1-2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
а) Виды схем и их назначение
Электрическая часть каждой электростанции прежде всего характеризуется схемой электрических соединений. Схемы электрических соединений разделяются на две основные группы: схемы первичных цепей и схемы вторичных цепей. В свою очередь схемы первичных цепей разделяют на главные схемы и схемы собственных нужд (с. н.).
Первичными являются цепи, по которым электроэнергия передается от генераторов к электроприемникам, т. е. по которым проходят рабочие токи нагрузки. В этих цепях устанавливают отключающие аппараты, аппараты для ограничения токов короткого замыкания, измерительные трансформаторы тока и напряжения, аппараты для защиты электроустановок от перенапряжений и др. Таким образом, главная схема электрических соединений станции (подстанции) — это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными в натуре соединениями.
Вторичными являются цепи, служащие для соединения вторичного электрооборудования, к которому относятся измерительные приборы, релейная защита, автоматика, приборы и аппараты управления, сигнализации, блокировки и т. п.
Схемы электрических соединений на чертежах можно выполнять в однолинейном и трехлинейном изображениях.
В однолинейных схемах условно показывают соединения только для одной фазы, что упрощает схему и придает ей наглядность. Эти схемы дают не только общее представление об электроустановке, но и позволяют ориентировочно определить количество установленного основного оборудования, так как все три фазы обычно имеют одинаковые соединения и в них включаются одни и те же аппараты.
Трехлинейные схемы составляют для всех трех фаз.
Главные схемы электростанций изображают, как правило, в однолинейном исполнении, а трехлинейные схемы разрабатываются для отдельных элементов станции, например для цепи генератора, трансформатора, отходящей линии и т. д. В трехлинейных схемах изображают также и вторичные цепи со вспомогательной аппаратурой.
Однолинейные схемы изображения электрических соединений получили наибольшее распространение. Ими пользуются при исследовании нормальных и аварийных режимов в процессе проектирования и эксплуатации станций, при разработке противоаварийных мероприятий, конструкций распределительных устройств и т. д. В однолинейном изображении составляют и оперативные схемы электрических соединений, которыми пользуются в условиях эксплуатации для правильного ведения режима работы станции в данный момент времени. Разновидностью трехлинейных схем являются монтажные схемы, разрабатываемые на основании трехлинейных схем для отдельных элементов станции (цепь генератора, трансформатора и т. д.). На них изображают расположение аппаратов, приборов и других устройств с их присоединениями, а также указывают сечения проводов и кабелей, их марки, место расположения контактных устройств, условную маркировку узлов и элементов схемы, и т. д. Монтажные схемы являются основным документом при монтаже электроустановки и используются также во время эксплуатации при ремонтах электрооборудования, его испытании и т. д.
При начертании схем электрических соединений пользуются условными графическими обозначениями, которые устанавливают ГОСТ, ЕСКД [17]. Некоторые из этих обозначений, наиболее часто встречающиеся в настоящей книге, приводятся в табл. 1-3.
б) Назначение основных аппаратов в электроустановках
На однолинейных схемах вся коммутационная аппаратура первичной цепи показывается, как правило, в отключенном состоянии. На оперативных же схемах состояние элементов должно строго соответствовать режиму работы станции.
На рис. 1-1 приведена однолинейная схема электрических соединений станции (ТЭЦ) небольшой мощности.
На данной схеме показаны цепи генераторов, отходящих линий, трансформаторы собственных нужд (ТСН) станции, а также сборные шины, состоящие из двух секций и служащие для приема и распределения электроэнергии. Во всех вышеуказанных цепях устанавливаются те или иные электрические аппараты, назначение которых состоит в следующем.
Рис. 1-1. Однолинейная схема электрических соединений тепловой станции небольшой мощности.
В электроустановках до 1000 В трансформаторы и отходящие линии присоединяют к сборным шинам через рубильники Рб и предохранители П. Рубильники служат для неавтоматического (ручного) включения и отключения электрических цепей, а предохранители — для защиты установки от токов короткого замыкания (к. з.). В ряде случаев предохранители заменяют автоматами максимального тока А, которые значительно улучшают защиту электроустановок и облегчают эксплуатацию.
