Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii

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

Вырабатываемая генераторами			электроэнергия
напряжения главными		трансформаторами		поступает
распределительного	устройства (РУ).

после повышения

на сборные шины

Распределительное				устройство	выполняет		функции	приёма
электроэнергии	от электростанции и распределения её по направлениям								через
линии электропередачи		на каком либо одном напряжении					(без трансформации).
				-			электроэнергии, но
Подобное устройство приёма и распределения
имеющее трансформаторы			для повышения		или понижения напряжения				носит
название соответственно			повысительная			подстанция (питающая) или
понизительная	подстанция (приёмная).

	Распределительныеустройства
в	специальных	камерах,		такие
распределительными
		на	устройствами
расположенные			открытых
распредустройствами (ОРУ).

могут располагаться внутри помещений			или
устройства	называются	закрытыми
(ЗРУ), а распределительные устройства,
площадках	называются	открытыми

Рис.

6.27

Вертикальное расположение сборных

Саяно-Шушенской ГЭС

шин

на

ОРУ

-500

кВ

228

Сборные шины на

ОРУ

110

кВ

и

выше

обычно

выполняются

из провода

площадки

ОРУ либо

и располагаются

в

зависимости

от

возможностей

фрагмент

ОРУ 500

,

либо

.

На

рис. 6.27

представлен

-

вертикально

горизонтально

.

Шушенской

ГЭС,

где

сборные

шины

располагаются

вертикально

кВ Саяно-

из полого провода

большого

сечения

по

два

провода в фазе.

Шины

выполнены

500

кВ

Саяно-

схема

ОРУ

.

6.28

представлена

структурная

-

На рис

которой

,

что каждые

три

присоединения (блок или

ГЭС, из

Шушенской

видно

. Эта схема

ЛЭП) к сборным

шинам

подключены

через

четыре

выключателя

(

/

).

Существует

множество

- схема «четыре третьих»

получила название

4

3

которых

будут

компоновок

структурных

схем,

достоинства

и

недостатки

курсе.

рассматриваться

в

специальном

-3

ВЛ-4

Т5

Т4

.

-

ВЛ-2

ВЛ

Й

ВЛ 1

>

1

0

Ш

5

АШ

iAp

т

I I T H

-

-

"

(

|

т н

Г

Г

Г

1

1

11

*

II

III

1

•

•

^

г

С-2

1

!

!

iГЗ

Ti

Т2

1

1

'

'

'

*

'

ш

j

и

-

Рис. 6.28 Структурная

схема

-500

кВ

Саяно-Шушенской

ГЭС

ОРУ

1-5

-

присоединения

питающих

I - первая

цепь;

II

-

вторая

цепь;

III -

;

Т

третья цепь

воздушных ЛЭП

;

С

1-2

- первая и

(групп

трансформаторов

);

ВЛ1-4 -

присоединения

блоков

—

—

; ТН

-

трансформаторы

напряжения

; Р -

реакторы

вторая система сборных шин

ГЭС

делится

на схему

Схема

электроснабжения

собственных

нужд

нужды

нужд.

Собственные

агрегатных

нужд

и

общестанционных

для

приведения в

действие

потребностью

в электроэнергии

определяются

на

всём

гидроэнергетическом узле,

, рассредоточенных

систем и механизмов

его

. Высшей

категорией

СН

являются

чтобы

обеспечить

бесперебойную

работу

,

,

система

возбуждения

генераторов

агрегатные

потребители

(МНУ турбин

,

,

система

пожаротушения

охлаждение

, аварийное

освещение

трансформаторов

,

если

она не

самотечная).

Для этой

система технического

водоснабжения

источником

служат

специальные

, как

,

категории

потребителей

правило

, поз.

5

), «глухо»

присоединенные

(рис.

отпаечные

трансформаторы

6.21

питают

основную

секцию шин

,

которые

непосредственно

к

шинам

генератора

, как

, от

правило

СН.

Кроме

того

основная

секция

резервируется

агрегатных

—

,

СН.

от общестанционных

другого источника

229

1

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. На рис. 6.21 поз. 6 показаны

общестанционные трансформаторы СН предусмотренные в трёх укрупненных блоках. На рис. 6.29 представлена схема СН Саяно-Шушенской ГЭС.

