Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

НАПРЯЖЕНИЯ И ЧИСЛО ЦЕПЕЙ ЛИНИЙ СВЯЗИ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

ГЭУ присоединяется к энергосистеме посредством линий электро-передачи. Различают магистральные линии, образующие основные сети энергосистем, и районные.сети.

Магистральные линии переменного тока в СССР сооружаются на напряжения 220 кВ и выше. Наиболее распространенными являются напряжения 500 и 750 кВ. Районные сети сооружаются на напряжения 220 кВ и ниже. Наиболее широким распространением в распределительных сетях пользуется напряжение 110 кВ. Существуют две системы— с шагом шкалы примерно два: система 110-220-500-1150 кВ и система 150-330-750 кВ, имеющая меньшее распространение. Смешение напряжений внутри этих систем нежелательно.


Выбор напряжения и числа цепей линий выдачи мощности от ГЭС и ГАЭС и получения мощности для НС зависит в основном от передаваемой мощности и дальности передачи. При выборе напряжения и числа цепей ли- ний можно руководствоваться данными табл. 10-1 и графиками областей применения разных номинальных напряжений сетей (рис. 10-10). При построении графиков, кроме технических условий передачи, учитывались капитальные затраты на сооружение линий и подстанций, ежегодные расходы и сроки окупаемости.

Линии передачи постоянного тока применяются в качестве магист-ральных линий энергосистем или для связи между энергосистемами. Для линий электропередачи постоянного тока применяются напряжения ±400, ±750 и намечается ±1100 кВ. Выбор напряжения производится на основе детальных технико-экономдгческих расчетов.

Главной схемой определяются наивыгоднейшие соединения между генераторами (двигателями), трансформаторами и отходящими линиями к системе и к потребителям. По принятой схеме производятся электрические расчеты, выбираются аппараты, создаются конструкции распределительных устройств. На схемах условными изображениями (по ГОСТ 2755—74) показываются генераторы, трансформаторы, реакторы, выключатели,, разъединители и все прочие электрические аппараты и в принятом порядке соединения между ними.


Основные требования к схемам: надежность для обеспечения бесперебойности (безотказности) электроснабжения в разнообразных условиях эксплуатации; гибкость или маневренность схемы для сохранения электроснабжения в аварийных условиях и преднамеренном выводе в ремонт отдельных участков соединений, наглядность для быстроты ориентации персонала и уменьшения вероятности. ошибочных действий; автоматичность, количественно оцениваемая числом автоматических операций при восстановлении электроснабжения после аварийныхотключений, и экономичность, определяемая значением приведенных затрат, учитывающих как капитальные вложения, так и эксплуатационные расходы. Выбираемая схема в наилучшей степени должна отвечать всем указанным требованиям, главным из которых является надежность. ;

Опытом проектирования, сооружения и эксплуатации установлены основные схемы (рис. 10-13 и 10-14). Последовательность рассмотрения схем производится по условиям повышения надежности, по достижении надежности критерием является снижение капиталовложений и приведенных затрат. Для каждой схемы отмечаются основные преимущества и ¦ недостатки, указываются рекомендуемые сферы применения.

Самой простой и дешевой является схема с одной системой сборных шин. Деление выключателем на две секции повышает надежность схемы. Схема применяется для установок малой и средней мощности на генераторных напряжениях и для неответственных установок на повышенных напряжениях.

Схема с двумя системами сборных шини одним, выключателем на присоединении предусматривает, резерв для общего элемента в схеме — сборных шин. При этом возможен ремонт сборных шин без перерыва питания, раздельная работа генераторов при любой группировке потребителей ка разные системы шин, выделение одной из систем для проведения испытаний. Схема обладает маневренностью и удобна в эксплуатации. Однако При коротком, замыкании на рабочей системе шин неизбежен перерыв питания на время перевода присоединений на резервную систему шин. В схеме обязательно предусматривается междушинный выключатель для перехода с одной системы шин на другую и для замены выводимого в ремонт выключателя цепи генератора или линии. В последнем случае Выключатель снимается и отвозится в мастерскую, взамен выключателя устанавливается обходная перемычка, и это присоединение переключается на резервную систему шин, которая соединяется с рабочей системой через междушинный выключатель. Недостатком рассматриваемой схемы является большое число шинных оперативных разъединителей, затрудняющих автоматизацию схемы и повышающих ее аварийность. Схема широко распространена на средних и мощных станциях для питания местных потребителей на генераторных напряжениях, она имеет большое распространение и на повышенных напряжениях ГЭС.


