Первичные схемы электростанций и подстанций. Требования к схемам. Критерии выбора схем

Лекция 5,6 Первичные схемы электростанций и подстанций. Требования к схемам. Критерии выбора схем Схемы электростанций и подстанций подразделяются на первичные и вторичные. Первичная схема (главная) электрических соединений электростанции (подстанции) - это совокупность основного электрооборудования (генераторы, силовые трансформаторы), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями. В первичной схеме указываются те элементы, по которым передается мощность. То есть элементы, которые находятся под высоким напряжением и по которым течет большой ток. Вторичная схема – это схема соединения измерительных приборов, релейной защиты и автоматики. Вторичная и первичная схемы разделяются измерительными трансформаторами тока и напряжения. В первичной схеме показывается в каких цепях включены трансформаторы тока и напряжения, во вторичных схемах показывается подключение приборов и РЗА ко вторичной обмотке этих трансформаторов. В данной дисциплине ЭСиП изучается построение первичных схем. Проектирование электростанций и подстанций в электрической части ведется поэтапно и поэтому различают следующие первичные схемы: 1. Структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (РУ, генераторы, трансформаторы силовые) и связи между ними. Эти схемы служат для общего ознакомления с работой электростанции или подстанции и для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем. На чертежах этих схем РУ показываются в виде прямоугольников, коммутационная аппаратура не показывается на структурной схеме. 2. Неполная принципиальная схема включает в себя все аппараты, но на ней не показываются ограничители перенапряжений, заземляющие ножи разъединителей и измерительные трансформаторы тока и напряжения. Эта схема позволяет укрупненно сделать технико-экономическое сравнение разных вариантов при проектировании и является упрощенной принципиальной схемой станции или подстанции. 3. Полная принципиальная схема показывает все элементы первичной схемы. На чертеже полной принципиальной схемы все элементы (кроме трансформаторов тока) показываются в однолинейном (одна фаза) исполнении, все элементы на ней показываются в отключенном положении. Трансформаторы тока на такой схеме показываются для всех трех фаз, так как расположение по фазам трансформаторов тока определяется схемой вторичных цепей. 4. Оперативная схема – это полная принципиальная схема, на которой все аппараты показаны в том положении, в котором находятся на данный момент времени. Она используется оперативным персоналом в период эксплуатации. Рисунок 1 – Пример структурной схемы ГРЭС Рисунок 2 – Примеры неполных принципиальных схем ГРЭС (структурная схема показана на рис.1) Выбор первичной 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 соединений, монтажных схем и т.д. Основные требования к схемам электроустановок и факторы, влияющие на выбор схем При выборе схем электроустановок должны учитываться следующие факторы: - значение и роль электростанции или подстанции для энергосистемы. Электростанции, работающие параллельно в энергосистеме, существенно различаются по своему назначению. Одни из них, базисные, несут основную нагрузку, другие, пиковые, работают неполные сутки во время максимальных нагрузок, третьи несут электрическую нагрузку, определяемую их тепловыми потребителями (ТЭЦ). Разное назначение электростанций определяет целесообразность применения разных схем электрических соединений даже в том случае, когда количество присоединений одно и то же. Подстанции могут предназначаться для питания отдельных потребителей или крупного района, для связи частей энергосистемы или различных энергосистем. Роль подстанции определяет ее схему. - положение электростанции или подстанции в энергосистеме, схемы и напряжения прилегающих сетей. Шины высшего напряжения электростанций и подстанций могут быть узловыми точками энергосистемы, осуществляя объединение на параллельную работу нескольких электростанций. В этом случае через шины происходит переток мощности из одной части энергосистемы в другую — транзит мощности. При выборе схем таких электроустановок в первую очередь учитывается необходимость сохранения транзита мощности. Подстанции могут быть тупиковыми, проходными, отпаечными; схемы таких подстанций будут различными. Схемы распределительных устройств 6 – 10 кВ зависят от схем электроснабжения потребителей: питания по одиночным или параллельным линиям, наличия резервных вводов у потребителей и т. п.; - категория электроприёмников по степени надежности электроснабжения. Электроприёмники 1 категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. Электроприемники I категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников питания, перерыв допускается лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории предусматривается дополнительное питание от третьего независимого источника питания. Электроприёмники 2 категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Эти электроприемники рекомендуется обеспечивать питанием от двух независимых источников, взаимно резервирующих друг друга, для них допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Допускается питание по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 сут допускается питание от одного трансформатора. Для электроприемников 3 категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток. - перспектива расширения и промежуточные этапы развития электростанции, подстанции и прилегающего участка сети. Схема и компоновка РУ должны выбираться с учетом возможного присоединения новых линий или генераторов. Как правило, строительство электростанций ведется очередями, поэтому на этапе каждой очереди схема может изменяться. Для выбора схемы важно учитывать количество и степень ответственности линий в энергосистеме. К схемам предъявляется 5 требований: 1. Надёжность 2. Простота 3. Экономичность 4. Возможность расширения без коренной реконструкции 