Схемы питания собственных нужд гидроэлектростанций - ­­­Электрическая часть электростанций

Схемы собственных нужд гидроэлектростанций имеют существенные отличия от схем собственных нужд тепловых электростанций, несмотря на то что источники энергии для системы собственных нужд остаются прежними: генераторы и энергосистема. Эти различия проявляются в существенно меньшей доле энергии, потребляемой механизмами собственных нужд ГЭС, в очень малой доле или полном отсутствии мощных электродвигателей напряжением 6 кВ, в относительно большей доле общестанционной нагрузки по сравнению с агрегатной и, наконец, в значительной территориальной разобщенности общестанционных механизмов собственных нужд При построении схем собственных нужд следует учитывать, что многие ГЭС работают в пиковой или полупиковой части графика системы с несколькими пусками и остановками в течение суток, когда коммутации, связанные с переходом с рабочих на пускорезервные трансформаторы собственных нужд и обратно, весьма нежелательны.

Рис. 3-20. Принципиальная схема питания и резервирования собственных нужд ГЭС с объединенным питанием агрегатных и общестанционных потребителей собственных нужд на напряжение 6 кВ I — гидрогенераторы; 2 — главный рабочий трансформатор собственных нужд; 3 — резервный трансформатор с. я.; 4 — секция 0,4 кВ; 5 — линии питания общестанционных и агрегатных потребителей собственных нужд; 6 — резервная магистраль 0,4 кВ Структура системы собственных нужд ГЗС в первую очередь зависит от принятого способа электроснабжения основных групп потребителей собственных нужд: агрегатных и общестанционных. Возможны два принципиальных подхода при создании схем собственных нужд: объединенное питание агрегатных и общестанционных нагрузок (рис. 3-20, 3-21) и их раздельное питание (рис. 3-22). На гидроэлектростанциях малой и средней мощности при условии, что нагрузка системы собственных нужд относительно невелика и расположена в здании станции и вблизи него, электроэнергия может распределяться при напряжении 0,4 кВ (рис. 3-20). В этом случае электроприемники гидроагрегатов и электроприемники общестанционного назначения питаются от общих рабочих трансформаторов со вторичным напряжением 0,4 кВ. По условиям ограничения токов короткого замыкания в сети 0,4 кВ мощность этих трансформаторов, работающих раздельно, обычно не превышает 1000 кВ. А. При блочной схеме без выключателей в цепи генераторов включение этих главных рабочих трансформаторов собственных нужд производится глухим ответвлением к генераторному токопроводу. Это приводит к необходимости использования пускорезервного трансформатора при пусках и остановках. На ГЭС широкое распространение получили укрупненные блоки с выключателями в цепи генераторов. Рис. 3-21. Принципиальная схема питания и резервирования собственных нужд ГЭС с объединенным питанием на стороне 6/10 кВ трансформаторов агрегатных и общестанционных собственных нужд 1 — гидрогенератор; 2 — секция 0,4 кВ агрегатных собственных нужд; 3 — резервный трансформатор собственных нужд; 4 — главный трансформатор собственных нужд; 5 — рабочий трансформатор агрегатных собственных нужд; 6 — резервный трансформатор агрегатных собственных нужд; 7 — секция распределительного устройства собственных нужд 6 (10) кВ; 8 — трансформатор общестанционных собственных нужд 6 (10)/0,4 кВ; 9 — резервная магистраль 6(10) кВ; 10 — мощные электродвигатели 6 кВ В этом случае ответвление к трансформатору собственных нужд присоединяется так, как показано на рис. 3.20, и секции собственных нужд 0,4 кВ могут быть обеспечены электроэнергией даже при неработающих генераторах ГЭС. На ГЭС с распределительным устройством генераторного напряжения не менее двух трансформаторов собственных нужд подключаются к шинам ГРУ. Резерв может быть как в явном, так и в скрытом виде. Секции 0,4 кВ в любом случае оборудуются устройствами АВР. Применению таких упрощенных схем электроснабжения собственных нужд с одним напряжением 0,4 кВ способствуют отсутствие устройств электрообогрева и схем самовозбуждения, организация технического водоснабжения самотеком. Источник резервного питания может быть подключен к ближайшей подстанции, к третичной обмотке АТ связи, а при их отсутствии и к специально установленному на станции дизель-генератору мощностью в несколько сотен киловатт с автоматическим пуском. На многих гидроэлектростанциях средней и в особенности большой мощности распределение электроэнергии в системе собственных нужд на одном напряжении 0,4 кВ экономически нецелесообразно, поэтому вводят две ступени напряжения: б или 10 кВ и 0,4/0,22 кВ.