Для повышения гибкости и надежности схем со сборными шинами одна или обе системы шин делятся выключателями на секции и применяются обходы или обходная система шин.

Самым ответственным элементом схем является выключатель, которым, кроме нормативных эксплуатационных включений и отключений цепей, автоматически производится отключение при появлении токов короткого замыкания при авариях в системе. Поэтому стали применять схемы с двумя выключателями на каждом п р и - соеди и е н и и, обеспечивая тем самым резерв каждого выключателя схемы. Принцип соединения каждого элемента через два выключателя обеспечивает повышенную (максимальную) надежность схемы, но схема является очень дорогой, так как требует удвоенное число аппаратов. Схема, наглядна, маневренна, автоматична, удобна в эксплуатации. Из-за дороговизны эта схема применяется только в мощных установках, от надежности работы которых зависит электроснабжение крупных промышленных районов. Она принята, например, для РУ 500 кВ Волжской ГЭС имени В. И. Ленина.

Несколько дешевле полуторная схема электрических соединеиий (рис. 10-11, а) — три выключателя на два присоединения. Эта схема обладает Всеми преимуществами, но, безусловно, пригодна при одинаковом числе присоединений трансформаторов и линий. В схеме рекомендуется чередование мест присоединения трансформаторов и линий. Схема применяется на повышенных напряжениях энергетических установок.


Кольцевые схемы соединений — треугольни к, квадрат (рис. 10-11,6), пятиугольник и шестиугольник. Схема характеризуется двумя основными факторами — надежностью и дешевизной. Но схема не допускает расширения, так как потребовалась бы замена аппаратов и токопроводов на более мощные. Схема удобна для ГЭУ при небольшом числе присоединений.

Разновидностью кольцевых сХем, особо рекомендуемых для крупных ГЭС на стороне сверхвысоких напряжений (500 и 750 кВ), являются схемы «ш и н ы — ли н и и» и «трансформатор — ш и н ы» (рис. 10-11, в, г). Эти схемы также можно понимать как схемы с двумя системами сборных шин и глухим (без аппаратов) фиксированным присоединением отходящих линий или трансформаторов.

Блочные схемы соединений применяются для ГЭС, если нет местных потребителей, следовательно, нет надобности распределять энергию на генераторном напряжении. Применяются схемы одиночных блоков (рис. 10-12, а), укрупненных блоков (рис.

Блочные схемы наглядны. Простотой и малым числом аппаратов и соединений обеспечиваются надежность и экономичность схем. Эти схемы оказались единственно возможными для сверхмощных агрегатов типа Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС при больших токах и громоздких конструкциях токопроводов на соединениях генератор — трансформатор.

На повышенных напряжениях блоков после трансформаторов применяются схемы со сборными шинами или кольцевые соединения (многоугольники).

Для неответственных установок на повышенных напряжениях при двух блоках трансформатор рекомендуется схема мостик с перемычкой между блоками (рис. 10-12,6), подкупающая своей простотой и дешевизной.

С целью экономии дефицитных и дорогих аппаратов — выключателей, для вторичных подстанций предлагаются упрощенные схемы без выключателей, с применением взамен их дешевых аппаратов — отделителей и короткозамыкателей. Есть тенденция применения упрощенных схем и для ГЭС. - .

При выборе схем НС дополнительно учитываются: 1) режим работы НС — круглый год или только летний период, полное время суток или только несколько часов в сутки; 2) наличие или отсутствие других потребителей энергии вблизи НС — населенных пунктов, промышленных комплексов, электрофицированного транспорта, сельскохозяйственных потребителей. При наличии потребителей схема электроснабжения выбирается с учетом комплексного питания всех потребителей района, а не только НС; 3) принятый способ пуска агрегатов в насосный режим; должны быть внесены соответствующие дополнения в схему электрических соединений, обеспечивающие возможность выполнения принятого,способа пуска насосных агрегатов.


Рекомендуемые схемы электрических соединений НС для наиболее частых условий: 1) на высокой стороне—«мостик», два понижающих трансформатора и схема с одной секционированной системой шин били 10 кВ, к которой подключаются электродвигатели. В конструкции применяются КТП на стороне 35—220 кВ и КРУ (или КРУН) на стороне 6—10 кВ. Предполагается асинхронный пуск электродвигателей от полного напряжения сети (рис. 10-13, а); 2) для более мощных агрегатов на стороне питающего напряжения Принята схема «квадрат». Предусмотрены укрупненные блоки — два двигателя на трансформатор, спуском насосных агрегатов от разворотных электродвигателей, подключенных к шинам 6—10 кВ, питаемым от трансформаторов собственных нужд (рис. 10-13,6).

