Общие принципы построения электрических схем станций и подстанций

1. ТЕМА 2. Электрические схемы станций и подстанций Лекция 2.1 Общие принципы построения электрических схем станций и подстанций

6В07106 – Электроэнергетика
Разработчик и лектор: к.т.н., профессор кафедры
Электроэнергетики Леньков Юрий Аркадьевич

2.

2.1 Требования, предъявляемые к электрическим схемам
электростанций и подстанций
Главная схема электрических соединений является наиболее
ответственным элементом электрической части электростанции
и подстанции. Она должна быть увязана с схемой
электроснабжения потребителей и при своем конечном развитии
учитывать поэтапное развитие сетей системы, обладать высокой
эксплуатационной надежностью и экономичностью.
Главной схемой электрических соединений электростанции
(подстанции)
называется
совокупность
основного
электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии),
сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры
со всеми выполненными между ними соединениями.
Выбор главной схемы является определяющим при
проектировании электрической части подстанций, так как он
определяет полный состав элементов и связей между ними.
Выбранная главная схема является исходной при составлении

3.

принципиальной схемы электрических соединений, схемы
собственных нужд, схемы вторичных соединений, монтажных
схем и т.д.
Выбор главной схемы является определяющим при
проектировании электрической части станций и подстанций, так
как он определяет полный состав элементов и связей между
ними. Выбранная главная схема является исходной при
составлении принципиальной схемы электрических соединений,
схемы собственных нужд, схемы вторичных соединений,
монтажных схем и т.д.
Из сложного комплекса требований, предъявляемых к
главным схемам электрических станций и подстанций, можно
выделить следующие требования:
- надежность электроснабжения потребителей;
- приспособленность к проведению ремонтных работ;
- оперативная гибкость электрической схемы;
- экономическая целесообразность.

4.

Надежность–свойство
электроустановки,
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
электрическую систему, транзит мощности через шины.
Надежность схемы должна соответствовать характеру
(категории) потребителей, получающих питание от данной
электроустановки.
Приспособленность электроустановки к проведению
ремонтов определяется возможностью проведения ремонтов без
нарушения или ограничения электроснабжения потребителей.
Есть схемы, в которых для ремонта выключателя надо
отключать данное присоединение на все время ремонта, в
других схемах требуется лишь временное отключение
отдельных присоединений для создания специальной

5.

ремонтной схемы; в-третьих ремонт выключателя производится
без нарушения электроснабжения даже на короткий срок.
Оперативная гибкость электрической схемы определяется ее
приспособленностью
для
создания
необходимых
эксплуатационных режимов и проведения оперативных
переключений.
Экономическая целесообразность схемы оценивается
приведенными затратами, включающими в себя затраты на
сооружение установки – капиталовложения, ее эксплуатацию и
возможный ущерб от нарушения электроснабжения.
Главные
схемы
электрических
соединений
теплофикационных и конденсационных электростанций
различны. На теплофикационных электростанциях, как правило,
большая часть вырабатываемой электрической энергии
распределяется близко расположенным потребителям, а в
систему
выдается
незначительная
мощность.
Однако
существуют также теплофикационные электростанции с
мощными теплофикационными турбинами, передающие

6.

основную часть вырабатываемой электрической энергии в
энергосистему. Связь с энергетической системой всегда
осуществляется на напряжениях
110 кВ и выше, а для
питания
близко
расположенных
потребителей
предусматриваются
распределительные
устройства
напряжением 6÷35 кВ.
Конденсационные электростанции всю вырабатываемую
электрическую энергию передают в энергетическую систему на
напряжениях 110—500 кВ.
Главные схемы мощных блочных тепловых электростанций с
блоками 160 МВт и выше, кроме выше указанных требований,
должны удовлетворять следующим требованиям:
- при любом виде повреждения, включая короткое замыкание
на сборных шинах, должно отключаться не более одного
энергоблока;
- количество операций разъединителями должно быть
минимальным;
- ремонт всех выключателей 110—500 кВ должен быть

7.

