Принципы выполнения схем питания собственных нужд. Механизмы собственных нужд (СН) тепловых электростанций в зависимости от их назначения и влияния на бесперебойность работы электростанции разделяются на ответственные и неответственные.
Ответственными механизмами являются механизмы, прекращение работы которых вызывает остановку котлов или турбин или снижение нагрузки электростанции (питательный насос, дутьевой вентилятор, дымосос, циркуляционный насос и др.).
Неответственными механизмами являются механизмы, непродолжительная остановка которых не вызывает нарушения режима работы основного оборудования электростанций и не связана с недоотпуском электроэнергии (механизмы химводоочистки, золоудаления и др.).
В качестве привода для механизмов СН применяются в основном трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они отличаются надежностью, сравнительно небольшой стоимостью, простотой пуска и обслуживания, возможностью автоматического пуска приводимых ими механизмов и самозапуска.
Под самозапуском электродвигателей понимается такой режим, когда частично или полностью затормозившиеся вследствие кратковременного понижения или исчезновения напряжения двигатели после восстановления напряжения вновь разворачиваются до номинальной частоты вращения.
Для механизмов CН, которые по условию сохранности основного оборудования должны работать при полном исчезновении переменного тока на электростанции (маслонасосы системы смазки или уплотнения вала генераторов), применяются электродвигатели постоянного тока 220 В. В аварийных случаях они питаются от аккумуляторных батарей.
В настоящее время для крупных электродвигателей СН мощностью 200-8000 кВт принято номинальное напряжение 6 кВ. Для электродвигателей мощностью менее 200 кВт принято напряжение 0 38 кВ.
Источниками питания — питающими элементами — потребителей переменного тока, СН электростанций являются реактированные линии 6 кВ, понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 6 кВ и трансформаторы напряжением 6/0,4 кВ. Для повышения надежности работы электростанций электроснабжение СН осуществляется не менее чем дву мя питающими элементами. Как правило, один из них является рабочим и постоянно включен в работу, а другой - резервным.
На большинстве электростанций применяется "явный" резерв: резервный питающий элемент (линия или трансформатор) нормально отключен и включается для замены рабочего элемента при его ремонте или повреждении, а также при потере питания СН по любой причине. В последних двух случаях включение резервного питающего элемента осуществляется автоматически с помощью устройства автоматического включения резервного источника питания (АВР).
Рабочие питающие элементы 6 кВ СН присоединяются либо к шинам генераторного напряжения, либо к блокам генератор-трансформатор (автотрансформатор). Резервные питающие элементы присоединяются либо к шинам генераторного напряжения, либо к шинам 110—330 кВ станции, которые имеют связь с энергосистемой, либо к третичной обмотке автотрансформатора связи или ответвлением к трансформатору связи.
Питающие элементы 6 кВ СН присоединяются к распределительному устройству СН (РУСН). Оно выполняется с одной системой шин, которая делится на секции. Секционирование шин повышает надежность питания СН, так как при коротком замыкании (КЗ) на какой-либо секции в работе остаются потребители, присоединенные к неповрежденной секции.
От сборных шин РУСН 6 кВ получают питание электродвигатели 6 кВ и трансформаторы собственных нужд напряжением 6/0,4 кВ, предназначенные для питания электродвигателей 380 В, контрольно-измерительных приборов (КИП) и освещения электростанции. Для питания шин 0,4 кВ применяются схемы либо "явного", либо "неявного" резерва (предусматривающие взаимное резервирование двух трансформаторов).
На многих ранее сооруженных электростанциях питание СН выполнено на напряжении 3 кВ, для этого применена трансформация генераторного напряжения 6—10 кВ на 3 кВ.
На старых электростанциях в ряде случаев применяются электродвигатели напряжением 0,5 кВ, для питания которых установлены трансформаторы 6/0,5 кВ. Сети 0,5 кВ работают с изолированной нейтралью, а для освещения применяются отдельные трансформаторы.
На электростанциях с поперечными связями в тепловой части (на таких электростанциях, например на ТЭЦ, возможны разные сочетания количеств работающих котлов и турбин) в качестве питающих элементов СН при номинальном напряжении генераторов 6,3 кВ применяются реактированные линии, а при напряжении 10,5 кВ — силовые трансформаторы напряжением 10,5/6,3 кВ. На указанных электростанциях при работе всех генераторов на сборные шины генераторного напряжения питающие элементы СН присоединяются к этим же шинам. При этом питание СН обеспечивается не только от генераторов станции, но также и от энергосистемы, поскольку сборные шины генераторного напряжения связаны с ней через повышающие трансформаторы связи.
