Условия включения на параллельную работу

Пуск гидроагрегата

Автоматический пуск агрегата производится по команде с ЦПУ ключом, либо от реле частотного пуска (при снижении частоты в энергосистеме до 49.4 Гц). После подачи команды на автоматический пуск агрегата выполняются операции в следующей последовательности:

Команда пуск с ЦПУ→Подача воды на подпятник, Напр. Аппарат открывается до пускового открытия 30%→Агрегат начинает вращаться→при n=50% включается соленоид х.х., направляющий аппарат прикрывается до х.х. турбины→при n=95% включается возбуждение→подается вода на кондиционеры, вступает в работу АПЧ, вступает в работу автосинхронизатор, вступает в работу ПУН→включается генераторный выключатель.

Режимы работы гидрогенераторов

Генератор может работать в режиме синхронного компенсатора с целью регулирования реактивной мощности в энергосистеме. В этом режиме для компенсации сдвига фаз между током и напряжением и регулирования напряжения в ЛЭП генератор переводится в двигательный режим, вырабатывая или потребляя реактивную мощность.

Под режимами генератора подразумевают такие режимы, в которых он может длительно работать без ограничений. К нормальным относятся все режимы с неполной нагрузкой и режимы с переменной нагрузкой при условии, что в процессе изменения нагрузки параметры генератора не отклоняются за пределы допустимых значений.

Анормальные режимы работы в СГ:

· перегрузка (в нормальном режиме ограничена техническими характеристиками; в аварийном режиме возникает при кз, форсировки возбуждения, выпадения из синхронизма. В таких режимах возможен перегрев обмоток, а также механические повреждения.) Перегрузки генераторов по току статора и ротора. Длительная перегрузка генераторов и синхронных компенсаторов по току сверх допустимых значений не допускается.

· асинхронный режим (возникает при потере возбуждения. ЭМ момент уменьшается. Момент турбины начинает ускорять ротор. Генератор выпадает из синхронизма, машина должна быть аварийно отключена от сети.)

· несимметричный режим (возникает при отключении, обрыве фазы. Токи нулевой последовательности вызывают дополнительный нагрев, вибрацию. Токи обратной посл-ти создают поле, благодаря которому в обмотке ротора, создаются токи повышенной частоты, они создают индукционный нагрев частей Г.)

Условия включения на параллельную работу

На электрических станциях устанавливают несколько генераторов, которые отдают свою энергию на общие шины, т.е. работают параллельно. В этом случае в зависимости от потребной мощности включают на работу такое количество генераторов, чтобы каждый из них был полностью загружен. Синхронные трехфазные генераторы можно включить на параллельную работу, если выполнены следующие условия:

1) Напряжения работающего и подключаемого генератора равны

2) Частоты генераторов равны

3) Генераторы имеют одинаковый порядок чередования фаз: А1,В1,С1; А2,В2,С2.

Если напряжения генераторов не равны, то в обмотках генераторов возникает уравнительный ток. Уравнительный ток создает потери на нагрев обмоток статора.

2. Трансформаторы (типы,конструкция). Условия параллельной работы трансформаторов. Режимы работы трансформаторов.

Трансформатором - электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования (понижения или повышения) напряжения в сетях переменного тока. Трансформаторы получили широкое распространение в связи с необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Обмотку, к которой подводят энергию переменного тока, называют первичной, а от которой отводят вторичной.

Принцип действия трансформатора основал на законе электромагнитной индукции. Трансформаторы, предназначенные для повышения на­пряжении, называют повышающими, а для понижения напряжения — понижающими. Трансформаторы делят на однофазные и трехфазные.

По назначению различают следующие трансформаторы:

а) силовые — для преобразования электроэнергии для питания силовой и осветительной нагрузки;

б) специальные — для питания токоприемников спе­циального назначения (электропечи, электросварка и др.);

в) измерительные - дли подключения измерительных приборов;

г) автотрансформаторы — для преобразования напря­жения в небольших пределах в лабораториях, при пуске в ход двигателей переменного тока, для бытовых нужд и других целей.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

· Магнитопровод - Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора, выполняется из электротехнической стали.

· Обмотки- совокупность витков., бывает винтовая, дисковая, фольговая.

· каркас для обмоток

· изоляция

· система охлаждения

· прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и т.п.