возможным
без
отключения
энергоблоков,
линий,
трансформаторов связи и собственных нужд;
- должна быть исключена одновременная потеря обеих систем
шин, двух цепей транзита и резервных источников питания
собственных нужд.
2.2 Главные схемы КЭС (ГРЭС)
2.2.1 Составление структурных схем КЭС (ГРЭС)
Электрические
станции
типа
КЭС
сооружаются
непосредственно у источника топлива и выдают выработанную
электрическую энергию в прилегающую электрическую сеть
энергосистемы напряжением 110 кВ и выше.
На КЭС, как правило, имеется два распределительных
устройства повышенного напряжения. Распределительное
устройство (РУ) среднего напряжения (СН) служит для
электроснабжения
потребителей
местного
района.
Распределительное устройство высшего напряжения (ВН)
служит для выдачи мощности в систему.

8.

При
проектировании
электрической
схемы
КЭС
составляются варианты структурных схем, которые показывают
распределение
блоков
между
распределительными
устройствами
и
связь
между
распределительными
устройствами.
Структурные схемы КЭС (ГРЭС) строятся с использованием
блоков генератор-трансформатор .
На рисунке 1 приведены различные схемы исполнения
блоков.
Наличие генераторного выключателя в блоке снижает
количество операций с выключателями в РУ повышенного
напряжения и в РУ собственных нужд, повышая тем самым
надежность этих РУ. Пуск и останов блока осуществляется с
помощью рабочего трансформатора собственных нужд и
генераторного выключателя. Кроме того рабочие и резервные
трансформаторы собственных нужд имеют одинаковую
мощность.

9.

а – блок с двухобмоточным трансформатором и генераторным
выключателем; б – блок с автотрансформатором;
в – объединенный блок
Рисунок 1 – Схемы исполнения блоков

10.

При установке в блоках с генераторами повышающих
трехфазных
трансформаторов,
согласно
НТП,
предусматривается резервный не присоединенный трехфазный
трансформатор, один на шесть и более однотипных рабочих
трансформаторов.
Если в блоке с генератором, устанавливается группа из
однофазных трансформаторов в этом случае, предусматривается
резервная фаза, которая поставляется с первым блоком.
Схема с повышающими блочными автотрансформаторами,
рисунок 1,б, применяется в том случае, если в РУ среднего
напряжения имеется избыток генерирующей мощности. Это
обусловлено тем, что повышающий автотрансформатор по
условию загрузки общей обмотки, при номинальной нагрузке
третичной обмотки, допускает передачу дополнительной
мощности со стороны СН на сторону ВН.
Объединенный блок применяется на КЭС на напряжении 330
кВ и выше, что приводит упрощению схемы повышенного
напряжения.

11.

Структурные схемы КЭС составляются путем варьирования
количества блоков подключенных к РУ высокого и среднего
напряжения, а также путем изменения связи между РУ.
Если с шин РУ повышенного напряжения мощность КЭС
выдается в сети с эффективным заземлением нейтрали, то для
их связи устанавливаются трехфазные или однофазные
автотрансформаторы без подключения или с подключением к их
третичной обмотке генераторов.
Согласно НТП для связи РУ повышенных напряжений
устанавливаются,
как
правило,
по
два
трехфазных
автотрансформатора. В случае отсутствия трехфазных
автотрансформаторов необходимой мощности применяются
группы из однофазных автотрансформаторов. При установке
одной или двух групп однофазных автотрансформаторов связи
должна одновременно устанавливаться резервная фаза.
В схеме с отдельными автотрансформаторами связи
суммарная мощность блоков, присоединенных к РУ среднего

12.

напряжения, должна примерно соответствовать максимальной
мощности потребителей местного района.
Варианты структурных схем КЭС представлены на
рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 – Структурная схема КЭС с автотрансформаторами
связи

13.

Рисунок 3 – Структурная
автотрансформаторами связи
схема
КЭС
с
блочными

14.

