Электрические схемы тепловых электростанций

Главные схемы электрических соединений


Главная схема электрических соединений является наиболее ответственным элементом электрической части электростанции. Она должна быть увязана с схемой электроснабжения потребителей и при своем конечном развитии учитывать поэтапное развитие сетей системы, обладать высокой эксплуатационной надежностью и экономичностью.
Выбор главной схемы электрических соединений зависит от мощности устанавливаемых турбогенераторов, числа и пропускной способности линий связи с системой, мощности отключаемых коротких замыканий, заданных нагрузок и перетоков мощности между сетями разных напряжений, а также от специальных требований сохранения устойчивости параллельной работы энергетической системы.
Максимально допустимая величина аварийно-теряемой генераторной мощности на электростанции должна обеспечивать при условии работы АЧР отсутствие недопустимой перегрузки внутрисистемных и межсистемных связей. Сохранение устойчивости параллельной работы электростанции и частей энергосистемы, с которыми она связана, при выборе главных схем электрических соединений должно учитываться при определении допустимости аварийного отключения двух линий одной цепи двух цепного транзита, проходящего через шины проектируемой электростанции, и разрыва указанного транзита с учетом действия АЧР на электростанции и у подключенного к ним потребителя.
Главные схемы электрических соединений теплофикационных и конденсационных электростанций различны. На теплофикационных электростанциях, как правило, большая часть вырабатываемой электрической энергии распределяется близко расположенным потребителям, а в систему выдается незначительная мощность. Однако существуют также теплофикационные электростанции с мощными теплофикационными турбинами, передающие основную часть вырабатываемой электрической энергии в энергосистему. Исходя из этого в главных схемах мощных ТЭЦ связь с энергетической системой всегда осуществляется на напряжениях 110—220 кв., а при наличии близко расположенных потребителей предусматриваются также большие распределительные устройства 1—35 кв. В распределительных устройствах 6—35 кв. обычно предусматриваются две системы шин, реже — одна (в зависимости от особенностей питающихся сетей).
Конденсационные электростанции всю вырабатываемую электрическую энергию передают в энергетическую систему на напряжениях 110—500 кв. Главные схемы мощных блочных тепловых электростанций должны обладать высокой оперативностью и надежностью при большой протяженности распределительных устройств. Кроме того, при выборе главных схем РУ высшего и среднего напряжений блочных тепловых электростанций с блоками мощностью 150 Мет и выше должны быть удовлетворены следующие требования:
при любом виде повреждения, включая короткое замыкание на сборных шинах, должно отключаться не более одного энергоблока;
количество операций разъединителями должно быть минимальным;
ремонт всех выключателей 110—500 кв. должен быть возможным без отключения энергоблоков, линий, трансформаторов связи и собственных нужд;
должна быть исключена одновременная потеря обеих систем шин двух цепей транзита и резервных источников питания собственных нужд;
необходимо обеспечивать локализацию повреждения не более чем за 15 мин при условии выполнения операций только выключателями.
На тепловых электростанциях с турбогенераторами мощностью 25 Мет и выше, рассматриваемых в настоящей книге, генераторы, как правило, включены в блоке с повышающими трансформаторами (рис. 2-1,а). С целью упрощения схем повышающих подстанций и уменьшения их стоимости в последнее время на ТЭЦ и ГРЭС применяются укрупненные блоки два генератора—трансформатор, как указано на рисунке. Установка генераторного выключателя в блоке генератор — двух обмоточный трансформатор с ответвлением на питание собственных нужд может быть обоснована необходимостью повышения надежности рабочего питания собственных нужд в случае соединения генератора «с турбинами и обеспечения резервного питания секций собственных нужд для пуска блоков на блочных электростанциях. Генераторные выключатели устанавливаются в -схемах с укрупненными блоками и блоком генератор— трансформатор — линия без выключателей на стороне высшего напряжения.
Главные схемы электрических Соединений мощных электростанций могут быть выполнены по одному из следующих вариантов:
Схема с одним выключателем на цепь и двумя системами шин.
Схема с одним выключателем -на цепь, двумя основными и обходной системами шин.
Схема с тремя выключателями на два присоединения и двумя системами шин («полуторная» схема).
Схема 'С двумя выключателями на цепь и двумя системами шин.
Схема многоугольников (с диагональю, перемычками, два связанных многоугольника и пр.).
Схема блока генератор — трансформатор—линия с уравнительной системой шин или без нее.
Наибольшее распространение на действующих тепловых станциях получили первые два варианта схем.
Схема с одним выключателем на цепь и двумя системами шин обладает -существенным недостатком, так как не дает возможности производить ревизию выключателя без отключения присоединения, поэтому она применяется для РУ напряжением б—35 кв.
