Учебное пособие-2022. Учебное пособие Саяногорск сфу 2007
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
главной схемой электрических соединений ГЭС (схема первичной комму- тации). Сколько существует гидроэлектростанций, столько и разнообразия в структурах их главных схем. Каждая схема, прежде всего, определяется тре- бованиями энергосистемы исходя из основных принципов не только обеспе- чения надёжности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность), а также живучести схемы (сохранение и восстановление повреждённых эле- ментов). Вырабатываемая генераторами электроэнергия после повышения на- пряжения главными трансформаторами поступает на сборные шины рас- пределительного устройства (РУ). Распределительное устройство выполняет функции приёма электро- энергии 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 понизи- тельная подстанция (приёмная). Подстанции проектируются в составе элек- трической сети и территориально распределяются в энергосистеме так, чтобы наиболее эффективно обеспечить электроснабжение потребителей, учитывая их разный характер, на одном или нескольких напряжениях. 99 Распределительные устройства могут располагаться внутри помещений или в специальных камерах, такие устройства называются закрытыми рас- пределительными устройствами (ЗРУ), а распределительные устройства, рас- положенные на открытых площадках называются открытыми распредустрой- ствами (ОРУ). Система собственных нужд ГЭС. Основная часть электроэнергии ГЭС выдается в энергосистему. Уровень напряжения, на котором выдаётся электроэнергия, задается условиями энергосистемы. Некоторая часть электроэнергии требуется непосредственно на ГЭС для собственных нужд (СН) на низком напряжении. Схема электроснабжения СН делится на схему агрегатных нужд и общестанционных нужд. Собствен- ные нужды определяются потребностью в электроэнергии для приведения в действие систем и механизмов, рассредоточенных на всём гидроэнергетиче- ском 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 самотеч- ная). К общестанционным собственным нуждам относятся все другие потре- бители, обеспечивающие тот или иной технологический процесс при работе ГЭС (освещение, масляное хозяйство, пневматическое хозяйство, вентиляци- онные установки, разного рода грузоподъёмные механизмы, система осуше- ния проточной части, ремонтные мастерские и др.). 5.6. Вопросы электрической безопасности персонала и защиты оборудования Электротравма – это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Современная теория, объясняя процессы, про- исходящие в теле человека при действии электрического тока, рассматривает их как рефлекторные (реакция организма на раздражение окончаний нервных волокон – рецепторов), вызванные реакцией нервной системы в ответ на электрические раздражения. Одновременно электрический ток может оказать непосредственное тепловое и динамическое воздействия, вызвать электро- лизные процессы в организме. Специалисты отмечают, что действие электрического тока на организм человека ещё не изучено полностью. Объясняется это сложностью процес- сов, происходящих в организме человека при протекании тока, и отсутствие хорошего аналога среди животных. Исследования на людях в диапазоне опасных токов по понятным причинам не проводятся. Несмотря на это, в на- 100 стоящее время имеются необходимые данные для практического решения вопросов электробезопасности. Минимальное значение тока, раздражающее действие которого ощуща- ется человеком, называется пороговым ощутимым током. Он зависит от рода тока, состояния человека, схемы попадания его в электрическую цепь и дру- гих факторов. У отдельных людей значение порогового ощутимого тока раз- лично и характеризуется нормальным законом распределения вероятностей. Для тока промышленной частоты (50 Гц), представляющего наибольший ин- терес для электроэнергетиков, среднее значение порогового ощутимого тока составляет около 1 мА. Если ток, протекающий через человека, превышает пороговый ощути- мый ток, то он вызывает более сильную реакцию организма. При токе 3-5 мА раздражающее действие ощущается кистью руки, при токе 6-10 мА мышцы руки уже непроизвольно сокращаются и возникает чувство сильной боли. При дальнейшем увеличении тока в мышцах возникают судороги и человек теряет способность контролировать действие руки, в частности, он не может самостоятельно освободиться от зажатого в руке проводника. Соответст- вующее минимальное значение тока называется