Serviciile Proprii ale Unei Centrale Electrice

1.1. Consideratii generale

Centralele electrice moderne sunt mari producatoare de energie electrica dar in acelasi timp sunt si mari consumatoare de energie electrica. In cadrul centralelor termoelectrice, energia electrica se foloseste pentru antrenarea diferitelor masini si mecanisme, fara de care productia de energie electrica nu este posibila. Astfel, la centralele termoelectrice energie electrica este folosita pentru: prepararea si introducerea combustibilului in focarul cazanelor, intr 757j94h oducerea aerului in focar si extragerea gazelor arse din focar, introducerea apei in cazan, mentinarea vacuumului in condensatorul turbinei, alimentarea cu apa a centralei, comanda utilajelor termice, ventilarea incaperilor, iluminat.

La hidrocentrale energia electrica se foloseste pentru alimentarea instalatiilor hidrotehnice, comanda instalatiilor hodrotehnice si aparatajului electric, racirea generatoarelor si a transformatoarelor, incalzirea utilajelor hidotehnice pe timp de iarna, ventilarea incaperilor, iluminat.

Consumul propriu de energie electrica al centralelor termoelectrice cu abur depinde de foarte multi factori (felul combustibilului, presiunea initiala a aburului, tipul generatoarelor si putrrea lor, modul de antrenare a pompelor de alimentare) si este cuprins intre 5 si 10 % din productia totala de energie electrica. La centrale hidroelectrice consumul de energie al serviciilor proprii este cuprins intre 2 si 0,2 % din productia de energie electrica a centralei.

In cazul functionarii la o sarcina partiala P, consumul serviciilor proprii se poate calcula cu relatia :

Psp = ( 0,4 + 0,6 ) Psp max

Notatiile au urmatoarea semnificatie :

Psp max – este puterea maxima a serviciilor proprii ;

Pi – puterea instalata in centrala ;

Pentru antrenarea mecanismelor de servicii proprii se folosesc, de regula motoare electrice. Pentru antrenarea pompelor de alimentare se folosesc pe langa motoare electrice si turbine cu abur.

Alimentarea de baza a serviciilor proprii se face de la generatoarele centralei, iar rezerva se ia din sistem.

Pentru alimentarea sistemului de servicii proprii se prevad transformatoare coboratoare , instalatii de distributie si retele ample la fel ca pentru intreprinderile industriale de aceeasi putere si importanta.

Spre deosebire de intreprinderile industriale, in centralele electrice se prevad si surse independente de sistemul energetic pentru alimentarea sistemelor de comanda, a anumitor dispozitive importante si a iluminatului de siguranta. Ca surse independente se folosesc : baterii de acumulatoare si grupuri Diesel cu pornire rapida , de putere nu prea mare ( sub 200 kW ).

Elementele care sunt absolute necesare pentru o functionare economica si sigura a centralei si anume : mecanismele antrenate de motoare electrice si turbine cu abur, receptoarele de energie electrica de toate tipurile, retelele electrice in cablu,instalatiile de distributie, transformatoarele coboratoare, sursele de energie independente de sistem, precum si si instalatiile de comanda – reprezinta sistemul de servicii proprii al centralelor elecrice.

Functionarea normala a centralei este posibila numai in cazul functionarii sigure a sistemului de servicii proprii. Perturbarea functionarii agregatelor de srvicii proprii din cauza intreruperii alimentarii cu energie electrica duce la oprirea functionarii agregatelor de baza, iar in anumite cazuri si a centralei in intregime. Din aceasta cauza cerinta de baza la care trebuie sa raspunda sistemul de servicii proprii este siguranta in functionare. La fel de importanta este si cerinta de economicitate a sistemului de servicii proprii. Economicitatea trebuie inteleasa atat ca o reducere a investitilor, cat si ca un consum minim de energie electrica si termica in sistemul de servicii proprii.

1.2. Sursele de alimentare cu energie electrica a sintemului de servicii . proprii

Siguranta in functionare a sistemului de servicii proprii al centralei electrice depinde intr-o mare masura de sursele da alimentare.

Necesitatea alegerii unei surse de energie sigure si economice pentru sistemul de servicii proprii a aparut odata cu interconectarea centralelor intre ele intr-un sistem energetic. La inceput atat centrala, cat si sistemul nu puteau asigura o alimentare sigura a serviciilor proprii.

Scurtcircuitele din reteaua exterioara sau interioara centralei, datorita imperfectiunilor protectiilor si ale intreruptoarelor precum si a lipsei regulatoarelor automate ale axcitatiilor generatoarelor, duceau la scaderea indelungata a nivelului de tensiune in sistemul de servicii proprii. In sistemul de servicii proprii se folosea pe scara larga motorul asincron cu rotorul bobinat, prevazut cu reostat de pornire.

La scaderea tensiunii ( chiar si pentru scurt timp ) , motoarele electrice erau deconectate de la retea prin protectii de minima tensiune, care ducea la perturbarea functionarii serviciilor proprii si prin urmare la intreruperea functioanarii intregii centrale. In aceste conditii a fost necesar sa se alimenteze sistemul de servicii proprii de la generatoarele care nu erau legate la sistemul energetic.

Pentru alimentarea serviciilor proprii se prevedea unul sau doua generatoare independente. Aceste generatoare au primit denulirea de grupuri turbogeneratoare de casa si se alimentau cu abur de la aceleasi cazane ca si turbogeneratoarele principale. fig 1.1. Schema principala a sistemului de servicii proprii al unei centrale termoelectrice . turbogeneratoare de casa

1- turbogeneratorul principal ; 2 – turbogeneratorul de casa ; 3- transformatorul de servicii proprii ; 4- statia de inalta tensiune ; 5- instalatia de distributie a serviciilor proprii.

La presiuni ale aburului nu prea mari ( 20-30 bar ) si fara supraincalzire intermediara a aburului, o astfel de schema se poate realiza destul de usor si se considera destul de economica. Generatoarele de casa se racordau la bare de 3-6 kV, functionand in regim normal nelegate la barele de inalta tensiune. Pentru rezervarea generatoarelor de casa se prevedeau transformatoare de rezerva, care erau racordate la barele de inalta tensiune ale centralei.