ВЛ-35кВ	эООКВ
	0 >		2 (всего 5
	J £	2

Г15,75кВ	групп)
АЖ	4
6кВ

8 W 8

9 АВР 0,4кВ

АВР

,	П П	у	АВР О	/I L
	44	4	4	7 (всего 10 устройств)

8.^8

АВР

|15,75аВ

Q1 (всего 10 генераторов)

Рис. 6.29 Структурная схема СН Саяно-Шушенской ГЭС

1 - генератор; 2 - трансформаторная группа главных однофазных трансформаторов; 3 - трансформатор СН связан с местным электросетевым районом;

4 - общестанционный трансформатор СН; б - сборные шины СН ОРУ-500 кВ;

6 - сборные секционированные шины общестанционных СН; 7- шины агрегатных СН 6 кВ (основная и резервная); 8 - трансформатор (сухой) СН;

9 - сборные секционированные шины 0,4 кВ СН; 10 - сборные секционированные шины 0,4 кВ агрегатных СН;

11 - отпаечный трансформатор (сухой) 15,75/0,4 кВ агрегатных СН;

12 - трансформатор (сухой) резервный агрегатных СН;

АВР - автоматическое включение резерва

Данная схема собственных нужд обладает следующими достоинствами:

-надёжностью питания потребителей общестанционных и агрегатных СН

внормальных, ремонтных и аварийных режимах;

230

-

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	охлаждения главных трансформаторов				и
насосах МНУ гидроагрегатов

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

распределительных устройств

СН,

6 и

применение
0,4		однотипных
	кВ	обеспечивают

комплектных простоту и

наглядность схемы,	легко	воспринимается
позволяет практически исключить ошибки при

оперативным персоналом оперативных переключениях

и 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
оправдывается главным	достоинством
надёжности.

схема достаточно капиталоёмкая, что
-	высокой степенью эксплуатационной

б.б. Вопросы электрической оборудования

безопасности

персонала

и

защиты

О

том

.

что

электрический

разряд

действует

на

человека

,

стало

очевидным

в

последней

четверти

XVIII

века

.

Одно

из

первых

обстоятельных

описаний этого
действия
революции 1789	-	1794 гг.
и ряд других учёных

принадлежит Марату, деятелю Великой французской
Англичанин	Уориш,	итальянцы	Гальвани и Полетто
установили,	что на	человека	действует разряд,

полученный

не

только

от

источника

статического

электричества,

но

и

от

электрохимического

элемента

.

Опасность

этого

действия

впервые

установил

231

изобретатель

первого в

мире

электрохимического

высоковольтного

источника

лаборатории

в

В.В.

Петров

создатель

физической

напряжения

-

С-Петербургской Медико-хирургической Академии (ныне военно-медицинская

им. С.М.

).

Академия

Кирова

несколько

электротравм

,от

В

1911-1912

гг. в

-

произошло

С

Петербурге

электрооборудование

театров и

которых

пострадал

персонал, обслуживавший

травм

привлекли

к себе

. Обстоятельства

возникновения

этих

кинематографов

общественности

и были подробно

рассмотрены

внимание

электротехнической

общества.

В

результате

Русского

технического

в электротехнической секции

безопасности

при

правила

этого были

разработаны

специальные

зрелищных предприятий

обслуживании

электрооборудования

.

это травма, вызванная

воздействием

электрического

Электротравма

-

процессы

тока или

электрической

дуги. Современная теория, объясняя

,

тока,

человека

при

действии

электрического

происходящие

в

теле

на

раздражение

их

как

рефлекторные

(реакция

организма

рассматривает

- рецепторов), вызванные реакцией

нервной

окончаний

нервных волокон

.

Одновременно

электрический

системы

в ответ

на

электрические

раздражения

,

ток может

оказать

непосредственное

тепловое

и

динамическое

воздействия

организме

вызвать

электролизные

процессы

в

.

отмечают, что действие

электрического

тока на

организм

Специалисты

,

человека

ещё не

изучено полностью. Объясняется это сложностью

процессов

в организме

человека при

протекании тока, и отсутствие

происходящих

Исследования на людях в

диапазоне

хорошего аналога среди животных.

на

это, в

опасных

токов

по

понятным

причинам

не

проводятся

. Несмотря

для

практического

решения

настоящее

время имеются необходимые

данные

вопросов

электробезопасности.

Минимальное

значение

тока,

раздражающее

действие

которого

зависит

ощущается человеком, называется пороговым ощутимым током. Он

цепь

, состояния человека, схемы попадания

его в

электрическую

от рода тока

порогового

ощутимого

тока

. У

отдельных

людей значение

и других факторов

нормальным законом

распределения

вероятностей

.

