1. Характеристика ГРЭС периода 1919-1928 гг.

1. Характеристика ГРЭС периода 1919‑1928 гг.

Работа районных станций в период, предшествовавший первой пятилетке, как это видно хотя бы из табл. 2, показывающей состояние ГРЭС на 1926 г., а также из рис. 3, протекала в относительно простых условиях. Отсутствовали сложные сети, передача энергии характеризовалась десятками километров, десятками мегаватт, напряжение не превосходило 110 кВ. Преобладающая мощность генераторных единиц составляла 10‑16 МВт. Разрывная мощность масляных выключателей 6‑10 кВ исчислялась первыми сотнями мегавольтампер и на 100 кВ не превосходила 1 000 МВ.А. Преобладающим и достаточным типом защиты сетей являлись максимальные реле и реле мощности. Расход мощности на собственные нужды станций лежал в пределах 1—2 МВт.

Вопросы выключения токов короткого замыкания не имели большой остроты, и ограничение их решалось главным образом в плоскости увеличения реактанцев генераторов и трансформаторов, а также увеличением времени выдержки реле и применением ограничителей тока, размагничивавших машину при возникновении короткого.

Вопросы регулирования напряжения и реактивных мощностей остро не стояли и поэтому не были подняты на достаточную высоту. Трансформаторы, регулируемые под нагрузкой, в рассматриваемый период еще не существовали.

Нарушения устойчивости параллельной работы станций в сетях того периода не давали себя остро чувствовать, и сама теория этого вопроса еще только разрабатывалась американскими электриками.

Естественно, что построение схем станций не вызывало с этой стороны каких-либо затруднений и требовало минимума коммутационной аппаратуры. Если на современные схемы станций основное влияние оказывают явления, связанные с параллельной работой большого количества генераторов значительной мощности, то на схемы того периода основной отпечаток наложил напряженный энергобаланс районов, питаемых станциями.

В части схем наши первые районные станции могут быть подразделены на два типа:

1. Станции, отдающие свою мощность и на повышенном и на генераторном напряжениях, — Горьковская, Ивановская, Кизеловская ГРЭС.

2. Станции, отдающие всю свою мощность только на повышенном напряжении, — Шатурская, Штеровская, Волховская ГРЭС, ГРЭС, им. Артема.

Характерным для схем станций обоих типов этого периода является обязательное наличие более или менее развитых шин генераторного напряжения, служивших для станций первого типа рабочими и для второго — переключательными.

А. Схемы ГРЭС первого типа

В тех случаях, когда станция отдавала свою мощность и на генераторном, и на повышенном напряжении, нужна была одинаковая надежность снабжения как близлежащих, так и удаленных от данной станции потребителей, иногда же, в соответствии с местными условиями, для удаленных даже большая, чем для снабжаемых при генераторном напряжении. Это станет понятным, если учесть слабо развитую параллельную, а в ряде случаев даже вовсе изолированную работу станций, отсутствие необходимого резерва и сплошь и рядом существовавшую необходимость покрытия пиков нагрузочного графика всей установленной мощностью.

Все это вместе взятое вызывало необходимость строить схему станции так, чтобы сохранялась полная возможность переброски машин с одного напряжения на другое, т. е. расставлять их на самой станции, сообразуясь с требованиями текущего момента, вытекающими из графика нагрузки. Благодаря этому в рассматриваемый период получили распространение схемы комбинированного включения генераторов.

По этой схеме генератор через масляный выключатель присоединялся к главным шинам, но одновременно с этим предусматривались обходные пути, позволявшие включать генератор непосредственно на равномощный ему повысительный трансформатор, минуя шины генераторного напряжения. Это включение имело, например, то преимущество, что генератор, выделенный исключительно для питания района, в большей или меньшей степени освобождался от аварийных режимов на шинах генераторного напряжения, и обратно.

Второй особенностью схем являлась обязательная установка двух типов повысительных трансформаторов в тех случаях, когда мощность отдавалась на двух повышенных напряжениях.

Это было необходимо из-за отсутствия трехобмоточных трансформаторов, появившихся с Союзе лишь с 1929‑1930 гг.

Характерные примеры подобных схем дают станции НиГРЭС (ныне Горьковская), ГРЭС им. Артема (рис. 4 и 5) и, например, даже схема Ивановской ГРЭС (рис. 6) более позднего происхождения.