При разработке схем ГАЭС учитываются особенности обратимых агрегатов, ежесуточные остановки машин и реверсивный режим работы установки.

Для изменения направления вращения агрегатов в схеме предусматривается переключение двух фаз, которое выполняется установкой в параллельных цепях двух выключателей или двух разъединителей.

При остановке машин возможно проведение профилактических ремонтов оборудования и токопроводов. Для пуска агрегатов в насосный режим схема дополняется соединениями в зависимости от принятого способа пуска. Подключение трансформаторов собственных нужд производится со стороны системы до устройств переключения фаз.

КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ГЕНЕРАТОРОВ С ТРАНСФОРМАТОРАМИ И РУ

Выводы генераторов — начала и концы фаз в виде изолированных шин группируются в двух местах. Конструктивно, по согласованию с заводом, они опускаются вниз от обмотки или располагаются в окнах корпуса по высоте статора.

Соединения выводов с повышающими трансформаторами или с РУ выполняются ка-белями, шинами или закрытыми экранированными токопроводами.

Кабельные соединения применяются при небольшой мощности машин и отсутствии места для вывода шинами. На один кабель б—10 кВ допустима нагрузка 300—350 А. При силе тока цепи статора ;2000 А требуется б—7 кабелей на одну машину. В начале и конце кабельных соединений устраиваются кабельные сборки для перехода на шины. Прокладка осуществляется в полу, в каналах, или по стенам кабельных коридоров и туннелей. По сравнению с шинными соединениями кабели имеют преимущества только при сложных условиях трассы.


Кабельные прокладки менее надежны, чем соединения голыми шинами, но требуют меньшего сечения строительных конструкций.

Шинные конструкции соединений получили наибольшее распространение. Выбира-ются голые алюминиевые или медные шины прямоугольных сечений, чаще всего распо-лагаемые на изоляторах в горизонтальной плоскости.

На станциях с агрегатами большой мощности применяются главным образом блочные схемы. При токах 5—6 кА на генераторных напряжениях коммутация может выполняться как шинными конструкциями, так и закрытыми (комплектными) экранированными токопроводами (КЭТ), с трубчатыми шинами квадратного или круглого сечения, заключен-ными в металлические кожухи.

Различают токопроводы (шиноггроводы): с неразделеиными фазами, у которых все три фазы находятся в общем кожухе; с разделенными фазами, у которых общий кожух имеет внутренние междуфазовые перегородки; с обособлениыми фаза м и, у которых каждая фаза заключена в отдельный металлический кожух.

При силе тока 6—8 кА и более выполнение шинных конструкций становится крайне трудным, поэтому применяются почти исключительно КЭТ с обособленными фазами. При этом на станции сокращается объем и время монтажных работ, сводящихся к сборке ком-плектных конструкций промышленного изготовления; повышается безопасность эксплуа-тации.

Однако закрытые токопроводы по. сравнению с открытыми конструкциями имеют большую стоимость и больший расход цветного металла, дополнительные потери энергии в защитных кожухах и худший отвод тепла. При номинальных токах свыше 8—10 кА может потребоваться искусственная вентиляция токопроводов.

Сравнительно простые конструкции КЭТ получаются при близком расположении трансформаторов и выполнении всей коммутации в одной плоскости (рис. 10-14).

При токах 20—25 кА необходимы специальные конструкции соединений. На Красноярской ГЭС, например, при силе тока генератора 22 кА применены бифилярные конструк-ции закрытых экранированных токопроводов, где в каждом из трех параллельно проклады-ваемых кожухов монтируются параллельные ветви разных фаз. Таким образом, выводы об-моток НН однофазных трансформаторов внутри бифиляра подводятся кгенераторам, возле которых эти обмотки соединяются в треугольник. При таких соединениях сила тока в каж-дой шине бифиляра в У3 раз меньше номинального тока генератора.

В блочных схемах электрических соединений ка участках генератор — трансформатор предусматриваются ответвления к трансформаторам собственных нужд. Имея в виду, что повреждения на этих ответвлениях будут непосредственно сказываться на работе главных агрегатов, к ответвлениям предъявляются повышенные требования в отношении на-дежности. Предпочтительно также глухое присоединение трансформаторов собственных нужд, без аппаратов на ответвлениях.

