Структурные схемы электростанций и подстанций

ГЛАВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Всякая электроустановка выполняется по определенным электрическим схемам, отражающим взаимную связь элементов, входящих в нее. Схемы разделяются на две группы:

- главную схему или схему первичных цепей;

- схему вторичных цепей, состоящую из измерительных, контрольных и управляющих цепей.

Главные электрические схемы. Эти схемы отображают цепи, по которым обеспечивается передача и распределение энергии от источников к потребителям. Одним из основных и ответственных этапов проектирования электрической части станций, подстанций и других крупных электротехнических объектов является выбор и обоснование главной схемы электрических соединений. На этом этапе приходится учитывать множество факторов:

- тип электростанций (подстанций);

- число и мощность генераторов и силовых трансформаторов;

- роль электростанции или подстанции в энергосистеме;

- схемы и напряжения прилегающих электрических сетей;

- мощность и характер местной нагрузки.

Распределительные устройства (РУ). Электроэнергетические системы осуществляют выработку электроэнергии, ее прием, распределение и передачу потребителю. Функции приема и распределения энергии выполняют специальные электротехнические сооружения, которые называются распределительными устройствами (РУ). Эти устройства являются одним из основных элементов главных электрических схем станций и подстанций и во многом определяют уровень технического совершенства этих объектов. РУ выполняется на одно напряжение и поэтому на станции или подстанции может быть несколько распределительных устройств в зависимости от числа используемых уровней напряжения.

С одной стороны, в РУ концентрируются большие потоки энергии, поэтому их ответственность за надежность электроснабжения велика. С другой стороны, это весьма дорогие объекты, в связи с чем в принятии технических проектных решений должен присутствовать разумный компромисс между стоимостью и надежностью. Ниже предлагается обзор современных главных электрических схем РУ, начиная от простейших и дешевых и заканчивается наиболее сложными и дорогими схемами.

Структурные схемы электростанций и подстанций

По объемам производства электроэнергии и характеру ее распределения станции делятся на три группы:

- выдающие всю электроэнергию на повышенных напряжениях 330 кВ и выше (это мощные тепловые, гидравлические и атомные электростанции);

- выдающие электроэнергию как на генераторном, так и на повышенных напряжениях 35-220 кВ (это теплоэлектроцентрали);

- изолированно работающие (это удаленные от энергосистемы электростанции, в основном небольшой мощности).

Структурные схемы КЭС, ГЭС, АЭС. Несмотря на существенные отличия в технологиях получения электроэнергии на этих станциях, их главные электрические схемы имеют много общего в силу следующих причин.

Все эти станции имеют большие мощности (2000 - 6000 МВт) и комплектуются крупными генераторами и трансформаторами. Как правило, по экологическим соображениям они ставятся вдали от крупных населенных пунктов и промышленных нагрузок, в силу чего основную мощность они отдают в энергосистему на высоких напряжениях (330 -1150 кВ). Высокая концентрация мощности (до 800 -1200 МВт) в одном агрегате накладывает сверхжесткие требования к надежности систем распределения энергии, так как одновременная потеря нескольких таких агрегатов чревата катастрофическими последствиями для всей системы.

В практике реализуется несколько вариантов структурных схем этих электростанций (рис. 1.1). Так как здесь используются агрегаты с большой единичной мощностью (300-1200 МВт), то по техническим и экономическим соображениям схемы компонуются из ряда автономных частей - блоков. Каждый блок состоит из парогенератора, турбины, синхронного генератора и повышающего трансформатора. Поперечные связи между блоками, как в тепломеханической части, так и в электрической отсутствуют, что повышает надежность работы блоков. Блоки связаны между собой только на сборных шинах высшего (500-1150 кВ) или среднего (ПО - 330 кВ) напряжений, откуда мощность станции поступает в энергосистему.