La astfel de scheme ( cu surse de energie independente ) , scurtcircuitele din sistem, precum si scaderea frecventei in sistem nu erau resimtite de agregatele de servicii proprii.

Odata cu cresterea puterii turbogeneratoarelor si cu cresterea presiunii aburului, alimentarea turbogeneratoarelor de casa cu abur de presiune inalta a devenit din ce in ce mai grea. La anumite centrale turbogeneratoarele de casa au fost inlocuite cu generatoare montate pe acelasi arbore cu generatorul principal. Aceasta schema se considera mai economica, deoarece randamentul turbinei principale era mai mare decat randamentul turbinei de casa de putere mica.

Generatoarele de casa, impreuna cu excitatia lor, complicau constructia turbogeneratorului principal si mareau dimensiunile salii masinilor.

Odata cu perfectionarea aparatajului electric si introducerea automaticii in sistem, siguranta alimentarii cu energie electrica s-a marit foarte mult. Aceasta a permis ca alimentarea de serviciilor proprii sa se faca mult mai sigur si economic de la generatoarele principale si sistem, fara sa se foloseasca surse independente ca turbogeneratoare de casa sau generatoare de casa, al caror montaj era legat de investitii importante si marirea cheltuielilor de exploatare. Adaptarea acestei solutii a fost posibila datorita urmatoarelor perfectionari tehnice :

1 – folosirea unor protectii prin relee rapide pentru toate elementele sistemului, inclusive de serviciilor proprii;

2 – folosirea automaticii de sistem – reglajul automat al excitatiei generatoarelor, descarcarea automata a sarcinii la scaderea frecventei, anclansarea automata a transformatoarelor de rezerva in sistemul de de servicii proprii.

3 – folosirea in sistemul de de servicii proprii a motoarelor asincrone cu rotorul in scurtcircuit si parametric variabili si rotorului (motoare cu bare inalte si dubla colivie) si renuntarea la protectie de minima tensiune ;

4 – realizarea corecta a schemei de principiu a centralei, precum si a schemei pentru alimentarea de lucreu si de rezerva a de serviciilor proprii, care sa asigure autopornirea motoarelor dupa pause scurte de tensiune.

Ultima conditie este eliminatorie si are o importanta foarte mare. Experienta de exploatare a centralelor electrice arata ca motoarele asincrone cu rotorul in scurtcircuit nu sunt sensibile la pause scurte de tensiune, daca ele sunt racordate la surse de putere mare, de exemplu, la barele de inalta tensiune ale centralei, prin intermediul transformatoarelor de putere corespunzatoare. Generatoarele racordate pe barele de inalta tensiune trebuie prevazute cu fortarea excitatiei.

fig. 1.2. Schema principala a sistemului de servicii proprii a unei centrale cu . generatoare de casa

1- generatorul principal ; 2- generatorul de casa ; 3- transformatorul de rezerva pentru servicii proprii ; 4- instalatia de inalta tensiune ; 5- instalatia de distributie a serviciilor proprii

La scaderea tensiunii motoarele se franeaza, dar prin reaparitia tensiunii motoarele asincrone se accelereaza rapid pana la turatia nominala si se restabileste functionarea normala a agregatelor. In procesul de autopornire ( accelerare ) motoarele asincrone absorb curenti mari.

Sursele de alimentare trebuie sa fie astfel dimensionate incat nivelul de tensiune pe barele de servicii proprii sa permita autopornirea motoarelor.

O conditie foarte importanta pentru o functionare sigura a motoarelor electrice in cadrul serviciilor proprii si, in consecinta, a centralelor si a sistemului energetic in intregime este mentinerea frecventei la parametrii nominali.

Scaderea frecventei poate fi cauzata de supraincarcarea sistemului energetic ( sau a unei zone a sistemului ) , datorita deconectarii unei centrale sau a unei linii de interconexiune. Datorita scaderii frecventei se reduce productivitatea mecanismelor care deservesc agregatele principale, in consecinta parametrii aburului scad si ca urmare scade si puterea electrica debitata de centrala.Prin aceasta deficitul de putere in sistem se mareste si frecventa scade in continuare. Daca in acest timp nu se descarca sistemul, se poate perturba intreaga lui functionare. Astfel de avarii au fost posibile pana cand s-a introdus automatica de descarcare automata a sarcinii la scaderea frecventei.

Pentru centrale termoelectrice, ca surse independente de sistem se folosesc bateriile de acumulatoare. Sarcina bateriilor de acumulatoare este sa alimenteze in continuu (in orice conditii ) instalatiile de comanda si semnalizar, protectiile prin relee, instalatiile de automatizare si telefonia.

In cazul disparitiei tensiunii alternative, bateria de acumulatoare trebuie sa alimenteze de asemenea iluminatul de siguranta si anumite mecanisme care asigura oprirea in deplina siguranta a turbogeneratorului ( pompele de ulei de ungere si etansare) . Capacitatea bateriei de acumulatoare se alege pentru intreruperi de 1 h in alimentarea cu curent alternativ.

Pentru centrale de putere mare, marirea capacitatii bateriei de acumulatoare nu este recomandabila si din aceasta cauza se prevad grupuri motor Diesel-generator de current alternative, prevazute cu pornire rapida in caz de avarie.

Puterea grupurilor Diesel nu este mare, din aceasta cauza pornirea centralei dupa o avarie cu ajutorul lor nu este posibila. Este absolut necesar ca energie pentru o astfel de pornire sa fie luata din sistem.

1.3. Clasificarea receptoarelor din serviciilr proprii ale centralelor . electrice si sursele lor de alimentare

Pentru alimentarea receptoarelor de servicii proprii de regula se folosesc doua trepte de tensiuni alternative si anume :

a. Treapta de medie tensiune , pentru alimentarea unor motoare de puteri unitare peste 160 kW sau pentru alimentarea unor grupe de receptoare mai mici, prin intermediul unor transformatoare coboratoare.

Pentru instalatii de medie tensiune se allege , de regula , tensiunea de 6 kV. In cazuri justificate se poate opta si pentru o alta tensiune medie (de exemplu 10 kV) sau eventual doua tensiuni medii;

b. Treapta de joasa tensiune , pentru alimentarea receptoarelor mici inclusiv a motoarelor cu puteri unitare sub 160 kW.

