Электрооборудование и классификация схем. Помимо генераторов и трансформаторов, к основному оборудованию электростанций и подстанций относят синхронные компенсаторы, предназначенные для выработки реактивной мощности и регулирования напряжения в электрических сетях; электродвигатели для привода вспомогательных машин и механизмов, а также различную электрическую аппаратуру и приборы, необходимые для включения, отключения электрических цепей, измерения, контроля и автоматизации. Все оборудование, аппараты и приборы соединяют шинами, кабелями и проводами в соответствии с электрической схемой установки.
Схемой электрических соединений называют чертеж, на котором условными обозначениями нанесены элементы оборудования электрической установки, показаны соединения между ними в последовательности, необходимой для нормального действия установки. Различают схемы первичной и вторичной коммутации. На схемах первичной коммутации изображают основные цепи, по которым электроэнергия передается от генераторов или трансформаторов к электроприемникам. В этих цепях применяют аппараты, необходимые для включения и отключения агрегатов, для ограничения токов короткого замыкания (реакторы), для защиты установок от перенапряжений (разрядники), измерительные трансформаторы тока и напряжения. К цепям вторичной коммутации относят аппараты, с помощью которых осуществляют управление и контроль за работой основного оборудования.
Схемы первичной коммутации подразделяют на однолинейные и трехлинейные. В однолинейной схеме три фазы установки одинаковы и их условно обозначают одной линией, что делает ее более простой и наглядной. Она дает общее представление об электрической установке в целом и основном ее оборудовании. Трехлинейные схемы составляют из трех фаз с указанием всего оборудования первичной цепи. Иногда на этом же чертеже изображают соединения контрольно-измерительных приборов с измерительными трансформаторами, соединения реле защит, сигнализации, автоматики. Ввиду сложности и громоздкости трехлинейные схемы составляют обычно для отдельных элементов установки.
При монтаже используют монтажные схемы коммутации. Их выполняют с маркировкой всех цепей, зажимов элементов оборудования. После внесения всех измерений, проведенных в процессе монтажа, такие схемы называют исполнительными. Пользуясь ими, эксплуатационный и ремонтный персонал может легко и быстро находить нужные цепи и зажимы, устранять различные неисправности, возникающие в процессе работы установки. Схема электрической установки должна быть простой и наглядной, учитывать удобство и безопасность при обслуживании оборудования, обеспечивать надежное и бесперебойное электроснабжение потребителей.
Схемы электрических станций. Электроэнергия, вырабатываемая генераторами Г1 и Г2 электростанции (рис. 10), поступает на сборные шины СШ, а с них по отходящим ВЛ — к потребителям. Генераторы и отходящие ВЛ соединены с системой шин 10 кВ разъединителями Р и выключателями В, а измерительный трансформатор ТН — разъединителем и предохранителем Пр. Понижающие трансформаторы Т1 и Т2 служат для питания собственных нужд станции. В цепях напряжением 400/230 В установлены автоматические выключатели А В, рубильники и предохранители Пр.
Рис. 10. Однолинейная схема электрических соединений электрической станции:
1 — РУ 10 кВ; 2 — машинный зал; 3 — РУ собственных нужд 400/230 В
Выключатели В1, В2 предназначены для включения и отключения цепей под нагрузкой при эксплуатации и для автоматического отключения их при повреждениях и перегрузках. Они снабжены приводами для дистанционного включения и отключения. Разъединители P1, Р2 используют для снятия напряжения с части электроустановки после разрыва цепи тока выключателями. Рубильник служит для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока напряжением до 660 В включительно. При перегрузках и повреждениях эти цепи отключаются плавкими предохранителями.
Автоматические выключатели предназначены для включения и отключения при эксплуатации и автоматического отключения при перегрузках и повреждениях части установки переменного тока напряжением до 600 В включительно. Они могут заменять рубильники и плавкие предохранители.
В установках напряжением свыше 1000 В для измерения токов, напряжений и для питания цепей релейной защиты применяют трансформаторы тока ТТ и трансформаторы напряжения ТН (см. параграф 14). Измерительные приборы (амперметры, вольтметры, счетчики) предназначены для контроля работы установки и учета вырабатываемой и распределяемой электроэнергии.
На станциях и подстанциях применяют релейную защиту, которая обеспечивает быстрое автоматическое отключение выключателей участков цепи высокого напряжения при всех ненормальных режимах, опасных для электрооборудования. Она состоит из нескольких реле, которые реагируют на все ненормальные режимы. В некоторых случаях релейная защита действует только на сигнальные устройства (звонки, сирена, лампа), извещающие дежурный персонал (см. параграф 16). Устройства автоматики служат для обеспечения заданного режима работы установки и отключения ее при опасных режимах.
Надежность работы электроустановки зависит от ее схемы. Схема электрической станции, приведенная на рис. 10, не может обеспечить бесперебойность и надежность электроснабжения потребителей, так как в случае повреждения сборных шин или отключения их для ремонта прекратит работу вся электростанция. Это устраняется при секционировании сборных шин (СШ). К каждой секции СШ1 и СШ2 (рис. 11, а) присоединяют одинаковое количество генераторов и отходящих ВЛ, электрически их соединяют разъединителями Р1 и выключателем ВШ. При коротком замыкании на СШ автоматически отключается только поврежденная секция.
