На современных ГАЭС главные схемы электрических соединений применяют, как правило, в виде единичных или укрупненных блоков [14, 15]. В некоторых случаях единичные блоки соединяются на высоком напряжении в объединенные блоки с подключением двух-трех единичных блоков к сборным шинам через общий выключатель. При наличии на ГАЭС обратимых гидроагрегатов эти сравнительно простые блочные схемы усложняются из-за установки в их цепях дополнительных опера-

345к в

Рис. 5-19. Главная схема электрических соединений ГАЭС Ладингтон (США).

/ - реактор; 2 - пусковой двигатель; 3 - выключатель трехполюспый; 4 - то же пяти-полюсный; 5 - пусковая система шин.

тивных устройств для переключения чередования фаз главных выводов электромашины. На многих зарубежных ГАЭС установлены пятиполюсные переключатели на генераторном напряжении.

На построение схем собственных нужд решающее влияние оказывает принятый способ запуска обратимых гидроагрегатов в насосный режим [15] (см. § 5-3).

Ниже приводятся характерные особенности главных схем электрических соединений некоторых зарубежных ГАЭС.

На ГАЭС Ладингтон (рис. 5-19) шесть реверсивных двигателей-генераторов мошиостью по 388 МВ-А через пятиполюсные выключатели (36 кВ, 48 кА, предельный ток 750 кА) попарно присоединены к трем силовым траисформа-

торам мощностью по 771 МВ-А. Применение пятиполюсиых выключателей, совмешаюших функции переключателей фаз с выключателем, упрощает схему электрических соединений, повышает ее надежность и экономит место для размещения оборудования. Специальная конструкция этих выключателей обеспечивает выполнение в межремонтный период до 2000 операций включения и отключения агрегата. Пусковая схема предусмотрена иа напряжении 20 кВ. Пятиполюсный выключатель, расположенный между первым агрегатом и пусковыми шинами, позволяет производить любые переключения между первым и шестым агрегатом. Агрегаты № 1 и 6 пускаются в насосный режим с помощью пусковых электродвигателей, остальные - от агрегата № 1 или 6 ча-

1500кВ

Рис. 5-20. Главная схема электрических соединений ГАЭС Рэккун Мауитии (США).

/ - обратимый гидроагрегат; 2 - трансформатор 465 МВ-А, 23/16! кВ; 3 - трансформатор 161/500 кВ; 4 - пусковой тнристорный преобразователь частоты; 5 - разъединитель для перемены направления вращения гидроагрегата; 6 - пусковая система шнн.

стотным методом при полном возбуждении. Поэтому каждый агрегат может быть переведен в насосный режим даже в случае выхода из строя соответствующего пускового электродвигателя. Агрегаты, работающие в насосном режиме, отделяются от пусковой шины разъединителями.

На ГАЭС Рэккун Мауитии (рис. 5-20) для пуска каждого из четырех обратимых гидроагрегатов мощностью по 390 МВт применена одна установка статического преобразователя частоты мощностью 26 МВт, состоящая из регулируемых кремниевых выпрямителей с масляным охлаждением. Напряжение двигателя-генератора и статического преобразователя частоты принято 23 кВ, пусковая схема осуществлена иа генераторном напряжении. Выключатели иа генераторном напряжении воздушные, 12 кА, 25 кВ, с отключающей способностью 5000 МВ-А. Этот параметр несколько занижен по сравнению с расчетным с целью снижения стоимости и экономии площади, а также из-за того, что отключение короткого замыкания будет иметь место при пониженных значениях тока вследствие инерционности выключателя (0,032 с).

На ГАЭС Мадди Раи (рис. 5-21) принят прямой асинхронный пуск с пониженным напряжением (до Ицуск -0,5 Ином). Номинальное напряжбннб

двигателя-генератора 13,2 кВ, мощность 128 мВт, частота вращения 214 об/мнн. Для запуска предусмотрены специальная пусковая система щии на напряжении 6,6 кВ, секционированная выключателями, и оперативные пусковые разъединители. Напряжение на щниы подается по отпайкам от обмоток двух силовых трансформаторов. Каждые два агрегата ГАЭС работают па одни трансформатор. Трансформаторы соединены на высокой стороне в два объединенных блока. Из опыта эксплуатации этой ГАЭС известно, что посадка напряжения при пуске одного агрегата составляет всего 300 В.