Receptoarele se impart in patru categorii (comform 113/77) :

In categoria 0 (vitala) se include :

a.       toate receptoarele a caror intrerupere in alimentare mai mare de 1 s conduce la blocului, turbinei sau cazanului. Pentru receptoarele vitale de categoria 0 de curent continuu se prevad cel putin doua alimentary normale din bateria de acumulatoare.Pentru receptoarele de categoria 0 de curent alternativ se prevad cel putin doua alimentari normale din bateria de acumulatoare prin aparate de convertire a curentului ( ex. invertoare) si alimentari de rezerva de curent alternativ ale receptoarelor de categoria 0.

b.      toate receptoarele care nu permit decat intreruperi de scurta durata (de ordinal 10.20 secunde) in caz contrar putandu-se produce accidentarea de persoane sau avarierea grava a agregatelor principale din centrala.

In acesta categorie se incadreaza receptoarele care trebuie sa functionaze ale blocurilor cazan-turbina(ex. Anumite circuite de comanda , unele pompe , vane electrice , iluminatul, statii de reducere-racire).

Pentru receptoarele de categoria 0 se prevad trei surse de alimentare din care una va fi sursa normala , a doua sursa de rezervaindependenta si a treia va fi o sursa de alimentare de rezerva (de exemplu grup Diesel cu intrare automata in functiune).

In categoria 1 (principala) se include toate receptoarele la care intreruperea alimentarii pe durate mai mari de 3 secunde afecteaza direct regimul de functionare al blocurilor , putand conduce la oprirea lor ( de exemplu pompe de alimentare cu apa a cazanelor , ventilatoare de aer sau de gaze de ardere).Pentru receptoarele de categoria 1 se asigura alimentarea de la o sursa normala si de la una de rezerva independenta cu anclansarea automata a sursei de rezerva in cazul caderii sursei normale.

Pentru categoria a 2 a (secundara) se include toate receptoarele a caror intrerupere temporara de ordinal 15-20 minute nu afecteaza imediat regimul de functionare a centralei (de exemplu instalatiile de descarcat , de concasat ,de transportat) . Pentru receptoarele de categoria 2 se prevad o sursa normala si una de rezerva.

In categoria 3 (auxiliara) se includ toate receptoarele care nu afecteaza regimul de functionare al centralei. Alimentarea acestor receptoare se face de la o sursa sigura de alimentare.

1.4. Scheme electrice de alimentare in curent alternativ

Deoarece principiile dupa care se elaboreaza aceste scheme sunt structural diferite pentru centrale functionand pe schema bloc generator-transformator si pentru centrale avand bara colectoare la tensiunea generatorului , ele se vor trata separat pentru cele doua tipuri de centrale.

In general nu se poate vorbi de tipuri de scheme unanim adoptate pentru cele doua tipuri de centrale electrice mentionate , dar principiile generale dupa care aceste scheme trebuie elaborate sunt sufficient de bine precizate si toate schemele electrice de alimentare ale serciciilor proprii trebuie sa tina seama de ele

Aceste principii generale sunt urmatoarele :

a.       Schema de alimentare trebuie sa asigure fiecarui categorii de consumatori siguranta in alimentare si continuitatea in functionare ceruta;

b.      Schema trebuie sa fie simpla , clara, osor de supraveghiat si exploatat;

c.       Puterea instalata in transformatoarele de servicii proprii , in bobinele de reactanta , trebuie sa fie cat mai redusa , fara a afecta prin aceasta celelalte conditii de functionare a schemei;

d.      Schema de alimentare sa fie cat mai putin posibila afectata de avariile din interiorul centralei sau din afara ei sis a permita reluarea rapida a functionarii centralei dupa oprire si in urma unor avarii.

e.       Sursele de alimentare normala si cele de rezerva sa fie cat mai independente intre ele , in sensul ca ultimele san u fie afectate , decat in limite admisibile, de defectele aparute in sursele de alimentare normale.

1.4.1. Schemele electrice de alimentare in centrale cu blocuri generator- . transformator

Principiul care sta la baza alegerii unei scheme electrice de alimentare a serviciilor proprii in centrale organizate pe blocuri consta in realizarea unor separari cat mai complete a schemei pe fiecare bloc in parte , in vederea asigurarii unei independente cat mai pronuntate in functionarea blocului in raport cu celelalte.

In acest scop fiacarui bloc generator-transformator ii sunt afectate unul sau doua transformatoare de servicii proprii , denumit prescurtat TSPB (transformator de servicii proprii de bloc). Acest transformator este destinat pentru alimentarea receptoarelor de servicii proprii ale blocului si , in anumite scheme , pentru alimentarea unei parti din receptoarele serviciilor proprii generale , care sunt comune pentru intreaga centrala sau pentru un anumit numar de blocuri.

Schemele in care se face racordarea acestor transformatoare difera de la centrala la centrala , insa ele pot fi sistematizate , principal ca in figura de mai jos.

Astfel in figura , a este prezentata schema cea mai simpla de racordare a transformatorului TSPB. Schema ofera avantajul simplitatii si al lipsei unor elemente suplimentare de comutatie la bornele generatorului. De asemenea , aceasta schema permite o racordare foarte sigura, in bare ecranate pe faza intre punctual de racord al transformatorului TSPB si bornele acestuia. Celula de sub generator rezulta foarte simpla , deoarece in aceasta se amplaseaza numai aparatajul necesar reglajului excitatiei , dezexcitarii rapide , fortarii excitatiei.

Dezavantajele schemei constau in faptul ca transformatorul TSPB nu poate servii si pentru pornirea blocului , in acest scop fiind necesara alimentarea barei de servicii proprii de la o alta sursa , pana se face sincronizarea la bare a blocului prin intermediul 1I.