Схема с двумя основными и обходной системами шин применяется на напряжениях 110—600 кв (рис. 2-2). Если число отходящих линий электропередачи равно или менее семи, обходный выключатель используется также
в качестве шиносоединительного, а если число отходящих линий более семи, дополнительно устанавливается шиносоединительный выключатель. На блочных тепловых станциях отдельный обходный выключатель устанавливается во всех случаях.
Схема с двумя основными и обходной системами шин имеет преимущество перед схемой с двумя системами шин, так как дает возможность производить I ревизию любого выключателя без перерыва питания цепи. Обе схемы разрешают проводить поочередную ревизию систем шин, распределять генераторы и отходящие линии электропередачи между двумя системами шин, что позволяет разделить электрическую часть станции и снизить величину токов короткого замыкания. Схемой должна быть предусмотрена возможность последовательного соединения обходного и шиносоединительного выключателей, что исключает обесточение обеих систем шин при коротком замыкании на шиносоединительном выключателе.
Главным недостатком схемы с двумя основными и одной обходной системами шин является отсутствие возможности опробования каждого выключателя без вывода цепи из работы, а использование для этой цели обходного выключателя требует громоздких переключений. Вследствие этого при отказе в отключении любого выключателя или даже одной его фазы во время короткого замыкания на линии возможно отключение всех присоединений данной системы шин, а если при этом вторая основная система шин выведена в ремонт — всех присоединений распределительного устройства. Полное погашение всех присоединений может также произойти при коротком замыкании на шиносоединительном выключателе, связывающем обе основные системы шин.
К недостаткам рассматриваемой схемы следует также отнести большое количество операций с разъединителями в эксплуатации и необходимость установки двух вспомогательных выключателей: обходного и шино-соединительного.
Секционирование основных систем шин увеличивает гибкость схемы, но приводит к увеличению капитальных затрат и усложнению эксплуатации.
Перечисленные недостатки заставляют избегать применения рассматриваемой схемы на блочных тепловых электростанциях с энергоблоками 150 Мет и выше.
«Полуторная» схема (рис. 2-3), предусматривающая две системы шин с установкой на каждые две цепи трех выключателей, обладает высокой эксплуатационной гибкостью. Вывод любого выключателя в ремонт не требует каких-либо дополнительных переключений, питание всех цепей при этом сохраняется. Оперативная блокировка между выключателем и разъединителями получается простой и надежной. Вывод в ремонт системы шин осуществляется простым отключением всех ее выключателей без перерыва электроснабжения по отходящим линиям. Даже при повреждении .и отключении двух систем шин по парные связи между цепями сохраняются. Правда, при этом возможны разделение системы на не синхронно работающие части, появление дефицита мощности в одних отключившихся парах цепей и избытка мощности в других, что следует отнести к недостаткам данной схемы. Короткие замыкания на отходящих линиях отключаются двумя выключателями, а при отказе в отключении одного из выключателей линии, как правило, отключается только один блок. Выделение поврежденного участка и перевод присоединения с одной системы шин на другую производятся только выключателями.
При использовании «полуторной» схемы выбор сочетания элементов в пары, присоединяемые через три выключателя, следует производить с учетом режима работы элементов и их значения в энергосистеме, характеристик отходящих линий электропередачи и пр. Сочетание «линия—линия» целесообразно применять для двух параллельных транзитных линий. Сочетание «генератор—трансформатор — линия» особенно удобно для тепловых электростанций.
«Полуторная» схема разрешает периодическое опробование всех выключателей и своевременное устранение выявленных дефектов, поэтому при эксплуатационной оценке схем следует учитывать, что отказ любого выключателя маловероятен. стоимость ячеек ОРУ с двумя выключателями соответственно выше.) Кроме того, в период ревизии разъединителей одной системы шин повреждение или отказ любого из выключателей приводит к потере всех цепей, подключенных к данному распределительному устройству.
Схема многоугольника проста и экономична, в особенности при небольшом количестве цепей. Цепи присоединяются (рис. 2-5,а) к отрезкам одной системы шин, секционированной выключателями по числу цепей. Генерирующие цепи должны чередоваться с отходящими линиями электропередачи для уменьшения перетоков мощности внутри многоугольника. В такой схеме нет узлов, авария которых могла бы вывести из работы больше чем две цепи, а вывод в ревизию любого выключателя возможен без нарушения работы других цепей
Схема с двумя выключателями на цепь является неэкономичной, так как при напряжениях 330, 500 и 750 кв. стоимость открытого распределительного устройства с двумя выключателями на цепь получается очень высокой. (Стоимость ячейки ОРУ с одним выключателем при напряжении 220 кв. равна 100 тыс. руб., 330 кв. — 200, 500 кв. —370 и 750 кв. — 650 тыс. руб., с минимальным количеством операций разъединителями. Стоимость ячейки по схеме многоугольника составляет 0,91—0,95 стоимости ячейки с двумя основными системами шин и обходной системой шин.