5. Оперативная гибкость и приспособленность к проведению ремонтов оборудования. Надёжность — свойство обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергией нормированного качества. Повреждение оборудования в любой части схемы по возможности не должно нарушать нормального режима работы. Надежность можно оценить частотой и продолжительностью нарушения электроснабжения потребителей и относительным аварийным резервом, который необходим для обеспечения заданного уровня безаварийной работы энергосистемы и ее отдельных узлов. Повреждение оборудования в любой части схемы по возможности не должно нарушать электроснабжение потребителей, выдачу мощности в энергосистемы, транзит мощности через шины. Надежность схемы должна соответствовать категории потребителей (смотри выше по тексту), получающих питание от данной электроустановки. Экономичность схемы оценивается количеством соотношением выключателей на РУ и количеством присоединений (линии + источники). Схема считается экономичной , если на одно присоединение приходится один выключатель. Оперативная гибкость определяется приспособленностью схемы к проведению оперативных переключений без влияния на электроснабжение потребителей. В схемах 110 кВ и выше ремонт выключателя не должен приводить к отключению присоединения, а также короткое замыкание на шинах в схеме 330 кВ и выше не должно приводить к отключению более одной линии и энергоблока. Наибольшая оперативная гибкость схемы обеспечивается, если оперативные переключения в ней производятся коммутационными аппаратами с дистанционным приводом. Если все операции осуществляются дистанционно, а еще лучше средствами автоматики, то ликвидация аварийного состояния значительно ускоряется. Оперативная гибкость оценивается количеством, сложностью и продолжительностью оперативных переключений. Прежде чем выбирать схему распределительного устройства, необходимо определить количество присоединений этого РУ. Количество источников определяется на этапе составления структурной схемы, количество линий определяется расчетом по пропускной способности линии определенного напряжения. Расчет количества линий на РУ 1.Расчет количества линий на электростанциях На распределительных устройствах ТЭЦ и ГРЭС , на которых задана фиксированная нагрузка в минимальном и максимальном режимах, количество линий определяется по формуле: , где РМАХ - нагрузка на шинах в максимальном режиме Р1Л - пропускная способность линии электропередач. Пропускная способность линии увеличивается с увеличением напряжения и и определяется в основном тремя условиями: - экономичностью передачи, зависящей от величины потерь электроэнергии в линии; - уровнем напряжения в конце линии, зависящем от величины потери напряжения в линии; - устойчивостью параллельной работы генераторов электростанции в энергосистеме. Учитывая опыт многолетний опыт эксплуатации, в учебном проектировании можно принять следующие величины пропускной способности линий в зависимости от напряжения РУ, которые приведены в таблице 1. Таблица 1 – Пропускная способность линий электропередач UН, кВ 6, 10 35 110 220 330 500 Р1Л, МВт 2-3 10-15 35-45 140-160 340-400 700-900 На шинах высокого напряжения число линий определяем по формуле: , где - Рст – мощность станции, МВт; ∑Рсн – суммарная нагрузка собственных нужд электростанции; ∑Рmin – суммарная нагрузка станции в минимальном режиме Если с шин высокого напряжения будет осуществляться питание тупиковой (отдаленной) нагрузки, то из общего количества линий РУВН необходимо определить количество линий, отходящих в энергосистему и количество линий, отходящих на отдаленный потребитель. В этом случае количество линий, отходящих к потребителю определим по формуле: , где - РмахВН – максимальная нагрузка на шинах ВН электростанции; Р1Л - пропускная способность линии электропередач, МВт. Число линий, отходящих в энергосистему, определим по формуле: Расчетное количество линий округляется всегда в большую сторону. При расчете линий с шин высокого напряжения для связи с энергосистемой необходимо принимать не менее 2. При округлении числа линий на ТЭЦ с шин среднего и низкого напряжения, необходимо равномерно загружать секции шин одинаковым числом линий. 2.Расчет количества линий на подстанциях Прежде чем рассчитывать число линий на подстанции. Необходимо определить тип подстанции: тупиковая или транзитная подстанция, так как число линий на РУВН определяется по разному. На РУСН и РУНН числа линий определяется по форме: , где РМАХ - нагрузка на шинах в максимальном режиме Р1Л - пропускная способность линии электропередач. Для тупиковой подстанции число линий на РУВН определяется по формуле: Для транзитной подстанции сначала определяется количество системных линий по формуле Затем определяется число транзитных линий по формуле: Общее количество линий определим по формуле: +nтранз ПРИМЕЧАНИЕ: 1. При составлении схем распределительных устройств надо учитывать все линии 2. При расчете токов короткого замыкания учитываются только Схемы распределительных устройств 6-10 кВ Схема с одной несекционированной системой шин Данная схема проста, экономична, но ненадежна и не оперативно гибкая. Для увеличения надежности разбиваем систему шин на секции. А – система сборных шин QS1 – шинный разъединитель (всегда смотрит в сторону шин) Так как на принципиальной схеме все аппараты показываются в отключенном положении, условное обозначение разъединителя (QS1, QS2) можно показывать на неполных принципиальных схемах засечкой, как показано на рисунке. Схема с одной секционированной системой сборных шин 1. На подстанции QB – секционный выключатель. На подстанции этот выключатель нормально отключен для ограничения токов короткого замыкания. Рисунок 3 – Схема питания отходящей к потребителю линии 6-10 кВ Если на подстанции устанавливается трансформатор с расщепленной обмоткой, то целесообразнее использовать схему с двумя секционированными системными шинами. − 2 системы шин можно расщепить и подобным − 4 секции образом