Acest dezavantaj este destul de serios , deoarece in cazul indisponibilitatii , in momentul pornirii blocului , a sursei de rezerva sau in cazul defectarii transformatorului racordat la aceasta sursa , blocul nu poate fi pornit. Ca o consecinta a acestui fapt , apare necesitatea de a se prevedea transformatoare suplimentare de pornire , in special la centralele cu mai multe blocuri. fig 1.3. Scheme pentru alimentarea serviciilor proprii de bloc

In vederea inlaturarii dezavantajului mentionat , se apeleaza la schema din figura 1.3,.b .In acesat schema , in timpul pornirii blocului , intreruptorul 2I este deschis , iar receptoarele de servicii proprii ale blocului care trebuie sa functioneze in timpul pornirii sunt alimentate din sistem prin intermediul transformatorului de bloc si al transformatorului TSPB. Dupa pornire, sincronizarea cu sistemul se face prin inchiderea intreruptorului 2I. Avantajele acestei scheme , in raport cu prima schema , sunt evidente , mai ales datorita faptului ca acelasi transformator poate fi folosit atat pentru alimentarea normala a serviciilor proprii , cat si pentru pornirea blocului. Evident ca intr-o asemenea schema numarul transformatoarelor de servicii proprii de rezerva pe intreaga centrala va fi mai redus. In afara de acesta avantaj , aceasta schema nu necesita – ca in figura 1.3., a – , trecerea dupa pornirea blocului , de pe alimentarea de la sursa de pornire pe sursa proprie(adica pentru alimentarea de la TSPB). In scemele in care aceasta trecere este necesara , ea se poate face in doua feluri , si anume :

–         prin sincronizarea la barele de servicii proprii ale transformatorului TSPB cu sursa de rezerva si deconectarea sursei de rezerva (trecere fara intreruperea alimentarii serviciilor proprii );

–         prin AAR , adica trecerea alimentarii de la sursa de pornire pe sursa normala se face prin deconectarea prealabila a intreruptorului 4I, care prindispozitivul AAR comanda anclansarea intreruptorului 3I.

Ambele sisteme de trecere de pe sursa de alimentare comporta anumite riscuri si de aceea se considera ca reprezentand un avantaj suplimentar schema care evita aceasta trecere.

Riscurile sunt urmatoarele :

–         la trecerea prin sincronizare , prin captarea in paralel a celor doua surse de alimentare ( de pornire si normala ) , puterea de scurtcircuit pe bare creste foarte mult si in cazul unui scurtcircuit in acest regim de functionare exista pericolul distrugerii unor aparate sau cai de current. Acest risc este insa redus, dat fiind timpul scurt in care se functioneaza cu sursele in paralel.

–         la trecerea prin AAR de pe sursa de pornire pe cea normala , exista riscul ca , dupa deconectarea intreruptorului 4I , intreruptorul 3I sa refuse inchiderea , ceea ce conduce , in mod evident , la oprirea blocului.

Un dezavantaj al schemei 1.3. b il poate constitui ecranarea pe faza a barelor de legatura intre generator si transformatorul de bloc. In cazul cand intreruptorul 2I nu poate fi procurat in executie separata pentru fiacare faza , ecranarea monofazata pe tot circuitul devine imposibila. Aceasta conduce la marirea riscului de aparitie a unor defecte polifazate in apropierea imediata a bornelor generatorului. Riscul creste si datorita prezentei unor aparate de comutatie suplimentare intre generator si transformator.

Un alt dezavantaj consta in faptul ca intreruptorul 2I trebuie sa fie un aparat deosebit de robust , fiind parcurs de curenti foarte mari , atat in exploatare normala , cat si in regim de scurtcircuit , cea ce il face sa fie un aparat scump. Pentru reducerea acestui dezavantaj se renunta in multe cazuri la functia de intreruptor si i se confera acestui aparat numai functia de contactor , el servind deci exclusuv pentru sincronizare.

Daca in schemele cu transformatoarele de bloc cu doua infasurari , alegerea uneia sau alteia dintre variantele discutate mai comporta discutii , schema din figura 1.3., b este obligatorie in cazul cand transformatorul de bloc are trei sau este autotranstormator (figura 1.4.) deoarece in asemenea cazuri trebuie sa existe posibilitatea mentinerii legaturii intre cele doua tensiuni inalte la care debiteaza blocul si in cazul unui defect in cadrul blocului.

fig1. 4. Scheme pentru alimentarea serviciilor proprii de bloc cand . transformatoarele de bloc au trei infasurari sau sunt autotransformatoare

La unele centrale electrice nu toate receptoarele de servicii proprii pot fi racordate pe barele de servicii proprii ale blocului. Cu toate ca in present se tinde spre o "blocizare" maxima , unele receptoare sunt de interes general , deservind instalatii commune intregii centrale (de ezemplu : utilajele din instalatii de epurare chimica , statii de pompe , de alimentare cu combustibil, instalatii de aer comprimat , iluminat ) si de aceea nu se doreste ca acestea sa fie afectate de defectarea unor bare de servicii proprii ale unui bloc. Acest aspect se remarca si la centralele electrice de termoficare , unde exista receptoare generale importante apartinand instalatiilor de termoficare.

In aceste cazuri schema de alimentare cu energie electrica a serviciilor proprii se prevede cu bare de servicii proprii generale , de la care se alimenteaza toti acesti consumatori.

Cand asemenea bare generale exista , ele servesc deseori si ca surse de rezerva si de pornire pentru barele de servicii proprii de bloc (figura 1.5.).

fig 1.5. Alimentarea serviciilor proprii generale

Trebuie mentionat ca schemele de alimentare cu energie electrica a instalatiilor de servicii proprii sunt extrem de variate , deoarece ele sunt determinate de o multitudine de conditii locale si specifice , cum ar fi : schema electrica a centralei si felul in care se face racordarea la sistem , importanta centralei in sistem , felul combustibilului , puterea initara a grupurilor , tipurile de aparataj disponibile si de aceea sistematizarea solutilor este destul de anevoioasa.