При выполнении коммутации участков генератор — трансформатор КЭТ ответвления к трансформаторам собственных нужд выполняются также комплектными токопро- водами.

По всей длине соединений от генераторов до трансформаторов или до сборных шин РУ конструкции соединений, будь то кабели, шины или КЭТ, выполняются так, чтобы был удобный доступ для монтажа, осмотра и ремонта как самих токоведущих частей — ка-белей, муфт, шин, всех контактных устройств, таки электрических аппаратов, установлен-ных на этих участках, как-то: выключателей, разъединителей, измерительных трансформа-торов тока и напряжения.

Для обеспечения безопасности эксплуатации необходимо выдерживать требуемые расстояния и предусматривать защитные ограждения.

ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

На ГЭУ устраиваются рабочее и защитное заземления.

Рабочее заземление — это заземление нейтралей генераторов и трансфор-маторов. При заземленной нейтрали изоляция фаз выбирается по фазному напряжению по отношению к земле, при изолированной нейтрали — по линейному. Установки и сети с заземленной нейтралью много дешевле, что особенно существенно для напряжений 110 кВ и выше. При заземленной нейтрали повышается безопасность эксплуатации, так как обес-печивается четкое и надежное действие релейной защиты и быстрое отключение повреж-дении.

Защитное заземление — это заземление всех металлических частей уста-новки (корпусов, каркасов, приводов аппаратов, опорных и монтажных конструкций, ограждений и т. п.), нормально ые находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции. Защитное заземление выполняется для повышения безопасности эксплуатации, уменьшения вероятности поражения людей и животных электрическим током в процессе эксплуатации установки. Следует отметить, что безопасность эксплуатации будет обеспечена только при правильно выполненных конструкциях защитного заземления, применении личных средств безопасности (индивидуальных средств защиты) и безукоризненном выполнении ведомственных инструкций и правил техники безопасности.

Все местные системы заземления объединяются между собой в общую систему за-земления установки. Для снижения коэффициента прикосновения и времени повышенного потенциала применяются выравнивающие сетки и защитное отключение, со временем не более 0,2 с. В сетях собственных нужд 380/220 В, выполняемых с рабочим-заземлением, с той же целью применяется металлическое соединение заземляемого объекта с заземленной нейтралью, оно шунтирует человека и обеспечивает быстрое отключение.

На ГЭУ защитному заземлению подлежат корпуса турбин, насосов, электрических машин, трансформаторов, всего вспомогательного оборудования, имеющего электрические устройства, корпуса, рамы, фланцы и цоколи электрических аппаратов, каркасы щитов и щитков, приводы, ограждения и все прочие металлические конструкции. Если не предусмо-трены болты для заземления, то присоединение к полюсам заземления осуществляется приваркой.

Все перечисленные конструкции присоединяются параллельно к шинам заземления и далее к общей магистрали этажа, прокладываемой обычно иод окнами помещений с зазо-ром Между шиной й стеной; зазор предохраняет стены от ржавых пятен и металл, от коррозии. Шины защитного заземления окрашиваются внутри помещений в черный цвет.

Минимальное сечение стальных шип ДЛЯ присоединений 8X3 мм, для магистралей — 30 X 4 пли 40 X 3 мм. Магистрали всех этажей здания привариваются к нескольким вер-тикальным стержням, которые выводятся через фундамент и привариваются к наружному кольцевому контуру заземления вокруг периметра здания, расположенному в грунте на глубине 0,5—0,7 м. Контур предусматривается у каждого здания установки на расстоянии 1—2 м от стен, а также вокруг площадок ОРУ. Ограда ОРУ должна отстоять на 3 м от контура заземления с внешней стороны. Для контура применяется полосовая сталь сечением 40 X 4 мм, с прокладкой «на ребро». При агрессивности грунтовых вод берется оцинкованная сталь увеличенного сечения. Вдоль контура забиваются стержневые зазем- лители н.з круглой (арматурной) стали, труб или уголков, число которых определяется расчетом. Круглая сталь берется диаметром 12—15 мы, трубы — диаметром 40—60 мм, уголки 50 X 50 или 60 X 60 мм. В нормальных условиях грунта длина стержневых зазем- лйтелен 2—3 м, расстояние между йймй не Me Неё 3—4 м, соединение с полосой контура осу- щестгл яется свар кой.

