Источники питания объектов электроэнергией

1.1. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

ТЭЦ сооружаются для тепло- и электроснабжения крупных промышленных предприятий и городов и располагаются вблизи или на территории предприятий и городов возможно ближе к тепловой нагрузке. На ТЭЦ устанавливаются теплофикационные агрегаты с единичной мощностью до 250 МВт, поэтому крупные ТЭЦ относятся, несомненно, к мощным электростанциям.

На ТЭЦ с единичной мощностью агрегатов до 60 МВТ значительная часть электроэнергии выдается местным потребителям в радиусе 5…10 км на генераторном напряжении. Для этого на ТЭЦ сооружается генераторное распределительное устройство (ГРУ) напряжением 6-10 кВ. Структурная схема такой ТЭЦ показана на рис. 1.1,а.

а) б)

Рис. 1.1. Структурные схемы ТЭЦ

Генераторы G работают параллельно на ГРУ 6-10 кВ, от которого питаются потребители собственных нужд (с.н.) станции и местная нагрузка (м.н.). Связь с энергосистемой С и выдача в энергосистему избыточной мощности ТЭЦ осуществляется через трансформаторы Т на напряжении 110-220 кВ. При большом количестве отходящих линий 110-220 кВ при ТЭЦ сооружается распределительное устройство высокого напряжения РУВН 110-220 кВ.

Схемы ТЭЦ с единичной мощностью агрегатов 100-250 МВт строятся по блочному принципу. Структурная схема такой ТЭЦ показана на рис. 1.1,б. Здесь каждый генератор G через отдельный блочный трансформатор Т и РУВН 110-220 кВ выдает мощность в энергосистему С. Напряжение генераторов мощностью 160-250 МВт определяется параметрами серийных генераторов и составляет 15,75-18 кВ, поэтому питание с. н., имеющих напряжение 6-10 кВ, осуществляется через отдельные разделительные трансформаторы собственных нужд ТСН. Напряжение генераторов меньшей мощности составляет 10 кВ, поэтому питание с.н. и м.н. осуществляется без ТСН.

ТЭЦ с агрегатами различной мощности могут строиться по смешанной схеме, в которой генераторы небольшой мощности работают на ГРУ, а мощные генераторы работают по блочной схеме. Такая схема типична при расширении и увеличении мощности существующих ТЭЦ.

Количество и мощность генераторов ТЭЦ с ГРУ определяются на основании проекта электроснабжения потребителей на генераторном напряжении и должны быть такими, чтобы при останове одного любого генератора оставшиеся в работе генераторы полностью бы обеспечивали питание указанных потребителей. Количество и мощность генераторов блочных ТЭЦ определяются на основании проекта развития генерирующих мощностей энергосистемы.

В схемах ТЭЦ с ГРУ связь с системой осуществляется, как правило, через два трансформатора Т. Выбор мощности этих трансформаторов должен проводиться с учетом графика тепловой нагрузки ТЭЦ, возможного отказа одного из генераторов и других факторов. Ориентировочно мощность одного трансформатора связи с энергосистемой рекомендуется выбирать по следующим соотношениям:

S_т » (S_уст – S_сн – S_мн)/2; S_т » S_мн/2, (1.1)

где S_уст – суммарная установленная мощность генераторов ТЭЦ;

S_сн и S_мн – суммарная мощность собственных нужд и местной нагрузки на генераторном напряжении.

В блочной схеме ТЭЦ мощность трансформатора каждого блока выбирается по условию

S_т » S_г– S_сн – S_мн, (1.2)

где S_г – мощность генератора блока;

S_сн и S_мн – мощность собственных нужд и местной нагрузки на генераторном напряжении блока.

При проектировании ТЭЦ одним из важных вопросов является выбор схемы электрических соединений станции. От выбранной схемы зависит:

надежность работы ТЭЦ,

экономичность,

оперативная гибкость (приспособляемость к изменяющимся условиям работы),

удобство эксплуатации,

безопасность обслуживания,

возможность расширения станции.

На выбор схемы электрических соединений ТЭЦ влияют следующие факторы:

расположение станции;

количество и мощность генераторов, трансформаторов, отходящих высоковольтных линий;

наличие и мощность местной нагрузки;

схема и напряжение прилегающих сетей энергосистемы;

уровень токов короткого замыкания (КЗ).

Видно, что выбор схемы электрических соединений ТЭЦ является достаточно сложным вопросом и решается отдельно для каждой конкретной ТЭЦ. Не вдаваясь в подробности выбора схемы электрических соединений, рассмотрим лишь наиболее типичные схемы.

На генераторном напряжении станций, отдающих большую часть электроэнергии местным потребителям, широко применяется схема с одной системой шин, соединенной в кольцо (рис. 1.2). Такая схема применяется на ТЭЦ с генераторами единичной мощности до 60 МВт включительно. Сборные шины разделены на секции В1, В2, В3 по числу генераторов G1, G2, G3. Секции соединяются между собой с помощью секционных выключателей QB и секционных реакторов LRB, которые служат для ограничения токов КЗ на шинах ГРУ.

Распределительные устройства отходящих линий 6-10 кВ присоединяются к шинам ГРУ через групповые сдвоенные реакторы LR1, LR2, LR3. Благодаря малой вероятности аварий в реакторе и его ошиновке, присоединение группового реактора осуществляется без выключателя. Для выполнения ремонтных работ в ячейке реактора предусматриваются только разъединители QS.

