скачать книгу бесплатно
Типовые электрические схемы распределительных устройств электростанций и подстанций. Характеристики. Применение. Оперативные переключения
Владимир Сергеевич Марков
Рассмотрены все типовые электрические схемы распределительных устройств 6-750 кВ электростанций и подстанций. Приведено более 30 примеров циклов оперативных переключений. Предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования, эксплуатации и управления режимами работы электростанций, подстанций и электрических сетей, а также студентов, обучающихся по планам подготовки бакалавров и магистров по направлению «Электроэнергетика», Полезна в сочетании с другой книгой автора "Главные электрические схемы и схемы питания собственных нужд электрических станций и подстанций".
Владимир Марков
Типовые электрические схемы распределительных устройств электростанций и подстанций. Характеристики. Применение. Оперативные переключения
Обозначения и сокращения
В тексте применены следующие обозначения и сокращения:
АВ (QF) –автоматический выключатель;
АВР –автоматическое включение резерва;
АГП –автомат гашения магнитного поля;
АПВ – автоматическое повторное включение;
АРВ – автоматический регулятор возбуждения;
АТ – автотрансформатор;
АЧР – автоматическая частотная разгрузка;
АЭС – атомная электростанция;
В (Q) – выключатель;
ВЛ – воздушная линия электропередачи;
ДГР – дугогасящий реактор;
ДЗШ – дифференциальная защита шин;
ЕЭС России –Единая энергетическая система России;
ЗН (QSG) –заземляющий разъединитель (заземляющие ножи разъединителя);
ЗОН – заземляющий однополюсный нож;
ЗРУ – закрытое распределительное устройство;
КЗ (QN) –короткозамыкатель;
К.З. (к.з.) – короткое замыкание;
КЛ – кабельная линия электропередачи;
КРУ – комплектное распределительное устройство;
КРУН – комплектное распределительное устройство наружной установки;
КРУЭ – комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией;
КЭС – конденсационная электростанция;
ЛЭП (W) – линия электропередачи;
ОД (QR) –отделитель;
ОВ (QO) – обходной выключатель;
ОВБ – оперативно-выездная бригада;
ОСШ (АО) – обходная система шин;
ОЭС – объект электроэнергетической системы:
ПА – противоаварийная автоматика;
ПС – подстанция;
РЗ –релейная защита;
РЗА –релейная защита и автоматика;
РП –распределительный пункт;
РПН –устройство регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой;
РУ –распределительное устройство;
С (В) –секция шин;
СВ (QB) – секционный выключатель;
СН –собственные нужды;
СШ (А) –система шин;
Т – трансформатор;
ТН (TV)– трансформатор напряжения;
ТС –телесигнализация;
ТСН –трансформатор собственных нужд;
ТТ (ТА) –трансформатор тока;
ТУ –телеуправление;
УПАСК –устройства передачи аварийных сигналов и команд;
УРОВ –устройство резервирования при отказе выключателя;
ФОЛ – устройство фиксации отключения линии;
ФОТ – устройство фиксации отключения трансформатора;
ФОВ – устройство фиксации отключения выключателя;
ШОВ (QAO) – шиносоединительный и обходной выключатель (выключатель совмещенного исполнения);
ШСВ (QA)–шиносоединительный выключатель.
Предисловие
Книга «Типовые электрические схемы распределительных устройств электростанций и подстанций. Характеристики. Применение. Оперативные переключения» была издана типографским способом в 2016 году издательством «Универсум» в городе Смоленске. Тираж книги был не большой. В настоящее время в свободном доступе этой книги практически нет. В последние годы не было публикаций по этой теме и других авторов. Поэтому возникла мысль о создании электронной версии данной книги. Книга может быть полезна в качестве дополнительной литературы при изучении дисциплины «Электрическая часть электростанций и подстанций». Её востребованность возрастает в условиях широкого внедрения дистанционных образовательных технологий. На базе этого материала лектор сможет эффективно осуществлять образовательный процесс. Она может быть полезна заинтересованным читателям при изучении другой книги автора "Главные электрические схемы и схемы питания собственных нужд электрических станций и подстанций", вышедшей в издательстве "Инфра-инженерия" (infra-e@yandex.ru) в Вологде в 2020 году. В ней автор рассматривает помимо схем учебного характера схемы реальных электрических станций и подстанций с указанием их конкретных особенностей.
Учитывая требования издателя, в текст книги внесены изменения редакционного характера.
Выражаю слова благодарности за большую работу, проделанную при подготовке книги к изданию, ее редактору Шафоростову Геннадию Павловичу, а также старшему преподавателю кафедры электроэнергетических систем Смоленского филиала МЭИ Вайтеленок Ларисе Витальевне за помощь по созданию большого количества рисунков схем РУ.