Alimentarea serviciilor proprii din centralele electrice

Electronica electricitate

+ Font mai mare | – Font mai mic

Alimentarea serviciilor proprii din centralele electrice

Aspecte generale

Servicii proprii instalatii care contribuie la buna functionare a centralelor electrice (SP)

Clasificarea SP:

Dupa locul amplasarii:

Interne (in incinta centralei)

Externe (ex. la CHE, serviciile proprii de la baraj

Dupa sfera de deservire:

De grup (aferente unui anumit grup)

Generale deservesc intreaga centrala sau mai multe grupuri (ex. Gospodaria de combustibil, instalatiile de evacuarea zgurii si cenusii la CTE)

Dupa importanta (continuitate in alimentare):

SP de categoria 0 (zero) consumatori vitali

Categorii de consumatori vitali:

Categoria 0 – a:

Intreruperea lor timp de o secunda poate scoate din functiune intregul grup (de ex. protectiile);

Se asigura 3 surse de alimentare (2 de la bateria de acumulatoare prin intermediul unor invertoare si o a treia sursa de la barele de alimentare in curentul alternativ al serviciilor 0 – b);

Categoria 0 – b:

Intreruperea lor timp de 1020 secunde poate scoate din functionare grupul pe care-l deservesc (de ex. pompe de ulei pentru ungerea lagarelor grupului, statii de reducere – racire, unele automatizari, iluminatul de siguranta etc.);

Se asigura trei surse de alimentare (una normala, una de rezerva dintr-o sursa independenta si o a treia de siguranta: grup Diesel cu pornire automata);

Categoria 1:

Intreruperea lor timp de peste 3 secunde poate afecta sarcina grupului sau poate scoate chiar grupul din functionare;

Ex.: pompele de alimentare cu apa a cazanelor, ventilatoarele de aer si gaze la cazane etc.

Se asigura 2 cai de alimentare cu comutatie automata prin AAR (anclansarea automata a rezervei)

Categoria 2:

Intreruperea lor timp de 1015 minute inca nu afecteaza bunul mers al grupului;

Ex.: concasoarele de carbune daca exista buncar tampon, sistemele de evacuare a zgurii si cenusii.

Se asigura 2 cai de alimentare fara comutare automata;

Categoria 3 consumatori auxiliari

Ex.: iluminatul culoarelor, instalatii de ridicat, ateliere, laboratoare etc.

Se asigura o singura sursa de alimentare.

Consumuri procentuale ale serviciilor proprii la sarcina nominala a grupurilor in cazul diferitelor categorii de centrale electrice

CTE:

Gaze sau pacura: 57%

Carbune: 710%

Carbune (lignit) cu putere calorifica scazuta: < 16%

CET: consumul de la CTE se amplifica cu 1,31,5

CNE: depinde de filiera partii nucleare: 514%

Filiera CANDU: 7%

CDE (Centrale Diesel Electrice):

Motorina: 35%

Pacura: 57%

CTG (centrale cu turbine cu gaze): 12%

CHE: 0,22%

Consumul global al serviciilor proprii la noi in tara este in jur de 9%.

Forme de energie necesare serviciilor proprii

In marea lor majoritate serviciile proprii sunt alcatuite din motoare electrice. Un procent mic il reprezinta iluminatul si consumurile pentru alte instalatii.

cea mai comoda si indicata forma de energie pentru SP este energia electrica.

Exceptie: pompele de alimentare (cu puteri de 4,55MW) a cazanelor sunt actionate cu turbine cu abur (mai economic).

Trepte de tensiune in alimentarea SP

Motoarele de putere mica si iluminatul se alimenteaza la JT: 380/220V, mai nou 400/230V

Motoarele cu Pn 160 kW sunt alimentate la 6kV.

Principalele categorii de motoare electrice folosite pentru actionarea serviciilor proprii

Motoare asincrone (cu rotor in scc.) – cele mai folosite

Avantaje:

Constructie simpla

Robuste

Pret redus

Pot autoporni (este suficient sa li se aplice tensiunea pentru a porni).

Dezavantaje:

Soc de curent la pornire: 57 In

Nu se preteaza la un reglaj comod de viteza

In prezent se folosesc actionarile cu viteza variabila (AVV) prin care se alimenteaza cu tensiune de frecventa variabila motoarele.

Motoare sincrone

Se folosesc numai la actionari de mare putere (cativa MW) si turatie constanta.

Se folosesc supraexcitate pentru a debita puterea reactiva in reteaua SP.

Au un sistem de excitatie mai putin fiabil.

Sunt scumpe.

Motoare de c.c cu excitatie in derivatie

Turatia variaza liniar cu curentul absorbit:

Este un motor cu colector fiabilitate mai scazuta

Necesita instalatii speciale de pornire (Rp)

Este folosit la benzile transportatoare (de carbune) si la pompele de ulei.

Solutii de principiu pentru alimentarea serviciilor proprii

Vom aborda:

Solutii de principiu pentru alimentarea SP din centrale

Solutii de principiu pentru alimentarea SP vitale

Solutii de principiu pentru alimentarea SP din centrale

1.1

SP sunt alimentate in regim normal de un grup de casa, antrenat de o turbina de abur

Este o solutie sigura

Se foloseste in sistemele energetice slabe, in care iesirea din sincronism este frecventa si timpii de repornire trebuie sa fie mici

Costul specific (lei/kW) este mare si randamentele sunt reduse

Este o schema independenta scurcircuitele din SEN sau scaderea frecventei nu sunt resimtite de agregatele de servicii proprii

1.2

Turbogeneratoarele de casa au fost inlocuite cu grupuri de casa montate pe acelasi arbore cu generatorul principal.

Reteaua de SP este independenta de perturbatiile din retea.

Ex. CHE Bicaz

Solutiile 1.1 si 1.2 nu mai au raspandire astazi.

1.3

Alimentarea SP se face de la generatoarele principale si din sistem

Toate solutiile au rezerva de alimentare a SP si din SEN

Solutii de principiu pentru alimentarea SP vitale

2.1

In mod normal, consumul SP vitale este asigurat din reteaua de curent alternativ prin IA (intreruptor automat)

In momentul disparitiei tensiunii pe barele de SP, se da comanda pornirii MDR (motor cu demaraj rapid). Demarajul are loc pe un interval de 1020 secunde, timp in care SP ar ramane nealimentate.

Pe perioada pornirii MDR, SP vor fi alimentate de BA (baterie de acumulatoare) cu redresorul ce poate lucra si ca invertor. Redresorul mentine incarcata bateria si in regim de invertor se alimenteaza SP.