Режимы работы

1)Режим холостого хода. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода. Ток холостого хода i₀, проходящий по первичной обмотке, имеет две составляющие: активную i_0a и реактивную i_0р. При этом Í = Í_0a + Í_0р . Реактивная составляющая называется намагничивающим током, этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Активная составляющая обеспечивает поступление в трансформатор электрической энергии, необходимой для компенсации потерь энергии в стали магнитопровода. Она невелика, поэтому ток холостого хода практически можно считать равным намагничивающему току: I₀≈ I_0р.

2)Нагрузочный режим.При подключении нагрузки Z_H ко вторичной обмотке трансформатора он начинает отдавать нагрузке мощность. Увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i₂ во вторичной обмотке возрастает и ток i₁ в первичной обмотке.

Схема магнитных потоков в трансформаторе при нагрузке

Магнитный поток трансформатора определяется значением напряжения U₁ и практически не зависит от нагрузки.

Короткое замыкание.

Напряжение короткого замыкания является важным показателем, его выражают в процентах от U_1НОМ: u_k% = (U_k / U_1НОМ) 100. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальном напряжении, то в обеих обмотках возникают большие токи, при этом повышается температура обмоток. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Для ограничения токов короткого замыкания мощные трансформаторы выполняют с повышенными значениями u_к%, т. е. с повышенным внутренним индуктивным сопротивлением обмоток.

При параллельной работе двух или нескольких трансформаторов должны быть выполнены следующие условия:

1. Произведена фазировка тран-ов.

2. одинаковы напряжения как первичных, так и вторичных обмоток, т.е. допускается разность коэффициентов трансформации не более 0,5 %.
3.Группы соединения обмоток должны быть одинаковы.
4.Напряжения короткого замыкания должны быть одинаковы. Допускается отклонение от среднего значения Uк не более чем на ±10 %.

3. Механизмы и оборудование собственных нужд ГЭС. Основные агрегатные потребители и станционные системы, обеспечивающие технологические процессы на ГЭС

На гидроэлектростанциях электрическая энергия расходуется на управление гидро- и электротехническим оборудованием, охлаждение генераторов и трансформаторов, обогрев гидротехнического оборудования в зимнее время, вентиляцию, освещение. При выборе источников питания и их сравнительной оценке следует учитывать нагрузки собственных нужд

Основные требования, предъявляемые к системе собственных нужд, состоят в обеспечении надежности и экономичности работы механизмов собственных нужд. Первое требование является наиболее важным, поскольку нарушение работы механизмов собственных нужд влечет за собой расстройство сложного технологического цикла производства электроэнергии, нарушение работы основного оборудования, а иногда и станции в целом и развитие аварии.

К СН относятся судоходные шлюзы, поселок энергетиков, трамвай. В СН могут входить небольшие предприятия, обеспечивающие технологический цикл станции. Источники СН: сами блоки, система и близлежащая подстанция. Независимым источником СН является АКБ. На ГЭС для электроснабжения должно быть не менее двух независимых источников. Питание ответственных потребителей осуществляется от двух независимых источников. Перерыв питания составляет время ввода АВР. Для обеспечения независимого питания допускается дизель – генератор.

Механизмы с.н. ГЭС по назначению делятся на агрегатные, блочные и общестанционные. Агрегатные механизмы с.н. обеспечивают пуск, остановку и нормальную работу гидроагрегатов и связанных с ними при блочных схемах повышающих силовых трансформаторов. К ним относятся: масляные насосы системы регулирования гидротурбины; компрессоры маслонапорных установок, насосы и вентиляторы охлаждения силовых трансформаторов; масляные насосы системы смазки подпятника и подшипника агрегата; насосы непосредственного водяного охлаждения генераторов; компрессоры системы торможения агрегата.

Блочные – это частный случай агрегатных СН. В этом случае хватает на обеспечение блока одного трансформатора.

К общестанционным относятся: насосы твс; насосы откачки воды из спиральных камер и отсасывающих труб; насосы хозяйственного водоснабжения; дренажные насосы; пожарные насосы; устройства обогрева и вентиляции аккумуляторных батарей; краны; подъёмные механизмы затворов плотины, щитов отсасывающих труб, сосроудерживающих решеток; компрессоры ОРУ; отопление, освещение и вентиляция помещений и сооружений; устройства обогрева затворов, решеток и пазов. При централизованной системе снабжения агрегатов сжатым воздухом в состав общестанционных входят и компрессоры маслонапорных установок и торможения агрегатов.