Рис. 3-22. Принципиальная схема питания и резервирования собственных нужд ГЭС с раздельным питанием общестанционных и агрегатных потребителей 1  - гидрогенератор; 2 — рабочий трансформатор агрегатных собственных нужд; 3 — секция 0,4 кВ агрегатных с. п.; 4 — магистраль резервного питания 0,4 кВ агрегатных собственных нужд; 5 — резервный трансформатор агрегатных собственных нужд; 6 — резервная магистраль 6 (10) кВ; 7 — секция РУ с. п. 6 (10) кВ; 8 — трансформатор общестанционных собственных нужд; Р — резервный трансформатор с. п.; 10 — главный трансформатор собственных нужд; 11 АТ связи

При этом до напряжения 6 (10) кВ питание агрегатных и общестанционных собственных нужд можно сделать общим (рис. 3-21). На станциях оборудуется распределительное устройство собственных нужд 6 или 10 кВ обычно в виде одиночной, секционированной на две части системы шин (7 на рис. 3-21). Это РУ собственных нужд 6 кВ, набираемое из ячеек КРУ, является общим для питания трансформаторов 6/0,4 кВ как агрегатных 5, так и общестанционных собственных нужд, а также мощных электродвигателей 10. Предусматривается резервирование от РУ собственных нужд 6 кВ рабочих трансформаторов агрегатных и общестанционных собственных нужд Число рабочих трансформаторов агрегатных собственных нужд 5 может изменяться в широких пределах: иногда такой трансформатор обеспечивает нагрузку собственных нужд только одного агрегата, а иногда нескольких. Определяющим при выборе числа трансформаторов является мощность, предельная допустимая по токам короткого замыкания и обеспечивающая успешность самозапуска электродвигателей собственных нужд Для надежного электроснабжения общестанционных потребителей минимальное число их трансформаторов 8 не должно быть меньше двух. Для ГЭС, имеющих большую протяженность сети низкого напряжения и крупные электроприемники, ограничиться двумя трансформаторами предельной мощности не удается. При применении глубоких вводов и сухих трансформаторов по условиям пожарной безопасности агрегатные и общестанционные трансформаторы 6/0,4 кВ можно устанавливать в любой точке машинного зала и гидросооружения, максимально приближая к потребителям. Секции РУ собственных нужд 6 (10) кВ получают питание от главных рабочих трансформаторов собственных нужд   число секций по соображениям надежности не должно быть меньше двух. Главные рабочие трансформаторы подключаются к главной схеме электрических соединений ГЭС в таких точках, в которых постоянно обеспечивается напряжение. При объединенных блоках с генераторными выключателями такими точками являются генераторные токопроводы любых блоков на участке между выключателем и трансформатором блока (рис. 3-20). Если применены одиночные блоки без генераторных выключателей, как на рис. 3-21   то на двух из них для подключения главных рабочих трансформаторов собственных нужд специально устанавливаются генераторные выключатели. Возможно также подключение этих трансформаторов к третичным обмоткам АТ связи (10 на рис. 3-20). Иными словами, из соображений экономичности подключение производится к низшему из напряжений главной схемы ГЭС. Главные трансформаторы собственных нужд резервируются трансформатором, подключаемым к точке, по возможности электрически удаленной от места включения рабочих трансформаторов. На мощных многоагрегатных станциях могут быть два и более РУ собственных нужд 6 (10) кВ в зависимости от расположения потребителей собственных нужд Иногда в целях экономии кабелей б (10) кВ не сооружают сосредоточенного в одном месте РУ собственных нужд 6 (10) кВ, а прокладывают вдоль всего машинного зала закрытые секционированные токопроводы. К этому токопроводу рассредоточенно и в соответствии с принципом глубокого ввода подключаются с помощью КРУ агрегатные и общестанционные трансформаторы собственных нужд 6(10)/0,4 кВ и электродвигатели 6 