Схемы электрических соединений электрических станций и подстанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схемы электрических соединений электрических станций и подстанций

Основные требования к схемам, нормативные материалы

Электрическая станция является единственным активным (генерирующим) и, следовательно, важнейшим элементом любой энергосистемы.

Электроустановки, включая электрическую часть электростанций, выполняют по определённым схемам, отражающим внутреннюю структуру и взаимосвязь элементов электроустановки. В общем случае схема электрических соединений - это чертёж, на котором изображены элементы электроустановки, соединенные между собой в той последовательности, какая имеет место в натуре. На практике, однако, под термином «схема электрических соединений» часто понимают не только чертёж, но и физическую реальность, условно отображенную чертежом. Так, например, говорят «надёжность схем», «экономичность схем», «блочные схемы электроустановок», «гибкость схем», «схема выдачи мощности электростанции» и т.п.

Схемы электрических соединений и соответствующие им распределительные устройства являются важными элементами электрических станций и подстанций. Различают главные схемы и схемы собственных нужд. Главные схемы отображают цепи, по которым обеспечивается передача энергии от источников к потребителям в соответствии с назначением электроустановки, а схема собственных нужд - цепи, по которым обеспечивается питание потребителей собственных нужд электростанции.

К схемам электрических соединений и конструкциям распределительных устройств станций и подстанций предъявляются следующие требования:

* надёжность работы;

* экономичность;

* техническая гибкость, т.е. способность легко адаптироваться к изменяющимся условиям работы электроустановки, и удобство эксплуатации первичных и вторичных цепей, возможность автоматизации;

* безопасность обслуживания;

* возможность расширения;

* экологическая чистота, т.е. малое влияние на окружающую среду (шум, сильные электрические и магнитные поля, выброс вредных веществ и т.п.);

Эти требования вытекают из технического, экономического и экологического аспектов, учитываемых в настоящее время при проектировании, сооружении и эксплуатации различных технических объектов.

На выбор схем электрических соединений электрических станций и подстанций влияет ряд факторов:

* тип электростанции или подстанции;

* число и мощность генераторов и силовых трансформаторов;

* наличие, характер и мощность местной нагрузки;

* категория потребителей по надёжности;

* роль электростанции в энергосистеме, значение резерва мощности в системе, пропускная способность внутрисистемных и межсистемных связей, прогноз развития;

* схемы и напряжения прилегающих электрических сетей энергосистемы;

* уровень токов короткого замыкания;

* наличие оборудования необходимых параметров и надёжность его работы;

* значение ущерба при нарушении электроснабжения и недоотпуска электроэнергии потребителям, а также значение системного ущерба при аварийном отключении генераторов, блоков, генерирующих узлов, линий электропередачи высокого напряжения и межсистемных связей;

* наличие площадей для строительства распределительных устройств;

* опыт и научная эрудиция проектировщиков.

При проектировании электрической части электрических станций и подстанций помимо государственных стандартов (ГОСТ) должны использоваться следующие руководящие и нормативные материалы:

* Правила устройства электроустановок (ПУЭ);

* Правила эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ);

* Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (МПОТ);

* Нормы технологического проектирования (НТП) тепловых электрических станций и тепловых сетей;

* Нормы технологического проектирования АЭС;

* Нормы технологического проектирования ГЭС;

* Нормы технологического проектирования подстанций с высшим напряжением 35-750 кВ;

* Руководящие указания и нормативы по проектированию и развитию энергосистем;

* Руководящие указания по релейной защите;

* Руководящие указания по определению устойчивости энергосистем;

* Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / под ред. Б.Н. Неклепаева. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС. - 902. - 42 с.

* Руководящие указания по проектированию контрольно-измерительной системы на электростанциях;

* Строительные нормы и правила (СНиП);

* Правила пожарной безопасности (ППБ);

* Единая система конструкторской документации (ЕСКД).

Выбор основных элементов

Выбор главных схем электрических соединений электростанций производится на основании утвержденного проекта развития энергосистемы.

В проекте развития энергосистемы необходимо указать:

* напряжение сети, в которую будет выдаваться электроэнергия станции;

* графики нагрузок (зимний, летний);

* число часов использования максимума;

* расчётные перетоки мощности между сетями различного напряжения;

* оптимальное распределение блоков по сетям;

* схемы сетей и число линий на каждом напряжении;

* расчётные и предельно допустимые уровни токов КЗ в РУ повышенных напряжений;

* требование к схеме электрических соединений с точки зрения устойчивости системы;

* предельно допустимая по условию резерва в системе и жёсткости внутрисистемных и межсистемных связей, теряемая мощность при повреждении любого выключателя (включая секционные и шиносоединительные).

