Главная схема электрических соединений электростанции (подстанции) — это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями.
Выбор главной 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.
На чертеже главные схемы изображаются в однолинейном исполнении при отключенном положении всех элементов установки. В некоторых случаях допускается изображать отдельные элементы схемы в рабочем положении.
Все элементы схемы и связи между ними изображаются в соответствии со стандартами единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
В условиях эксплуатации наряду с принципиальной, главной схемой применяются упрощенные оперативные схемы, в которых указывается только основное оборудование. Дежурный персонал каждой смены заполняет оперативную схему и вносит в нее необходимые изменения в части положения выключателей и разъединителей, происходящие во время дежурства.
При проектировании электроустановки до разработки главной схемы составляется структурная схема выдачи электроэнергии (мощности), на которой показываются основные функциональные части электроустановки (распределительные устройства, трансформаторы, генераторы) и связи между ними. Структурные схемы служат для дальнейшей разработки более подробных и полных принципиальных схем, а также для общего ознакомления с работой электроустановки.
На чертежах этих схем функциональные части изображаются в виде прямоугольников или условных графических изображений (рис. 1.3.2,а). Никакой аппаратуры (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и т. Д.) на схеме не показывают.
На рис. 1.3.2,б показана главная схема этой же подстанции без некоторых аппаратов — трансформаторов тока, напряжения, разрядников. Такая схема является упрощенной принципиальной схемой электрических соединений. На полной принципиальной схеме (рис. 1.3.2,в) указывают все элементы первичной цепи, заземляющие ножи разъединителей и отделителей, указывают также типы применяемых аппаратов. В оперативной схеме (рис. 1.2.2,г) условно показаны разъединители и заземляющие ножи. Действительное положение этих аппаратов (включено, отключено) показывается на схеме дежурным персоналом каждой смены.
Согласно ГОСТ 2.710 — 81 буквенно-цифровое обозначение в электрических схемах состоит из трех частей: 1-я указывает вид элемента, 2-я — его порядковый номер, 3-я — его функцию. Вид и номер являются обязательной частью условного буквенно-цифрового обозначения и должны присваиваться всем элементам и устройствам объекта. Указание функции элемента (3-я часть обозначения) необязательно.
В 1-й части записывают одну или несколько букв латинского алфавита, во 2-й части — одну или несколько арабских цифр, характеризующих порядковый номер элемента. Например, QS1 — разьединитель № 1: Q2 —выключатель № 2; QB — секционный выключатель.
В ведущих проектных организациях используются более сложные обозначения проектных функциональных групп. По разработке проектного института «Атомтеплоэлектропроект» [5.12] монтажным единицам присваивается марка, состоящая из арабских цифр и заглавных букв латинского алфавита:
Номер сектора..................................................... 0 1 2 3 4
Содержание сектора........................................................ № АА №№ А
№ — цифровой знак; А — буквенный знак.
Последовательно в пяти секторах проставляют цифры и буквы, обозначающие порядковый номер блока, функциональное назначение и значение напряжения, номер ячейки, сборки, функциональной схемы, разновидность оборудования, номер оборудования внутри сектора 3. В некоторых обозначениях используются не все пять секторов.
Например, шиносоединителышй выключатель в РУ 220 кВ обозначается АЕ80А01, где А — код РУ высокого напряжения, Е — код напряжения 220 кВ, 80 — номер функциональной группы, А — код выключателя, 01 — порядковый номер. Рабочий трансформатор с. н. первого блока обозначается ШТ01, где 1 — номер блока, ВТ — код трансформатора с. н. основного напряжения, 01 — порядковый номер.
Сборные шины 220 кВ маркируются АЕ81, АЕ82 — 1-я и 2-я системы шин, АЕ90 — обходная система шин, Секции с. н. 6 кВ главного корпуса маркируются ВА, ВВ, ВС, BD, шинопроводы резервного питания — BQ, ВМ, секции с. н. 0,4 кВ - СА, СВ, СС, CD, CP, CQ.
В книге принято позиционное обозначение по ГОСТ 2.710 — 81 и «Указаниям методическим межотраслевым по применению ГОСТ ЕСКД» [5.13].
