ГЛАВА ВОСЬМАЯ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ЩИТЫ УПРАВЛЕНИЯ
8-1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Распределительным устройством (РУ) называется сооружение, предназначенное для приема и распределения электрической энергии и содержащее электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Различают закрытые и открытые распределительные устройства.
Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) располагается внутри здания. Такие распределительные устройства сооружают для напряжений до 1000 В, а также для установок генераторного напряжения 6—20 кВ.
Открытое распределительное устройство (ОРУ) располагается на открытой площадке; такой тип РУ обычно применяется для установок 35 кВ и выше. Распределительные устройства 35, 110, 150 и 220 кВ могут выполняться закрытыми по условию загрязнения атмосферы уносами предприятий, вредно действующими на аппаратуру, в случае стесненности площадки и суровых климатических условий (на Крайнем Севере). Распределительные устройства 330, 500, 750 кВ всегда выполняются открытыми [23].
К распределительным устройствам предъявляются многочисленные требования, которые изложены в ПУЭ [18], ПТЭ [7], НТП [23]. Основные из них — безопасность и удобство обслуживания РУ, надежность работы, экономичность сооружения.
На существующих тепловых электростанциях имеются разнообразные конструкции РУ. Ниже рассмотрены лишь некоторые типовые конструкции, применяемые и рекомендуемые для новых электростанций.
а) Закрытые распределительные устройства
В установках до 1000 В закрытое РУ сооружается в виде распределительных щитов, у которых на передней стенке установлены измерительные приборы, рукоятки управления рубильниками и автоматами, световая сигнализация. С задней стороны щита смонтированы сборные шины, контактная часть рубильников, автоматы, измерительные трансформаторы, предохранители и другие аппараты, предусмотренные схемой РУ. Все аппараты крепятся на металлическом - сварном каркасе, ошиновка крепится на опорных изоляторах.
Если обслуживание распределительных щитов может осуществляться только с передней стороны, тогда для доступа к оборудованию предусматриваются съемные крышки и дверцы. Такие щиты устанавливаются непосредственно у стен (щит прислонного типа). На станциях широко применяются свободно стоящие щиты, которые обслуживаются с обеих сторон, в этом случае между стеной и щитом необходим проход не менее 0,8 м.
На рис. 8-1 показана комплектная панель на 380—500 В- Отходящие кабельные линии присоединяются к сборным шинам с помощью автоматов типа А-3700.
Панель рассчитана на шесть линий. Все аппараты крепятся на металлической раме, передняя сторона панели закрыта стальным листом, через отверстия которого проходят рукоятки автоматов. В цепи каждой линии установлен трансформатор тока для присоединения амперметра, расположенного на передней стороне щита. Поясняющая схема панели приведена на рис. 8-1.
В установках 6—10 кВ закрытые РУ сооружаются с маломасляными и безмасляными выключателями.
В отличие от РУ до 1000 В все оборудование одного присоединения — выключатель, разъединитель, трансформаторы тока, соединяющие шины, приводы — располагаются в самостоятельной ячейке (камере), отделенной от соседних ячеек сплошной перегородкой из железобетона, кирпича, асбоцементных плит или стальных листов. Такое размещение оборудования РУ позволяет безопасно производить работы в одной из ячеек, когда другие остаются под напряжением.
Для уменьшения последствий аварий камера может иметь ряд перегородок для отделения сборных шин от шинных разъединителей, шинных разъединителей от выключателей, выключателей от линейных разъединителей.
В зависимости от конструктивного выполнения камер ЗРУ различают монолитные, сборные и комплектные распределительные устройства. В монолитных РУ стенки камеры выполняются из кирпича или железобетона, монтаж всего оборудования ведется на месте, что требует значительных затрат на строительную часть и монтажные работы. Такие конструкции применялись с многообъемными масляными выключателями, а в настоящее время они не сооружаются.
Рис. 8-1. Комплектная панель 380—500 В
Сборные распределительные устройства состоят из камер, заранее изготовленных на заводе или в монтажной мастерской и установленных в здании зального типа. Строительная часть выполняется из сборного железобетона, что сокращает сроки строительства и уменьшает его стоимость. Применение готовых ячеек или отдельных элементов, изготовленных на заводе, обеспечивает более тщательный монтаж и уменьшает время монтажа распределительного устройства.
На рис. 8-2 показан разрез главного распределительного устройства ТЭЦ по ячейкам генераторного выключателя и группового реактора с ячейками КРУ для отходящих линий 6—10 кВ. Такое ГРУ сооружается из стандартных железобетонных конструкций. На втором этаже расположены в два ряда сборные шины и шинные разъединители, на первом — выключатели, групповые реакторы и шкафы КРУ. Рассмотренное ГРУ соответствует схеме на рис. 5-4.