пороговым неотпускающим током. Для различных людей значение этого тока также подчиняется нор- мальному закону распределения вероятностей. Если электрический ток про- текает через туловище человека, то он воздействует на органы дыхания и кровообращения. При токе 25-50 мА частотой 50 Гц возникает сильное со- кращение дыхательных мышц грудной клетки, в результате чего может на- ступить смерть от удушья. Токи промышленной частоты выше 50 мА пред- ставляют опасность и для сердца. По степени опасности поражения людей электрическим током все по- мещения делятся на три класса: с повышенной опасностью, особо опасные и без повышенной опасности. К помещениям с повышенной опасностью относятся помещения пыль- ные, сырые, жаркие, с токопроводящими полами и помещения, в которых возможно одновременное прикосновение к электроустановкам и имеющим связь с землёй металлоконструкциям. К особо опасным относятся помещения с химически активной средой и особо сырые помещения. Если помещения характеризуются несколькими признаками повышен- ной опасности, то они относятся к помещениям особо опасным, остальные помещения относятся к помещениям без повышенной опасности. Во всех электроустановках, где бы они не находились, в том числе и на ГЭС, должна гарантированно обеспечиваться электробезопасность для об- служивающего персонала. Электробезопасностью называется система организационных и тех- нических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от опасно- 101 го и вредного воздействия на человека электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Защитным заземлением какой-либо части электроустановки называ- ется преднамеренное и надёжное присоединение её металлических не токо- ведущих частей (корпуса машин, поддерживающие конструкции, опоры ЛЭП и т.п.) к заземлителю. Заземление снижает до безопасного значения напряжение прикоснове- ния человека. Человек может оказаться при повреждении изоляции какого- либо заземленного участка электроустановки включенным в электрическую цепь параллельно заземлителю. Поскольку сопротивление человека сущест- венно больше, чем заземлителя, то величина тока IЧ, протекающего через че- ловека будет безопасной. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом. В ОРУ и на воздушных ЛЭП 330 кВ и выше при работах в зоне влияния электрического поля ограничивают время пребывания людей в этой зоне. При напряженности поля от 20 до 25 кВ/м время пребывания не долж- но превышать 10 мин. При напряженности поля свыше 25 кВ/м пребывание людей без средств биологической защиты запрещено. Биологическая защита человека представляет собой систему стацио- нарных устройств в виде заземленных тросов, которые подвешиваются в ра- бочей зоне под токоведущими частями и имеют господствующую высоту над работающими, а также защитные сетчатые козырьки над рабочими местами. Кроме того, применяются экранирующие люльки (клетки), лестницы с экра- нами и т.п. В последнее время для рабочих, занятых на ремонте, широко применя- ется экранирующая одежда (металлизированный проводящий костюм, шлем, ботинки с проводящей подошвой, гальванически связанные между собой. Защита людей должна производиться и от наведенных напряжений, возникающих на отключенных участках электроустановок или ЛЭП от влия- ния, соседствующих токоведущих частей или ЛЭП, находящихся под напря- жением. 5.7. Электрические сети, элементы сети, их связь и взаимодействие с гидроэлектростанциями Уже отмечалось, что технологический процесс электроэнергетического производства делится на три основные взаимосвязанные стадии. Первая – производство электроэнергии (генерация) на электростанциях; вторая – рас- пределение потоков мощности на электростанциях и передача их в электри- ческие сети по ЛЭП с последующим ещё более подробным распределением с 102 помощью распределительных сетей и подстанций; третья – процесс исполь- зования электроэнергии потребителями, т.е. преобразование её в другие виды энергии. Возникновение науки о передаче электроэнергии на большие расстоя- ния относятся к 1880 году, когда Д.А.Лачинов дал первое теоретическое обоснование этого вопроса в статье «Электромеханическая работа», опубли- кованной в журнале «Электричество». В 1882 г. М.