Электрическая часть электростанций и подстанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Выбор главной схемы ГРЭС

1.1 Выбор генераторов и распределение их по напряжениям

1.2 Расчёт перетоков мощности через трансформаторы связи

1.3 Выбор силовых трансформаторов

1.4 Выбор схемы коммутации РУ

2. Расчёт токов короткого замыкания

2.1 Расчёт параметров электрической схемы замещения

2.2 Расчёт токов короткого замыкания на шинах 330 кВ

2.3 Расчёт токов короткого замыкания на шинах 110 кВ

3. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей в РУ 110 кВ и 330 кВ

3.1 Выбор выключателей

3.2 Выбор разъединителей

3.3 Выбор трансформаторов тока

3.4 Выбор трансформаторов напряжения

3.5 Выбор токоведущих частей

4. Оперативная блокировка первичного оборудования в РУ 220 кВ



1. Выбор главной схемы ГРЭС

Первый вариант схемы.

На низкой стороне: 1 Турбогенератор ТВВ-500-2ЕУ3.

На высокой стороне: 1 Турбогенератор ТВВ-500-2ЕУ3 и 2 Турбогенератора ТГВ-300-2У3.

Второй вариант схемы.

На низкой стороне: 2 Турбогенератора ТВВ-500-2ЕУ3.

На высокой стороне: 2 Турбогенератора ТГВ-300-2У3.

Рисунок 1. Два варианта выдачи мощности.

1.1 Выбор генераторов и распределение их по напряжениям

В соответствии с заданием принимаем к установке 2 Турбогенератора ТВВ-500-2ЕУ3 и 2 Турбогенератора ТГВ-300-2У3 . Их основные характеристики:



Выбор турбогенераторов.

Генератор ТВВ-500-2ЕУ3
Ном частота вращения, об/мин (n)	cos f ном	Ном. Мощность	Ном. Напряжение, кВ	Ном. Ток, кА	х"d	Ta(3)
		Полная, МВА (Sgном)	Активная, МВт (Pg ном)
3000 об/мин	0,85	588	500	20	17	0,243	0,468
ТурбоГенератор ТГВ-300-2У3
Ном частота вращения, об/мин (n)	cos f ном	Ном. Мощность	Ном. Напряжение, кВ	Ном. Ток, кА	х"d	Ta(3)
		Полная, МВА (Sgном)	Активная, МВт (Pg ном)
3000 об/мин	0,85	353	300	20	10,2	0,195	0,54

Данные генераторы выбирались по справочным материалам для курсового и дипломного проекта Б.Н. Неклепаева и И.П. Крючкова «Электрическая часть электростанций и подстанций», Их основные характеристики приведены в таблице. [с.77]

Распределение генераторов по напряжениям производим таким образом, чтобы получить минимальную мощность трансформаторов связи. Целесообразным может оказаться один из вариантов структурных схем ГРЭС.

1.2 Расчёт перетоков мощности через трансформаторы связи

Расчет перетоков мощности через трансформаторы связи проводят для всех предложенных вариантов распределения генераторов по напряжениям. Последовательность расчета перетоков мощности поясняется на примере структурной схемы ГРЭС.

Расчет второго варианта.

Полная мощность генератора, МВ?А.

,

Где, = 0,62, т.к.

Расход мощности, МВ?А, на собственные нужды блока

,

Где = 6,1%, , значения и cos указаны в задании.

Максимальная суммарная мощность потребителей, МВ?А, на среднем напряжении (нормально-максимальный режим).

,

Где = 0,72, т.к. (задание), а 480 - это количество отходящих линий, мощность максимальная МВт, при напряжении, 220 кВ.

Генерируемая мощность на шинах РУ СН, МВ?А,

,

Переток мощности, МВ?А, в нормально-максимальном режиме между шинами 220 кВ и 500 кВ

,

,

Далее рассчитываем нормально-минимальный режим, в котором количество отходящих линий, мощность минимальная (400 МВт), при напряжении, 220 кВ.

,

,

,

Далее рассчитываем аварийно-максимальный режим, в котором на стороне РУСН остается всего 1 генератор (аналогично первому варианту, нормально-максимальный режим).

,

Далее рассчитываем аварийно-минимальный режим (аналогично первому варианту схемы, нормально-минимальный режим).

,

Расчет первого варианта схемы

Нормально-максимальный режим.

,

,

,

Нормально-минимальный режим.

,

,

Аварийно-максимальный режим.

На стороне РУСН не стоит ни одного генератора, а на стороне РУВН стоит 3 генератора.

,

,

Аварийно-минимальный режим.

,

,

Результаты расчетов приведены в табл.

Результаты расчетов.