Многообразие функций ГАЭС в энергосистеме (аварийный резерв, регулирование напряжения и частоты, регулятор-потребитель и пр.) требует применения высокой степени автоматизации и быстродействия оперативного управления как отдельным

6 й п6 ~б

74 О

~ SOOkB ЗЗкВ

Рпс. 5-21. Главная схема электрических соединений ГАЭС Мадди Раи (США).

/ - обратимый гидроагрегат; 2 - трансформатор 250 МВ-А, 13,8/230 кВ; 3 - трансформатор IOQO МВ.А. 230/500 кВ; 4 - пусковая система шии 6,6 кВ; 5 - шины собственных нужд 0.4 кВ; б - Трансформатор собственных иужд 1.5 МВ-А; 7 - выключатели 13,8 кВ; - оперативный пусковой разъединитель; 9 - разъединители для перемены напразле-ния вращения гидроагрегата.

агрегатом, так и ГАЭС в целом. Поэтому управление современными ГАЭС осуществляется в основном средствами телемеханики с применением вычислительных машин.

Такая система, используемая, например, па ГАЭС Виаидеи II, передает обслуживающему персоналу информацию о состоянии и режимах работы оборудования, распоряжения персонала агрегатам, осуществляет защиту обор\-дования от механических и электрических повреждений. Переход от любого стационарного состояния агрегата к любому конечному осуществляется посредством 36 программ, выполняемым по следующим иаправлеииям:

дистанционное автоматическое управление (используется для нормальной эксплуатации);

местное управление - с пульта управления;

полуавтоматическое управление (последовательность операций выполняется автоматически, но команды устанавливаются в конце каждой операции);

ручное управление, которое используется в период наладки или выхода из строя автомата.

Подземная ГАЭС Рэккуи Маунтии (четыре агрегата по 390 МВт) предусматривается без обслуживающего персонала; ее управление будет осуществляться с диспетчерского пункта, расположенного иа расстоянии 42 км от этой станции.

5-3. СПОСОБЫ ПУСНА, ТОРМОЖЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ АГРЕГАТОВ ПРИ СМЕНЕ РЕЖИМА РАБОТЫ

Работа обратимых гидроагрегатов отличается большим разнообразием как стационарных, так и переходных режимов (рис. 5-22).

Обратимые агрегаты обычно около половины времени работают в активном режихме (турбинном или насосном), а остальное время, в зависимости от условий регулирования напряжения в системе,- в режиме синхронного компенсатора. При этом вода из камеры рабочего колеса гидромашины отжимается сжатым воздухом, а электромашина работает как перевозбужденный или недовозбужденный генератор (при вращении в генераторном направлении) или двигатель (при вращении в двигательном нанравлении).

Потребляемая из сети активная мощность при работе обратимого агрегата в режиме синхронного компенсатора существенно зависит от объема протечек воды через направляющий аппарат. При отсутствии плотного предтурбинного затвора предусматриваются специальные меры как по надежному уплотнению направляющего аппарата, так и по удалению воды из полостей между рабочим колесом и направляющим аппаратом.

Пуск агрегатов ГАЭС в турбинном режиме, а также пуск насосных агрегатов при четырехмашинной схеме не связан с какими-либо специфическими трудностями.

Для обратимых двухмашинных агрегатов способ пуска в насосном режиме оказывает влияние на конструкцию самих агрегатов, их надежность и быстродействие и, в известной мере, на кодшоновку и габариты здания ГАЭС [9, 11, 19].

Применяются различные способы пуска - асинхронный, частотный, от специального пускового электродвигателя или гидротурбины.

Выбор способа пуска зависит от единичной мощности агрегата и мощности электрической системы, а также от допусти-

Рнс. 5-22. Основные стационарные и переходные режимы работы обратимых гидромащин.

/ турбинный режим; 2 -иасосиый режим; 3 - режим синхронного компенсатора; 4 -пуск; 5 - остановка; б - агрегат остановлен; 7 - сброс нагрузки; 8 - потеря привода. Стрелкой показано направление вращения.

мого значения снижения напряжения в системе в процессе пуска агрегата, требуемого времени пуска и перевода из одного рел<има в другой, пускового момента агрегата (для уменьшения последнего камеру рабочего колеса гидротурбины осушают сл-сатым воздухом, а в подпятник нагнетают масло под давлением [11, 24]).