Рис. 8-2. Главное распределительное устройство 6—10 кВ с двумя системами шин и групповыми реакторами.
Наиболее совершенной конструкцией является комплектное распределительное устройство (КРУ). Оно состоит из закрытых шкафов с встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами, изготовленными на заводе. Комплектное РУ обладает следующими преимуществами:
- Повышается надежность и безопасность эксплуатации.
- Изготовление КРУ на заводах повышает их качество и дает возможность внедрить новейшие достижения в аппаратостроении.
- Уменьшаются размеры РУ благодаря применению малогабаритных шкафов.
- Размещение выключателя на выкатной тележке облегчает его ремонт и замену.
На рис. 8-3 показан разрез по ячейке КРУ с выключателем ВМП-10К. Все оборудование размещено в отдельных отсеках металлического шкафа. В отсеке 4 расположены сборные шины, закрепленные на опорных изоляторах. В отсеке 1 на выдвижной тележке расположены выключатель и его привод. В рабочем положении цепь от сборных шин к выключателю и от выключателя к линии замкнута втычными контактами пальцевого типа.
Рис. 8-3. Шкаф КРУ серии К-ХП с выключателем ВМП-10К.
1 — отсек тележки; 2 — отсек трансформаторов тока и кабельной сборки; 3 — отсек шинного разъединяющего контакта; 4 — отсек сборных шин; 5 — отсек релейной защиты и измерительных приборов.
После отключения выключателя тележку можно выкатить из шкафа, при этом втычные контакты размыкаются, а образовавшиеся отверстия в перегородке автоматически закрываются шторками, преграждая доступ к частям, оставшимся под напряжением. В отсеке 3 находятся трансформатор тока и кабельная концевая разделка. В отсеке 5 располагаются измерительные приборы и реле.
Шкафы КРУ могут быть рассчитаны для размещения выключателей с номинальным током до 3200 А, трансформаторов напряжения, разрядников и другой аппаратуры.
Комплектные РУ широко применяются для установок собственных нужд тепловых электростанций. В современных тепловых станциях распределительное устройство собственных нужд (РУСН) располагается в главном корпусе, у фасадной стены машинного зала (рис. 8-4). На нулевой отметке находится РУСН 6 кВ с двухрядным расположением ячеек КРУ.
Под потолком этого помещения проложены магистрали резервного питания секций с. н. (см. схему питания с. н. на рис. 5-14). На отметке 5,2 находится РУСН 0,4 кВ с расположением панелей в три ряда. Непосредственная близость РУСН к механизмам с. н. позволяет значительно сократить протяженность кабельных линий.
Рис. 8-4. Размещение РУСН 6 и 0,4 кВ у фасадной стены турбинного отделения ГРЭС.
Комплектное РУ может применяться и для высоких напряжений, вплоть до 110 кВ. Возможна установка КРУ на открытой площадке, тогда шкафы ячеек должны иметь защиту от атмосферных осадков и проникновения пыли. Заводами изготовляются комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) для напряжений 6—35 кВ.
б) Соединение генераторов с трансформаторами и ГРУ
Генераторы, расположенные в главном корпусе электростанции, должны иметь электрическое соединение с ГРУ (на станциях типа ТЭЦ) или с блочными повышающими трансформаторами (на станциях типа ГРЭС). Это соединение может быть выполнено открытым или закрытым токопроводом.
Открытые токопроводы могут быть жесткими и гибкими. Жесткий токопровод (шинный мост) смонтирован из шин, укрепленных с помощью изоляторов на стальной конструкции. Для установки 6—10 кВ расстояние между фазами принимается 0,6—0,8 м, а между опорными изоляторами 1—1,5 м. Таким образом, при значительной протяженности соединения требуется большое количество изоляторов, что удорожает установку и усложняет эксплуатацию, так как изоляторы подвержены загрязнению.
Рис. 8-5. Соединение турбогенератора с блочным трансформатором комплектным экранированным токопроводом.
1 — нулевые выводы обмотки статора; 2 — измерительные трансформаторы тока; 3 — трансформатор тока поперечной дифференциальной защиты генератора; 4 — трансформаторы напряжения; 5 — шинный компенсатор.
Более совершенным открытым токопроводом является гибкая связь, осуществляемая пучком проводов, подвешенных между стеной машинного зала и ГРУ или между ГРУ и трансформатором связи. Количество проводов в пучке и их сечение определяются расчетом в зависимости от тока нагрузки. Обычно в пучке предусматривается два провода, несущих механическую нагрузку (сталеалюминиевые), и несколько алюминиевых токоведущих проводов. Все провода закрепляются в кольцеобразных обоймах. Несущие провода токопровода прикрепляются к стенам машинного зала и ГРУ с помощью подвесных изоляторов. Если протяженность токопровода более 35 м, то ставят промежуточную опору.