1.3.2. Схемы установок с одной и двумя системами сборных шин
Наиболее простой схемой электроустановок на стороне 6-10 кВ является схема с одной несекционированной системой сборных шин (рис. 5.9, а).
Схема проста и наглядна. Источники питания и линии 6—10 кВ присоединяются к сборным шинам с помощью выключателей и разъединителей. На каждую цепь необходим один выключатель, который служит для отключения и включения этой цепи в нормальных и аварийных режимах. При необходимости отключения линии W1 достаточно отключить выключатель Q1. Если выключатель Q1 выводится в ремонт, то после его отключения отключают разъединители: сначала линейный QS1, а затем шинный QS2.
Таким образом, операции с разъединителями необходимы только при выводе присоединения в целях обеспечения безопасного производства работ. Вследствие однотипности и простоты операций с разъединителями аварийность из-за неправильных действий с ними дежурного персонала мала, что относится к достоинствам рассматриваемой схемы.
Схема с одной системой шин позволяет использовать комплектные распределительные устройства (КРУ), что снижает стоимость монтажа, позволяет широко применять механизацию и уменьшить время сооружения электроустановки.
Наряду с достоинствами схема с одной несекционированной системой шин обладает рядом недостатков. Для ремонта сборных шин и шинных разъединителей любого присоединения необходимо полностью снять напряжение со сборных шин, т. е. отключить источники питания. Это приводит к перерыву электроснабжения всех потребителей на время ремонта.
Рис. 1.3.1.- Схемы с одной системой сборных шин, несекционированных (а) и секционированных
выключателями (б)
При КЗ на линии, например в точке К1 (рис. 1.3.1, а), должен отключиться соответствующий выключатель (Q4), а все остальные присоединения должны остаться в работе; однако при отказе этого выключателя отключатся выключатели источников питания QS, Q6, вследствие чего сборные шины останутся без напряжения. Короткое замыкание на сборных шинах (точка К2) также вызывает отключение источников питания, т. е. прекращение электроснабжения потребителей. Указанные недостатки частично устраняются путем разделения сборных шин на секции, число которых обычно соответствует количеству источников питания.
На рис. 1.3.1, б показана схема с одной системой сборных шин, секционированной выключателем. Схема сохраняет все достоинства схем с одиночной системой шин; кроме того, авария на сборных шинах приводит к отключению только одного источника и половины потребителей; вторая секция и все присоединения к ней остаются в работе.
Достоинствами схемы являются простота, наглядность, экономичность, достаточно высокая надежность, что можно подтвердить на примере присоединения главной понизительной подстанции (ГПП) к шинам электроустановки двумя линиями W3, W4 (рис, 1.3.1, б), При повреждении одной линии (КЗ в точке К2) отключаются выключатели Q2, Q3 и автоматически включается QB2, восстанавливая питание первой секции ГПП по линии W4.
При КЗ на шинах в точке К1 отключаются выключатели QB1, Q6, Q3 и автоматически включается QB2. При отключении одного источника нагрузку принимает оставшийся в работе источник питания.
Таким образом, питание ГПП в рассмотренных аварийных режимах не нарушается благодаря наличию двух питающих линий, присоединенных к разным секциям станции, каждая из которых должна быть рассчитана на полную нагрузку (100%-ный резерв по сети). При наличии такого резерва по сети схема с одной секционированной системой шин может быть рекомендована для ответственных потребителей.
Однако схема обладает и рядом недостатков.
При повреждении и последующем ремонте одной секции ответственные потребители, нормально питающиеся с обеих, секций, остаются без резерва, а потребители, нерезервированные по сети, отключаются на все время ремонта. В этом же режиме источник питания, подключенный к ремонтируемой секции, отключается на все время ремонта.
Последний недостаток можно устранить, присоединив источники питания одновременно к двум секциям, но это усложняет конструкцию распределительного устройства и увеличивает число секций (по две секции на каждый источник).
В рассмотренной схеме (рис. 1.3.1, б) секционный выключатель QB1 в нормальном режиме включен. Такой режим обычно принимают на электростанциях, чтобы обеспечить параллельную работу генераторов. На подстанциях секционный выключатель в нормальном режиме отключен в целях ограничения токов КЗ [5.2].
