Головні схеми електричних з’єднань електростанцій
Головна схема електростанції будь-якого типу – це сукупність основного електроустаткування (генератори, трансформатори, лінії), збірних шин, комутаційної та іншої первинної апаратури з усіма виконаними між ними натурою сполуками. Головна схема зображується графічно за допомогою умовних графічних та буквено-цифрових позначень згідно з єдиною системою конструкторської документації (ЄСКД). Крім основних схем у цьому курсі будуть розглянуті схеми потреб.
Головна схема і схема потреб відображаються у цьому навчальному посібнику як принципових схем. p align="justify"> Принципова електрична схема - графічне зображення елементів електричного пристрою і зв'язків між ними. Принципова схема не показує взаємного (фізичного) розташування елементів, лише вказує те що, які елементи з якими з'єднуються у принципі.
Також застосовуються оперативні, монтажні схеми електричних з'єднань та схеми вторинних з'єднань. Оперативні схеми служать відображення істинного стану елементів схеми на даний момент часу і використовуються оперативним персоналом у повсякденній роботі. Монтажні схеми містять інформацію про фізичне розташування елементів схеми та застосовуються при монтажі та налагодженні електрообладнання. До схем вторинних з'єднань відносяться електричні схеми ланцюгів управління, релейного захисту та автоматики, контролю стану обладнання, автоматизованої системи управління тощо.
Повернемося до основних схем електростанцій. Вибір головної схеми є визначальним при проектуванні електричної частини електростанції, оскільки визначає повний склад елементів і зв'язків між ними. Вибрана головна схема є вихідною при складанні принципових схем електричних з'єднань, схемвласних потреб, схем вторинних з'єднань, монтажних схем тощо.
На кресленні головні схеми зображуються в однолінійному виконанні (тобто показано лише одну фазу з трьох реально існуючих) при відключеному положенні всіх елементів установки. У деяких випадках допускається зображати окремі елементи схеми в робочому положенні, а також трифазному виконанні.
p align="justify"> При проектуванні електроустановки до розробки головної схеми складається структурна схема видачі потужності, на якій показуються основні функціональні частини електроустановки (розподільні пристрої, трансформатори, генератори) і зв'язки між ними. Структурні схеми служать для подальшої розробки більш докладних та повних важливих схем, а також для загального ознайомлення з роботою електроустановки.
На кресленнях цих схем функціональні частини зображуються як прямокутників чи умовних графічних зображень. Жодної апаратури (вимикачів, роз'єднувачів, трансформаторів струму тощо) на цій схемі не показують.
Структурні схеми електростанцій можуть бути блоковими, з генераторним розподільним пристроєм (ГРУ) та комбінованими.
Варіант блокової схеми показано на рис. 9.1. На даному малюнку кожен із шести блоків складається з одного генератора і одного блочного трансформатора, що підвищує. Електроенергія на підвищеній напрузі надходить на розподільні пристрої вищої (РУ-ВН) та середньої (РУ-СН) напруг і далі – лініями електропередачі в енергосистему. Як правило, на електростанції є два РУ підвищеної напруги, які для надійності зв'язуються автотрансформаторами зв'язку (АТ) – одним або двома.
Вимикачі підвищеної напруги показані умовно. Насправді вони перебувають у складі відповідного РУ,а їх кількість на одне приєднання не обов'язково дорівнює одному. Можливі схеми РУ докладно розглянуті у розділі 8.
На рис. 9.1 не показані робочі та резервні трансформатори власних потреб, секції власних потреб одного з блоків, магістраль резервного живлення – докладніше відповідні схеми наведені у розділі 11.
Мал. 9.1. Головна схема блокової електростанції
Залежно від кількості генераторів і трансформаторів у блоці та від способу їх з'єднання розрізняють такі види блоків, перелічені в порядку зменшення надійності та вартості капітальних витрат:
моноблок, коли одного генератора використовується один трансформатор – рис. 9.2а;
об'єднаний блок, коли два моноблоки об'єднуються між собою на стороні вищої напруги трансформаторів, що підвищують, і мають один загальний вимикач високої напруги – рис. 9.2б;
укрупнений блок, коли два генератори підключені до одного загального трансформатора, що підвищує, з розщепленою обмоткою нижчої напруги – рис. 9.2в;
здвоєний блок, коли два генератори підключені до загальної шини, а потім - до трансформатора, що підвищує, з нерозщепленою обмоткою нижчої напруги - рис. 9.2г.
Мал. 9.2. Різновиди блоків генератор-трансформатор
Моноблок - найбільш надійний блок, тому що при виході з ладу будь-якого елемента одного з моноблоку сусідній моноблок залишається в роботі.