В электроустановках выше 1000 В цепи присоединяют к сборным шинам через разъединители P1, Р2... и выключатели высокого напряжения B1, В2... Выключатели служат для включения и отключения электрических цепей высокого напряжения под нагрузкой (рабочих токов), а также для отключения их при к. з. Они являются наиболее ответственными аппаратами высокого напряжения и снабжаются специальными дугогасительными устройствами. Разъединители не имеют этих устройств и служат лишь для включения и отключения электрических цепей, предварительно обесточенных выключателями. Они по конструкции напоминают рубильники и в отключенном состоянии создают видимый разрыв цепи тока, обеспечивая тем самым условия для безопасности при производстве ремонтных работ в электроустановках. В некоторых случаях разъединители могут быть использованы и для отключения небольших токов.
На отходящих линиях потребителей (рис. 1-1), кроме шинных разъединителей Р2, устанавливают также линейные разъединители Р3, отключение которых предотвращает подачу напряжения к месту работы на оборудовании данной цепи (на выключателе, на реакторе) при случайном появлении напряжения на линии.
Измерительные трансформаторы тока ТТ и напряжения TH служат для питания контрольно-измерительных приборов и схем релейной защиты и автоматики. Они снижают ток и напряжение первичной цепи до пределов, на которые рассчитаны приборы и реле, а также отделяют цепи высокого напряжения от цепей приборов и реле, обеспечивая их безопасное обслуживание.
Для уменьшения тока к. з. с целью применения сравнительно недорогих маломощных выключателей и другого оборудования и снижения тем самым затрат на сооружение электроустановок предусматриваются реакторы Р. Другим назначением реакторов является поддержание на сборных шинах электроустановки определенного уровня напряжения при к. з. за реактором.
в) Особенности схем электрических соединений ТЭЦ и мощных ГРЭС
Теплоэлектроцентрали, как правило, сооружаются в городах, рабочих поселках и при крупных промышленных предприятиях, т. е. в центре тепловых и электрических нагрузок. Поэтому большая часть генераторов ТЭЦ присоединяется непосредственно к сборным шинам генераторного напряжения 6— 10 кВт, от которых отходят линии для питания местных потребителей, т. е. промышленных предприятий и городских трансформаторных пунктов (ТП). С этих же сборных шин питаются и трансформаторы собственных нужд.
При наличии избыточной мощности на ТЭЦ последняя передается в энергосистему с помощью повышающих трансформаторов связи, сборных шин повышенного напряжения и линий электропередачи (ВЛ). В случае дефицита (недостатка) генерирующей мощности (например, при авариях и плановых ремонтах генераторов) последняя поступает из энергосистемы через те же трансформаторы связи.
Мощные ГРЭС сооружаются по возможности в местах добычи топлива, вдали от непосредственных потребителей электроэнергии. Поэтому на ГРЭС вся вырабатываемая электроэнергия отдается в сеть энергосистемы на повышенном напряжении 220—500 кВ. Для этого основные агрегаты таких станций — генератор и трансформатор — соединяют непосредственно в блок, в связи с чем на ГРЭС не сооружаются распределительные устройства генераторного напряжения. Блок образует своего рода спаренный агрегат, причем раздельная работа генератора и трансформатора, входящих в блок, как правило, не предусматривается.
Для питания собственных нужд ГРЭС выполняются отпайки от генераторов каждого блока.
Если на крупной ГРЭС с небольшим числом мощных агрегатов не предусматривается распределение электроэнергии на повышенном напряжении, то распределительного устройства на этом напряжении можно не сооружать и линии электропередачи могут непосредственно отходить от повышающих трансформаторов для связи с энергосистемой, образуя блок генератор— трансформатор— линия. Этим достигается значительная экономия средств и большая надежность работы станции.
На новейших ГРЭС большой мощности применяют сквозной блок по тепловой и электрической части: котлоагрегат—турбина, генератор—трансформатор с отпайкой на собственные нужды. При сквозном блоке образуется последовательный поток энергии от топливного склада до энергосистемы, при этом каждый блок можно рассматривать как отдельную, автономную электростанцию. Компоновка оборудования по такой схеме позволяет значительно сократить коммуникации между всеми элементами блока, что дает значительную экономию средств и материалов, увеличивает надежность работы, а также упрощает и удешевляет эксплуатацию электростанции.
Более подробно об электрических аппаратах и схемах электрических соединений будет рассказано в гл. 4 и 5.
