Производство электроэнергии менеджеры
.pdf
Парогазовая электростанция (ПГЭС)
Парогазовая электростанция (ПГЭС) включает в себя по сути две установки:
ГТУ и паротурбинную, работающую по конденсационному или теплофикационному циклу. В ПГЭС полнее используется энергия продуктов сгорания ГТУ, так как кроме выработки электрической энергии они еще подогревают питательную воду, подаваемую в паровой котел.
Дизельные и ветроэлектростанции Основным элементом является дизель-генератор, состоящий из двигателя
внутреннего сгорания ДВС и генератора переменного тока Г.
Дизельные станции мобильны, автономны, поэтому широко используются в труднодоступных районах, а также для снабжения сельскохозяйственных потребителей. В настоящее время дизель-генераторы используются в качестве резервных аварийных источников питания систем собственных нужд АЭС и крупных ГРЭС.
Ветроэлектростанции небольшой мощности используются в качестве источников энергии в сельских местностях, в труднодоступных районах, на метеорологических станциях и в других местах, где стабильно удерживается ветряная погода.
Солнечные, геотермальные и приливные электростанции
51
На рис. показаны схемы солнечных электростанций с кремниевыми фотоэлементами и паровым котлом. Они рентабельны в странах, где большое число солнечных дней. Ожидается, что КПД солнечных (гелио) ЭС может быть доведен до 20%.
Геотермальные ЭС используют дешевую энергию подземных термальных источников Они работают в Исландии, Новой Зеландии, США, Италии (там дают до 6% всей энергии). В России на Камчатке сооружена Паужетская геотермальная ЭС.
Приливные ЭС с так называемыми капсульными гидроагрегатами строятся там, где имеется значительный перепад уровней воды во время приливов и отливов. Наиболее мощная ПЭС Ранс построена в 1966г. во Франции. Ее мощность составляет 240 МВт. В России на Кольском полуострове, где приливы достигают 10-13 м, построена опытная Кислогубская ПЭС.
52
ЛЕКЦИЯ 7
СВЕДЕНИЯОСХЕМАХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
а) 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 соединениями.
Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части электростанции (подстанции), так как он определяет полный состав элементов и связей между ними. Выбранная главная схема является исходной при составлении принципиальных схем электрических соединений, схем собственных нужд, схем вторичных соединении, монтажных схем и т. д.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении, при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.
Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Условные графические обозначения основных элементов схем приведены в табл. 1-2.
В условиях эксплуатации наряду с принципиальной главной схемой применяются упрощенные оперативные схемы, в которых указывается только основное оборудование. Дежурный персонал каждой смены заполняет оперативную схему и вносит в неё необходимые изменения в части положения выключателей и разъединителей, происходящие во время дежурства.
При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой
53
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.
СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТОРОНЕ 6 - 10 кВ
а) Схема с одной системой сборных шин:
На электростанциях и подстанциях широко распространена схема с одной
системой шин, секционированной выключателем (рис. 3.4).
Схема с одной системой сборных шин, секционированной выключателем.
Источники питания ИП1, ИП2 и линии присоединяются к сборным шинам с помощью выключателей и разъединителей. На каждую цепь необходим один выключатель, который служит для отключения и включения ее в нормальных и
54
аварийных режимах. При необходимости отключения, например, линии Л1
отключают выключатель В1. При ремонтах на линии в целях безопасности разъединителем Р1 создается видимый разрыв. При выводе в ремонт выключателя
В1 после отключения его отключают линейный разъединитель Р1, а затем шинный
Р2.
Таким образом, разъединители служат для создания видимого разрыва при ремонтах и не являются оперативными элементами. Вследствие однотипности и простоты операций с разъединителями в этой схеме аварийность из-за неправильных действий с ними дежурного персонала мала.
Достоинствами схемы являются простота, наглядность, экономичность,
достаточно высокая надежность, что можно подтвердить на примере присоединения главной понизительной подстанции ГПП к шинам электроустановки двумя линиями ЛЗ, Л4 (рис. 3.4). При повреждении одной линии (к. з. в точке К.2) отключаются выключатели В2, ВЗ и автоматически включается ВС2, восстанавливая питание первой секции ГПП по линии Л4.
При к. з. на шинах в точке К1 отключаются выключатели ВС1, В5, ВЗ и
автоматически включается ВС2. При отключении одного из источников нагрузку принимает доставшийся в работе источник питания.
Таким образом, питание ГПП в рассмотренных аварийных режимах не нарушается благодаря наличию двух питающих линий, присоединенных к разным секциям станции, каждая из которых должна быть рассчитана на полную нагрузку
(100%-ный резерв по сети). При наличии такого резерва по сети схема с одной секционированной системой шин может быть рекомендована для ответственных потребителей.
СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СТОРОНЕ 35 кВ И ВЫШЕ
а) Схемы блоков трансформатор – линия:
55
При небольшом количестве присоединений на стороне 35 - 220 кВ применяют упрощенные схемы, в которых обычно отсутствуют сборные шины,
число выключателей уменьшенное. В некоторых схемах выключателей высокого напряжения вообще не предусматривают. Упрощенные схемы позволяют уменьшить расход электрооборудования и строительных материалов, снизить стоимость распределительного устройства, ускорить его монтаж. Такие схемы наибольшее распространение получили на подстанциях.
Одной из упрощенных схем является схема блока трансформатор - линия
(рис. 3.7, а). В блочных схемах элементы электроустановки соединяются последовательно без поперечных связей с другими блоками. В рассматриваемой схеме трансформатор Т1 соединен с линией Л1 выключателем В2. При аварии в линии отключаются выключатели В1 и В2, работа трансформатора прекращается;
при аварии в трансформаторе отключаются выключатели В2, ВЗ.
Рис. 3.7. Схемы блоков трансформатор – линия:
а– с выключателем; б – без выключателя.
Сцелью дальнейших уменьшений затрат на сооружение РУ высокого
напряжения можно не устанавливать выключатель В2, передав его функции
отделителю ОД (рис. 3.7, б). Для отключения трансформатора в нормальном
режиме достаточно отключить нагрузку выключателем В2 со стороны 6 - 10 кВ, а
56
затем отключить ток намагничивания трансформатора отделителем ОД.
Допустимость последней операции зависит от мощности трансформатора и его номинального напряжения.
При повреждении в трансформаторе релейной защитой отключается выключатель В2 и посылается импульс на отключение выключателя В1 на подстанции энергосистемы. Отключающий импульс может передаваться по специально проложенному кабелю, по линиям телефонной связи или по высокочастотному каналу линии высокого напряжения. Получив телеотключающий импульс (ТО), выключатель В1 отключается, после чего автоматически отключается отделитель ОД. Транзитная линия, к которой присоединяется трансформатор, должна остаться под напряжением, поэтому после срабатывания ОД автоматически включается выключатель В1. Пауза в схеме автоматического повторного включения (АПВ) должна быть согласована с временем отключения ОД, в противном случае линия будет включена на не устраненное повреждение в трансформаторе.
57
Лекция8
ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ КЭС И АЭС
а) Требования к схемам мощных тепловых электростанций:
Мощность генераторов, установленных на тепловых электростанциях, неуклонно возрастает. Освоены в эксплуатации блоки 500, 800 МВт, осваиваются блоки 1200 МВт. Установленная мощность современных КЭС достигает нескольких миллионов киловатт. На шинах таких электростанций осуществляется связь между несколькими электростанциями, происходит переток мощности из одной части энергосистемы в другую. Все это приводит к тому, что крупные КЭС играют очень ответственную роль в энергосистеме. К схеме электрических соединений КЭС помимо общих требовании, рассмотренных в § 3.1, предъявляются и другие специфические требования:
1.Главная схема должна выбираться на основании утвержденного проекта развития энергосистемы, т. е. должны быть согласованы напряжения, на которых выдается электроэнергия, графики нагрузки на этих напряжениях, схема сетей и число отходящих линий, допустимые токи к. з. на повышенных напряжениях, требования в отношении устойчивости и секционирования сетей, наибольшая допустимая потеря мощности по резерву в энергосистеме и пропускной способности линий электропередачи.
2.На электростанциях с блоками 300 МВт и более повреждение или отказ любого выключателя, кроме шиносоединительного и секционного, не должны приводить к отключению более одного энергоблока и одной или нескольких линий, если при этом сохраняется устойчивость энергосистемы. При повреждении секционного или шиносоединительного выключателя допускается потеря двух блоков и линий, если при этом сохраняется устойчивость энергосистемы. При совпадении повреждения или отказа одного выключателя с ремонтом другого также допускается потеря двух блоков.
3.Повреждение или отказ любого выключателя не должны приводить к нарушению транзита через шины электростанции, т. е. к отключению более одной цепи транзита, если он состоит из двух параллельных цепей.
4.Энергоблоки, как правило, следует присоединять через отдельные трансформаторы и выключатели на стороне повышенного напряжения.
5.Отключение линий электропередачи должно производиться не более чем двумя выключателями, а энергоблоков, трансформаторов собственных нужд не более чем тремя выключателями РУ каждого напряжения.
6.Ремонт выключателей напряжением 110 кВ и выше должен быть возможным без отключения присоединения.
