Главная электрическая схема ГЭС, схема собственных нужд и распределительные устройства

Основная часть электроэнергии ГЭС выдается в энергосистему. Уровень напряжения, на котором выдаётся электроэнергия, задается условиями энергосистемы. На крупных ГЭС известны случаи выдачи электроэнергии на одном напряжении, например, Саяно-Шушенская ГЭС имеет 4 отходящих воздушных ЛЭП-500 кВ или на двух, например, Красноярская ГЭС - на напряжении 500 кВ и 220 кВ. Имеются и другие варианты, например, на трёх напряжениях работает Волжская ГЭС (Жигулёвск) 500,220 и ПО кВ и т.д. На малых и средних ГЭС существует множество других вариантов выдачи электроэнергии потребителям в зависимости от их характера (потребитель — близлежащий от ГЭС или удаленный на большое расстояние, входящий в состав энергосистемы или изолированный и т.п.).

Некоторая часть электроэнергии требуется непосредственно на ГЭС для собственных нужд (СН) на низком напряжении.

Таким образом, на ГЭС создается система соответствующих электрических устройств, аппаратов и их соединений (источники питания -генераторы; преобразователи напряжения - трансформаторы; коммутационные аппараты - выключатели, разъединители; защитные устройства и др.), которая позволяет выдавать электроэнергию, распределять её по направлениям потребителям (энергосистемам) и резервировать выдачу электроэнергии в случае выхода из строя части агрегатов.

Графическая структура (строение) указанной системы называется главной схемой электрических соединений ГЭС (схема первичной коммутации). На рис. 6.21 представлена главная схема Саяно-Шушенской ГЭС.

Сколько существует гидроэлектростанций, столько и разнообразия в структурах их главных схем. Каждая схема, прежде всего, определяется требованиями энергосистемы исходя из основных принципов не только обеспечения надёжности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность), а также живучести схемы (сохранение и восстановление повреждённых элементов).

Вырабатываемая генераторами электроэнергия после повышения напряжения главными трансформаторами поступает на сборные шины распределительного устройства (РУ).

Распределительное устройство выполняет функции приёма электроэнергии от электростанции и распределения её по направлениям через линии электропередачи на каком-либо одном напряжении (без трансформации).

Подобное устройство приёма и распределения электроэнергии, но имеющее трансформаторы для повышения или понижения напряжения носит название соответственно повысительная подстанция (питающая) или понизительная подстанция (приёмная).

Распределительные устройства могут располагаться внутри помещений или в специальных камерах, такие устройства называются закрытыми распределительными устройствами (ЗРУ), а распределительные устройства, расположенные на открытых площадках называются открытыми распредустройствами (ОРУ).

Сборные шины на ОРУ 110 кВ и выше обычно выполняются из провода и располагаются в зависимости от возможностей площадки ОРУ либо горизонтально, либо вертикально.

Схема электроснабжения собственных нужд ГЭС делится на схему агрегатных нужд и общестанционных нужд. Собственные нужды определяются потребностью в электроэнергии для приведения в действие систем и механизмов, рассредоточенных на всём гидроэнергетическом узле, чтобы обеспечить бесперебойную его работу. Высшей категорией СН являются агрегатные потребители (МНУ турбин, система возбуждения генераторов, охлаждение трансформаторов, аварийное освещение, система пожаротушения, система технического водоснабжения, если она не самотечная). Для этой категории потребителей, как правило, источником служат специальные отпаечные трансформаторы (рис. 6.21, поз. 5), «глухо» присоединенные непосредственно к шинам генератора, которые питают основную секцию шин агрегатных СН. Кроме того, основная секция резервируется, как правило, от другого источника — от общестанционных СН.

К общестанционным собственным нуждам относятся все другие потребители, обеспечивающие тот или иной технологический процесс при работе ГЭС (освещение, масляное хозяйство, пневматическое хозяйство, вентиляционные установки, разного рода грузоподъёмные механизмы, система осушения проточной части, ремонтные мастерские и др.). Общестанционные СН могут питаться от внешней электрической сети.

Схема собственных нужд Саяно-Шушенской ГЭС обладает следующими достоинствами:

- надёжностью питания потребителей общестанционных и агрегатных СН в нормальных, ремонтных и аварийных режимах;
- гибкостью схемы;
- простотой и наглядностью;
- ремонтопригодностью.

Надёжность обеспечивается: наличием нескольких независимых источников питания; секционированием шин 6 и 0,4 кВ; распределением источников питания по разным системам (шинопроводам) и секциям шин; распределением основных потребителей (общестанционных и агрегатных) по разным секциям шин; обеспечением автоматического ввода резервного питания (АВР) любой секции шин СН всех напряжений и ответственных потребителей (АВР шинопроводов 6 кВ, АВР трансформаторов резервного питания агрегатных СН, АВР секций шин 0,4 кВ общестанционных СН, АВР на основных механизмах СН - насосах охлаждения обмотки статоров генераторов, насосах МНУ гидроагрегатов, насосах охлаждения главных трансформаторов и т.п.): применением отпаечных трансформаторов 15,75/0,4 кВ. Гибкость схемы позволяет обеспечить бесперебойное питание потребителей СН при плановых и аварийных отключениях различных элементов схемы СН. А главное, обеспечивается бесперебойность питания основных потребителей СН от агрегатных СН при полной потере источников питания общестанционных СН. что позволяет ввести ГЭС в работу с «нуля» (один из самых тяжёлых случаев аварийной ситуации, когда ГЭС полностью отключается от энергосистемы - «села на нуль»).

Логика построения схемы СН, применение однотипных комплектных распределительных устройств 6 и 0,4 кВ обеспечивают простоту и наглядность схемы, легко воспринимается оперативным персоналом и позволяет практически исключить ошибки при оперативных переключениях в схеме СН.

Простота, гибкость и резервирование элементов схемы СН обеспечивают высокую её ремонтопригодность. Любой элемент схемы может быть выведен в ремонт без снижения надёжности питания потребителей СН.

Следует отметить, что данная схема достаточно капиталоёмкая, что оправдывается главным достоинством - высокой степенью эксплуатационной надёжности.

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.