Выбор главной схемы РТП и ГПП напряжением 35-750 кВ производится на основании утверждённой схемы развития электрических сетей района на ближайшие 5-7 лет, с учётом перспективы на 10 лет. В уточнённой схеме должны быть указаны:

* район размещения подстанции;

* число, проходная мощность и номинальные напряжения отдельных обмоток трансформаторов, а также пределы регулирования напряжения на шинах подстанции;

* данные для расчётов токов КЗ;

* число, назначение и нагрузка отходящих от подстанции линий;

* предварительная принципиальная схема электрических соединений подстанции;

* необходимость, а также тип, количество и мощность источников реактивной мощности;

* режим заземления нейтралей трансформаторов;

* необходимость установки шунтирующих реакторов для компенсации зарядной мощности линий высокого напряжения;

* необходимость коммутационных нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН) для защиты от перенапряжений;

* число и мощность дугогасящих реакторов для компенсации ёмкостных токов однофазных замыканий на землю в сети 6-35 кВ.

Схемы электрических соединений сборных шин 6-10 кВ электростанций (ТЭЦ)

Сборные шины 6-10-9 кВ являются главным элементом распределительного устройства генераторного напряжения, сооружаемого, как правило, на теплоэлектроцентралях. Они предназначены для приёма электроэнергии, поступающей от генераторов, трансформаторов связи и её распределение между отходящими потребительскими линиями. Надёжность и бесперебойность электроснабжения потребителей в значительной мере зависят от надёжности сборных шин. На генераторном напряжении ТЭЦ принимаются обычно следующие схемы первичных электрических соединений:

1. Одиночная секционированная система сборных шин;

2. Двойная секционированная система шин с одним выключателем на цепь (при этом секционируется только рабочая система шин).

Одиночная секционированная система сборных шин

На рисунке 1 приведена схема первичных соединений электростанции с одной системой сборных шин 6-10 кВ, состоящих из 3-х секций, соединенных с помощью последовательно включенных секционных выключателей и реакторов. Подключение каждого присоединения (генератора, трансформатора, линии) к сборным шинам производится через выключатели и шинные разъединители. Операции с разъединителями можно производить только при отключённом выключателе, для чего предусматриваются специальные схемы блокировки. Секционирование сборных шин с помощью секционных выключателей выполняются, таким образом, чтоб секция имела питание от генератора, трансформатора и линии.

Рисунок 1 - Схема с одной системой сборных шин, состоящей из трёх секций через секционные выключатели и реакторы

В РУ применяются комплектные распределительные устройства, позволяющие при ремонтах быстро заменить ремонтируемую ячейку. Секционные реакторы выбираются на номинальный ток 60-80% тока генератора. Групповые реакторы на отходящих линиях позволяют значительно упростить конструкцию распределительного устройства станции. Трансформаторы собственных нужд устанавливаются на каждой секции.

На рисунке 2 показана схема первичных соединений электростанции с одиночной системой секционированных шин более трёх, соединенных в кольцо, что позволяет взаимно резервировать 1-ю и 4-ю секции.



Рисунок 2 - Секционированная система шин, соединенных в кольцо

Двойная секционированная система шин с одним выключателем на цепь (при этом секционируется только рабочая система шин)

На рисунке 3 показана схема первичных соединений электростанции с двойной системой шин, позволяющих резервировать любую секцию с другой.

Рисунок 3 - Схема соединений электростанций с двойной системой шин

На рисунке 4 показана схема первичных соединений электростанции с двойной системой шин, одна из которых является резервной, с фиксированным распределением присоединений. Каждое присоединение может быть подключено к любой секции через резервную систему шин.



Рисунок 4 - Схема с двойной системой шин, одна из которых резервная

Схемы подстанций

Подстанции размещаются вблизи центров электрических нагрузок, причём на подстанциях всех категорий обычно устанавливают два трансформатора (автотрансформатора). Установка одного трансформатора на подстанции допускается, если обеспечивается требуемая степень надёжности электроснабжения потребителей. Выбор мощности трансформаторов производится с учётом характера графиков нагрузок и допустимых систематических и аварийных перегрузок по ГОСТ 399-85.

Аппараты и проводники (ошиновка) в цепях трансформаторов подстанций рассчитывается по номинальному току и току КЗ с учётом перспективы установки более мощных трансформаторов (следующих по стандартной шкале номинальных мощностей).