Депре спроектировал и построил одну из первых в мире линию электропередачи постоянного тока Мисбах – Мюнхен протяжённостью 57 км. По этой линии передавалась мощ- ность немного более 2 кВт при напряжении 1,5-2 кВ. Передача большой мощности была связана с необходимостью повы- шать напряжение электропередачи, что могло быть достигнуто лишь увели- чением числа последовательно включенных генераторов. Кроме того, отсут- ствие средств для снижения напряжения у приемников делало невозможным использование электрической энергии для освещения, для питания мелких промышленных установок и для других нужд. В 1882 г. Н.Ф. Усагин на Всероссийской промышленной выставке при- менил трансформатор для питания свечей П.Н.Яблочкова. После этого передачу и распределение электроэнергии от электростан- ций стали осуществлять однофазным переменным током. Однако, однофазный ток не получил широкого распространения из-за трудностей, связанных с пуском однофазных электродвигателей. Новый путь в развитии передачи электрической энергии открыл М.О. Доливо-Добровольский, который в 1888 г. изобрёл трёхфазный генератор пе- ременного тока и асинхронный трёхфазный электродвигатель. В 1891 г. им была осуществлена первая электропередача трёхфазного тока Лауфен- Франкфурт протяженностью 175 км, по которой передавалась мощность 230 кВ∙А при напряжении сначала 15, а затем 28 кВ. После этого развитие техни- ки передачи электроэнергии по линиям трёхфазного тока характеризовалось непрерывным ростом напряжений, передаваемых мощностей и дальности пе- редачи. Совокупность электростанций, их распредустройств, сетевых подстан- ций и приемников электроэнергии, связанных между собой высоковольтны- ми ЛЭП и электрическими распределительными сетями при общем центра- лизованном оперативном (диспетчерском) управлении, как мы уже знаем, носит название – электроэнергетическая система. Электрической сетью называется совокупность электрических под- станций и линий электропередачи, связывающих электростанции с потреби- телями. По размерам охватываемой территории различают местные сети, районные сети и электрические сети энергосистем. Электроэнергетические системы, связанные по регионально- географическому и экономическому признакам, укрупнены в объединенные 103 энергосистемы – ОЭС с соответствующим диспетчерским управлением (ОДУ). ОЭС, в свою очередь, объединены в ЕЭС России и управляются из единого центра – централизованного диспетчерского управления (ЦДУ ЕЭС России). Создание ЕЭС России так же, как и других электрообъединений мира, продиктовано необходимостью обеспечения надёжного электроснабжения потребителей при одновременной его экономичности (снижении капитало- вложений и эксплуатационных затрат, требуемых для снабжения потребите- лей электроэнергией). Вместе с тем, по мере развития ЕЭС (расширения границ, усложнения конфигурации электроэнергетических сетей, повышения установленной мощности и пропускной способности ЛЭП и др.) всё более заметными стано- вятся некоторые особенности функционирования ЕЭС, характерные для крупных объединений. Развитие ЕЭС сопровождается усложнением структу- ры электрических сетей, повышением пропускной способности электропере- дачи, ухудшением (в ряде случаев) электрических и электромеханических характеристик оборудования, увеличением напряженности режимов электро- энергетической системы. При этом существует противоречивая ситуация: повышение пропускной способности (усиление) электрических связей, с од- ной стороны, обеспечивает большую возможность обмена электроэнергией и взаимопомощи смежных районов при авариях, способствует повышению статической и динамической устойчивости электроэнергетической систе- мы, а с другой стороны, способствует развитию аварийных процессов, кото- рые при несвоевременной локализации могут охватывать всю систему. Так, тесная связь и взаимная зависимость многих элементов ЕЭС привели к воз- можности возникновения так называемых каскадных аварий, происходящих обычно при нерасчетных отказах, характеризующихся последовательной пе- регрузкой и отключением многих элементов системы и нарушением электро- снабжения потребителей на значительной территории. Такие аварии неодно- кратно имели место в ряде электроэнергетических объединений мира. Очевидно, что реализация преимуществ все более широкого объедине- ния на параллельную работу электростанций в составе ЕЭС, с одной сторо- ны, и компенсация возможных негативных последствий развития ЕЭС с дру- гой стороны, возможны лишь при правильно построенной и надёжно рабо- тающей автоматизированной системе диспетчерского управления (АС- ДУ) – этим уникальным «инструментом», где широко использованы совре- менные средства вычислительной техники и системы