различно и

характеризуется

наибольший

(50

Гц), представляющего

частоты

Для тока промышленной

порогового

ощутимого тока

,

среднее значение

интерес для

электроэнергетиков

составляет

около

1

мА

.

Если ток,

протекающий

через

человека,

превышает

пороговый

токе 3-

ощутимый

ток, то

он вызывает

более сильную реакцию

организма. При

руки, при

6

10 мА

5 мА раздражающее действие ощущается

кистью

токе -

и

возникает

чувство сильной

мышцы руки

уже

непроизвольно сокращаются

боли. При

дальнейшем

увеличении тока в мышцах возникают судороги и

, в частности

, он не

человек теряет

способность

контролировать

действие руки

проводника

.

от

зажатого

в руке

может самостоятельно

освободиться

пороговым

тока

называется

Соответствующее

минимальное

значение

также

людей значение

этого тока

различных

неотпускающим

током. Для

вероятностей

.

Если

закону распределения

подчиняется

нормальному

232

электрический ток протекает через туловище человека, то он воздействует									на
органы дыхания и		кровообращения. При токе 25-50					мА	частотой 50	Гц
возникает сильное		сокращение	дыхательных		мышц		грудной клетки, в
результате чего	может наступить смерть от удушья. Токи							промышленной
частоты выше 50	мА представляют опасность и			для		сердца
							.

По степени

помещения делятся

опасности	поражения	людей электрическим током все
на три класса: с повышенной опасностью, особо опасные

и

без

повышенной

опасности

.

	К помещениям с повышенной опасностью относятся			помещения
				, в которых
	пыльные, сырые, жаркие, с токопроводящими полами и помещения				имеющим
	возможно одновременное прикосновение к		электроустановкам	и
	связь с землёй металлоконструкциям	.

и

К особо

особо сырые

опасным относятся

помещения.

помещения

с

химически

активной

средой

	Если		помещения	характеризуются	несколькими	признаками
					помещениям особо опасным		,
	повышенной опасности, то они относятся к
	остальные	помещения относятся к помещениям без повышенной опасности.

Во всех электроустановках, где бы они не находились, в том числе
ГЭС, должна гарантированно		обеспечиваться	электробезопасность
обслуживающего	персонала.

и на для

Электробезопасностью			называется система организационных	и
технических	мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей			от
опасного и	вредного воздействия на человека электрического тока,
электрической		дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

или

Поражение электрической

(электротравма	)	человека
дуги в электроустановках

воздействием электрического		тока
возможно в следующих	основных

случаях

:

-

однофазное прикосновение			не
неизолированным		токоведущим
под напряжением	;

изолированного от земли человека к

частям электроустановки, находящимся

-

приближение	на опасное расстояние человека, не изолированного от
земли, к оголенным токоведущим частям, находящимся под напряжением;

-

-

прикосновение человека, не изолированного от земли, к металлическим
частям (поддерживающие конструкции, корпуса машин и т.п.), которые
оказались под напряжением из-за пробоя изоляции (рис. 6.30	)
		при КЗ на
включение человека, находящегося в зоне растекания тока
землю в электросети, на напряжение шага
;

-

воздействие

пламени

и

продуктов

горения

электрической

дуги

;

-

	в процессе освобождения человека		оказавшегося
		,		средств
	применения	спасающим индивидуальных

под напряжением,

защиты.

без

233

s>r>r\

A в c

Г

>ГУ~\

A в c о

h

7t

П

Puc

.

6.30

Схема

прикосновения человека к корпусу электродвигателя	,
оказавшегося под напряжением

а)

-

схема

с

защитным

заземлением

;

б)

-

схема

с

защитным

занулением

	Для обеспечения нормальной эксплуатации электротехнической части
	ГЭС предусматривается множество разнообразных				контрольно измерительных
						-
	приборов	и защитных устройств,	обеспечивающих			предотвращение
		, а также защищающих		обслуживающий персонал			от
	разрушения оборудования

поражения

электрическим

током

.

В электрических установках			большинство аварий сопровождается
повреждением	ценнейшего оборудования. Разрушительным фактором							начала
аварии, как правило, является КЗ. Токи КЗ				в	современных		мощных
									в
электроустановках		и энергосистемах	могут достигать огромных значений
			приводит	к	разрушению	элементов
несколько сотен тысяч ампер, что

электрической

схемы.