В основу классификации подстанций положены следующие признаки:

* номинальное напряжение сети высшего напряжения;

* число ступеней трансформации;

* число трансформаторов и их единичная мощность;

* положение подстанции в сети высшего напряжения, определяющее схему РУ этого напряжения;

* способы регулирования напряжения.

* номинальное напряжение низшего распределительного напряжения (6-10-9 кВ).

Схемы электрических соединений на стороне высшего напряжения

энергосистема генерирующий станция подстанция

Подстанции являются наиболее массовыми элементами энергосистем; их число значительно больше числа электростанций. Отсюда следует необходимость упрощения главных схем и удешевление соответствующих РУ подстанций.

Подстанции делят на тупиковые (концевые), ответвительные, проходные и узловые. Трансформаторные тупиковые подстанции выполняют по блочной схеме линия-трансформатор с установкой на стороне высшего напряжения разъединителя (рисунок 5,а), разъединителя и предохранителя (рисунок 5,б), разъединителя, отделителя и короткозамыкателя (рисунок 5,в), или разъединителя и отделителя с передачей отключающего импульса на выключатель головного участка линии по телеканалу (рисунок 5,г); в отдельных случаях устанавливают выключатель и разъединитель (рисунок 5,д).

Рисунок 5 - Схемы тупиковых подстанций

На напряжении 35-110-29 кВ применяются схемы подстанций, позволяющие подключить потребительскую нагрузку практически в любом месте вдоль существующей ЛЭП. Схема с двумя разъединителями и двумя выключателями показана на рисунке 6.



Рисунок 6 - Схемы подстанций с ответвлением от проходящих линий

На рисунке 7 приведена схема подстанции, трансформаторы которой подключены к ЛЭП при помощи отделителей и короткозамыкателей. В настоящее время применяются более гибкие и надёжные схемы с выключателями и автоматической перемычкой на стороне высокого напряжения. Применение таких схем стало возможным, т.к. промышленностью освоен выпуск недорогих, надёжных выключателей 35-110-29кВ. На рисунке 8а, б, в, показаны варианты включения трансформаторов через выключатели.

Схема (а) позволяет включить оба трансформатора на оставшуюся в работе линию, применяется в случаях частых отключений питающих ЛЭП; схема (б) применяется при частом отключении трансформаторов, выполняет те же функции, что и схема (а); схема (в) позволяет вывести в ремонт секционный выключатель, не прерывая транзита по питающей ЛЭП.

Рисунок 7 - Подключение трансформатора к ЛЭП при помощи отделителей и короткозамыкателей



Рисунок 8 - Показаны варианты включения трансформаторов через выключатели

Схемы многоугольников обладают повышенной технической гибкостью. Число выключателей здесь соответствует числу присоединений, однако отключение любого поврежденного элемента (трансформатор, линия) производится двумя выключателями, причём все остальные элементы остаются в работе. Очевидно, что такие схемы особенно удобны при наличии транзита по линиям связи с системой. На рисунке 9 приведена схема четырёхугольника, следует отметить, что могут применяться схемы пяти- и шестиугольников.

Рисунок 9 - Схема четырёхугольника

Схемы многоугольников имеют и определенные недостатки: снижается надёжность при ремонте любого выключателя, так как в этом случае происходит разрыв многоугольника; возникают определенные затруднения с настройкой релейной защиты; возникают конструктивные трудности в случае расширения РУ. Система с двумя не секционированными системами сборных шин и с одним выключателем на цепь, приведена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Система с двумя не секционированными системами сборных шин

Эта схема применяется при относительно небольшом числе присоединений (6-1). Нормально обе системы шин находятся под напряжением, и шиносоединительный выключатель QA включён; питающие элементы, и линии примерно поровну распределены между системами шин (фиксированное присоединение элементов). Переток мощности через шиносоединительный выключатель при этом мал, и выключатель фактически выполняет функции секционного выключателя. В случае ремонта одной системы шин или любого шинного разъединителя все присоединения переводятся на другую (исправную) систему шин, хотя надёжность работы РУ в этом режиме понижается.

Схема с одной секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин показана на рисунке 11.