Гибкие токопроводы лучше охлаждаются, требуют меньше изоляторов, не загромождают территорию станции.
Для соединения генераторов с блочными трансформаторами применяются комплектные экранированные токопроводы (КЭТ) с разделенными фазами. Токоведущие части КЭТ находятся внутри металлического кожуха (экрана) и изолированы от него опорными фарфоровыми изоляторами (см. рис. 4-1). Каждая фаза выполнена совершенно самостоятельно, что исключает возможность междуфазных к. з. на участке соединения генератора с трансформатором. На рис. 8-5 показаны соединения турбогенератора с повышающим трансформатором и отпайка к трансформатору с. н., выполненные КЭТ. Комплектный экранированный токопровод изготовляется отдельными стандартными секциями, которые соединяются между собой при монтаже. Внутри кожуха установлены трансформаторы тока 2 шинного типа (ТШЛ). Два комплекта однофазных трансформаторов напряжения 4 присоединяются с помощью втычных контактов.
Применение КЭТ рекомендуется для всех блочных станций с генераторами 60 МВт и выше, а также в пределах машинного зала для турбогенераторов 60 и 100 МВт, работающих на шины ГРУ.
в) Открытые распределительные устройства
Открытые РУ применяются для установок 35 кВ и выше. Они имеют ряд преимуществ перед закрытыми: меньший объем строительных работ, следовательно, меньший срок сооружения; хорошая обозреваемость всей аппаратуры; меньшая опасность распространения аварий вследствие больших расстояний между аппаратами. Однако ОРУ имеют и недостатки: аппараты подвергаются воздействию окружающей атмосферы; менее удобно обслуживание; значительна занимаемая площадь.
Аппараты ОРУ обычно устанавливаются на невысоких основаниях, чтобы обеспечить наглядность и безопасность обслуживания. Все несущие конструкции выполняются из стали или железобетона.
В качестве примера на рис. 8-6 показаны разрезы ОРУ с двумя рабочими и третьей обходной системой шин с однорядным 'расположением выключателей, в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5-11. Выключатель 1, обходной разъединитель 2, линейный разъединитель 4, шинные разъединители 3 и 5, трансформатор тока 6 и разрядник 7 крепятся на железобетонных основаниях.
Ошиновка от шинных разъединителей до выключателя и от выключателя до трансформатора тока выполнена алюминиевыми трубами. Все спуски к разъединителям и перемычки выполнены гибким проводом. Для перемещения грузов по территории ОРУ предусмотрена дорога.
Конструкции ОРУ весьма разнообразны и зависят в первую очередь от схемы электрических соединений и от типов выключателей и разъединителей. Подробно новейшие конструкции РУ рассмотрены в [24].
Рис. 8-6. Открытое РУ 110 кВ с двумя рабочими и обходной системой шин.
а — разрез по ячейке трансформаторного выключателя; б — разрез по ячейке обходного выключателя.
8-2. ЩИТЫ УПРАВЛЕНИЯ
Рис. 8-7. Конструкция щитов управления.
а — щит с отдельно стоящим пультом; б — щит с сомкнутым пультом.
Управление основными элементами схемы электрических соединений производится централизованно со щитов управления. На электростанциях типа ТЭЦ сооружается главный щит управления (ГЩУ), на котором устанавливаются приборы управления и контроля всеми генераторами, повышающими трансформаторами, линиями, трансформаторами собственных нужд, а также средства связи с цехами и диспетчерского управления. Кроме того, в котельном, турбинном и других цехах электростанции сооружаются местные щиты, с которых осуществляется управление механизмами собственных нужд.
На блочных электростанциях (ГРЭС) имеются блочные щиты управления (БЩУ) и центральный щит управления (ЦЩУ). С блочных щитов производится управление генераторами, трансформаторами с. н., электродвигателями с. н. блоков,. а также осуществляются контроль и управление котельными агрегатами и турбинами. Блочные щиты управления сооружаются в главном корпусе между котельным и турбинным
агрегатами и рассчитываются на обслуживание одного-двух блоков. Центральный щит управления предназначен для управления линиями высокого напряжения, автотрансформаторами связи и другими элементами общестанционного назначения. Центральный щит управления может размещаться в главном корпусе или в отдельном здании, соединенном с главным корпусом переходной галереей.
Щиты управления оборудуются панелями и пультами управления, на которых смонтированы измерительные приборы, ключи управления, приборы сигнализации и мнемоническая схема, отображающая однолинейную схему установки. Пульт управления может быть отдельно стоящим или сомкнутым с панелью (рис. 8-7). Компоновка щитов управления зависит от количества устанавливаемых панелей, назначения его, характера оборудования.