Пожелания и замечания просьба присылать по адресу 214 013 г. Смоленск, Энергетический проезд, дом 1, кафедра «Электроэнергетические системы» филиала ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. Смоленске или непосредственно мне по электронной почте vismark@yandex.ru с указанием темы письма «о книге»
Марков Владимир Сергеевич
Введение
Распределительные устройства – важный элемент любого объекта энергосистемы (ОЭС). Они предназначены для соединения друг с другом основного оборудования электростанций и подстанций, а также линий электропередач разного назначения. И у нас в стране, и за рубежом разработано великое множество схем, по которым выполняются РУ.
Изучая схемы РУ, необходимо понять общие принципы их выполнения, логику связей электроаппаратов и токоведуших частей. Важно знание того, какие действия на оборудовании выполняет оперативный персонал, выводя в ремонт то или иное оборудование или вводя его после ремонта в работу. Неверная последовательность действий при проведении оперативных переключении может привести к тяжелым последствиям и для самих людей, и к порче оборудования. Обучаемый должен знать, как ведет себя схема в соответствии с логикой релейной защиты и автоматики (РЗ и А) при различных отказах на присоединениях и в оборудовании РУ.
Существует несколько десятков схем, по которым выполнялись и выполняются РУ действующих ОЭС России. Они могут существенно отличаться, прежде всего, по составу электрических аппаратов и связям между оборудованием РУ.
Материал данной работы посвящен типовым схемам РУ. Типовые схемы РУ подстанций 35-750 кВ и общие указания по их применению приводятся в соответствующих стандартах организаций (СТО) [3,4]. Некоторые схемы, из указанных в этих документах, применяются и на подстанциях, и на электростанциях. Применение типовых схем гарантирует, как правило, минимум затрат на их проектирование, сооружение и эксплуатацию. Дает возможность при изменениях на ОЭС (подключении новых присоединений) осуществлять простые переходы от одной схемы к другой без серьезных переделок в существующей уже схеме. Список типовых схем меняется примерно раз в десять лет. Какие-то схемы из него уходят, а какие-то добавляются. Порядковые номера схем сохраняются за ними навсегда. Вновь вводимые в состав типовых схемы получают номера, в которые помимо цифр входят одна или две буквы. Все схемы можно разбить на группы, объединенные по их главным свойствам: количество выключателей на присоединение и варианты связи комплектов электроаппаратов в РУ. В этой связи различают блочные, мостиковые, кольцевые схемы РУ, схемы РУ со сборными шинами и с одним или более чем с одним выключателем на присоединение. Каждая типовая схема имеет свою область применения: тип объекта (электростанция или подстанция), номинальное напряжение, количество присоединений разного типа. Все свойства типовых схем РУ, а также область их использования приводятся в соответствующих паспортах [4]. В паспортах указываются её номер, область использования, степень удовлетворения важнейшим требованиям, а также схемы, к которым допускается переход в перспективе, данные об устанавливаемом оборудовании и т.д.
Помимо типовых схем РУ существует множество нетиповых схем. К ним относятся схемы РУ, используемые на некоторых электростанциях с уникальным составом оборудования, а также схемы РУ, разработанные и реализуемые за пределами нашей страны и, кроме того, схемы РУ, исключенные из состава типовых. Например, схемы РУ с отделителями. Знание последних в наших условиях необходимо, так как в России еще много действующих объектов, на которых эти схемы применяются.
Большое внимание в работе уделено вопросам проведения оперативных переключений в РУ при выводе оборудования в ремонт (резерв) или вводе его в работу после ремонта (из резерва). В виде примеров представлены циклы оперативных переключений с разной степенью подробности рассмотрения действий оперативного персонала.