Рисунок 11 - Схема с одной секционированной системой сборных шин и с обходной системой шин

Данная схема, обеспечивая достаточную простоту и надёжность распределительных устройства, нашла применение при напряжении 110-29 кВ. Применяя эту схему, можно, используя обходной выключатель Q и обходную систему шин ОСШ, выводить в ремонт выключатель любого присоединения без разрыва цепи тока. Нормально обходная система шин обесточена. При необходимости вывода в ремонт выключателя какого-либо присоединения обходная система шин опробуется путём подачи напряжения с соответствующей системы сборных шин обходным выключателем Q. При исправности ОСШ обходной выключатель отключают, далее к ОСШ подключают обходной разъединитель данного присоединения и вновь включают обходной выключатель, затем отключают выключатель присоединения и его шинный и линейный разъединители.

Схема с двумя не секционированными системами сборных шин и с обходной системой шин показана на рисунке 12.



Рисунок 12 - Схема с двумя не секционированными системами сборных шин и с обходной системой шин

Эта схема применяется на крупных узловых подстанциях со значительным числом присоединений. При необходимости одна или обе системы шин, а также обходная система шин могут быть секционированы. Нормально имеет место, фиксированное присоединение элементов; шиносоединительный выключатель включён, а обходная система шин обесточена. Замена выключателя производится в той же последовательности, как и в предыдущей схеме. При ремонте одной системы сборных шин или её шинных разъединителей все присоединения переводятся на другую систему сборных шин.

На рисунке 13(а, б) приведены схемы РУ 330-750 кВ мощных узловых подстанций.



Рисунок 13(а) - Полуторная схема

Полуторная схема (рисунок 13 (а)) имеет следующие преимущества: ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным числом операций при выводе этих элементов в ремонт; разъединители используются только при ремонте (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением); обе системы шин могут быть отключёны одновременно без нарушения работы присоединений. Полуторная схема сочетает надёжность схемы со сборными шинами с маневренностью схемы многоугольника. К недостаткам полуторной схемы относят большое число выключателей и трансформаторов тока, усложнение релейной защиты присоединений и выбор выключателей и всего остального оборудования на удвоенный номинальный ток. Повышенное число выключателей в полуторной схеме частично компенсируется отсутствием междушинных выключателей.

Схема 4/3 (рисунок 13 (б)) сходна с полуторной, но более экономична, так как в ней приходится не на 1/2 выключателя на цепь больше, чем в схеме с двойной системой шин, а только 1/3.



Рисунок 13(б) - Схема подстанции 4/3

Схемы РУ 6-10-9 кВ подстанций

На стороне низшего напряжения (6-10-9 кВ) подстанций применяется схема с одной секционированной системой сборных шин. В целях ограничения токов КЗ обычно применяется раздельная работа секций. При необходимости более глубокого ограничения токов КЗ применяют трансформаторы с расщеплённой обмоткой низшего напряжения, а также одинарные и сдвоенные групповые реакторы, которые устанавливают в цепях трансформаторов. Отходящие линии, как правило, не реактируются. Секционные реакторы на подстанциях из-за отсутствия местных источников энергии малоэффективны и поэтому не применяются. При наличии на подстанции синхронных компенсаторов (СК) последние включают непосредственно после трансформаторов. Батареи статических компенсаторов (БК) обычно подключают непосредственно к секциям РУ низшего напряжения. Типовые схемы электрических соединений РУ низшего напряжения подстанций приведены на рисунке 14 (а, б, в). На рисунке 14(а) представлена двухтрансформаторная подстанция с одной секционированной системой сборных шин. Секционный выключатель QB в нормальном режиме отключён, секции работают раздельно.На рисунке 14(б) показана двухтрансформаторная подстанция с двумя сдвоенными групповыми реакторами; две системы секционированных сборных шин. Секционные выключатели QB1 и QB2 отключены, секции в нормальном режиме работают раздельно.

На рисунке 14(в.) представлена двухтрансформаторная подстанция: трансформаторы с расщеплёнными обмотками; две системы секционированных сборных шин. Секционные выключатели QB1 и QB2 отключены, и секции в нормальном режиме работают раздельно.

Рисунок 14 (а, б) - двух трансформаторная подстанция (а); двух трансформаторная подстанция со сдвоенными реакторами (б)

Рисунок 14 (в) - Двух трансформаторная подстанция с трансформаторами с расщепленной обмоткой

Литература

1. Волынский В.А. и др. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 901. - 528 с., ил.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 903. - 440 с., ил.

3. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов / В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 906. - 336 с., ил.

4. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. - М.: Высшая шк. - 896 г.

5. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. - М.: Высшая шк. - 897 г.

Размещено на Allbest.ru

...