Функциональные электрические схемы

Функциональные электрические схемы — это наиболее общие схемы в отношении уровня абстракции и обычно показывают лишь функциональные связи между составляющими данного объекта и раскрывающими его сущность и дающие представление о функциях объекта, изображённого на данном чертеже. Каких-либо стандартов в изображении условных графических обозначениях этих схем нет. Действуют лишь общие требования к оформлению конструкторской документации или технологической.

[править]Принципиальные электрические схемы

Принципиальные электрические схемы — это чертежи, показывающие полные электрические и магнитные и электромагнитные связи элементов объекта, а также параметры компонентов, составляющих объект, изображённый на чертеже. Здесь существуют много стандартов как на оформление чертежей, так и на условные графические изображения компонентов. На территории бывшего СССР действует государственный стандарт, однако с появлением принципиально новых компонентов пришлось отступать от стандартов, так как условных изображений просто не существует, поэтому реально наиболее общего стандарта на УГО фактически нет. В зарубежных странах приняты стандарты IEC, DIN и ANSI и другие национальные стандарты, но на практике у производителей очень часто используется корпоративные стандарты, однако этот чертёж не учитывает габаритных размеров и расположения деталей объекта. В энергетике используются как однолинейные, так и полные схемы.

Эта разновидность схем предназначена в основном для наиболее полного понимания всех процессов, происходящих в цепи или на участке цепи, а также для расчёта параметров компонентов.

По уровню абстракции занимают среднее положение между функциональными и монтажными.

Монтажные схемы — это чертежи, показывающие реальное расположение компонентов как внутри, так и снаружи объекта, изображённого на схеме. Предназначены, в основном, для того, чтобы можно было изготовить объект. Учитывает расположение компонентов схемы и электрических связей (электрических проводов и кабелей). Действуют лишь общие требования к оформлению конструкторской документации.

Кабельные планы — это чертежи, показывающие расположение и марки электрических проводов и кабелей. Действуют лишь общие требования к оформлению конструкторской документации.

[править]Топологические электрические схемы

Топологические электрические схемы — это чертежи, показывающие расположение компонентов изображённого объекта. В микроэлектронике это обычно изображение чертежа микрокристалла интегральных микросхем.

Мнемонические схемы — это обычно плакаты с указанием реального состояния действующего положения коммутационной аппаратуры на объекте, над которым совершается управление его режимами. В основном используются в диспетчерских пунктах на энергетических объектах.

В настоящее время активно вытесняется системами компьютерной и компьютеризированными системами управления контроля и сигнализации (SCADA) с функциями ручного управления и принятия решений оператором.

Структурные фрагменты главной схемы блочной электростанции. Поскольку для блочных станций характерны большие единичные и суммарные генерирующие мощности, то на уровне яруса / приходится вводить ограничения по предельным параметрам выключателей - генераторных и в РУ СИ. Для трансформаторов ограничение по предельной мощности можно не вводить, так как в случае, если расчетная мощность трансформатора превышает предельное значение, выбирается группа из двух трехфазных или трех однофазных единиц. Кроме того, вводится ряд ограничений по условиям надежности.
На котлах блочных станций, пуск которых производится на скользящих параметрах, для контроля уровня воды в барабане необходимо устанавливать измерительные сосуды с коррекцией по давлению или применять сосуды с частичным обогревом плюсовой трубки.
В отличие от блочных станций на ТЭЦ обычно выделяются специальные секции 6 кВ для питания общестанционной нагрузки с присоединением их к разным источникам рабочего питания, что обеспечивает высокую надежность электроснабжения. Существуют также схемы ТЭЦ, на которых электродвигатели общестанционных механизмов равномерно распределяются между агрегатными секциями с. Секции, питающиеся от разных источников, работают раздельно, чем достигается уменьшение токов короткого замыкания в сети с.
Например, оснащение современной блочной станции кремнемерами потребует расхода за год около 100 кг колибдата аммония высшей чистоты, примерно такого же количества восстановителей и 350 - 400 кг химически чистой серной кислоты. В то же время практическая польза от такого контроля невелика, так как методика, положенная в основу автоматического кремнемера, дает возможность определить только так называемую реакционно-способную кремнекислоту.
Главная схема электрических соединений и схема питания с. н. ТЭЦ при большом числе блоков генератор-трансформатор и малом числе секций ГРУ. Как и на блочных станциях, на ТЭЦ секционируют сборные шины с. ТЭЦ преобладающее число и мощность электродвигателей приходятся именно на котельные агрегаты.

Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования (числа и мощности генераторов и трансформаторов), распределения генерирующих мощностей и нагрузки потребителей между РУ различного уровня напряжения и определения связей между этими РУ.