Рисунки, использованные в данной работе, с помощью которых изучаются свойства схем РУ, разные. Есть рисунки, которые перенесены в данную работу из альбома типовых схем [3] без переделок. На них аппараты и токоведущие части не имеют никаких обозначений. Только измерительные трансформаторы напряжения на альбомных схемах показываются в виде прямоугольников с буквами TН. Для изучения оперативных переключений эти схемы практически не пригодны. Поэтому в предлагаемых к рассмотрению материалах есть схемы РУ, а в некоторых случаях схемы подстанций в целом, с указанием оперативных номеров (обозначений) основного оборудования и элементов РУ. На базе этих схем рассмотрены примеры упрощенных циклов оперативных переключений. В данной работе присутствуют схемы РУ с разными вариантами обозначения электроаппаратов и токоведущих частей. В основной ее части (разделы 1- 6) используются обозначения в соответствии с международными стандартами. В этих обозначениях используются буквы латинского алфавита. Второй вариант обозначений, в котором для обозначения электрооборудования используются буквы русского алфавита, до сих пор применяется в официальных документах и на практике в РФ. Схемы РУ и текст с использованием обозначений, принятых в России, присутствуют в разделе 7 настоящего пособия. В этом разделе рассмотрены циклы оперативных переключений, взятые в качестве примеров, из действующих Правил переключений в электроустановках [2,9]. В этих примерах используются специфичные обозначения и самих электроаппаратов, и силовых трансформаторов, и линий электропередач такие, которые присутствуют на оперативных схемах электростанций и подстанций в России. Все коммутационные аппараты на оперативных схемах показаны с соответствующим ситуации состоянием контактов. Использование в работе и тех, и других вариантов обозначений направлено на формирование у обучаемого (студента) знаний схем, с которыми ему предстоит работать после окончания обучения в ВУЗе, а у действующих специалистов навыков чтения схем, составленных в соответствии с требованиями МЭА.
Помимо полных схем РУ, в работе используются схемы упрощенные. На них указываются важнейшие (не все) элементы схемы с простейшим изображением выключателей и разъединителей. Разъединители изображаются в виде косой черточки, пересекающей под углом токоведущую часть. На них не показаны измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничители перенапряжения и иное электрооборудование. Упрощенные схемы часто применяются в учебной литературе и, кроме того, в аудиторных условиях изучения дисциплины, что позволяет лектору быстрее воспроизводить их на доске, а студенту переносить их в конспект.
1. Схемы распределительных устройств объектов электрической сети (ОЭС)
1.1. Схемы распределительных устройств. Общая информация
Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, служащая для приёма и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы [1]. Распределительные устройства могут быть открытыми (ОРУ), закрытыми (ЗРУ) и комплектными (КРУ).
ОРУ называется РУ, всё или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе. ЗРУ называется РУ, оборудование, которого находится в здании. КРУ называется РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном виде или подготовленном для сборки виде.
Связи оборудования РУ отражены на их электрических схемах. При проектировании, сооружении и эксплуатации ОЭС используются так называемые однолинейные схемы, на которых одно и то же оборудование многофазных установок показывается в основном для одной фазы. На этих схемах могут быть фрагменты, относящиеся к каждой фазе электроустановки, если отличается состав оборудования разных фаз.
Схемы РУ могут быть полными и упрощёнными. На полных схемах показывается всё оборудование с учётом требований ГОСТ и ЕСКД. На упрощенных схемах, используемых в учебных целях, не показывают такое оборудование, как измерительные трансформаторы тока и напряжения, разрядники и другие ограничители перенапряжения (ОПН), специальные элементы заземления электроустановок. Разъединители на этих схемах показываются упрощенно в виде косой черты, пересекающей токоведущую часть. В данном пособии показаны и те, и другие варианты схем РУ. Присутствуют схемы, скопированные из альбома типовых схем без буквенных обозначений электроаппаратов и токоведущих частей. На принципиальных схемах РУ допускается не показывать контакты высоковольтных выключателей. Состояние контактов коммутационных электроаппаратов на всех схемах, кроме оперативных, используемых оперативным персоналом станций и подстанций, принято показывать отключённым вне зависимости от их состояния при эксплуатации РУ. На схемах, входящих в проект станции или подстанции, должны указываться типы, марки и основные характеристики оборудования.
На оперативных схемах присутствуют принятые на станции или подстанции буквенно-цифровые обозначения генераторов, трансформаторов, электроаппаратов, секций и систем шинных конструкций. В России до сих пор электрооборудование РУ принято обозначать русскими буквами. Например, ВТ – выключатель трансформатора, ШР – шинный разъединитель, СК – секция распределительного устройства и т.п. В международной практике приняты обозначения электроаппаратов и токоведущих частей с применением букв латинского алфавита: Q-выключатель, QS-разъединитель, A-система шин и т.п.
Выбор схемы РУ в конкретном случае определяется рядом факторов, главными из которых являются:
–тип электростанции или подстанции, её технологические особенности и роль в энергосистеме;
–номинальное напряжение, на котором передаётся электроэнергия в сторону РУ и от него;
–характеристики присоединений РУ (трансформаторов, линий электропередач, устройств для выработки или потребления реактивной мощности), а именно: их номинальные мощности (пропускная способность), общее количество присоединений каждого вида, число непарных или не резервируемых ЛЭП; перспективы изменения количества присоединений РУ между 5-м и 10-м годом эксплуатации ОЭС.