2.2

In regim normal, SP sunt alimentate de grupul M -G care poate fi de curent alternativ sau c.c. functie de necesitatile SP

In momentul intreruperii sursei de alimentare normala a SP, intra in functiune MDR si CE (cupla electromagnetica). Dar sunt necesare circa 10 secunde pentru ca ele sa antreneze motorul la plina sarcina.

In aceasta pauza, V (volant) care are inmagazinata energie in masele de rotatie, asigura energia necesara antrenarii G, pana este preluata aceasta functie de MDR.

Masuri pentru marirea continuitatii in functionarea serviciilor proprii alimentate de la generatoarele cuplate la SEN

Se actioneaza pe trei directii:

Sectionarea barelor colectoare a statiei de SP;

Rezervarea;

Folosirea unor motoare care autopornesc.

Sectionarea barelor colectoare ale statiilor de SP

Avantajele sectionarii:

Cresterea continuitatii in alimentare, in cazul unor revizii la bare sau la separatoarele de bare;

Limitarea curentilor de scc.

Se prevad:

1 etaj de bare colectoare de 6kV (cu una sau doua sectii de bare pentru fiecare grup, foarte rar trei);

se prevad 2 sectii de bare colectoare pentru serviciile proprii generale ale centralei;

1 etaj de bare la 380V (pot aparea zeci de sectii de bare de JT in reteaua de SP a unui grup); gruparea consumatorilor pe sectii se face dupa:

departarea dintre consumatori

gradul de importanta in continuitatea functionarii grupului.

Rezervarea

rezervarea tehnologica, de exemplu, prevederea a doua pompe de alimentare, a 23 ventilatoare (1 pompa in plus, etc.);

rezervarea alimentarii cu energie electrica

rezervare ascunsa

rezervare evidenta

a) rezerva ascunsa

Rezervarea este 'ascunsa' in supradimensionarea fiecaruia dintre cele 2 trafo. de SP (2100%).

In ipoteza unei avarii la TSP2, protectia deconecteaza I1 si I2 si apoi AAR anclanseaza Ic (intreruptor de cupla) si SP rezulta alimentate numai prin TSP1 dimensionat 100%.

AAR inchide Ic dupa ce verifica deschiderea lui I2 pentru a nu alimenta defectul.

b) rezerva evidenta

se prevede a 'n+1' cale de alimentare a SP, transformatorul de rezerva evidenta Trez. evid..

Alimentarea SP prin Trez. evid. poate fi comutata prin AAR, pentru a alimenta sectiile de SP de grup daca a disparut tensiunea de pe aceste sectii.

Ialim este deschis in functionarea normala a schemei, pentru a nu determina pierderi permanente de mers in gol la trafo. de rezerva evidenta.

Folosirea unor motoare care autopornesc

In prealabil trebuie verificate si asigurate conditiile de autopornire.

Aplicand tensiune acestor motoare, ele pornesc singure fara a fi necesara interventia omului sau a unor automatizari.

Se folosesc:

Motoare asincrone cu rotorul in scurcircuit

Motoare sincrone special construite cu rotorul robust astfel incat sa se poata inchide curentii de pornire in asincron.

Conditia de autopornire:

UBC 0,7 Un

(Mmax U2)

Mmax – cuplu motor maxim

Tensiunea pe barele de alimentare a SP nu trebuie sa scada sub 0,7 Un pentru a se asigura cuplul necesar autopornirii motoarelor.

Alimentarea SP in cazul centralelor electrice cu bare la tensiunea generatoarelor

Schema principala, detaliata in zona SP:

De la statia la care sunt racordate generatoarele (G1 si G2) se alimenteaza:

Serviciile proprii de bloc (prin TSP1 si TSP2)

Serviciile proprii generale + rezerva serviciilor proprii de bloc

siguranta in functionare a acestor bare (la care sunt racordate direct generatoarele G1 si G2) trebuie sa fie ridicata.

Pentru grupurile bloc generator – trafo. alimentarea SP se ia in derivatie de la bornele generatorului (G3).

Daca barele pe care debiteaza energie G1 + G2 sunt la 6kV se prevede alimentarea SP prin bobine limitatoare in loc de trafo. (curentii de scurcircuit sunt mari pe barele de SP datorita prezentei generatoarelor in apropiere).

Alimentarea SP din CET sau CTE cu grupuri bloc generator – transformator

A.

SP sunt alimentate printr-o derivatie de la bornele generatorului

Legatura fiind dupa TES, perturbatiile din sistem sunt mai putin resimtite (datorita impedantei TES)

TSP1 are tensiune superioara medie mai ieftin.

B.

TSP2 este racordat la bara de IT a statiei sau la tertiarul AT TSP2 este mai scump, TSP3 ceva mai ieftin.

In regim normal, alimentarea serviciilor proprii se face prin 2 trafo. serie (trafo. bloc + TSP2) sau prin 3 trafo. serie (trafo. bloc + AT + TSP3) cresc pierderile

TSP2 racordat direct la IT se resimt perturbatiile din sistem (avariile).

Pentru alimentare normala, solutia A este mai buna.

Calitatea solutiei B este legatura directa, mai sigura a TSP2 cu SEN. Aceasta legatura este utila la:

Pornirea blocurilor (P)

Oprirea blocurilor (O)

Alimentarea serviciilor proprii generale (G)

Cale de alimentare de rezerva mai sigura (R).

Evolutia conceptiilor privind aparatajul de comutatie pe derivatia de alimentare a SP de bloc

(1)

In aceasta solutie, Id (intreruptor de derivatie) era obligatoriu pana acum 25 ani

Rolul lui Id era: in caz de avarie in TSP, protectia deconecteaza I1 si Id si AAR cupleaza alimentarea de rezerva

Pe masura cresterii puterii grupurilor si a cresterii valorii Iscc, Id devenea mai greoi, mai scump si mai putin fiabil.

De asemenea, defectele in TSP au o probabilitate mica s-a renuntat la Id.

(2)

Id este inlocuit, pe cele 3 faze, cu trei legaturi debulonabile. In cazul unei avarii in TSP, se deconecteaza intregul bloc si lucreaza ADR (automatul de dezexcitare rapida). Dupa aceea, se desface Ld , se deschide I1 si se alimenteaza SP pe calea de rezerva si se reporneste grupul.