7.Схемы РУ высокого напряжения должны предусматривать возможность секционирования сети или деления электростанции на самостоятельно работающие части с целью ограничения токов к. з.
58
8. При питании от данного РУ двух пускорезервных трансформаторов собственных нужд должна быть исключена возможность потери обоих трансформаторов при повреждении или отказе любого выключателя.
Все перечисленные требования в равной степени относятся к современным атомным электростанциям, на которых устанавливаются мощные блоки по 500 и 1000 МВт.
Окончательный выбор схемы зависит от ее надежности, что может быть оценено математическим методом по удельной повреждаемости элементов. Главная схема должна удовлетворять режимным требованиям энергосистемы, обеспечивать минимальные расчетные затраты.
ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ ТЭЦ
а) Схемы ТЭЦ со сборными шинами генераторного напряжения:
Как было рассмотрено в § 3.1, в, на ТЭЦ предусматривается сооружение ГРУ, к которому присоединяются линии 6 - 10 кВ для питания близкорасположенных потребителей. Более удаленные потребители могут получать питание по линиям
35 - 110 кВ.
Главные схемы ТЭЦ проектируются в тесной увязке со схемами распределительных сетей и схемами электроснабжения промышленных
предприятий.
Схемы блочных ТЭЦ:
Рост единичной мощности турбогенераторов, применяемых на ТЭЦ (120, 250 МВт), привел к широкому распространению блочных схем. В схеме, изображенной на рис. 3.20, потребители 6 - 10 кВ получают питание реактированными отпайками от генераторов Г1, Г2, более удаленные потребители питаются через подстанции глубокого ввода от шин 110 кВ. Параллельная работа генераторов осуществляется на высшем напряжении, что уменьшает ток к. з. на стороне 6 - 10 кВ. Как всякая блочная схема, такая схема дает экономию оборудования, а отсутствие громоздкого ГРУ позволяет ускорить монтаж электрической части. Потребительское КРУ имеет две секции с АВР на секционном выключателе. В цепях генераторов для большей надежности электроснабжения устанавливаются выключатели В1, В2. Трансформаторы связи Т1, Т2 должны быть рассчитаны на выдачу всей избыточной активной и реактивной мощности и обязательно снабжаются РПН.
. ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
а) Особенности ГЭС:
При выборе главных схем гидроэлектростанций необходимо учитывать их особенности.
Как правило, ГЭС сооружаются вдали от потребителей, а поэтому вся мощность выдается на одном или двух повышенных напряжениях. Эта
59
особенность ГЭС позволяет применить блочное соединение генератор - трансформатор, не предусматривая сборных шин генераторного напряжения.
Увеличение установленной мощности ГЭС практически исключается, так как она проектируется по максимальному водотоку. Вследствие этого число линий высокого напряжения обычно не увеличивается, а поэтому расширения РУ высокого напряжения не требуется. Эта особенность ГЭС позволяет широко применять схемы многоугольников, сдвоенных квадратов, схемы с 3/2 и 4/3 выключателя на цепь.
Многие ГЭС работают в пиковой части графика энергосистемы, поэтому агрегаты часто включаются и отключаются, что требует предусматривать установку выключателей на генераторном напряжении.
ГЭС, как правило, сооружаются в местах со сложной топографией и ограниченной площадью для сооружения РУ повышенного напряжения и выхода линий. Это приводит к необходимости применения простых схем с наименьшим числом выключателей.
Главные повышающие трансформаторы на ГЭС устанавливаются на стороне нижнего или верхнего бьефа, в условиях ограниченной площадки. Это вызывает необходимость сооружения укрупненных блоков: два - три генератора на один повышающий трансформатор.
Собственные нужды ГЭС менее ответственны, чем на тепловых электростанциях, и потребляют значительно меньшую мощность, что влияет на схему питания с. н. ГЭС.
б) Схемы мощных ГЭС:
Для мощных ГЭС характерно применение укрупненных блоков (рис. 3.21), позволяющих уменьшить количество повышающих трансформаторов и число линий связи с ОРУ ВН. Конструкция самого ОРУ ВН также ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ
ПОДСТАНЦИЙ
а) Общие сведения:
Главная схема электрических соединений подстанции выбирается с учетом схемы развития электрических сетей энергосистемы или схемы электроснабжения района.
По способу присоединения к сети все подстанции можно разделить на тупиковые, ответвительные, проходные, узловые.
Тупиковая подстанция – это подстанция, получающая электроэнергию от одной электроустановки по одной или нескольким параллельным линиям.
Ответвительная подстанция присоединяется глухой отпайкой к одной или двум проходящим линиям.
Проходная подстанция включается в рассечку одной или двух линий с двусторонним или односторонним питанием.
60