Основной причиной	КЗ

	частей	электроустановки	и
		, токопроводы
	трансформаторы

является повреждение изоляции токоведущих

составляющих её элементов (генераторы, , электроаппараты и другие устройства).

Короткие замыкания различают: трёхфазные (симметричные) наиболее

тяжёлая форма КЗ.

двухфазные между двумя фазами,

такие КЗ могут быть

. Однофазные

также достаточно разрушительными и однофазные КЗ на землю

нейтралями

КЗ возникают только в электроустановках с глухо заземленными

КЗ

и также могут сопровождаться повреждениями. Иногда однофазные

становятся причиной последующих

двух и

трёхфазных КЗ

-

это

одно из самых

-

тяжёлых по негативным последствиям развитие аварии.

случай КЗ

на

При

двух- и

трёхфазных КЗ

между проводниками (

,

между разнофазными

стержнями обмотки

генераторов и

сборных шинах РУ

возникает электродинамическая сила

трансформаторов и т.п.)

обмотками

,

,

наносит механические

разрушения.

А во-вторых,

горение

которая, во-первых

234

электрической дуги в период КЗ вызывает дополнительное сильное разрушение проводников в месте возникновения короткого замыкания. При протекании

тока КЗ проводники испытывают сильный нагрев. Совокупность всех этих

воздействий и является причиной разрушений элементов электроустановок.

Поэтому при проектировании их уделяется

элементам электроустановок динамической и

большое внимание	приданию
термической устойчивости, а

также

изоляционным

свойствам

конструкций

электрических

аппаратов.

Электрическая

изоляция

разновидна

по

своим

свойствам

и

применению

.

С помощью изоляторов
частей, работающих	под

выполняется механическое крепление токоведущих

высоким напряжением. Кроме того, изоляторы служат

в электрических аппаратах элементами передачи механического движения,
например, от привода	к подвижному контакту коммутационного								аппарата.
Различают внешнюю изоляцию,		которая	образует изоляционные промежутки в
, в	том числе	и промежутки		вдоль поверхностей изоляторов,
атмосферном воздухе
а также внутреннюю изоляцию, которая образует изоляционные промежутки,
заполненные газообразными, жидкими или				твёрдыми диэлектрическими
материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом.									Примеры
внешней ( наружной)	изоляции приведены были выше у воздушных
выключателей, разъединителей. ОПН и др., а внутренней						-	у	трансформаторов
, у генераторов изоляция			обмоток и др		. Внешняя изоляция, как
внутри их баков			внутренняя		из бумажно-				масляных
правило, изготовляется из фарфора, а
материалов, компаундированных многослойных конструкций, монолитных

термореактивных

материалов

и

др.

Изоляторы в ческим и тепловым

электроустановках подвергаются	электрическим	,
воздействиям, а также воздействиям окружающей

механи среды.

¬

Для

разных

видов

изоляции

применяются

разные

уровни

испы

¬

тательного установки указанных возникают

напряжения, после чего разрешается	ввод	в работу электрической

или её элементов. Тем не менее, в реальных условиях в результате

выше воздействий происходят электрические пробои изоляции и

КЗ. представляющие опасность для оборудования и людей.

Чтобы

сократить

время

горения

электрической

дуги

и

тем

самым

уменьшить объём разрушений от	КЗ	применяют
( выключатели, см. выше) по отключению			токов

быстродействующие	аппараты
короткого замыкания		.

Следящими устройствами за

электрических параметров являются

величиной недопустимых реле. Уже отмечалось, что

значений
реле	-	это

устройство по сигналу

для обеспечения автоматической коммутации
извне. Оно состоит из релейного	элемента	(

электрических цепей

с двумя состояниями

устойчивого	равновесия) и	группы	электрических	контактов
				,
замыкаются (	или размыкаются) при изменении состояния релейного

которые элемента.

Различают

основные

типы

реле

:

тепловые

,

механические

,

электрические

,

оптические

,

акустические

и

др.

Совокупность устройств, содержащих одно или

способных реагировать на нарушения нормальной работы

несколько	реле
	,
электроустановки

235

при коротких замыканиях, перенапряжениях, асинхронных		,
	режимах и других
выявлять их и одновременно давать команду на отключение		поврежденного
участка электроустановки, называется релейной защитой
.