На состав и мощность электроприёмников с.н. ГЭС оказывают влияние климатические условия: при суровом климате появляется значительная нагрузка обогрева выключателей, масляных баков, решеток, затворов, пазов; при жарком климате эти нагрузки отсутствуют, но возрастает расход энергии на охлаждение оборудования, вентиляцию, кондиционирование.

Режимы работы

На ГЭС относительно малая доля механизмов с.н. работает непрерывно в продолжительном режиме. Сюда относятся: насосы и вентиляторы охлаждения генераторов и трансформаторов; насосы водяной или масляной смазки подшипников. Эти механизмы принадлежат числу наиболее ответственных и допускают перерыв питания лишь на время действия автоматического ввода резерва (АВР). В продолжительном режиме работают также насосы твс и устройства обогрева. Остальные электроприёмники работают повторно-кратковременно, или даже только эпизодически. К числу ответственных механизмов с.н. следует также отнести пожарные насосы, насосы маслонапорных установок, некоторые дренажные насосы, компрессоры ОРУ, механизмы закрытия затворов напорных трубопроводов. Эти механизмы допускают перерыв питания до нескольких минут без нарушения нормальной и безопасной работы агрегатов. Остальные потребители с.н. можно отнести к неответственным.

На ГЭС малой мощности выполняется одна ступень СН.

4. Установки постоянного тока с аккумуляторными батареями. Режимы работы установок постоянного тока. Схемы постоянного оперативного тока. Потребители постоянного тока. Системы контроля изоляции постоянного тока.

Электроустановки постоянного тока с аккумуляторами в системе с.н. станций (подстанций) являются независимыми. Установка постоянного тока состоит из одной или нескольких аккумуляторных батарей, преобразователей энергии переменного тока в постоянный и соответствующего РУ. Uном установки пост тока обычно равно 220 В. Число батарей и их ёмкость выбирают в зависимости от мощности ГА, их количества, напряжения РУ, взаимного расположения РУ и здания станции.

На ГЭС мощностью до 500МВт с РУ 110-330кВ расположеные в непосредственной близости от здания ГЭС, как правило принимается одна АКБ. Если РУ находится на удаленном расстоянии, то принимается две АКБ (одна в здании станции, вторая на ОРУ или ЗРУ) без взаимного резервирования.

Если установленная мощность ГЭС больше 500МВт и напряжение 110-330кВ – принимается две батареи. Их взаимное расположение и резервирование определяется проектированием. На ГЭС любой мощности с ОРУ или ЗРУ с напряжением 500кВ устанавливается две АКБ.

Применяются два режима работы аккумуляторных батарей: заряд-разряд и постоянный подзаряд.

· Режим заряд-разряд характеризуется тем, что после заряда аккумуляторной батареи зарядное устройство отключается и батарея питает постоянную нагрузку (лампы сигнализации, приборы управления), периодически кратковременную нагрузку (электромагнитные приводы выключателей) и аварийную нагрузку. Разряженная до определенного напряжения батарея вновь подключается к зарядному агрегату, который, заряжая батарею, одновременно питает нагрузку. Для батареи, работающей по методу заряд-разряд, один раз в три месяца производится перезарядка.

· Режим постоянного подзаряда заключается в следующем. Батарея непрерывно подзаряжается от подзарядного агрегата, и поэтому она находится в любой момент в состоянии полного заряда. Толчковые нагрузки, возникающие в сети постоянного тока, воспринимает аккумуляторная батарея. Один раз в месяц батарея, работающая в режиме постоянного подзаряда должна быть заряжена от зарядного агрегата.

Зарядно-подзарядное должно обеспечивать номинальное напряжение и заряд батареи не менее 90% мощность Рном. В течении 8 часов после предшествующего получасового разряда. Для заряда АКБ должна быть обеспечена работа двух параллельных ЗПУ.

Аккумуляторные батареи устанавливаются в отдельном помещении. Помещение должно быть сухим, не подвергающимся резким изменениям температуры, тряске или колебаниям. АКБ устанавливается в незатапливаемом помещении и с естественным освещением, вентилируемым.