2.3 Типовые схемы КЭС
На электростанциях типа КЭС устанавливаются энергоблоки
200, 300 и 500 МВт. Выработанная электроэнергия выдается в
энергосистему на напряжениях 220, 330 и 500 кВ. На КЭС
сооружаются обычно два распределительных устройства
высокого (ВН) и среднего (СН) напряжения связь между
которыми осуществляется с помощью трехфазных или
однофазных автотрансформаторов, рисунки 4 и 5.
Обычно устаналиваются два трехфазных автрансформатора
или группа из однофазных автотрансформаторов необходимой
мощности с одной резервной фазой.
При двух группах однофазных автотрансформаторов связи
резервная фаза с первой группой, как правило, не
устанавливается,
однако,
необходимо
предусматривать
опережающую установку фазы от второй группы на период
работы только одной группы. Присоединение резервной фазы
должно осуществляться путем перекатки ее на место
заменяемой фазы.

15.

Рисунок 4 − Первый вариант схемы электрических
соединений КЭС с блоками 8×500 МВт и напряжениями 500 и
220 кВ

16.

Рисунок 5 − Второй вариант схемы электрических
соединений КЭС с блоками 8×500 МВт и напряжениями 500 и
220 кВ

17.

При наличии нескольких вариантов схем, удовлетворяющих
требованиям надежности, предпочтение отдается:
- более простому и экономичному варианту, как по конечной
схеме, так и по этапам ее развития;
- варианту, по которому требуется наименьшее количество
операций с выключателями и разъединителями РУ
повышенного напряжения при оперативных переключениях.
2.4 Главные схемы ТЭЦ
2.4.1 Общие сведения
Электрические
станции
типа
ТЭЦ
сооружаются
непосредственно у потребителей и предназначены для
комбинированной выработки тепловой и электрической
энергии. На ТЭЦ может быть два распределительных
устройства повышенного напряжения и генераторное
распределительное устройство (ГРУ).
ГРУ 6 – 10 кВ служит для электроснабжения местной
нагрузки. По условию ограничения токов КЗ к ГРУ

18.

подключается не более двух генераторов мощностью 100 МВт
или четырех генераторов мощностью по 63 МВт. Другие
генераторы присоединяются по схеме блока к РУ повышенных
напряжений.
РУ среднего напряжения 35 или 110 кВ служат для
электроснабжения
потребителей
местного
района.
Распределительное устройство высшего напряжения (ВН)
110 ÷ 220 кВ служат для выдачи мощности в систему.
В
блоке
между
генератором
и
двухобмоточным
повышающим трансформатором, согласно НТП, должен
устанавливаться генераторный выключатель. При отсутствии
выключателя на соответствующий ток отключения допускается
применение выключателя нагрузки.
При проектировании электрической станции составляются
варианты
структурных
схем,
которые
показывают
распределение
генераторов
или
блоков
между
распределительными
устройствами
и
связь
между
распределительными устройствами.

19.

2.4.2 Структурные схемы теплоэлектроцентралей
Структурная схема теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) зависит от
соотношения установленной мощности станции и минимальной
мощности местной нагрузки.
Возможны три варианта построения структурных схем ТЭЦ:
- неблочного вида с шинами ГРУ 6-10 кВ, рисунки 6, 7 и 8;
- блочного вида, рисунок 9;
-смешанного вида, рисунок 10.
Если мощность местной нагрузки составляет не менее 50%
установленной мощности ТЭЦ, то целесообразно сооружать РУ
генераторного напряжения 6 ÷ 10 кВ, к которому подключаются
генераторы и кабельные линии сети местной нагрузки. Число
генераторов подключенных к шинам ГРУ должно быть таким,
чтобы при отключении одного из генераторов, не требовалось
получать электроэнергию с шин РУ повышенного напряжения.

20.

Рисунок 6 – Структурная схема ТЭЦ с трехобмоточными
трансформаторами связи

21.

Рисунок 7 − Структурная схема ТЭЦ с автотрансформаторами
связи

22.