На рис. 7.11 представлены структурные схемы ТЭЦ. Если мощность местной нагрузки Р _м.нотносительно велика и составляет не менее 30—50 % суммарной мощности установленных генераторов, то целесообразно сооружение РУ генераторного напряжения (ГРУ 6—10 кВ), к которому подключаются генераторы и кабельные линии местной нагрузки (рис. 7.11, а). При наличии местной нагрузки не только на генераторном напряжении, но и на напряжениях 35 и 110 кВ структурная схема выполняется по вариантам, приведенным на рис. 7.11, б, в. Если мощность местной нагрузки относительно невелика и составляет менее 30 % суммарной мощности установленных генераторов, то структурную схему ТЭЦ можно строить по блочному принципу (рис. 7.11, г). В этом случае местная нагрузка и с.н. ТЭЦ питаются от понижающих трансформаторов или реакторов, подключение которых к генераторам осуществляется с помощью ответвления от главного токопровода, соединяющего генератор и блочный трансформатор. Для повышения надежности электроснабжения местной нагрузки точка подключения ответвления располагается за генераторным выключателем, тогда в случае отключения генератора по какой-либо причине ее питание будет осуществляться от блочного трансформатора.

Возможно также присоединение двух (трех) генераторов мощностью 60—100 МВт к ГРУ 10 кВ, к которому подключается местная нагрузка, а другие генераторы работают по блочному принципу (рис. 7.11, д).

Для КЭС, АЭС и ГЭС нагрузка на генераторном напряжении отсутствует, поэтому в основу построения их электрической схемы положен блочный принцип, а именно: единичный блок генератор—трансформатор с генераторным выключателем (рис. 7.12, б) или без него (рис. 7.12, a — ранее принятое решение); объединенный (рис. 7.12, в) или укрупненный блоки, когда два, три генератора подключаются к одному трансформатору (обычно на ГЭС).

Единичные и объединенные блоки применяются на ТЭС и АЭС, укрупненные — на ГЭС. В последнем случае для подключения генераторов используются трансформаторы с расщеплением обмоток низшего напряжения на 2—3 части (рис. 7.13, в).

При наличии генераторного выключателя уменьшается число коммутационных операций в РУ повышенного напряжения и РУ собственных нужд (с.н.) электростанции, что повышает их надежность, позволяет осуществлять пуск и останов блоков без привлечения к этому резервных трансформаторов с.н.

В настоящее время установка генераторных выключателей предусматривается всегда.

Если выдача мощности от электростанции осуществляется на одном повышенном напряжении, все блоки станции присоединяются к РУ этого напряжения (рис. 7.14, а), при этом вопрос о виде блока решается отдельно. Если же выдача мощности от электростанции осуществляется на двух повышенных напряжениях (рис. 7.14, б, в, г) и сети эффективно заземлены, то возможны несколько вариантов исполнения схем:

В случае, когда сеть среднего напряжения не заземлена или компенсирована, вместо автотрансформаторов устанавливаются трехобмоточные трансформаторы.

На рис. 7.15 представлены структурные схемы ПС. По своему назначению ПС делятся на:

По способу присоединения к электрической сети ПС разделяются на тупиковые, ответвительные, проходные и узловые. Количество устанавливаемых на ПС трансформаторов характеризуется следующими показателями:

Схемы с одной рабочей и обходной системами шин

В нормальном режиме работы обходная система шин АО находится без напряжения, разъединители QSO1, QSO2, соединяющие линии с АО, отключены. В схеме предусмотрен обходной выключатель Q0, который может быть присоединен к любой секции с помощью развилки из двух разъединителей QS5 и QS7.

Рисунок 11.2. Схема с одной рабочей и обходной системами шин

Рисунок 11.3. Часть схемы с одной рабочей и обходной системами шин. Выключатель Q0 может заменить любой другой выключатель. Для этого надо провести следующие операции (например, для замены выключателя Q1, если он включен и включены QS1, QS2 как на рисунке 11.3): 1. включить обходной выключатель Q0 при включенных QS6 и QS5 для проверки исправности обходной системы шин; 2. отключить Q0; 3. включить QS01; 4. включить Q0; 5. отключить Q1; 6. отключить QS1 и QS2. После этих операций линия W1 получает питание через обходную систему шин через Q0 от секции В1. Все операции производятся без перерыва питания присоединений. С целью экономии стоимости ОРУ, схема может выполняться таким образом, что функции обходного и секционного выключателей в ней могут быть совмещены. Для этого в схеме может устанавливаться перемычка с разъединителями QS8 и QS9 (см. рисунок 11.2) В нормальном режиме работы QS8 и QS9 включены, выключатель Q0 включен и присоединен разъединителем QS7 к секции В2. Секции В1 и В2 соединяются между собой через Q0, QS6, QS7, QS8, QS9, а выключатель Q0 выполняет функции секционного. При замене линейного выключателя обходным выключатель Q0 отключается, затем отключают разъединители QS8, QS9, и поступают далее как и в ранее описанном случае по пп. 3-6. При большом числе присоединений (7-15) рекомендуется схема с отдельным обходным Q0 и секционным QВ выключателями. Это позволяет сохранить параллельную работу линий при ремонтах выключателей. Достоинства схем с одной рабочей и обходной системами шин: · малое число выключателей (один на одно – два присоединения); · относительно малые массы, габариты и стоимость РУ. Недостатки схем: · на все время ремонта секционного выключателя параллельная работа секций (и линий) нарушается; · ремонт одной из секций связан с отключением всех линий, присоединенных к этой секции и одного трансформатора. Область применения схем с одной рабочей и обходной системами шин: рекомендуется для ВН подстанций 110 кВ при числе присоединений до шести включительно (с учетом трансформаторов), когда нарушение параллельной работы линий допустимо и отсутствует перспектива дальнейшего расширения подстанции. Если ожидается расширение РУ, то в цепях трансформаторов устанавливаются выключатели. Схемы с трансформаторными выключателями могут применяться для напряжений 110кВ и 220кВ на стороне высокого напряжения и собственных нужд подстанций.