Режимы работы и нагрузки электроустановок постоянного тока. При нормальной работе станции аккумуляторные батареи и соответствующие преобразователи включены параллельно. Нагрузку сети постоянного тока составляют лишь сигнальные лампы, указатели положения коммутационных аппаратов и реле с подтянутым якорем. Соответствующий этой нагрузке продолжительный ток нормального режима I_норм, принимает на себя преобразователь, присоединённый к сети с.н. переменного тока 380/220 В. Батарея заряжена, но является также потребителем энергии. Через неё проходит небольшой подзарядный ток, компенсирующий саморазряд.

При потере напряжения в системе с.н. нагрузку потребителей всех групп принимает на себя аккумуляторная батарея. Эта нагрузка состоит из продолжительной нагрузки нормального режима I_норм,, продолжительной нагрузки аварийного режима I_ав. Продолжительный разрядный ток батареи Iпрод = Iнорм+Iав.

При внезапном набросе аварийной нагрузки напряжение аккумуляторной батареи снижается. В процессе заряда напряжение батареи повышается.

Рис 2

Характеристика заряда имеет вид: рис 2. Заряд идёт длительно, небольшим током. Максимальное напряжение на одном элементе Umax=2,3В.

Все потребители постоянного оперативного тока делятся по степени их ответственности на несколько категорий. Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока РЗ, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления, которые для повышения надёжности делятся на несколько секций. Каждая секция шинок управления питает цепи РЗ, автоматики управления определённого участка. Между секциями установлены рубильники, позволяющие производить питание от соседней секции при повреждении питающей линии. На каждой линии, отходящей от шин аккумуляторной батареи, установлены рубильники и плавкие предохранители, исправность которых непрерывно контролируется сигнальными лампами или специальными реле. Питание от шинок управления на цепи РЗ, автоматики и управления подаётся через отдельные предохранители для каждого выключателя. Цепи сигнализации также часто питаются от отдельных шинок сигнализации. Однако ввиду меньшей ответственности они делятся на меньшее количество секций. В тех случаях, когда отдельные шинки сигнализации не предусматриваются, питание цепей сигнализации производится от цепей управления через отдельные предохранители.

Рис. 1. Схема подключения источника постоянного оперативного тока (аккумуляторной батареи) в распределительном устройстве

Аккумуляторная батарея работает на шинки постоянного тока, от которых отходят линии, питающие секции оперативного тока для каждой группы потребителей. ШУ – шинки для питания устройства релейной защиты, автоматики и управления (обычно отдельная шинка для каждой секции шин), ШС - шинки сигнализации и ШВ – шинки питания электромагнитов включения выключателей. Аккумуляторная батарея является также источником аварийного освещения подстанции.

Предусмотрено два способа периодического контроля изоляции: «По напряжению» и «По сопротивлению».

При замыкании полюса на землю в сети постоянного тока отыскание места заземления производится путем разделения сети постоянного тока секционирующими аппаратами на независимые участки, каждый из которых питается от отдельного источника (один — от зарядного агрегата, другой — от аккумуляторной батареи). При этом контролируется сопротивление изоляции каждого участка. Если замыкание на землю будет обнаружено на одном из участков, то переключением отдельных цепей с одного участка на другой либо кратковременным снятием напряжения с менее ответственных присоединений устанавливается цепь, имеющая повреждение изоляции.

5. Требования предъявляемые к главным схемам электрических соединений ГЭС. Критерии выбора главной схемы. Варианты схем РУ. Анализ надежности, гибкости, ремонтопригодности схем.

Выбор схем электрических соединений является важным этапом проектирования электростанций. От выбранной схемы зависит надежность работы электроустановки, ее экономичность, оперативная гибкость и удобство эксплуатации, безопасность обслуживания, возможность расширения.

Под надёжностью для электростанции подразумевается, что она должна обеспечивать выдачу заданного ей количества электрической и тепловой энергии нормированного качества. При выборе главной схемы совершенно необходим предварительный отбор вариантов на основе качественного анализа надёжности и пригодности схемы в заданных условиях.

Вторым важным требованием, предъявляемым к главным схемам, является их экономичность, т.е. требование минимальных затрат материальных ресурсов и времени при сооружении распределительного устройства (РУ), воплощающего в натуре выбранную электрическую схему, и минимальных ежегодных расходов на его эксплуатацию.

При оценке экономичности главных схем сравнивают расчётные затраты на выполнение различных вариантов схем, учитывающие и капитальные вложения и ежегодные эксплуатационные расходы. Экономичность оценивается суммой стоимости показателей: капитальных вложений, стоимость годовых потерь электроэнергии, годовых издержек на ремонт и обслуживание.