Рисунок 8 – Структурная схема ТЭЦ с двухобмоточными
трансформаторами

23.

При наличии местной нагрузки не только на генераторном,
но и на среднем напряжении, связь между РУ повышенных
напряжений может осуществляться:
- трёхобмоточными трансформаторами при напряжениях
, рисунок 6;
- автотрансформаторами при
,
рисунок 7;
- двухобмоточными трансформаторами, если мощность,
выдаваемая на одном напряжении менее 15% мощности
выдаваемой на другом напряжении, рисунок 8.
В том случае если мощность местной нагрузки на шинах ГРУ
6 – 10 кВ составляет не более 30% установленной мощности
ТЭЦ, то рекомендуется строить структурную схему по блочному
принципу, рисунок 9 или смешанного вида, рисунок 10.
При этом питание местной нагрузки и собственных нужд, в
схеме рисунок 9, осуществляется путём ответвлений от
генераторов с установкой реакторов или понижающих
трансформаторов.

24.

Рисунок 9 – Структурная схема ТЭЦ блочного вида

25.

Рисунок 10 – Структурная схема ТЭЦ смешанного вида

26.

2.4.3 Типовые схемы ТЭЦ
ТЭЦ большую часть вырабатываемой электрической
мощности выдают потребителям на генераторном напряжении 6
– 10 кВ. Для этой цели на ТЭЦ сооружается ГРУ 6 – 10 кВ, как
правило, с одной секционированной и реактированной системой
шин. Количество генераторов присоединенных к ГРУ 6 10 кВ
должно быть таким, чтобы при остановке одного генератора
оставшиеся полностью обеспечивали электроснабжение
потребителей.
Остальная мощность через трансформаторы связи с высшим
напряжением 110 или 220 кВ выдается в энергосистему. На
напряжении 110 и 220 кВ ТЭЦ сооружаются распределительные
устройства с двумя рабочими и обходной системами шин.
На рисунках 11 и 12 приведены два возможных варианта
главных схем электрических соединений ТЭЦ 5×63 МВт с
напряжениями 110, 35 и 6−10 кВ.

27.

Рисунок 11 – Первый вариант схемы электрических
соединений ТЭЦ 5×63 МВт с напряжениями 110, 35 и 6−10 кВ

28.

Рисунок 12 – Второй вариант схемы электрических
соединений ТЭЦ 5×63 МВт с напряжениями 110, 35 и 6−10 кВ

29.

2.5 Главные схемы подстанций
Схема электрической подстанции зависит от состава
оборудования (трансформаторов и количества питающих линий
электропередач),
нагрузки
между
распределительными
устройствами разного напряжения и связи между этими
распределительными устройствами.
На рисунке 13 показаны структурные схемы подстанций.
На подстанциях с двухобмоточными трансформаторами
электроэнергия
от
энергосистемы
поступает
на
распределительное устройство высшего напряжения (РУВН),
(рисунок 13, а, г), затем трансформируется и подается
распределительное устройство низшего напряжения (РУНН). С
шин РУНН мощность распределяется между потребителями.
РУВН подстанции предназначено для приема электрической
энергии от линий электропередачи к трансформатору.
Если на шинах РУВН подстанции осуществляется связь
между отдельными частями энергосистемы и питаниТ

30.

Рисунок 13 ‒ Структурные схемы подстанций

31.

потребителей,
то
в
этом
случае
устанавливаются
трехобмоточные трансформаторы (рисунок 13, б) или
автотрансформаторы (рисунок 13, в).
Распределительные устройства среднего и низшего
напряжений выполняют функции приема и распределения
электроэнергии.
Распределительные
устройства
могут
выполняться
комплектными, сборными, открытого типа (ОРУ) и закрытого
типа (ЗРУ).
На рисунке 14 представлена принципиальная электрическая
схема подстанции с напряжениями 110/35/6−10 кВ.

32.

Рисунок 14 – Принципиальная электрическая
подстанции с напряжениями 110/35/6 кВ
схема

33.

Т

34.

Т