При выполнении конструкций заземления всемерно должны быть использованы естественные заземлителн, которые путем многократной приварки соединяются с системой искусственного заЗёМЛёнйй.

Особо благоприятные условия использования естественных заземлителей имеются при сооружении ГЭУ. Здесь в качестве естественных заземлителей надо использовать оставляемые в грунте металлические шпунтовые ряды, обсадные трубы буровых скважин, колодцев, шурфов, Металлические трубопроводы И облицовки отсасывающих труб, закладные части пазов затворов, турбин, насосов; многократно присоединять арматуру всех железобетонных сооружений — здания ГЭС, плотин, понура, рисбермы, шлюза.

Рекомендуется устраивать Заземлитёлй в виде сеток из полос сечением, выбираемым в зависимости ОТ агрессивности фильтрующих вод; сетки закладываются под основания сооружении — здаИйя установки, пло+йны, под все донные плиты верхнего и нижнего бье-фов. Проектирование и устройство заземления должно предшествовать всем работам по возведению основных сооружений и должно сочетаться с производством первоначальных строительных работ. Такое заземление стабильно, не зависит от сезонных колебаний тем-пературы и не меняется с Течением времени.

Во миогих гидроустановках укладка заземлителей под гидросооружения и использование естественных заземлителей могут оказаться достаточными, при этом не потребуется забивки дополнительных стержневых заземлителей. Однако прокладка выравнивающих потенциал сеток для снижения Напряжений прикосновения и шага х) здесь также необходимы.

Створ основных гидросооружений обычно выбирается на прочном скальном основа-нии, что не является благоприятным условием для заземления. Сооружаются установки и в зонах вечной мерзлоты. Для снижения сопротивления заземляющего устройства в плохо проводящих й скальных грунтах дополнительно применяются глубинные и скважинные заземлителн, выносные заземления, специальная обработка грунта.

Для зазёмлёиНИ перёДвйжных установок — станций, экскаваторов, гидромониторов, бурильных установок, компрессоров и т. п. — применяются инвентарные заземлителн в виде набора металлических стержней длиной ОД—1,0 м с легкой конусностью или буров (10—12 шт.), вводимых в грунт й прочно соединяемых между собой гибкими медными про-водниками.

Вероятность поражения человека напряжением прикосновения и шага значительно выше на стройплощадках, чем на готовых объектах.

Временное электроснабжение площаДок производства работ желательно иметь при высоком напряжении до 35 кВ, так как токи замыкания на землю при этом малы и зазем-ляющие устройства Получаются сравнительно дешевыми. Как правило, после выполнения всех вооружений НОЛуЧаюЩиеСЯ естественные заземлителн снижают требования к искусственному заземлению, при этом стоимость заземляющих устройств уменьшается.

Для повышения электробезопасности на выполненных установках надо производить натурные измерения Напряжения прикосновения в опасных местах. С увеличением уделвИых сопротивлений повёрхиОСТПых слоев грунта допустимое напряжение прикосновения возрастает, поэтому территорию объекта целесообразно покрывать сЛоем гравия, Щебня или промышленного шлака для создании защитного эффекта в летнее время.

В процессе эксплуатации электроэнергетических установок иногда наблюдается уси-ленное коррозионное разрушение прбтйвофильтрационных шпунтовых рядов, трубопрово-дов и конструкций сооружений, арматуры И беТона. Причиной этих разрушений являются блуждающие токи различного происхождения. Наиболее опасны блуждающие постоянные токи, наводимые электрифицированными участками железных дорог, получающиеся от уте-чек из систем ионного возбуждения генераторов, при выпрямлении переменных токов массами грунта и бетона, от микроТальваййЧескйх пар и т. п. Переменные блуждающие токи, получающйесй от Паводок, То ко В небаланса, подключения сварочных аппаратов

Э Напряжение шага — разность потенциалов между двумя точками. Шаг считается равным 0,8 м. к арматурному каркасу и т. гг. тоже вызывают коррозию, хотя значительно менее интенсив-ную, чем постоянные токи.

Электромагнитные и электрические поля, создаваемые многоамперными токопрово-дами и линиями высокого напряжения, в свою очередь ускоряют процесс коррозии арма-туры и активизируют влагу в порах бетона. «Омагниченная» вода быстрее и активнее всту-пает в реакцию с клинкерными материалами цемента, проникает в зерно цемента глубже, чей обычная вода, к металлу более агрессивна. Электромагнитное поле делает воду более активным растворителем металла, скорость коррозии увеличивается примерно в 1,5 раза.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики