Структурные схемы и выбор числа и мощности трансформаторов связи ТЭЦ и подстанций

Основные требования к главным схемам электроустановок

При выборе главной схемы должен учитываться ряд факторов:

(А). Значение и роль электростанции для энергосистемы.

Электростанции, работающие параллельно в энергосистеме, существенно различаются по своему назначению. Одни из них, базисные, несут основную нагрузку. АЭС и КЭС относятся к этому типу станций. Другие – пиковые, работают неполные сутки во время максимальных нагрузок. Таким образом могут работать, как мы показывали выше, ГЭС и ГАЭС. Третьи – несут тепловую и электрическую нагрузку, определяемую их тепловыми потребителями. Это – ТЭЦ.

Разное предназначение электростанций определяет целесообразность применения разных схем электрических соединений. Подстанции могут предназначаться для питания отдельных потребителей или района; для связи частей энергосистемы или различных энергосистем.

(Б). Положение электростанции в энергосистеме, схемы и напряжения прилегающих сетей.

Шины высшего напряжения электростанций могут быть узловыми точками энергосистемы, осуществляя объединение на параллельную работу нескольких электростанций. В этом случае через шины проходит переток мощности из одной части энергосистемы в другую, то есть транзит мощности. При выборе схем таких электроустановок в первую очередь учитывается необходимость сохранения транзита мощности.

(В). Категория потребителей по степени надёжности электроснабжения.

Все потребители, согласно ПУЭ разделяют на три категории:

Электроприёмники 1 категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, расстройство сложного технологического процесса. Электроприёмники этой категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, перерыв допускается на время автоматического восстановления питания.

Из состава электроприёмников 1 категории выделяется особая группа, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Для электроснабжения этой особой группы используется третий независимый источник. Это могут быть местные электростанции, агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи. Все потребители cобственных нужд (с.н.) АЭС относятся к потребителям 1 категории.

Электроприемники 2 категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям механизированного и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности большого количества жителей. Эти электроприёмники рекомендуется обеспечивать питанием от двух независимых источников. Для них допустимы перерывы питания на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Электроприёмники 3 категории – все остальные электроприёмники, непопадающие в 1 и 2 категории.

(Г). Перспектива расширения и промежуточные этапы развития электростанции.

Схема и компоновка распределительного устройства должна выбираться с учётом возможного увеличения количества присоединений для развития электросистемы. Из сложного комплекса предъявляемых условий, влияющих на выбор главной схемы, можно выделить основные требования к схемам:

- надёжность электроснабжения потребителей;

- приспособленность к проведению ремонтных работ;

- оперативная гибкость электрической схемы;

- экономическая целесообразность.

Надёжность - свойство установки, участка электрической сети или энергосистемы в целом обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергией нормированного качества. Повреждение оборудования в любой части схемы по возможности не должно нарушать электроснабжение, выдачу электроэнергии в систему, транзит мощности. Надежность схемы должна соответствовать категории потребителей и может оцениваться частотой и продолжительностью нарушения электроснабжения потребителей и относительным уровнем аварийного резерва, который необходим для обеспечения заданного уровня безаварийной работы.

Приспособленность электроустановки к проведению ремонта – возможность проведения ремонта без нарушения и ограничения электроснабжения потребителей. Приспособленность установки к ремонтам можно оценить количественно частотой и средней продолжительностью отключения потребителей и источников питания для ремонтов оборудования.

Оперативная гибкость электрической схемы – приспособленность схемы для создания необходимых эксплуатационных режимов и проведения оперативных переключений. Наибольшая оперативная гибкость схемы обеспечивается, если все операции по переключениям осуществляются автоматически. Оперативная гибкость оценивается количеством, сложностью и продолжительностью оперативных переключений.

Экономическая целесообразность оценивается приведёнными затратами, включающими в себя затраты на сооружение установки: капиталовложения, её эксплуатацию и возможный ущерб от нарушения электроснабжения.

Структурные схемы ТЭЦ и подстанций зависят от состава оборудования, распределения генераторов и нагрузок между РУ разного напряжения.

Наиболее часто встречающиеся схемы ТЭЦ представлены на рис. 8.5.

а)

а) б)

в)

Рисунок 8.5. Структурные схемы ТЭЦ.

Ранее указывалось, что ТЭЦ сооружается вблизи большой группы потребителей 6 … 10 кВ. Поэтому на этой электростанции и создаётся генераторное РУ (ГРУ). Количество генераторов, подключённое к ГРУ, определяется величиной нагрузки ГРУ. На схеме рисунок 8.5(а) два генератора подключены непосредственно к ГРУ, а один, наиболее мощный, к РУ ВН. Для связи с энергосистемой предусматривается РУ ВН. Трансформаторы связи Т1, Т2 и АТ1, АТ2 (на рисунке 8.5 б) предназначены для выдачи избыточной мощности в энергосистему. Если вблизи ТЭЦ предусмотрено расположение энергоёмких производств, то предусматривается РУ среднего напряжения 35 …110 кВ. Связи между РУ разного напряжения осуществляется трансформаторами или автотрансформаторами (рисунок 8.5 б).