В некоторых случаях возможно выполнение РУ по двум или трём альтернативным схемам. В первую очередь должны рассматриваться варианты схем, входящих в перечень типовых. Выполнение РУ по типовым схемам гарантирует, как правило, его сооружение в нормативные сроки, при минимуме затрат денежных средств, а также возможность расширения РУ (переход к другой схеме) с минимальным объёмом работ. Отказ от использования типовой схемы РУ требует соответствующего технико-экономического обоснования.
1.2. Требования, предъявляемые к схемам РУ
Схемы РУ при конкретном проектировании разрабатываются на основании схем развития энергосистемы, схем электроснабжения района или объекта и других работ по развитию электрических сетей. Они должны удовлетворять ряду требований (критериев). Важнейшие из них: надежность, экономичность, удобство эксплуатации, техническая гибкость, экологическая чистота, компактность, унифицированность. В настоящей работе приводятся определения указанных категорий в том виде, в каком они даны в [4].
Надежность– свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Уровень надежности может быть регламентирован или экономически обоснован. Требования к надежности схем РУ в основных и распределительных сетях различаются. Так, при расчетных отказах в первых из них критерием допустимости значения одновременного сброса мощности из-за отказов элементов схем является сохранение устойчивости генерирующих источников в энергосистеме, в том числе статической апериодической устойчивости, а также предотвращение недопустимых токовых перегрузок электрооборудования. В свою очередь для схем РУ в распределительных сетях одно из первостепенных значений приобретает обеспечение электроснабжения потребителей в соответствии с их категорийностью, регламентированной нормативными документами.
Экономичность подразумевает принятие решений с учетом необходимых капитальных вложений и сопутствующих ежегодных издержек производства и сбыта продукции. Принимаемый уровень надежности обосновывается сопоставлением затрат на его повышение с экономическими последствиями из-за ненадежности (например, с ущербом или штрафными санкциями) при расчетных отказах элементов схем. При анализе режимов следует учитывать параметры электросетевого и генерирующего оборудования, а также возможность применения противоаварийного управления. Выбор схемы РУ должен быть произведен на основании технико-экономических показателей, учитывающих затраты на его сооружение и эксплуатацию и экономические последствия, вызванные аварийными возмущениями. При этом показатели надежности элементов схемы РУ должны быть приняты на основании опыта эксплуатации или в соответствие со стандартами организации.
Удобство эксплуатации заключается в наглядности и простоте схем, снижающих вероятность ошибочных действий персонала, возможности минимизации количества переключений при изменении режима применительно как к первичным, так и вторичным цепям, в обеспечении соответствия режимов работы электроустановки и энергосистемы.
Техническая гибкость– способность адаптироваться к изменяющимся условиям работы электроустановки при плановых и аварийно-восстановительных ремонтах, расширении, реконструкции и испытаниях.
Экологическая чистота определяется степенью воздействия электроустановки на окружающую среду, как-то: шум, электрические и магнитные поля, загрязнение выбросами и отходами, нарушение ландшафта и пр.
Компактность характеризуется возможностью минимизации площади земли, отчуждаемой под РУ. Это позволяет наиболее рационально решать проблему приобретения земельных участков, которая при обосновании и выборе схем электроустановок нередко является определяющей.
Унифицированность заключается в применении ограниченного числа типовых схем. Использование типовых решений позволяет снижать материальные и финансовые затраты на проектирование, монтаж, пуско-наладку и эксплуатацию электроустановки.
Удобство эксплуатации, техническую гибкость и экологическую чистоту следует также рассматривать в контексте соответствующих нормативов безопасности персонала и предельно допустимых параметров воздействия электроустановки на окружающую среду. Техническое решение должно обеспечивать требуемое качество электроэнергии и обеспечивать работу РУ при расчетных значениях токов короткого замыкания. Схемы РУ должны предусматривать вывод выключателей и отделителей в ремонт, осуществляемый:
–для всех схем РУ напряжением 6-35 кВ, а также для блочных и мостиковых схем РУ напряжением 110, 220 кВ (за исключением цепи, по которой осуществляется транзит мощности) – путем временного отключения цепи, в которой установлен ремонтируемый аппарат;
–для мостиковых схем РУ напряжением 35-220 кВ – путем применения ремонтных перемычек, за исключением случаев, когда перемычки отсутствуют;
–для схем со сборными шинами РУ напряжением 110, 220 кВ – путем применения обходных выключателей, за исключением случаев, когда обходная система шин отсутствует;
–для схем РУ напряжением 6-220 кВ – путем установки подменного выключателя, если применяется такой тип выключателя (схемы с выкатными выключателями, КРУЭ);