За критерий выбора варианта главной схемы принимают простое условие наименьшего значения ежегодных расчётных затрат.

Весьма существенным является требование маневренности главной схемы, под которой понимают возможность лёгкого приспособления схемы к изменяющимся условиям работы как в эксплуатации, так и при расширении станции, а также возможность ремонтов оборудования РУ без нарушения нормальной работы присоединений (ремонтопригодность). Наглядность схемы и её хорошая обзорность в натуре значительно повышают оперативную надёжность, уменьшая вероятность ошибочных действий персонала.

Выбор главных схем эл.соединений электростанций производится на основании утвержденных схем развития энергосистемы и схемы развития эл.сетей прилегающего района на планируемое пятилетие с перспективой на 10 лет.

Главные эл.схемы проектируются исходя из следующих требований:

· Ремонт выключателей 110кВ и выше производится без отключения присоединений

· Воздушная линия отключается от РУ не более чем двумя выключателями

· Отказы выключателей РУ в нормальном и ремонтных режимах не должны приводить к одновременной потере двух транзитных параллельных линий, а также одновременному отключению нескольких линий, если при этом нарушается устойчивость параллельной работы ЭЭС

· При отказах выключателей в нормальном режиме РУ не должно отключаться более одного блока, а в ремонтном режиме РУ – не более двух блоков, при этом не должны возникать перегрузка линий и нарушение устойчивости.

К элементам главной схемы кроме основного электрооборудования (генераторы и трансформаторы), относятся шины, разъединители, выключатели, реакторы и измерительные трансформаторы.

При выборе схем ГЭС необходимо учитывать их особенности. Увеличение установленной мощности практически исключается: она проектируется по максимальному водотоку, вследствие чего число линий высокого напряжения обычно не увеличивается, а поэтому расширения РУ ВН не требуется. Эта особенность ГЭС позволяет широко применять схемы многоугольников, сдвоенных квадратов, схемы с 3/2 и 4/3 выключателя на цепь.

Гэс как правило сооружаются на территории со сложной топографией и ограниченной площадью для сооружения РУ повышенного напряжения. Это приводит к необходимости применения простых схем с наименьшим числом выключателей.

Главная схема должна быть маневренной,т.е. должна быть приспособленной к различным режимам работы и ремонтам; в любой ситуации ЭС должна выдавать мощность!!!

Варианты схем РУ

РУ с одной системой сборных шин применяются на напряжение 6,10,35 кВ (ОРУ, ЗРУ), 110, 220 кВ (КРУ). Выполняется без секционирования и с секционированием. На каждое присоединение устанавливается выключатель, но при аварии РУ гасится полностью. При ремонте выключателя присоединения полностью теряется потребитель или генератор. Надежность электроснабжения повышается секционированием. Так же используется одна система сборных шин с обходной системой шин. Схема более гибкая, но дорогая, РУ громоздкое.

Схема с двумя системами сборных шин применяется в РУ напряжением 110-220 кВ. Данная схема позволяет выводить в ремонт выключатели без отключения присоединения. Для ОРУ выполняется обходная система шин. При большом числе присоединений, шины секционируются.

При относительно небольшом числе присоединений применяются схемы многоугольников (треугольник (110-220 кВ), четырехугольник (220 кВ), схема связанных четырехугольников). При большом числе присоединений преимущественное распространение получила схема с тремя выключателями на два присоединения (3/2) (330-750 кВ). Полуторная схема имеет следующие преимущества: ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным количеством операций при выводе этих элементов в ремонт, разъединители выполняют только ремонтные функции (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением); обе системы шин могут быть отключены одновременно без нарушения работы присоединений. Как видно, полуторная схема сочетает надёжность схемы со сборными шинами и маневренность схемы многоугольника. К недостаткам полуторной схемы относятся большое количество выключателей и трансформаторов тока, усложнение релейной защиты присоединений и необходимость выбора выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи.

Если число линий вдвое меньше или больше числа трансформаторов, наилучшие показатели имеет схема 4/3, она более экономична. Применяются также упрощенные схемы трансформатор - шины с подключением линий через два выключателя(если присоединений 5-6), блоков генератор- трансформатор –линия.

При числе присоединений 3-4 используется квадрат или треугольник.

Четырехугольник

4/3

3/2

Связанный четырехугольник