Рис. 11. Однолинейная схема электрической станции с одной секционированной (а) и двумя (б) системами шин
В случае ревизии или ремонта СШ отключают поочередно по одной секции. Недостатком схемы является неизбежное отключение части потребителей и уменьшение мощности электростанции при ремонте одной секции сборных шин.
Секционирование сборных шин применяют на электрических станциях небольшой и средней мощности. На станциях большой мощности используют две системы сборных шин СШ1 и СШ2 (рис. 11,6), одна из них является рабочей, вторая — резервной. Можно работать и на обеих системах шин одновременно. Шиносоединительный выключатель ВШ служит для проверки готовности резервной системы шин к работе; им можно также заменить выключатель В любого генератора или ВЛ.
Двойная система шин позволяет поочередно ремонтировать сборные шины без нарушения питания потребителей; проводить ревизию или ремонт выключателя В любой цепи, заменяя его ВШ с кратковременным перерывом питания этой цепи; осуществлять раздельную работу генераторов и часта ВЛ переключением этих цепей на резервную систему шин. Последнее осуществляют при проведении испытаний или проверке работы оборудования. Двойная система шин обеспечивает эксплуатационную гибкость и высокою надежность работы установки. Однако при этом увеличивается количество оборудования и расход цветного металла, усложняется распределительное устройство (РУ), что ведет к увеличению стоимости установки.
Штриховой линией со стрелками на рис. 11,6 показан путь тока при ремонте выключателя В2 линии JI2 и замене его выключателем BШ. Рабочей является система шин СШ2, к ней и присоединены генераторы и ВЛ. Включая ВШ, проверяют исправность резервной системы шин СШ1. Если она оказалась исправной (ВШ автоматически не отключился при включении), то отключают ВШ и выключатель В2 на линии Л2. Затем отключают линейные Р2 и шинные Р1 разъединители этой линии и отсоединяют выключатель В2, а вместо него ставят шинную перемычку ШП. Далее включают разъединители Р1 и Р2 линии Л2 на резервную систему шин СШ1. После этого включают ВШ, в результате чего линия Л2 оказывается введенной в работу, а роль ее выключателя выполняет ВШ.
На электрических станциях, когда вся вырабатываемая генераторами электроэнергия передается в сеть напряжением 35—220 кВ и выше, РУ генераторного напряжения не предусматривается. В этом случае каждый генератор соединяют с повышающим трансформатором, образуя один агрегат, называемый блоком, — генератор-трансформатор.
Схемы повышающих и понижающих подстанций. На трансформаторных подстанциях в основном устанавливают такое же коммутационное оборудование, как и на электростанциях. В зависимости от назначения подстанции, ее мощности и ответственности потребителей, получающих от нее питание, она может иметь РУ на два или три значения напряжения. Распределительные устройства выполняют с одинарной, одинарной секционированной и двойной системами шин как на первичном, так и на вторичном напряжении. Каждое РУ имеет свою систему шин с необходимым коммутационным оборудованием. На подстанциях с большим количеством линий 110 и 220 кВ применяют схемы с двойной и обходной (третьей) системами шин. Они требуют большого количества оборудования высокого напряжения. Однако они обладают значительной эксплуатационной гибкостью (например, ремонт одной системы без отключения линий).
Рассмотрим схему понижающей подстанции с двумя вторичными РУ различных напряжений (рис. 12,а). Распределительное устройство напряжением 6 и 10 кВ питает близко расположенные от подстанции потребители, а напряжением 35 и 110 кВ — удаленные. Схема подстанции с трехобмоточными трансформаторами (рис. 12,6) более рациональна, так как при этом требуется меньшее количество оборудования высокого напряжения и аппаратуры первичного напряжения. Со стороны вторичного напряжения устанавливают разъединители Р (на рис. 12,6 не показаны), которые позволяют поочередно выключать с целью ремонта выключатели В РУ 35 и 110 кВ, не отключая трансформаторы Тр.
На подстанциях используют также трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напряжения и автотрансформаторы. Использование автотрансформаторов в сетях 220/110/10 кВ позволяет экономить 15—25% меди, 50—60% активной стали, снизить потери электроэнергии на 30%. Применяют их там, где требуется глубокое регулирование снимаемого напряжения.
Рис. 12. Однолинейная схема районной подстанции с двумя вторичными напряжениями при двухобмоточных (а) и трехобмоточных (б) трансформаторах
Помимо масляных, используются трансформаторы сухие, с негорючим заполнителем (совтол, пироноль) и с элегазовый заполнителем (шестифтористая сера). Они невзрывоопасны и обладают хорошими электроизолирующими свойствами. Силовые трансформаторы изготовляют для большого диапазона мощностей на все значения напряжения, принятые в стандарте.