Каждая ветвь сдвоенного реактора рассчитана на ток 600-3000 А, что дает возможность присоединения нескольких отходящих линий напряжением 6-10 кВ к каждой секции. На схеме рис. 1.2 показано двенадцать линий, присоединенных через три групповых реактора.

Рис. 1.2. Схема электрических соединений ТЭЦ с ГРУ

Таким образом, количество присоединений к шинам ГРУ уменьшается по сравнению со схемой без сдвоенных реакторов. Это значительно увеличивает надежность работы главных шин станции, снижает затраты на сооружение ГРУ, уменьшает время монтажа. Применение токоограничивающих реакторов позволяет использовать в распределительных устройствах отходящих линий 6-10 кВ комплектные ячейки КРУ.

Если шины ГРУ не соединять в кольцо, то возникнет необходимость выравнивания напряжения между секциями В1, В2 и В3 при отключении одного из генераторов. Так, при отключении генератора G1 нагрузка первой секции В1 будет питаться от генераторов G2 и G3. Ток от генератора G2 пойдет через реактор LRB1, а ток от генератора G3 пойдет через два реактора LRB2 и LRB1. Из-за потери напряжения в реакторах уровень напряжения на секциях В1, В2 и В3 будет неодинаков: наибольший на секции В3 и наименьший на секции В1.

Для повышения напряжения на секции В1 необходимо шунтировать реактор LRB1, для чего в схеме предусмотрен шунтирующий разъединитель QSB1.

Порядок операций шунтирующими разъединителями должен быть следующим:

отключить секционный выключатель QB;

включить шунтирующий разъединитель QSB;

включить секционный выключатель QB.

В рассматриваемом режиме второй шунтирующий разъединитель QSB2 включать нельзя, так как это приведет к параллельной работе генераторов G2 и G3 без реактора между ними, что недопустимо по условиям отключения токов КЗ.

Чем больше секций на станции, тем сложнее поддерживать одинаковый уровень напряжения на секциях. Поэтому при трех и более секциях их соединяют в кольцо (см. пунктир на рис. 1.2).

В нормальном режиме кольцевой схемы все секционные выключатели QB включены, генераторы работают параллельно. При КЗ на одной секции выключателем Q отключается генератор данной секции и два соседних секционных выключателя QB. Параллельная работа других генераторов не нарушается.

При плановом отключении одного генератора, например при выводе в ремонт, потребители данной секции получают питание с двух сторон, что создает меньшую разницу напряжений на секциях и позволяет выбирать секционные реакторы на меньший длительный ток, чем в схеме с незамкнутой системой шин. В схеме кольца номинальный ток секционных реакторов принимают равным 50-60% номинального тока генератора, а сопротивление реакторов 8-10%.

Исполнение схемы РУВН зависит от количества отходящих линий. При двух отходящих линиях схема РУВН выполняется без сборных шин; при трех и более отходящих линиях используются схемы со сборными шинами. Более подробно схемы РУВН рассматриваются в следующем параграфе.

Рост единичной мощности турбогенераторов, применяемых на ТЭЦ (100, 200 МВт), привел к широкому распространению блочных схем. Типовая блочная схема ТЭЦ с генераторами разной мощности приведена на рис. 1.3. Близкие потребители на напряжение 6-10 кВ получают питание по реактированным отпайкам от генераторов G1 и G2. Более удаленные потребители питаются от шин 110 кВ. Параллельная работа генераторов осуществляется на высшем напряжении 110 кВ, что уменьшает токи КЗ на стороне 6-10 кВ.

Как и всякая блочная схема, такая схема дает экономию оборудования, а отсутствие громоздкого ГРУ позволяет ускорить монтаж электрической части станции.

Местная нагрузка получает питание от потребительского КРУ, которое имеет две секции шин с АВР на секционном выключателе. Трансформаторы связи с энергосистемой должны быть рассчитаны на выдачу всей избыточной активной и реактивной мощности и снабжаются устройством РПН.

Рис. 1.3. Схема электрических соединений блочной ТЭЦ

На трансформаторах блоков генераторов G3 и G4 также может быть предусмотрено устройство РПН (на рис. 1.3 показано пунктиром), позволяющее обеспечить соответствующий уровень напряжения на шинах 110 кВ при выдаче избыточной реактивной мощности ТЭЦ, работающей по тепловому графику нагрузки. Напряжение генераторов мощностью 160-250 МВт определяется параметрами серийных генераторов и составляет 15,75-18 кВ, поэтому питание собственных нужд, имеющих напряжение 6-10 кВ, осуществляется через отдельные разделительные трансформаторы собственных нужд ТСН.

Исполнение схемы РУВН зависит от количества отходящих линий. Более подробно схемы РУВН рассматриваются в следующем параграфе.

Современные мощные ТЭЦ сооружаются по блочной схеме. В блоках генератор-трансформатор устанавливаются генераторные выключатели (Q₁…Q₄), что повышает надежность питания с.н. и РУВН, так как при этом исключаются многочисленные операции в распределительных устройствах с.н. по переводу питания с.н. от резервного источника при каждом останове и пуске блока и исключаются операции выключателями высокого напряжения. Не следует забывать, что на ТЭЦ отключение и включение энергоблоков производятся значительно чаще, чем на конденсационных станциях.