Об'єднаний блок дешевше двох моноблоків, тому що відбувається економія на одному вимикачі високої напруги. З іншого боку надійність об'єднаного блоку нижче, тому що при аварійному або плановому ремонті єдиного вимикача вищої напруги доводиться зупиняти обидва генератори.
Укрупнений блок ще дешевше,т. до. відбувається економія на трансформаторі, що підвищує. Але при виході з ладу єдиного трансформатора станеться втрата обох генераторів, тоді як в об'єднаному блоці на час ремонту трансформатора відключиться лише один генератор. Другий генератор відключиться короткочасно - на час відключення трансформатора, що виводиться в ремонт, роз'єднувачами.
Здвоєний блок дешевше укрупненого, тому що нерозщеплений трансформатор при інших рівних дешевше розщепленого. Однак надійність такої схеми є нижчою. Дійсно, обидва генератори мають загальну електричну точку – генераторну шину. Дана шина є додатковим елементом, у результаті ймовірність коротких замикань збільшується стосовно інших видів блоків. З іншого боку, як і у випадку укрупненого блоку, КЗ можуть відбуватися і на самих генераторах. Тут також є принципова відмінність до укрупненого блоку. У здвоєному блоці при короткому замиканні одному з генераторів, іншому генераторі відбудеться значне зниження напруги, т. до. між генераторами практично відсутня опір. У схемі укрупненого блоку зменшення напруги також відбудеться, але меншою мірою – через великий опір розщепленої обмотки нижчої напруги. З цієї ж причини у схемі укрупненого блоку будуть нижчі струми КЗ.
Для одиничної потужності генератора 1000 МВт використовується блок особливого типу – з 6-фазною обмоткою генератора та з розщепленою обмоткою трансформатора, що підвищує – див. рис. 9.3.
Мал. 9.3. Блок з 6-фазною обмоткою генератора і з розщепленою обмоткою трансформатора, що підвищує.
Блокові схеми характерні великих електростанцій, електроенергія яких передається великі відстані – АЕС, КЕС, потужні ТЕЦ і ГЕС. Дійсно, передачаелектроенергії на великі відстані найбільш економічна при підвищених напругах.
Від блокових схем перейдемо до схем з ГРУ. Схеми з ГРУ характерні для ТЕЦ, які виробляють не тільки електроенергію, а й теплову енергію і тому знаходяться поряд із споживачем, на відстані до 10 км (електричне навантаження такого споживача називатимемо місцевим). Отже, передачі електроенергії на малі відстані можна використовувати порівняно невисоке напруга, тобто генераторне напруга 6,3 кВ чи 10,5 кВ. З іншого боку, ТЕЦ має бути пов'язана з єдиною енергосистемою, куди видаються надлишки потужності, а цей зв'язок дешевше виконати на підвищеній напрузі 110 кВ або 220 кВ. Тому крім ГРУ схема ТЕЦ має також РУ-ВН передачі електроенергії великі відстані. Якщо поблизу ТЕЦ є енергоємне виробництво, його харчування здійснюється на напрузі 35 кВ чи 110 кВ, у разі передбачається ще одне розподільний пристрій – РУ-СН. На рис. 9.4 зображено один із варіантів схеми електростанції з використанням ГРУ.
 |  |
| Мал. 9.4. Головна схема з ГРУ | Мал. 9.5. Комбінована головна схема |
Переваги схем з ГРУ порівняно з блоковими схемами:
досягається економія на підвищуючих трансформаторах і вимикачах підвищеної напруги, - їх кількість може бути меншою за кількість генераторів;
схема видачі потужності стає більш гнучкою і надійною, - при виході з ладу одного з генераторів немає необхідності вимикати трансформатор і навпаки, при відключенні одного з трансформаторів інший трансформатор може бути короткочасно перевантажений.
Недоліки схем із ГРУ порівняно з блочними схемами:
через збільшенняструмів КЗ відбувається подорожчання вимикачів та струмопровідних частин генераторної напруги;
для зниження струмів КЗ доводиться застосовувати струмообмежувальні реактори;
при великих потужностях генераторів струми КЗ стають настільки значними, що схема стає технічно нереалізованою;
виникають додаткові капітальні витрати на спорудження ГРУ з численними апаратами та струмопровідними частинами.
Крім розглянутих вище типів схем видачі потужності, структурна схема станції може бути комбінованою, тобто поєднувати переваги блокових схем і схем з ГРУ - рис. 9.5. Комбіновані схеми використовують у разі ТЕЦ.
Подані схеми є типовими. Для конкретних електростанцій схеми можуть дещо змінюватись зі зміною топології та кількості елементів. Далі розглянемо особливості побудови основних схем електростанцій різного типу.