Анализ способов пуска в насосный режим на ряде зарубежных ГАЭС с обратимыми агрегатами мощностью более 100 МВт (по состоянию на 1970 г.) показал, что асинхронный пуск в насосный режим применен на 14 агрегатах из 81 (в том числе на 6 с помощью реактора и на 8 с выводами от основного трансформатора), частотный на 33 агрегатах (в том числе на 6 от статического преобразователя и

Отн. ед. 1,5г

на 27 от соседнего агрегата), с помощью пускового двигателя на 34 агрегатах [68].

Экономическая оценка этих способов, выполненная для ГАЭС с тремя агрегатами при частоте вращения 300 об/мин и максимальном времени разгона 5 мин, представлена на рис. 5-23. Скачки функций графика соответствуют переходу от трехфазного выключателя к трем однофазным при мощности агрегата более 200 МВт.

Прямой асинхронный пуск при полном напряжении сети является наиболее простым, быстрым и достаточно экономичным. Он не требует дополнительного оборудования, но вызывает большое (до 3- 5%) падение напряжения в сети и повышенные пусковые токи. При прямом асинхронном пуске предъявляются более жесткие требования к конструктивному исполнению двигателя-генератора и трансформатора. Это достигается применением массивных полюсов или мощных демпферных систем и форсированной системы охлаждения для ротора, усилением механического крепления обмоток статора, а в отдельных случаях и трансформатора. Крепление обмотки статора должно быть рассчитано на максимальные динамические воздействия, получающиеся при коротких замыканиях на выводах генератора.

Демпферная обмотка или массивные полюсы должны быть рассчитаны на рассеивание воспринимаемой ротором энергии.

Степень влияния асинхронного пуска на энергосистему зависит от .мощности короткого замыкания энергосистемы в месте

Рнс. 5-23. Относительные стоимости способов пуска обратимых агрегатов в зависпмостп от их мощности.

/ - прямой асинхронный пуск; 2 - частотный пуск от соседнего агрегата; 3 - то же от статического преобразователя; 4 - пуск от пускового двигателя; 5 - асинхронный пуск на пониженном напряжении.

подключения трансформатора, а также от параметров двигателя-генератора и трансформатора.

Для уменьшения толчков в системе применяют асинхронный пуск от пониженного напрян<ения. Однако это требует установки дополнительного оборудования (реактора или автотрансформатора, дополнительных шин, переключательного устройства и др.) и вызывает толчки реактивной мощности в системе при отключении реактора.

В связи с ростом мощности энергосистем, а также возросшими возможностями заводов по производству машин область применения прямого асинхронного пуска за рубежом в настоящее время практически не ограничивается. Особенно широко такой способ пуска применяется в Западной Европе.

Так, обратимый агрегат мощностью 230 МВ-А, 333,3 об/мин на ГАЭС Вианден II (Люксембург) рассчитан для прямого асинхронного пуска при полном и пониженном напряжениях (в последнем случае -с помощью реактора). Ротор двигателя-генератора выполнен с массивны.ми полюсами, охлаждение воздушное [65, 82], Прп реакторном пуске посадка напряжения в сети составляла 2,7%, время пуска 115 с. Время перехода из турбинного режима в насосный не превышает 5,5 мин. Время пуска при полном напряжении сокращается до 45 с, а время изменения режима до 4,5 мин.

Фирмой Альстом для двигателя-генератора ГАЭС Ревэн (Франция) мощностью 200 МВ-А, 300 об/мин разрабатывается так называемый бассейновый ротор, имеющий бак с запасом воды для охлаждения демпферных стержней на время пуска 80 с [59].

Пуск от вспомогательного электродвигателя или пусковой турбины снижает до минимума толчки тока в системе, но усложняет и удорожает конструкцию гидроагрегата и строительную часть ГАЭС. Применение пусковой гидротурбины связано с трудностями размещения ее на одном валу с основным агрегатом.

Преимущества использования пускового электродвигателя (асинхронного или постоянного тока) состоят в его при.менимо-сти для агрегатов любой мощности, относительной простоте пуска, сравнительно малой величине пускового тока от системы, отсутствии дополнительных требований к конструкции основной машины. Имеется также возможность использования пускового двигателя в качестве тормоза при остановке агрегата, в качестве вспомогательного генератора для питания системы возбуждения и в некоторых случаях для собственных нужд станции. Однако этот способ обладает рядом существенных недостатков-высокой стоимостью, необходимостью в пусковом двигателе с жидкостным реостатом для каждого агрегата, относительно сложной схемой в случае использования при торможении или в качестве вспомогательного генератора, длительным временем пуска, ограниченным числом последовательных пусков и др.