в

	&
	г
BC.
г.	Ж

	Рис. 6.31 Разрушение нижних
	лобовых частей		обмотки
	статора генератора			КЗ
	результате	междуфазного

Эта

защита

является

важной

и

, без

неотъемлемой

частью

электроустановок

которых

. Главными

работа их невозможна

к релейной

требованиями,

предъявляемыми

защите

являются

надёжность

и

быстродействие

. Общее

время

прекра

¬

щения горения

электрической

дуги

с

момента выявления

КЗ складывается

из

времени

действия

релейной

защиты

и

времени

действия

выключателя

(от

¬

ключение).

Как

мы

уже

видели выше,

собственное

время

отключения одного

из

лучших отечественных ВВ составляет 0,04с.

Время действия

релейной

защиты

около

0,05- 0,06с,

итого:

общее время от начала

^

расхождения

КЗ до момента полного

	контактов ВВ около 0,1с. Несмотря на такое непродолжительное			действие
				рис. 6.31
	электрической		дуги, разрушения могут быть значительными. На
	показано	разрушение обмотки статора генератора при междуфазном КЗ.

	При	однофазном КЗ возникает	ток замыкания	на	землю
					корпус
	растекается	по определенному закону.	При замыкании	на
	конструкции) на нём возникает потенциал относительно земли.

, (

который машины,

Ток стекающий

замыкания на землю	-	,
		это ток
в землю через место замыкания
		.

Зона растекания тока		-	это
пределами которой	электрический

зона, за

потен¬

	циал, возникший в результате	замыкания
		. 6.32).
	снижается практически до нуля (рис

				A		ui
				*	==
				3c£			ui
Рис. 6.32 График изменения
потенциала			(напряжения)
относительно				земли при
растекании		тока КЗ на землю
Разность	потенциалов U, U., - шаговое
	напряжение

Напряжением

относительно

земли

при замыкании на				корпус		называется
напряжение		между		корпусом и			зоной
нулевого	потенциала.
Напряжением					прикосновения
называется		величина,			соответствующая
				между двумя точками
разности	потенциалов
цепи тока, которых			одновременно				может
		.
коснуться человек

	Напряжение		шага - это напряжение между двумя точками земли
										,
				,		при	одновременном	касании
	вызванное	растеканием		тока замыкания на землю						.
		человека (его шаг), отсюда - шаговое			напряжение (рис. 6.32				)
	их ногами

236

Электроустановки
разделяются на	:

по

признаку

принимаемых

мер

безопасности

-

электроустановки напряжением выше 1000					В в электрических сетях	с
					) (рис. 6.33);
изолированной нейтралью	(	с	малыми токами	замыкания на землю

-

электроустановки	напряжением выше 1000	В в электрических сетях с
эффективно (глухо) заземленной нейтралью (большими токами			замыкания
на землю) (рис. 6.34);

- -

электроустановки	напряжением до 1000	В с глухозаземленной нейтралью;
			В с изолированной нейтралью.
электроустановки напряжением до 1000

а)

т

А	-	h
	JT8
	Wr

UA he

Г T

i	i
\C \	:C
ticB	\
	jcA

-Л

->

-C

0 4

	'
4
UCA	/
/

/

-	%
	'. k
v		Л
/		4
w			\
			10°
		шЪ
			\
			\
	UBC

Puc

.

6.33	Схема трёхфазной системы с изолированной
	Показан случай однофазного КЗ на землю фазы	С

нейтралью

В	электросетях	с
вызывают однофазные
	КЗ

изолированной	нейтралью большую опасность
на землю, особенно внутри машин и аппаратов		.

, так называемая	перемежающаяся
В этом режиме возникает
электрическая дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Если
установка не снабжена релейной защитой от однофазных	замыканий на землю,
, то замыкание на землю может
способной отключить поврежденный участок
быть продолжительным и длиться до тех пор, пока персонал не обнаружит

поврежденный

участок

и

не

отключит

его

.

В России с незаземленными нейтралями работают электроустановки с
)	;
номинальным напряжением до 500 В (кроме осветительных сетей 380/220 В
электроустановки 3-10 кВ при ёмкостном токе однофазного КЗ на землю не
более 30 А; и электроустановки 35 кВ при токе КЗ на землю не более 5 А Такие

электроустановки

строятся

крайне

редко

.

	Глухое заземление нейтралей
перемежающихся электрических дуг и
такой	схеме	нейтральные	выводы

(рис. 6.34) устраняет		возникновение
связанных с ними перенапряжений. В
генераторов и	трансформаторов

237