Электростанции рассматриваемых типов в большинстве случаев имеют распределительные устройства двух уровней напряжения: РУ высокого напряжения и РУ среднего напряжения. Станции, выдающие всю мощность в сеть одного напряжения, являются исключением. Наибольшее распространение получили схемы, в которых сборные шины высшего и среднего напряжений связаны через автотрансформаторы связи (рис. 1.16). Распределительные устройства на генераторном напряжении отсутствуют, поскольку выдача мощности столь крупных агрегатов на напряжениях 15-30 кВ невозможна из-за чрезмерно больших токов короткого замыкания.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Эти станции предназначены для снабжения промышленных предприятий и городов теплом и электроэнергией. Предельный радиус действия ТЭЦ по горячей воде не превышает 7-8 км, по пару 2-3 км, вследствие чего эти станции стремятся располагать а центре тепловой нагрузки. Обычно мощность ТЭЦ составляет 300-600 МВт, и лишь в самых крупных городах целесообразны ТЭЦ мощностью до 1000-1500 МВт. Установленную мощность и типы турбоагрегатов выбирают в соответствии с потребностями и параметрами тепловой энергии, используемой потребителем.

а) б)

Рис. 1.1. Примеры структурных схем крупных электрических станций

На этих станциях устанавливают специальные теплофикационные турбины.

Компоновка электрической части ТЭЦ во многом определяется величиной нагрузки на генераторном напряжении 6-10 кВ, и здесь можно выделить два варианта компоновки электрических схем ТЭЦ. На этих станциях устанавливают специальные теплофикационные турбины.

Первый вариант(рис. 1.2). Электростанция выдает основную часть электрической мощности ближайшим потребителям на напряжении 6-10 кВ непосредственно от генераторов. Для этого на станции сооружается генераторное распределительное устройство (ГРУ), к которому присоединяются генераторы, линии местной распределительной сети, трансформаторы собственных нужд и трансформаторы связи с РУ повышенного напряжения. Через трансформаторы связи часть мощности либо выдается в энергосистему, если имеется ее избыток, либо потребляется из энергосистемы, если генераторы не могут обеспечить энергией местных потребителей. Следует отметить, что к ГРУ могут быть присоединены только генераторы относительно небольшой мощности (30-100 МВт), напряжения которых соответствуют напряжениям распределительных сетей 6 или 10 кВ. Часть генераторов относительно большой мощности (до 250 МВт) могут быть присоединены к РУ среднего напряжения по схеме блока, как это показано на рис. 1.2 б.

Второй вариант. В современных условиях появились новые обстоятельства, существенно изменяющие структуру главных электрических схем ТЭЦ. Это, во-первых, укрупнение отдельных агрегатов до мощности 250 МВт с напряжением 20 кВ, которые целесообразно использовать только в блоках с повышающими трансформаторами, во-вторых, значительное удаление ТЭЦ от центров потребления, вызываемое ужесточением норм по охране окружающей среды.

а) б)

в) г)

д) е)

Рис. 1.2. Примеры структурных схем ТЭЦ

В этих условиях более экономичным оказывается электроснабжение близлежащих потребителей через подстанции глубокого ввода на среднем напряжении (35-110 кВ) или при небольшой местной нагрузке могут быть установлены весьма дешевые комплектные распредустройства. Эти обстоятельства приводят к отказу от сооружения на ТЭЦ дорогостоящих генераторных распределительных устройств.

Трансформаторные подстанции (ТП). Это электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения энергии в ближайшем районе или дальнейшей ее передачи. ТП по их назначению разделяются на две основные группы: районные и местного значения.

Районные ТП - это мощные подстанции напряжением 35 кВ и выше, предназначенные для нескольких потребителей разного характера. ТП местного значения предназначаются для электроснабжения в основном однородных потребителей. В зависимости от расположения в энергосистеме подстанции делят на три категории: узловые, транзитные (проходные), тупиковые.

Наиболее жесткие требования по надежности предъявляются к узловым подстанциям, структурные схемы которых рассматриваются ниже. Это системообразущие подстанции, которые могут связывать несколько станций и питать достаточно мощные районы нагрузки. Авария на таких подстанциях может послужить причиной распада энергосистемы и расстройства электроснабжения больших районов.

Узловые подстанции, как правило, содержат несколько трансформаторов (автотрансформаторов) и несколько РУ разных напряжений, к которым могут быть подключены синхронные компенсаторы или статические конденсаторы (рис. 1.3).

а) б)

в) г)

Рис. 1.3. Примеры структурных схем узловых подстанций