В. Схемы станций второго типа

Схемы станций, отдающих всю мощность на повышенном напряжении, разнятся от современных в целом ряде принципиальных моментов. Основным из них является применение переключательных шин генераторного напряжения для перекрестного резервирования генераторов и трансформаторов путем переключения их через эти шины. Эта тенденция ясно видна в схемах Каширской и Штеровской ГРЭС того времени, приведенных на рис. 7 и 8.

В тех случаях, когда вся мощность станции отдавалась на двух повышенных напряжениях, например на 35 и 110 кВ, число трансформаторов превышало число генераторов, количество переключательных шин и связанной с ними аппаратуры увеличивалось, и в части генераторного напряжения схема приобретала сложный вид.

Характерный пример такой схемы дает Шатуркая ГРЭС (рис. 9).

Применение переключательных шин имело смысл главным образом вследствие уже отмеченной изолированной или слабо развитой параллельной работы станций из-за применения исключительно трехфазных трансформаторов, а также при относительно небольших мощностях и малом количестве устанавливаемых на станциях генераторов, наряду с напряженным балансом покрытия нагрузок.

Современные принципы проектирования районных электросистем не обусловливают категорической необходимости снижать до абсолютного технически возможного минимума срок простоя отдельных элементов агрегата генератор — трансформатор при любых повреждениях в них, так как система имеет на нескольких объединяемых ею станциях необходимый горячий (крутящийся) резерв. На станциях же наличие переключательных шин нежелательно благодаря чрезвычайно возросшей мощности генераторов в особенности в таком сложном выполнении этих шин, как это имеет место на Шатурской ГРЭС (см. рис. 9). Необходимая для этого обильная многоамперная аппаратура ослабляет схему, являясь тем местом на станции, в котором легче всего возникают повреждения, приводящие в результате к простою агрегатов. Последнее тем более вероятно, что все основные переключения выполняются в этих схемах с помощью сложной комбинации разъединителей. К этому необходимо добавить, что гибкость схемы, получаемая столь дорогой ценой, полностью реализуется лишь в редких случаях.

Развитие шин генераторного напряжения при отдаче всей мощности станции на повышенном напряжении можно наблюдать и ныне, но преимущественно у гидравлических электростанций с большим числом маломощных генераторов и вполне определенным пределом расширения. Однако применение подобной коммутации базируется на других соображениях, а именно, на сокращении числа трансформаторов за счет их укрупнения.

В этом отношении вполне современна и логична схема Волховской ГРЭС (рис. 10). Наличие системы шин генераторного напряжения позволило здесь увеличить мощность трансформаторов до 35,1 МВ.А в группе и сократить число их до трех, включая и резерв. Подстанция 110 кВ по количеству ячеек получилась вследствие этого довольно компактной, что очень существенно в условиях гидроэлектростанций с их обычным ограничением площади для размещения электроаппаратуры. Если учесть еще, что в то время подстанции 110 кВ сооружались закрытого типа, то принятую для Волховской ГРЭС схему коммутации следует признать исключительно экономически оправданной. Вполне отвечает современным принципиальным установкам и секционирование шин генераторного напряжения через реактор, и связь их междусекционным масляным выключателем. Однако и на этой станции проскальзывает известная инертность технической мысли. Так, несмотря на установку однофазных трансформаторов, к ним, по аналогии с трехфазным резервом, вместо одной запасной фазы, хотя бы даже и с двумя джемперными соединениями на обоих напряжениях, предусмотрена, однако, целая группа, включенная на обе секции под развилку.

Характерна также для рассматриваемого периода чрезвычайная экономия масляных выключателей, сказавшаяся в отказе от установки хотя бы шиносоединительных масляников, — деталь свойственная почти всем схемам того периода.

Ныне, в условиях работы станций в сложных системах, наличие шиносоединительного масляного выключателя, особенно на стороне повышенного напряжения, абсолютно необходимо как для резервирования и синхронизации, так и для повышения надежности всякого рода переключений.

Суммируя все сказанное, можно сделать вывод, что на схемы коммутации станций рассматриваемого периода оказали влияние следующие основные моменты:

a) напряженность энергобаланса и изолированность или слабо развитая параллельная работа станций, требовавшие сохранения в работе агрегата или даже отдельных его частей при всех возможных эксплуатационных условиях;

b) отсутствие необходимого оборудования для построения рациональной схемы (трехобмоточные трансформаторы);

c) относительно невысокая мощность устанавливаемых на станции генераторов и ограниченное число их.