Схема с одной системой сборных шин широко применяется для подстанций на напряжении 6—10 кВ и для питания собственных нужд станций, где в полной мере можно использовать ее достоинства, особенно благодаря применению КРУ.
На генераторном напряжении электростанций, отдающих большую часть электроэнергии близко расположенным потребителям, возможно применение схемы с одной системой шин, соединенной в кольцо (рис. 5.10), Сборные шины разделены на секции по числу генераторов. Секции соединяются между собой с помощью секционных выключателей QB и секционных реакторов LRB, которые служат для ограничения тока КЗ на шинах. Линии 6—10 кВ присоединяются к шинам КРУ, получающим питание через групповые сдвоенные реакторы LRI, LR2, LR3 от соответствующих секций главного распределительного устройства. Количество групповых реакторов зависит от числа линий и общей нагрузки потребителей 6 — 10 кВ. Благодаря малой вероятности аварий в самом реакторе и ошиновке от реактора до главных сборных шин и до сборок КРУ присоединение группового реактора осуществляется без выключателя, предусматриается лишь разъединитель для ремонтных работ в ячейке реактора. Для линий в этих случаях применяют ячейки КРУ.
Рис. 1.3.2 – Схема с одной системой сборных шин, соединённых в кольцо
Каждая ветвь сдвоенного реактора может быть рассчитана на ток от 600 до 3000 А, т. е. возможно присоединение нескольких линий напряжением б кВ к каждой сборке. На схеме (рис. 1.3.2) восемнадцать линий присоединены через три групповых реактора; таким образом, число присоединений ккглавным сборным шинам уменьшается по сравнению со схемой без групповых реакторов на 15 ячеек, что значительно увеличивает надежность работы главных шин электростанции, снижает затраты на сооружение РУ ЗД ечет уменьшения числа реакторов и уменьшает время монтажа благодаря применению комплектных ячеек для присоединения линий 6—10 кВ.
Питание ответственных потребителей производится не менее чем двумя линиями от разных сдвоенных реакторов, что обеспечивает надежность электроснабжения.
Если шины генераторного напряжения разделены на три-четыре секции, не соединенные в кольцо, то возникает необходимость выравнивания напряжения между секциями при отключении одного генератора. Так, при отключении генератора G1 нагрузка первой секции питается от оставшихся работе генераторов G2 и G.J, при этом ток от G2 проходит через реактор 1, а ток от G3 проходит через два реактора — LRB2 и LRB1. Из-за потери напряжения в реакторах уровень напряжения на секциях будет неодинаков: наибольший на секции ВЗ и наименьший на секции В1. Для повышения напряжения на секции В! необходимо шунтировать реактор LRB1, для чего в схеме предусмотрен шунтирующий разъединитель QSB1. В рассматриваемом режиме второй шунтирующий разъединитель не включается, так как это приведет к параллельной работе генераторов G2 и G5 без реактора между ними, что недопустимо по условиям отключения КЗ.
Порядок операций шунтирующими разъединителями должен быть следующим: отключить секционный выключатель QB, включить шунтирующий разъединитель QSB, включить секционный выключатель QB.
Чем больше секций на электростанции, тем труднее поддерживать одинаковый уровень напряжения, поэтому при трех и более секциях сборные шины соединяют в кольцо. В схеме на рис. 1.3.2 первая секция может быть соединена с третьей секционным выключателем и реактором, что создает кольцо сборных шин. Нормально все секционные выключатели включены, и генераторы работают параллельно. При КЗ на одной секции отключаются генератор данной секции и два секционных выключателя, однако параллельная работа других генераторов не нарушается.
При отключении одного генератора потребители данной секции подучают питание с двух сторон, что создает меньшую разницу напряжений на секциях и позволяет выбирать секционные реакторы на меньший ток, чем в схеме с незамкнутой системой шин.
В схеме кольца номинальный ток секционных реакторов принимают примерно равным 50—60% номинального тока генератора, а сопротивление их-8-10%.
Рассмотренная схема рекомендуется для ТЭЦ с генераторами до 63 МВт включительно, если потребители питаются по резервируемым линиям, а число присоединений к секции не превышает шести — восьми,