Рис. 1. Схема присоединения рабочей и резервной линий СН к двойной системе шин генераторного напряжения
На рис. 1 показана схема присоединений реактированных линий СН- Главное распределительное устройство (ГРУ) 6 кВ электростанции имеет две системы шин: рабочую секционированную I и резервную II. На рабочей линии W2 установлены выключатели после реактора и на вводах к двум секциям 6 кВ РУСИ. К этим же секциям подведены вводы резервного питания от резервной реактированной линии К7.
Для обеспечения надежности питания СН при двойной системе шин принята работа сборных шин ГРУ по схеме с фиксированным присоединением элементов к обеим системам шин [10]. По этой схеме генератор G, рабочая линия СН W2 и все другие элементы, питающиеся от первой секции, включены на систему шин /. Резервная линия СН и трансформатор связи включены на систему шин II. Обе системы шин находятся под напряжением с включенным шиносоединительным выключателем Q1.
При фиксированном присоединении элементов к шинам в случае КЗ на секции / ГРУ защитой шин данной секции отключается также и шиносоединительный выключатель Q1, отделяя этим систему шин II от поврежденной системы I. Благодаря этому резервная линия получает питание от трансформатора связи и обеспечивает питание нагрузки СН взамен рабочей линии, которая отключилась от защиты поврежденной секции шин.
В схеме рис. 2 выключатель, установленный до трансформатора, рассчитан на отключение КЗ до трансформатора. В целях надежности питания СН применяется также схема с фиксированным присоединением элементов к обеим системам шин ГРУ-10 кВ, предусматривающая подсоединение рабочего трансформатора 77 к системе шин I, а резервного 72 к системе шин II, связанной с энергосистемой посредством трансформатора связи 10/110—220 кВ.
На электростанциях с поперечными связями по пару число секций 6 кВ выбирается равным числу котлов. На этих электростанциях в соответствии с нормами технологического проектирования при числе рабочих реактированных линий или рабочих трансформаторов СН, равном шести и менее, применяется одна резервная линия или один резервный трансформатор СН. При числе рабочих линий или трансформаторов, равном семи и более, применяются два резервных питающих элемента, а шины резервного питания секционируются на две секции выключателем.
Рабочие линии и трансформаторы выбираются с номинальным током, равным или превышающим расчетный ток нагрузки потребителей собственных нужд, и с реактивным сопротивлением, ограничивающим ток КЗ на шинах 6 кВ РУСН, что позволяет применять относительно дешевую аппаратуру и, в частности, комплектные ячейки с выключателями ВМПЭ-10, ВЭЭ-10. В то же время реактивное сопротивление питающих элементов должно быть таким, чтобы в нормальном режиме на шинах РУСН 6 кВ поддерживалось нормальное напряжение, а при самозапуске — необходимое остаточное напряжение для успешного разворота электродвигателей СН (см. § 2).
Рис. 2. Схема присоединения рабочего и резервного трансформаторов СН к шинам генераторного напряжения
Резервный источник питания на электростанциях с поперечными связями в тепловой части может быть использован для растопки котельного агрегата с одновременной заменой рабочего источника питания.
Рис 4. Схема присоединения рабочего и резервного трансформаторов СН для блоков 60-100 МВт
В этом режиме нагрузка на нем может в 1,5 раза превышать нагрузку рабочего элемента. Поэтому мощность его принимается преимущественно равной полуторакратной мощности наиболее крупного трансформатора или реактированной линии. Например, при рабочей линии с реактором на 1000 А резервная линия должна иметь реактор на 1500 А.
На электростанциях с блочной схемой только в электрической части для блоков генератор-трансформатор на стороне генераторного напряжения, как правило, имеются ответвления для питания СН блока через реактор или трансформатор собственных нужд.
На блоках с генераторами мощностью до 60 МВт и номинальным напряжением 6 кВ для питания СН блока используется реактированная линия. На блоках с генераторами на номинальное напряжение 10 кВ питание СН производится от трансформаторов.
В схеме на рис. 3 реактированная линия присоединена ответвлением к блоку без установки выключателя до реактора. На линии установлены выключатели на вводах к секциям 6 к В, от которых питаются СН блока. В качестве резервного источника питания СН блока предусмотрен резервный трансформатор, присоединенный к сборным шинам 110—220 кВ, имеющим связь с энергосистемой.
На рис. 4 приведена схема первичных соединений трансформаторов
СН для блоков с генераторами 60-100 МВт с номинальным напряжением генераторов 10,5 кВ. Рабочий трансформатор 77 присоединен к блоку с помощью закрытых комплектных пофазных токопроводов. Поэтому в цепи ответвления до трансформатора выключатель и другое оборудование не устанавливаются. На блоках с ответвлением, выполненным без закрытых токопроводов, рабочий трансформатор присоединяется к блоку через выключатель. Для резервирования предусмотрен резервный трансформатор 712, присоединенный к сборным шинам 110-220 кВ. На электростанциях с блоками до 100 МВт включительно на каждые три блока устанавливается один резервный трансформатор СН мощностью в 1,5 раза большей мощности рабочего трансформатора СН.
На электростанциях с блочной схемой в тепловой части для блоков 100, 160, 200, 300, 500 и 800 МВт в качестве рабочих питающих элементов СН, как правило, применяются трансформаторы с расщепленной обмоткой 6 кВ мощностью 25, 32. 40, 63 MB * А, которые присоединяются ответвлением к блоку без установки выключателя до трансформатора. На каждом блоке устанавливают обычно один рабочий трансформатор, питающий две секции 6 кВ. Такая схема питания отличается простотой, надежностью и экономичностью.
Трансформатор с расщепленной обмоткой 6 кВ представляет собой трансформатор, одна из обмоток которого расщеплена на две части. Эти части обмотки (далее называемые расщепленными обмотками) электрически не связаны между собой, и мощность каждой из них равна половине номинальной мощности трансформатора. Трансформаторы с расщепленными обмотками позволяют значительно снизить значение токов короткого замыкания в установках СН, что особенно необходимо при крупных блоках 160-800 МВт, связанных, как правило, с мощной энергосистемой. Преимуществами таких трансформаторов являются независимость напряжения на одной расщепленной обмотке при изменении нагрузки на другой обмотке в широких пределах, а также возможность работы каждой расщепленной обмотки при отключенной другой. Особенностью их является и то, что при КЗ на секции, питающейся от одной обмотки 6 кВ, напряжение на другой секции, питающейся от второй расщепленной обмотки 6 кВ, почти не снижается. Это повышает надежность питания СН блока.
В схеме на рис. 5 рабочий трансформатор 77 присоединен ответвлением к блоку генератор-трансформатор с помощью закрытых комплектных пофазных токопроводов. Каждая из расщепленных обмоток присоединена к отдельной секции шин 6 кВ. В качестве резервного трансформатора 72 используется также трансформатор с расщепленными обмотками 6 кВ. Он присоединяется к сборным шинам низшего из повышенных напряжений, имеющихся на станции, при условии, что эти шины могут получать питание от внешней сети при остановке генераторов на электростанции. Резервный трансформатор связан с магистралью резервного питания 6 кВ, к которой присоединены вводы резервного питания к секциям / и /Л
Рис. 5. Схема присоединения рабочего и резервного трансформаторов СН с расщепленными обмотками для блоков генератор-трансформатор
На блоках с выключателем в цепи генератора трансформатор 77 присоединен между обмоткой повышающего трансформатора блока и генераторным выключателем. При такой схеме включения сохраняется в работе трансформатор СН при отключении генератора, что позволяет обеспечить пуск и останов блока от своего рабочего трансформатора без использования резервного трансформатора СН. Последний используется только при необходимости замены рабочего трансформатора.
На рис. 6 приведена схема подключения рабочего трансформатора СН с расщепленными обмотками 6 кВ к блоку генератор-автотрансформатор. На таком блоке устанавливается выключатель в цепи генератора, что создает возможность сохранить автотрансформатор в работе для связи между шинами 330—500 и 110 —220 кВ при аварийном отключении генератора или при выводе его в ремонт.
Для крупных блочных тепловых электростанций особое значение имеют надежное резервирование питания СН работающего блока и обеспечение пуска и останова другого блока. Для этой цели используются резервные трансформаторы СН, мощность которых выбирается из условия замены работающего трансформатора одного из блоков в случае ремонта или неисправности в нем с одновременным пуском или остановом второго блока. Наиболее тяжелым режимом является режим замены рабочего трансформатора одного из блоков и одновременного пуска второго блока. При пуске агрегатов крупных электростанций
Рис. 6. Схема присоединения рабочего трансформатора СН к блоку генератор- автотрансформатор
Рис. 7. Схема присоединения рабочего и резервного трансформаторов СН 6/0,4 кВ
нужна значительная мощность СН для обеспечения работы дымососов, дутьевых вентиляторов, питательного насоса и других механизмов. Эти мощности зависят от характеристики блочного агрегата и вида топлива. Мощность, требуемая при останове блока, также зависит от типа блочного агрегата.
Исходя из возможных режимов работы резервного трансформатора СН, мощность его обычно выбирается следующей по шкале по сравнению с рабочим трансформатором СН.
На электростанциях с блочными агрегатами при одном или двух блоках устанавливается один резервный трансформатор, а при числе блоков от трех до шести включительно — два резервных трансформатора. При семи и восьми блоках устанавливаются также два резервных трансформатора, присоединенные как со стороны питания, так и к магистрали резервного питания 6 кВ. Кроме них предусматривается третий резервный трансформатор на генераторное напряжение, который нормально не присоединен, но установлен на фундаменте и готов к перекатке для замены вышедшего из строя рабочего трансформатора какого-либо блока.