кВ. Достоинством схемы собственных нужд с объединенным питанием агрегатных и общестанционных потребителей (рис. 3-21) является наличие напряжения на всех агрегатных секциях собственных нужд в нормальных условиях вне зависимости от режима работы генераторов. К недостатку таких схем можно отнести наличие элементов, повреждение которых при определенных условиях может понизить надежность электроснабжения механизмов с. н. На крупных гидростанциях с агрегатами большой единичной мощности в целях повышения надежности питания агрегатных и общестанционных собственных нужд их электроснабжение выполняют раздельным, от разных трансформаторов (рис. 3-22). Основное отличие этой схемы состоит в том, что при работе гидроагрегатов их секции 0,4 кВ 3 получают питание от специальных рабочих трансформаторов агрегатных собственных нужд 2, подключаемых ответвлением к генераторному токопроводу, а не к общестанционному РУ собственных нужд 6 кВ. В этом случае только резервирование агрегатных секций 0,4 кВ производится от трансформаторов 5, подключенных к РУ собственных нужд 6 (10) кВ. Если трансформаторы агрегатных собственных нужд присоединены в виде глухого ответвления к одиночному блоку, число их равно числу блоков. При укрупненных (рис. 3-20) или объединенных блоках число этих трансформаторов обычно соответствует числу блоков. Принцип питания агрегатных собственных нужд блока при помощи трансформатора с глухим ответвлением в сочетании со схемой питания общестанционных нагрузок от главных трансформаторов собственных нужд 10 (рис. 3-22) обеспечивает автономность работы блоков и уменьшает число аварий, сопровождающихся полной потерей питания собственных нужд Способы присоединения токоприемников к сети собственных нужд Для электростанций любых типов является весьма важным вопрос о подключении токоприемников к сети собственных нужд Прежде всего следует сказать о некоторых принципах питания и резервирования секций 4 кВ; аналогичные схемы для секций 6 кВ рассматривались достаточно подробно (см. рис. 3-11—3-22). В соответствии с рис. 3-23 возможны следующие исполнения. Каждая секция 0,4 кВ может питаться от отдельного рабочего трансформатора и резервироваться от общего для нескольких секций резервного трансформатора (рис. 3-23). Рис.. 3-23. Схемы питания и резервирования секций 0,4 кВ Эта схема наиболее распространена для мощных блочных станций (см. рис. 3-14, 3-20, 3-21, 3-22). Секции 0,4 кВ так же, как и секции 6 кВ (рис. 3-21), могут питаться развилкой от одного трансформатора, причем каждая из секций имеет независимое резервирование (рис. 3-23, а). Применение этой схемы возможно в случае, если нагрузка обеих секций не превышает 1 MB-А, т. е. мощности, допустимой по условиям работы коммутационной аппаратуры 0,4 кВ. Вторая секция может быть территориально отделена от первой, и тогда она связывается с трансформатором кабельной линией. Схемы, приведенные на рис. 3-23, б и в, получили широкое распространение для питания общестанционных нагрузок, а также агрегатных собственных нужд тепловых электростанций с турбогенераторами до 100 МВт. В целях обеспечения бесперебойности питания секций и сборок 0,4 кВ основные секции 0,4 кВ РУ собственных нужд питаются от трансформаторов через автоматы. Независимый для каждой секции автоматический ввод резерва также производится воздушными автоматами. Двигатели ответственных, дублируемых механизмов собственных нужд напряжением как 6 кВ, так и 0,4 кВ питаются от разных секций. Возможны два способа питания электродвигателей: индивидуальный и групповой. При индивидуальном питании каждый электродвигатель присоединяется непосредственно к сборным шинам собственных нужд соответствующего напряжения через выключатель или автомат. Так присоединяются электродвигатели напряжением 6 кВ (см. рис. 3-14 и 3-19) и 0,4 кВ при мощности более 55 кВт. Этот