Схема с двумя рабочими и обходной системой шин

Для РУ 110кВ … 220кВ с большим числом присоединений применяются схемы с двумя рабочими и обходной системами шин с одним выключателем на цепь (рисунок 11.4.).

Рисунок 11.4. Схема с двумя рабочими и обходной системами шин Как правило, обе системы шин находятся под питанием при фиксированном распределении присоединений: линия W1 и трансформатор Т1 присоединены к первой системе шин А1, линия W2 и трансформатор Т2 присоединены к системе шин А2; шиносоединительный выключатель QА включен. Такое соединение значительно увеличивает надежность схемы, так как при коротком замыкании на шинах отключается шиносоединительный выключатель QА и только половина присоединений потеряет питание. Если замыкание устойчивое, то присоединения, потерявшие питание, переводятся на исправную систему шин. Перерыв электроснабжения этой половины присоединений определяется длительностью переключения присоединений. Достоинства схемы: - малое количество выключателей (один на одно присоединение); · достаточно высокая надежность схемы; · относительно малое время перерыва электроснабжения при авариях на одной из систем шин. Недостатки схемы: · повреждение шиносоединительного выключателя QА равносильно короткому замыканию на обеих системах шин; · усложняется эксплуатация РУ, так как при выводе в ревизию и ремонт выключателей требуется большое число операций разъединителями; · увеличены затраты на сооружение ОРУ в связи с установкой шиносоединительного, обходного выключателей и большого количества разъединителей. Область применения: рекомендуется для ВН и СН РУ 110…220кВ электростанций при числе присоединений до 12 и подстанций при 7…15 присоединениях. При числе присоединений 12…16 секционируется одна система шин, при большем количестве присоединений секционируются обе системы шин.

Наиболее распространенными видами электроустановок в электрических сетях сельской местности наряду с ВЛ являются трансформаторные подстанции напряжением 6 (10) /0,23—0,38 кВ. Подстанции присоединяются к электрической сети по тупиковой и проходной схеме.

Мачтовые трансформаторные подстанции (МТП) сооружены на А-, П- или АП-образных конструкциях, изготовляемых из железобетонных или деревянных стоек. На А-образной конструкции, которая одновременно является и концевой опорой линии 6—10 кВ, монтируют все оборудование подстанции: разъединитель, предохранители, разрядники, однофазный силовой трансформатор мощностью 4, 5 или 10 кВ-А и распределительный щит напряжением 0,23 кВ. Подстанция не имеет площадки обслуживания и лестницы и обслуживается с телескопической вышки или гидроподъемника.

В состав механизмов собственных нужд ТЭС входят рабочие машины, обслуживающие машинное и котельное отделения, а также общестанционные механизмы; расход энергии (в процентах) приведен в табл. 3-2.
Потребители собственных нужд электрических станций относятся к I категории по надежности питания и требуют электроснабжения от двух независимых источников. Потребители собственных нужд тепловых электростанций I категории делятся на ответственные и неответственные.
Ответственными являются те механизмы собственных нужд, кратковременная остановка которых приводит к аварийному отключению или разгрузке основных агрегатов станции. Кратковременное прекращение питания неответственных потребителей собственных нужд не приводит к немедленному аварийному останову основного оборудования. Однако чтобы не расстроить технологический цикл производства электроэнергии, их электроснабжение спустя небольшой промежуток времени должно быть восстановлено.
В котельном отделении ответственными потребителями являются дымососы, дутьевые вентиляторы, питатели пыли.

Механизмы собственных нужд обеспечиваются питанием от рабочих трансформаторов мощностью 31 5 Мва, включенных отпайками в блоки; резервное питание предусмотрено с шин ПО кв и от автотрансформатора связи через два трансформатора мощностью по 20 Мва. [ 1 ]

Всемеханизмы собственных нужд приводятся в движение электродвигателями короткозамкнутого типа непосредственного включения. В котельных отделениях, как правило, применены электродвигатели полностью закрытого исполнения, в машинных залах - продуваемые, защищенные от капежа; электродвигатели для привода питательных насосов выполнены с замкнутой системой охлаждения.