Solutii pentru limitarea curentilor de scurtcircuit pe calea de alimentare normala a SP

TID, fractionarea puterii, utilizarea bobinelor limitatoare

Folosirea TID

Fractionarea puterii instalate intr-un trafo. prin folosirea a 2 trafo. de putere mai mica

Folosirea bobinei limitatoare in cazul in care UnG = 6kV.

Solutii de alimentare a SP la pornirea (P) si la oprirea (O) grupurilor din centrale

Pentru pornirea si oprirea grupurilor se consuma in cadrul SP cam 50% din puterea consumata la plina sarcina.

Pornirea sau oprirea grupurilor poate dura mai multe ore functie de tipul grupurilor.

Solutii:

Cu intreruptor la bornele generatorului

Fara intreruptor la bornele generatorului.

(A)

Solutie fara intreruptor la bornele G. Daca s-ar alimenta SP prin TES + TSP la pornirea grupului s-ar pune sub tensiune G, care s-ar roti inutil

se alimenteaza SP prin TPOR. Aceasta reprezinta o cale de alimentare mai sigura din sistem

(B)

Solutie cu aparat de comutatie la bornele generatorului (IG sau CG – separator de sarcina)

alimentarea SP la P sau O se face prin TES + TSP, TES lucreaza la P sau O ca trafo. coborator.

Se poate utiliza Trez rezerva pentru mai multe blocuri

In varianta (A), trecerea de pe functionarea SP pe TPOR la functionarea pe TSP se poate face prin mai multe solutii:

Cu intreruperea alimentarii SP

Fara intreruperea alimentarii SP

Trecere cu intreruperea alimentarii SP (prin basculare)

se deschide I1 si apoi se inchide I2 foarte rapid

se evita aparitia unor curenti foarte mari (care ar aparea daca TES, TSP si TPOR ar fi puse in paralel)

pe timpul bascularii, motoarele din SP raman fara tensiune.

Trecere fara intreruperea cailor de alimentare

inchid I2 , apoi deschid I1 foarte rapid

Observatie Indiferent de metoda, bucla de 3 trafo. nu trebuie sa introduca tensiuni suplimentare

suma decalajelor de tensiune introduse de cele 3 trafo. trebuie sa fie zero (daca bucla este inchisa). De regula, TES si TPOR au aceeasi grupa de conexiuni Yd 11 TSP se alege Yy 12 sau Dd 12 pentru a nu introduce decalaje suplimentare de tensiune.

Reglajul de tensiune:

tensiunea la care se evacueaza energia din centrala se regleaza din excitatia generatorului G

tensiunea de alimentare a SP se regleaza din TSP dotat cu RSS (reglaj sub sarcina).

Solutii pentru alimentarea SP generale

Aceste SP deservesc intreaga centrala; de exemplu: gospodaria de combustibil.

Conceptii de alimentare:

SP generale alimentate de la o statie la care sunt racordate TPORG

Racordarea SP generale la sectiile care alimenteaza serviciile primelor 2 grupuri care se pun in functiune in centrala respectiva.

Solutii de alimentare

a)

b)

(a)

De obicei, racordarea la tertiarele autotrafo. (A1, B1). Daca solutia nu este posibila racordare la A2, B2 sau A3, B3.

(b)

Cele doua trafo. TPOR1, TPOR2 alimenteaza doua magistrale de alimentare de rezerva a SP (M1 + M2).

Magistralele sunt cel putin o data sectionate la mijloc (IM1 si IM2).

Pentru grupuri mai mari sectionarea poate fi mai densa din motive de limitare a Iscc.

Trafo. TPOR este util sa se alimenteze de la o legatura sigura cu SEN.

De asemenea, trebuie sa urmarim economicitatea solutiei:

Eforturi mai reduse de investitii (TPOR racordate la tensiuni mai mici)

Pierderi de energie mai reduse.

Ipoteze pentru alegerea puterilor nominale ale trafo. de SP

Cu privire la trafo. legate in derivatie la bornele generatorului, care constituie calea normala de alimentare:

la sarcina nominala a SP

la varf o incarcare optima a trafo. de 70%80%

Cu privire la TPORG

simultan, ambele TPORG trebuie sa poata asigura:

pornirea sau oprirea unui grup; SSpnom 100% SPgenerator 50% SSpnom (la pornire)

rezervarea alimentarii unui alt grup 100%

alimentarea serviciilor proprii < 50%

total 200% SSpnom

in solutia (a) de la punctul 9.13 cele doua trafo. TPORG se aleg de aceeasi putere cu cea a TSP1 (TSP2).

In solutia (b) de la punctul 9.13. cele doua TPOR trebuie sa asigure 200% SSpnom.

Particularitati in alimentarea SP din CNE si CHE

CNE (Centrala nuclearo-electrica)

Consumul SP este de 514% SnG

Partea clasica lucreaza pe ciclul apa-abur

Particularitati:

Exista mai multi consumatori vitali care trebuie asigurati in orice moment sectionare mai adanca

Instalarea unor surse suplimentare de alimentare de siguranta (mai multe baterii de acumulatoare si mai multe grupuri Diesel cu demaraj rapid).

Cea mai importanta particularitate a schemelor pentru alimentarea serviciilor proprii ale centralelor nuclearo-electrice o reprezinta siguranta foarte mare ceruta in functionare, mai ales in cazurile de oprire la avarie. In acest sens, schemele de servicii proprii contin o serie de masuri suplimentarea fata de cele ale centralelor termoelectrice. Intrucat exista o mare diversitate de modalitati de a asigura aceasta functionare fara intreruperi, in figura este prezentata schema de principiu a serviciilor proprii ale grupului de 600 MW CANDU de la Cernavoda.

Trebuie remarcata existenta unei statii de servicii proprii de 110 kV, folosirea a doua tensiuni medii in alimentarea motoarelor de mare putere (6 si 10 kV); prezenta grupurilor antrenate de motoare Diesel cu demaraj rapid etc.

