Структурные схемы электростанций и подстанций

По объемам производства электроэнергии и характеру ее распределения станции делятся на три группы:

- выдающие всю электроэнергию на повышенных напряжениях 330 кВ и выше (это мощные тепловые, гидравлические и атомные электростанции);

- выдающие электроэнергию как на генераторном, так и на повышенных напряжениях 35-220 кВ (это теплоэлектроцентрали);

- изолированно работающие (это удаленные от энергосистемы электростанции, в основном небольшой мощности).

Структурные схемы КЭС, ГЭС, АЭС. Несмотря на существенные отличия в технологиях получения электроэнергии на этих станциях, их главные электрические схемы имеют много общего в силу следующих причин.

Все эти станции имеют большие мощности (2000 - 6000 МВт) и комплектуются крупными генераторами и трансформаторами. Как правило, по экологическим соображениям они ставятся вдали от крупных населенных пунктов и промышленных нагрузок, в силу чего основную мощность они отдают в энергосистему на высоких напряжениях (330 -1150 кВ). Высокая концентрация мощности (до 800 -1200 МВт) в одном агрегате накладывает сверхжесткие требования к надежности систем распределения энергии, так как одновременная потеря нескольких таких агрегатов чревата катастрофическими последствиями для всей системы.

В практике реализуется несколько вариантов структурных схем этих электростанций (рис. 1.1). Так как здесь используются агрегаты с большой единичной мощностью (300-1200 МВт), то по техническим и экономическим соображениям схемы компонуются из ряда автономных частей - блоков. Каждый блок состоит из парогенератора, турбины, синхронного генератора и повышающего трансформатора. Поперечные связи между блоками, как в тепломеханической части, так и в электрической отсутствуют, что повышает надежность работы блоков. Блоки связаны между собой только на сборных шинах высшего (500-1150 кВ) или среднего (ПО - 330 кВ) напряжений, откуда мощность станции поступает в энергосистему.

а) б)

Рис. 1.1. Примеры структурных схем крупных электрических станций

Электростанции рассматриваемых типов в большинстве случаев имеют распределительные устройства двух уровней напряжения: РУ высокого напряжения и РУ среднего напряжения. Станции, выдающие всю мощность в сеть одного напряжения, являются исключением. Наибольшее распространение получили схемы, в которых сборные шины высшего и среднего напряжений связаны через автотрансформаторы связи (рис. 1.1б). Распределительные устройства на генераторном напряжении отсутствуют, поскольку выдача мощности столь крупных агрегатов на напряжениях 15-30 кВ невозможна из-за чрезмерно больших токов короткого замыкания.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Эти станции предназначены для снабжения промышленных предприятий и городов теплом и электроэнергией. Предельный радиус действия ТЭЦ по горячей воде не превышает 7-8 км, по пару 2-3 км, вследствие чего эти станции стремятся располагать в центре тепловой нагрузки. Обычно мощность ТЭЦ составляет 300-600 МВт, и лишь в самых крупных городах целесообразны ТЭЦ мощностью до 1000-1500 МВт. Установленную мощность и типы турбоагрегатов выбирают в соответствии с потребностями и параметрами тепловой энергии, используемой потребителем.

На этих станциях устанавливают специальные теплофикационные турбины. Компоновка электрической части ТЭЦ во многом определяется величиной нагрузки на генераторном напряжении 6-10 кВ, и здесь можно выделить два варианта компоновки электрических схем ТЭЦ.

Первый вариант. Электростанция выдает основную часть электрической мощности ближайшим потребителям на напряжении 6-10 кВ непосредственно от генераторов. Для этого на станции сооружается генераторное распределительное устройство (ГРУ), к которому присоединяются генераторы, линии местной распределительной сети, трансформаторы собственных нужд и трансформаторы связи с РУ повышенного напряжения. Через трансформаторы связи часть мощности либо выдается в энергосистему, если имеется ее избыток, либо потребляется из энергосистемы, если генераторы не могут обеспечить энергией местных потребителей. Следует отметить, что к ГРУ могут быть присоединены только генераторы относительно небольшой мощности (30-100 МВт), напряжения которых соответствуют напряжениям распределительных сетей 6 или 10 кВ. Часть генераторов относительно большой мощности (до 250 МВт) могут быть присоединены к РУ среднего напряжения по схеме блока, как это показано на рис. 1.2 б.

Второй вариант. В современных условиях появились новые обстоятельства, существенно изменяющие структуру главных электрических схем ТЭЦ. Это, во-первых, укрупнение отдельных агрегатов до мощности 250 МВт с напряжением 20 кВ, которые целесообразно использовать только в блоках с повышающими трансформаторами, во-вторых, значительное удаление ТЭЦ от центров потребления, вызываемое ужесточением норм по охране окружающей среды.

а) б)

в) г)

д) е)

Рис. 1.2. Примеры структурных схем ТЭЦ

В этих условиях более экономичным оказывается электроснабжение близлежащих потребителей через подстанции глубокого ввода на среднем напряжении (35-110 кВ) или при небольшой местной нагрузке могут быть установлены весьма дешевые комплектные распредустройства. Эти обстоятельства приводят к отказу от сооружения на ТЭЦ дорогостоящих генераторных распределительных устройств.

Трансформаторные подстанции (ТП). Это электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения энергии в ближайшем районе или для дальнейшей ее передачи (рис. 1.3). ТП по назначению разделяются на две основные группы: районные и местного значения.

а) б)

в) г)

Рис. 1.3. Примеры структурных схем узловых подстанций

Районные ТП - это мощные подстанции напряжением 35 кВ и выше, предназначенные для нескольких потребителей разного характера. ТП местного значения предназначаются для электроснабжения в основном однородных потребителей.

В зависимости от расположения в энергосистеме подстанции делят на три категории: узловые, транзитные (проходные), тупиковые.

Наиболее жесткие требования по надежности предъявляются к узловым подстанциям. Это системообразущие подстанции, которые могут связывать несколько электростанций и питать достаточно мощные районы нагрузки. Авария на таких подстанциях может послужить причиной распада энергосистемы и расстройства электроснабжения больших районов.

Узловые подстанции, как правило, содержат несколько трансформаторов (автотрансформаторов) и несколько РУ разных напряжений, к которым могут быть подключены различные устройства компенсации реактивной мощности.