Если мощность потребителя 6 … 10 кВ незначительна, то блочное соединение генераторов с трансформаторами осуществляется без поперечной связи на генераторном напряжении. И вместо дорогостоящего ГРУ применяют комплектное РУ (рисунок 8.5в). Мощные энергоблоки 100 … 250 МВт присоединяют к РУ ВН без отпаек для питания потребителей. Современные мощные ТЭЦ имеют блочную структуру.

В зависимости от назначения подстанции различают разные структурные схемы подстанции.

а) б)

в)

Рисунок 8.6(а, б, в). Структурные схемы подстанции

На подстанции с двухобмоточными трансформаторами электроэнергия поступает из энергосистемы в РУ ВН и РУ НН. На таких подстанциях устанавливают два автотрансформатора или два трансформатора (смотри рисунок 8.6 а, б).

Выбор той или иной схемы производится на основании технико–экономического сравнения различных вариантов, для чего в первую очередь необходимо выбрать количество и мощность трансформаторов (автотрансформаторов).

На электростанциях, имеющих шины генераторного напряжения, связь этих шин с шинами высокого напряжения осуществляется трансформаторами связи. Назначение трансформаторов связи на ТЭЦ:

- выдача избыточной мощности в энергосистему в нормальном режиме, когда работают все генераторы;

- резервирование питания нагрузки ГРУ при плановом или аварийном отключении одного генератора.

Число трансформаторов связи обычно не превышает двух и выбирается из следующих соображений.

а) При трёх и более секций ГРУ устанавливаются два трансформатора. Это позволяет уменьшить перетоки мощности между секциями при отключении одного генератора.

б) При выдаче в энергосистему значительной мощности, соизмеримой с мощностью вращающегося резерва (10 – 12% мощности энергосистемы), устанавливается два трансформатора.

в) В остальных случаях, когда ГРУ имеет одну или две секции и ими выдаётся в систему небольшая мощность, допустима установка одного трансформатора.

Выбор мощности трансформаторов производится из следующих соображений: - трансформаторы связи должны обеспечить выдачу в энерогосистему всей активной и реактивной мощности, кроме мощности собственных нужд и нагрузки ГРУ, в период минимума нагрузки, а также выдачу в сеть активной мощности, вырабатываемой по тепловому графику в нерабочие дни.

Расчётная формула определения мощности:

, (8.1)

где: - активная и реактивная мощности нагрузки, включенной на ГРУ;

- активная и реактивная мощности потребителей собственных нужд.

Передаваемая через трансформатор мощность изменяется в зависимости от режима работы генераторов и нагрузки потребителей, которые можно определить на основании суточного графика выработки мощности генераторов и графиков нагрузки потребителей и собственных нужд.

При отсутствии графиков нагрузки мощность, передаваемую через трансформатор, определяют для трёх режимов:

а) когда нагрузка на шинах ГРУ минимальна

б) когда нагрузка на шинах ГРУ максимальна

в) в аварийном режиме при отключении самого мощного генератора (в формуле изменяется величина и .

Затем выбирают наибольшее из трёх значений мощности. По наибольшей расчётной нагрузке определяется мощность трансформатора связи. Если трансформаторов связи два, то мощность одного трансформатора:

где коэффициент допустимой перегрузки трансформатора в аварийных режимах.

Если на ТЭЦ имеется РУ среднего напряжения 35 … 110кВ, то выбор мощности трёхобмоточных трансформаторов производится по загрузке обмоток низшего напряжения, которая определяется для трёх указанных режимов.

На ТЭЦ с блочным соединением генераторов мощность блочного трансформатора выбирается по формуле:

, (8.2)

где нагрузка, подключённая к ответвлению энергоблока(например, на КРУ). Если нагрузка подключена к двум энергоблокам, то при определении следует принять

Рассмотрим теперь вопросы выбора числа и мощности трансформаторов на подстанциях. Наиболее часто на подстанциях устанавливают два трансформатора или автотрансформатора. В этом случае, при правильном выборе мощности трансформаторов обеспечивается надежное питание потребителей даже при аварийном отключении одного из них.

Однотрансформаторные подстанции могут сооружаться для питания неответственных потребителей 3 категории, если замена повреждённого трансформатора или его ремонт производится в течение суток. Сооружение однотрансформаторных подстанций для потребителей 2 категории допускается при наличии централизованного передвижного трансформаторного резерва или при наличии другого резервного источника питания от сети СН или НН, включаемого вручную или автоматически. Установка четырёх трансформаторов возможна на подстанциях с двумя средними напряжениями.

Мощность трансформаторов выбирается по условиям:

· при установке одного трансформатора ; (8.3)

· при установке двух трансформаторов ; (8.4)

· при установке n трансформаторов . (8.5)

Трансформаторы, выбранные по условиям (8.4) и (8.5) обеспечивают питание всех потребителей в нормальном режиме при оптимальной загрузке (0,6 – 0,7) , а в аварийном режиме оставшийся в работе один трансформатор обеспечивает питание потребителей с учётом допустимой аварийной или систематической перегрузки .

Контрольные вопросы.