Conform normelor canadiene, consumatorii de servicii proprii ai centralei sunt impartiti in patru clase de siguranta in functionare:

clasa a IV-a, alimentati fie de la turbogenerator, fie de la sistem, pot suporta intreruperi in alimentarea cu energie electrica de lunga durata, fara implicatii in securitate; intreruperea completa a sursei consumatorilor de clasa a IV-a are ca efect oprirea reactorului;

clasa a III-a, alimentati de la sursele consumatorilor de clasa a IV-a si de la generatoarele Diesel in rezerva, care pornesc automat la intreruperea sursei de clasa a IV-a sau la un accident de pierdere a agentului de racire si asigura o sursa autonoma, independenta de sistem; sistemul de clasa a III-a poate tolera intreruperi de scurta durata, iar in cazul unei intreruperi de lunga durata, centrala mai poate fi inca oprita in deplina siguranta;

clasa a II-a (curent alternativ) si de clasa I (curent continuu) sunt proiectate sa asigure o sursa de alimentare neintrerupta si constau din baterii de acumulatoare, invertoare si sisteme de incarcare a bateriilor de acumulatoare; sistemele de clasa I si clasa a II-a sunt alimentate in regim normal de la sistemul de clasa a IV-a.

Pentru oprirea in deplina siguranta a centralei se prevad doua sisteme independente de oprire la avarie. Sistemul de oprire la avarie 1 este alimentat de la sursele electrice normale ale centralei. Sistemul de oprire la avarie 2 este prevazut cu o sursa de alimentare cu rezervare de 100%, care este prevazuta sa reziste la cutremure si este amplasata intr-o cladire separata.

Exemplu de schema pentru alimentarea serviciilor proprii ale unui grup de 600 MW dintr-o centrala nuclearo-electrica pe filiera CANDU:

CHE (Centrale hidroelectrice)

Consumul SP este de 0,22% SnG

Nu avem nevoie de alimentare la 6kV a SP, ci numai la JT (400V):

Exista SP interne si externe (exterioare perimetrului CHE)

SP externe stavile, electrobaraje.

Alimentarea SP externe se poate face:

Prin transformatoare alimentate din statia de evacuare a puterii din centrala

Prin transformatoare alimentate din reteaua de distributie a energiei electrice din localitatile inconjuratoare (alimentare destul de sigura).

In unele situatii, nu se mai prevad solutii de alimentare a SP de la bornele grupului hidrogenerator, SP fiind alimentate din statia de evacuare a puterii din CHE sau din reteaua de distributie locala.

Alegerea puterii transformatoarelor care alimenteaza serviciile proprii

Alegerea puterii nominale a transformatoarelor care alimenteaza serviciile proprii se face astfel incat sa se asigure:

tranzitarea sarcinii maxime de durata a serviciilor proprii;

pornirea motorului care are cele mai grele conditii la pornire, considerandu-se celelalte motoare in functiune ;

autopornirea motoarelor principale in conditiile cele mai grele:

un plafon al curentilor de scurtcircuit sub limitele cerute de echipamentul din schemele de servicii proprii.

Puterea maxima de durata ceruta de consumatorii de servicii proprii este determinata de puterea motoarelor conectate, tinandu-se seama de coeficientul de incarcare, randamentul si factorul de putere al motoarelor, precum si de sarcina tranzitata spre sectiile de 0,4 kV prin transformatoarele de 6/0,4 kV. Pentru o prima aproximatie se poate folosi relatia de mai jos:

, (9.1.)

in care:

SM,sp este puterea maxima de durata ceruta de consumatorii de servicii proprii, in kVA;

P1 – suma puterilor motoarelor conectate la barele statiei de 6 kV, in kW;

K1m – coeficientul de incarcare medie a motoarelor; valoarea acestui coeficient pentru centrale cu parametrii medii este de 0,6-0,65, iar pentru centrale cu parametrii inalti este de 0,75-0,85; la centrale cu parametrii foarte inalti acest coeficient are valoarea de 0,9;

m – randamentul mediu al motoarelor, care pentru calcule preliminare se poate lua de ordinul 0,9;

cos m – factorul de putere mediu; de obicei poate fi considerat ;

S2 – suma puterilor nominale ale transformatoarelor de 6/0,4 kV;

K2 – coeficientul de incarcare al transformatoarelor de 6/0,4 kV; de obicei poate fi considerat K2=0,7.

O prima alegere a puterii nominale a transformatorului de servicii proprii se face cu ajutorul relatiei de mai jos:

(9.2.)

In continuare, se verifica daca transformatorul de puterea aleasa mai sus asigura conditiile de pornire sau autopornire ale motoarelor mari de servicii proprii.

Verificarea conditiilor de pornire si autopornire ale motoarelor din cadrul serviciilor proprii consta in predeterminarea tensiunii de revenire pe barele de alimentare in momentul autopornirii, respectiv in momentul pornirii. Tensiunea de revenire depinde de curentii absorbiti la pornire sau autopornire si de nivelul puterii de scurtcircuit trifazat pe barele de la care sunt alimentate motoarele.

Se poate folosi relatia prezentata deja:

, (9.3.)

n care:

Sp este puterea electrica absorbita de motor la pornire sau puterea absorbita de grupul de motoare la autopornire;

Ssc – puterea de scurtcircuit pe barele statiei de 6 kV alimentate de transformatoare si la care sunt racordate motoarele (aceasta putere este proportionala cu puterea nominala a transformatoarelor SnT);

U* admisibil – valoarea relativa a tensiunii admisa la pornire sau autopornire (n lipsa unor valori precizate, se pot considera valorile 0,85 pentru cazul pornirii celui mai mare motor si 0,70 pentru cazul autopornirii unui grup de motoare dupa o pauza de tensiune).

Pentru asigurarea plafonului curentilor de scurtcircuit se va folosi relatia urmatoare, in care puterea transformatorului SnT este cea rezultata pe baza aplicarii relatiilor anterioare:

(9.4.)

Trebuie remarcat faptul ca in aceasta faza, pentru satisfacerea relatiei de mai sus, este posibila trecerea de la un transformator de putere prea mare la doua transformatoare de putere mai mica sau la un transformator cu infasurarea secundara divizata. In acest caz este necesara reverificarea indeplinirii conditiilor de pornire sau autopornire a motoarelor.