автоматического управления. На базе семи параллельно работающих ОЭС России (Центра, Северо- Запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Урала, Сибири и Востока) обра- зовалась ЕЭС России, высшим органом которой стало ЦДУ ЕЭС России. Па- раллельно с этими ОЭС продолжают работать, имея электрические связи 104 высших напряжений с электроэнергетическими системами стран ближнего и дальнего зарубежья. Автоматическое регулирование частоты тока (АРЧ) в электриче- ской сети – одна из важнейших функций автоматических устройств. АРЧ ав- томатически поддерживает частоту электрического тока в системе в преде- лах, допускаемых техническими требованиями и условиями экономичности работы. По ГОСТ снижение частоты тока менее 49,4 Гц не допускается. Уст- ройство АРЧ при отклонении частоты тока от нормы воздействует на турби- ну через её регулятор частоты вращения и таким образом приводит в соот- ветствие активную мощность генераторов с нагрузкой энергосистемы при сохранении неизменной частоты. Разработаны системы автоматического ре- гулирования, которые одновременно способны поддерживать частоту тока и экономически целесообразное распределение активной мощности между электростанциями энергосистемы. Если АРЧ не справляется с восстановлением нормального режима в энергосистеме, то включаются устройства автоматической частотной раз- грузки (АРЧ), отключающие часть потребителей, а также устройства специ- альной автоматики отключения нагрузки (САОН) по заранее определённой программе. Автоматическое управление – это процесс управления объектами (устройствами), при котором операции, обеспечивающие достижение задан- ной цели управления, выполняются системой, функционирующей без вмеша- тельства человека в соответствии с заранее заданным алгоритмом (содержа- ние и последовательность операций). 105 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 6.1. Стадии проектирования и инженерные изыскания 6.1.1. Стадии проектирования Процесс проектирования крупной гидроэлектростанции проходит обычно в несколько стадий. Первая стадия – технико-экономическое обоснование (ТЭО) или тех- нико-экономический доклад (ТЭД). Главная задача, которую решает ТЭО – доказать техническую возможность и экономическую целесообразность строительства ГЭС. Вторая стадия – проектное задание (ПЗ). На стадии ПЗ намечаются основные параметры проектируемого гидроузла, возможные его компоновки, варианты возможных основных сооружений и оборудования, ориентировоч- ные объемы работ и предварительная стоимость гидроузла. Третья стадия – технический проект (ТП). На стадии ТП окончатель- но определяется водохозяйственный режим, выбирается тип основных со- оружений и оборудования, разрабатываются способы организации и произ- водства работ, составляются перечни необходимых для строительства меха- низмов и выполняется сметно-финансовый расчет (СФР). На каждой стадии (ТЭО, ПЗ, ТП) осуществляется экспертиза проекта и его утверждение. Контроль качества, приемка и оплата работ производится заказчиком. Авторский надзор за выполнением проекта осуществляется ге- неральным проектировщиком. Четвертая стадия проектирования – рабочие чертежи (РЧ) сопровож- дает производство строительно-монтажных работ. Ее задача – опережающий (на полгода – год раньше времени возведения) выпуск детальных чертежей отдельных конструкций. В состав проектов ГЭС входят: – описание и анализ природных условий района гидроузла, вклю- чая естественный гидрологический режим водотока, этот раздел составляется на основе инженерных изысканий; – разработка гидрологического и водохозяйственного режима во- дотока после возведения гидроузла; – компоновка, выбор типов и материалов сооружений и их обору- дования; – оценка экологических последствий возведения гидроузла и соз- дания водохранилища; – статические и динамические расчеты сооружений, обосновы- вающие их устойчивость и механическую прочность; 106 – гидравлические и фильтрационные расчеты сооружений, обосно- вывающие типы и размеры водосбросных и противофильтрационных уст- ройств, обеспечивающие фильтрационную прочность сооружений и их осно- ваний; – разработка методов организации и производства строительных работ, включая организацию пропуска расходов реки в период строительст- ва; – установление технико-экономических показателей ГЭС, состав- ление сметы расходов и определение сроков строительства. Проект оформляется в виде топографических карт, чертежей, графиков и пояснительных записок. |