Для питания резервных трансформаторов СН на большинстве блочных электростанций используются распределительные устройства 110 или
220 кВ, а также разные секции и системы шин одного из этих напряжений при отсутствии другого напряжения. На крупных блочных электростанциях, где вся мощность выдается на напряжениях 330 и 500 кВ, применяется резервный трансформатор с расщепленными обмотками на напряжение 330 кВ.
При наличии автотрансформатора связи третичная обмотка его может быть использована для питания одного из резервных трансформаторов СН.
На блочных электростанциях при применении трансформаторов СН с расщепленными обмотками используются две магистрали резервного питания 6 кВ. При этом магистрали резервного питания секционируются выключателями через каждые два или три блока.
Схема присоединения трансформаторов СН 6/0,4 кВ предусматривает присоединение их к сборным шинам РУСН 6 кВ через отдельные выключатели. От этих трансформаторов, работающих с заземленной нейтралью обмотки 0,4 кВ, могут питаться одна или две секции распределительного устройства 0,4 кВ. Для секций, не допускающих длительного перерыва питания, предусматривается автоматическое включение ввода питания от резервного трансформатора с помощью АВР.
На рис. 7 показана схема питания потребителей СН 0,4 кВ от рабочего и резервного трансформаторов. Рабочий трансформатор 77 питает две секции шин РУСИ 0,4 кВ. Такая схема применяется на электростанциях с поперечными связями в тепловой части для каждого котла или турбины, если число турбин превышает число котлов, а также на блочных электростанциях, где число секций должно быть не менее двух для каждого котла. К этим же секциям"0,4 кВ подведены вводы от резервного трансформатора Т2. Последний, как правило, должен питаться от секции РУСН 6 кВ, от которой не питаются резервируемые им рабочие трансформаторы. Резервные трансформаторы 6/0,4 кВ блочных электростанций должны питаться от шин 6 кВ блоков, рабочие трансформаторы которых ими не резервируются.
Для резервирования рабочих трансформаторов СН 6/0,4 кВ для электростанций с поперечными связями, а также для секций вспомогательных цехов всех электростанций предусматривается один резервный трансформатор при числе рабочих трансформаторов равном шести и менее и два резервных трансформатора при числе рабочих трансформаторов от семи до двенадцати. При числе рабочих трансформаторов более двенадцати предусматривается по одному резервному трансформатору на каждые шесть рабочих трансформаторов СН сверх двенадцати.
На блочных электростанциях при наличии не более трех трансформаторов 6/0,4 кВ на блок устанавливается один резервный трансформатор для двух блоков, а при большем числе рабочих трансформаторов на каждый блок устанавливается свой резервный трансформатор 6/0,4 кВ.
Резервные трансформаторы CII 6/0,4 кВ блочных электростанций должны обеспечивать одновременный самозапуск ответственных электродвигателей 0,4 кВ, от которых зависит сохранность оборудования при исчезновении напряжения на шинах 6 кВ.
Рис. 8. Схема присоединения двух рабочих трансформаторов СН 6/0,4 кВ, резервирующих друг друга
Для выполнения этого требования принято часть секций 0,4 кВ каждого блока секционировать выключателями на две полусекции. К одной из них присоединяются ответственные потребители. При длительном исчезновении напряжения на шинах 0,4 кВ работающих блоков от защиты минимального напряжения отключаются секционные выключатели, после этого от АВР включаются выключатели резервных вводов к полусекциям с ответственными электродвигателями. При такой схеме резервирования предотвращается отключение резервного трансформатора 6/0,4 кВ от перегрузки, которая могла бы возникнуть в результате подхвата им при аварийном отключении блоков полной нагрузки рабочих трансформаторов 6/0,4 кВ, которая значительно превышает мощность резервного трансформатора.
На рис. 8 приведена схема питания СН некоторых вспомогательных цехов электростанции от двух рабочих трансформаторов 77 и 72, присоединенных к отдельным секциям шин 0,4 кВ. Между секциями 0,4 кВ установлен секционный автоматический выключатель, который нормально отключен, и. следовательно, трансформаторы работают раздельно. При повреждении в каком-либо трансформаторе после его отключения от защиты происходит автоматическое включение от АВР секционного автоматического выключателя, и нагрузка обесточенной секции подключается ко второму трансформатору. Такая схема, предусматривающая взаимное резервирование двух трансформаторов, называется схемой с "неявным" (скрытым) резервом. Мощность каждого из трансформаторов 71 и 72 должна быть выбрана исходя из полной мощности нагрузки двух секций 0,4 кВ.
