. Для связи РУ 750 и 330 кВ предусмотрены две груп­пы однофазных автотрансформаторов 3 х 333 MB∙А. Распределительное уст­ройство 330 кВ выполнено с двумя си­стемами сборных шин с присоединени­ем каждых трех ветвей через четыре выключателя. Распределительное уст­ройство 750 кВ выполнено по схеме шестиугольника. В обоих устройствах

предусмотрено чередование в цепочках присоединений линий и блоков.

В качестве второго примера на рис. 24.4 приведена схема Экибастузской ГРЭС с восемью блоками по 500 МВт (выключатели нагрузки не показаны). Мощность станции выдается в сети 500 и 220 кВ. Как видно из рисунка, РУ 500 и 220 кВ связаны через группу однофазных автотрансформаторов Т9 мощностью 3 х 267 MB • А. Предусмотре­на резервная фаза. К обмоткам низше­го напряжения автотрансформаторов присоединен резервный трансформатор СН Т19 мощностью 63 MB • А. Второй резервный трансформатор СН Т18 при­соединен к сборным шинам, 220 кВ. РУ 220 кВ выполнено с двумя система­ми сборных шин и обходной системой. Вместо шиносоединительного выключа­теля предусмотрены два выключателя в присоединении автотрансформатора. РУ 500 кВ выполнено по схеме 3/2. Блоки 3 и 4 одиночные. Блоки 5, 6 и 7, 8 объединены попарно. Повышающие трансформаторы трехфазные; предус­мотрен трехфазный резервный транс­форматор.

В качестве третьего примера на рис. 24.5 приведена схема Березовской ГРЭС № 1 мощностью 8 х 800 =

= 6400 МВт. Как видно из рисунка, блоки объединены попарно и соединены с линиями 500 кВ по схеме ГТЛ. У генераторов предусмотрены упомянутые .выше аппаратные генераторные комп­лексы (АГК) с выключателями нагрузки QW. Мощность блоков передается на подстанции; РУ 500 кВ на станции отсутствует. Для резервного электро­снабжения системы СН станции пре­дусмотрены две воздушные линии W 220 кВ от ближайших подстанций и два резервных трансформатора мощ­ностью по 63 MB∙А.