Схема имеет «и недостатки: усложняется выбор трансформаторов тока, установленных в кольце, и схем релейной защиты; при ремонте любого выключателя кольцо превращается в секционированную систему шин и отключение какой-либо цепи в этот момент может нарушить баланс мощности между генераторами и нагрузками. Для того чтобы при отключении генерирующей цепи не разрывалось кольцо, устанавливают выключатель между генератором и повышающим трансформатором, что снижает надежность схемы. Более гибкой является схема двух многоугольников, объединенных перемычками, разрешающая деление электростанции аварийных режимах для 'Сохранения устойчивости параллельной работы отделившихся не синхронно работающих частей.
Схема ГТЛ (генератор—трансформатор — линия) с уравнительной шиной и шунтирующими разъединителями может применяться в случаях, когда число блоков генератор—трансформатор и число линий примерно одинаково. В период ревизии выключателей питание цепи происходит через шунтирующий разъединитель и уравнительную систему шин. Для увеличения надежности схемы уравнительная система шин секционируется. Повреждение любого элемента не вызывает отключения более чем одного блока или линии электропередачи. Серьезными недостатками схемы является то, что отключение линии приводит к кратковременному отключению блока, а также необходимость оперирования разъединителями, причем очень сложно выполнение оперативной блокировки между разъединителями и выключателями. декоративные вентиляционные решетки
Схем электрических соединений, одинаково целесообразных для разных условий работы электростанций не существует. В каждом конкретном случае намеченные варианты схем необходимо сопоставлять по капитальным затратам и количеству установленного оборудования, минимально возможному количеству операций разъединителями, объему ремонтных работ в процессе эксплуатации, возможности сохранения транзитных линий и величине народнохозяйственного ущерба при различных аварийных режимах.
При сравнении различных вариантов схем электрических соединений электростанции должна обязательно учитываться оперативная гибкость схемы с точки зрения ведения режимных переключений, создания ремонтных схем и ликвидации аварийных режимов. Сравнение вариантов схем электрических соединений электростанции, проверка их на соответствие изложенным выше требованиям, а также экономическая оценка их надежности должны производиться расчетным путем в соответствии. Выбранный вариант должен обеспечивать возможность вывода в ремонт любого выключателя без перерыва в работе цепи на всех стадиях развития РУ. Для напряжений до 220 кв. при большом числе линий и небольшом количестве блоков может оказаться целесообразным применение схемы с двумя основными и обходной системами шин. Если число цепей в РУ невелико, целесообразно применить схемы многоугольников.
В качестве основной типовой главной схемы мощных тепловых электростанций с блоками мощностью 150 М . и более можно рекомендовать «полуторную» схему с равномерным распределением энергоблоков и отходящих линий электропередачи к обеим системам шин. В некоторых частных случаях возможно применение схемы ГТЛ.
С целью ускорения восстановления нормальной схемы электростанции после отключения одной поврежденной линии электропередачи в полуторных и кольцевых схемах на отходящих цепях целесообразно устанавливать разъединители с дистанционным электроприводом, позволяющие быстро отключать поврежденный элемент.
Выбор трансформаторов связи в главных схемах электрических соединений производится на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов.
Мощность трансформаторов связи между ГРУ 6—36 кв. ТЭЦ и системой должна покрыть максимально возможные нагрузки потребителей при выходе из работы наиболее мощного генератора, работающего на те же шины. Как правило, выбирается не менее двух трансформаторов связи.
Бели на электростанции имеются два распределительных устройства повышенных напряжений, они связываются между собой трех обмоточными трансформаторами либо автотрансформаторами. Автотрансформаторам следует отдавать предпочтение в случаях, когда мощность, отдаваемая на одном напряжении, составляет не менее 15% мощности, отдаваемой на другом напряжении.
В схемах собственных нужд (с. н.) электростанций всех напряжений широко осуществляется секционирование с радиальным питанием каждого секционированного участка от своего источника питания К каждой секции, кроме рабочего источника питания, подсоединяется резервный источник. Питание секций с. н. осуществляется через реактированные линии 6 кв. или понизительные трансформаторы. В случае исчезновения на секции с. н. напряжения по любой причине устройством АВР автоматически подключается резервный источник питания. Основным напряжением для двигателей собственных W нужд мощностью 200 кет и выше в СССР принято 6 кв., для остальных двигателей переменного тока 0,4 кв. m Схемы энергоснабжения собственных нужд ТЭЦ, или ГРЭС с поперечными связями (рис. 2-8) отличаются следующими особенностями:
1. Количество секций шин 6 кв. собственных нужд выбирается -по числу котлов.