способ питания очень надежен, так как при повреждении питающего кабеля отключается только один электродвигатель. Основным недостатком индивидуального питания является увеличение стоимости распределительных устройств и кабельных сетей собственных нужд из-за увеличения числа ячеек и общей длины кабелей, в особенности при расположении двигателей на значительном расстоянии от распределительного устройства. Следует сказать, что двухскоростные асинхронные электродвигатели, широко используемые для привода тягодутьевых и циркуляционных механизмов, при двух независимых трехфазных обмотках с разным числом полюсов требуют прокладки двух кабелей и установки двух выключателей для каждого двигателя. Двух линий питания, подключаемых к разным секциям РУ собственных нужд, требуют и ответственные электродвигатели недублируемых механизмов. В последнем случае требуется также блокировка, которая предотвращает одновременное включение обеих линий питания. При этом исключается параллельная работа секций, снабжаемых от разных трансформаторов или разных расщепленных обмоток. При групповом питании несколько электродвигателей присоединяются к шинам сборок, располагаемых в производственных цехах и подсобных помещениях электростанций. Питание сборок, как правило, должно осуществляться от двух независимых источников (т. е. от двух секций РУ собственных нужд). Линии, питающие эти сборки, рассчитываются на полную нагрузку подключенных потребителей и снабжаются автоматическими выключателями, производящими переключение с одного источника на другой при исчезновении напряжения. Такая схема также предотвращает параллельную работу двух источников питания на шинах сборки. На тепловых электростанциях число сборок 0,4 кВ в котельном отделении обычно принимают равным числу котлов, а в машинном  — числу турбогенераторов. Отдельные сборки предусматриваются и в других цехах и сооружениях станции. К сборкам подключаются электродвигатели относительно небольшой мощности, от 14 до 55 кВт. Хотя групповое питание менее надежно по сравнению с индивидуальным, оно позволяет уменьшить габариты РУ собственных нужд и несколько снижает расход кабелей. Особое внимание на электростанциях уделяется электроснабжению двигателей задвижек и колонок дистанционного управления (КДУ). Для них обязательно двойное питание от двух взаимно резервируемых магистралей 0,4 кВ, подключенных к разным секциям. Маломощные двигатели задвижек включаются через автоматы с малой отключающей способностью. Для подключения их к сети применяются реакторы. Специальные переключатели (рис. 3-24) обеспечивают питание сборок задвижек лишь от одной из двух секций 0,4 кВ и тем предотвращают параллельную работу секций через магистрали задвижек, Двигатели задвижек и КДУ ответственных дублированных механизмов собственных нужд подключаются к разным сборкам. При этом при аварии на одной из сборок сохраняется питание двигателей задвижек и КДУ хотя бы одного из двух ответственных механизмов собственных нужд высоковольтные выключатели с дистанционным управлением. Для управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором используют при напряжениях 3, 6, 10 кВ Рис. 3-24. Принципиальная схема питания электродвигателей задвижек и КДУ 1 — магистрали рабочего питания задвижек; 2 — сборки задвижек Дистанционное централизованное управление мощными двигателями 0,4 кВ осуществляется воздушными автоматами с электромагнитным приводом и контакторами. Последовательно с контактором включается воздушный автомат с ручным приводом. На мощных электродвигателях, не требующих централизованного управления, применяют только автоматы с ручным приводом. Для управления электродвигателями меньшей мощности применяют либо автоматы, либо контакторы, либо магнитные пускатели с последовательно включенными предохранителями, осуществляющими защиту от коротких замыканий.