Режим	, МВА для варианта
	1	2
Нормально-максимальный	259,25	87,5
Нормально-минимальный	198,07	178,77
Аварийно-максимальный	591,47	259,25
Аварийно-минимальный	492,8	198,07

На основании сравнения вариантов структурной схемы ГРЭС по значениям наименьшего перетока мощности через трансформаторы связи наиболее экономичным, с точки зрения стоимости трансформаторов связи, и на основе условия четного количества генераторов на стороне среднего напряжения, является вариант 2 (рис.1.1), поэтому принимаем его к дальнейшему расчету.

1.3 Выбор силовых автотрансформаторов

Автотрансформаторы предназначены для связи двух высоковольтных сетей различных напряжений, в том числе для регулирования потоков мощности в сетях и поддержания необходимых уровней напряжения под нагрузкой с помощью встроенных переключающих устройств РПН. [стр. 6 в методических указаниях]

К дальнейшему расчету принимают вариант с наименьшим перетоком мощности между РУ. Во всех случаях, если это возможно, следует применять трехфазные автотрансформаторы. Для связи между РУ высших напряжений устанавливают, как правило, два трехфазных автотрансформатора. Мощность трансформаторов связи рассчитывается по следующим формуле: , если связь между РУ осуществляется двумя трехфазными автотрансформаторами. (то есть, )

, (далее выбираем автотрансформатор на сайте запорожского трансформаторного завода).

Автотрансформатор АТДЦТН 200000/330/110 (2шт.)

Автотрансформатор АДЦТН 200000/330/110

Класс напр., кВ	Ном. Напряжение обмоток, кВ	Uк, %
	ВН	СН	НН	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
330	200000	330	115	6,56;10,58; 11; 35; 38,5
Схема и группа соединения обмоток	Вид охлаждения	Способ регулирования
Ун. Авто/Д-0-11	ДЦ, М/Д/ДЦ	РПН	10,5	38	25

Собственные нужды

,

,

1.4 Выбор силовых трансформаторов

Выбор силовых трансформаторов.

Sном	ВН	НН	Uк
400	121	20	10,50%
Потери pk	Потери px
320	900



2. Расчет токов короткого замыкания

Расчеты токов КЗ необходимы:

для сопоставления, оценки выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций;

выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;

проектирования и настройки устройств РЗ и автоматики;

определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;

проектирования заземляющих устройств;

анализа аварий в электроустановках и электрических системах;

анализа устойчивости работы энергосистем.

Расчет токов трехфазного КЗ выполняется в следующем порядке.

Составляется расчетная схема рассматриваемой электроустановки, намечаются расчетные точки КЗ.

На основании расчетной схемы составляется эквивалентная схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются.

Определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных или именованных единицах и указываются на схеме замещения; обозначаются расчетные точки КЗ.

Путем постепенного преобразования относительно расчетной точки КЗ приводят схему замещения к наиболее простому виду, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующаяся определенными значениями эквивалентной ЭДС Е'ю и ударного коэффициента ку_Я, были связаны с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением.

Определяют по закону Ома начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ /_п0, а затем ударный ток /_уд, периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени t.

Расчетная схема электроустановки

Под расчетной схемой электроустановки понимают упрощенную однолинейную схему установки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток КЗ и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов.

Рисунок 2. Расчетная схема электроустановки.

Мы наблюдаем пять точек кз: 2 на генераторах, 2 на системе шин (110 и 330) и 1 на трансформаторе собственных нужд.

На расчетной схеме или в приложении к ней указываются относительные единицы.

Дано:

СН
S ном C	4800 МВА
x ном С	0,9
S ном G	353 МВА
xd ном	0,195
S ном Т	400 МВА
uk	10,50%
S ном	110 МВА
lw	90 км
x уд	0,4 Ом/км.
ВН
S ном C	9000 МВА
x ном С	1
S ном G	588 МВА
xd ном	0,243
S ном Т	630 МВА
uk	11,50%
S ном	330 МВА
lw	300 км
x уд	0,325 Ом/км.

,

,

2.1 Расчёт параметров электрической схемы замещения

В соответствии с расчетной схемой электроустановки составляется эквивалентная электрическая схема замещения прямой последовательности.

Схемой замещения называют электрическую схему, соответствующую по исходным данным расчетной схеме, но в которой все магнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими.

Рисунок 3. Эквивалентная схема замещения.

Расчетные выражения при номинальных условиях для трехобмоточных трансфортматоров, автотрасформаторов.

,

,

,

Далее необходимо определить величины всех сопротивлений схемы замещения. При этом, надо иметь ввиду, что в каталогах и заводских информационных материалах всегда приводятся номинальные параметры машин и аппаратов, определенные по отношению к их номинальной мощности и напряжения. В большинстве случаев расчетная схема содержит одну, а чаще - несколько ступеней напряжения, поэтому, чтобы можно было вести расчеты с помощью эквивалентной схемы замещения, прежде всего все сопротивления схемы надо привести к одним и тем же базовым условиям. Существуют два метода расчета сопротивлений схемы замещения: в относительных единицах (т.е. в долях от некоторой так называемой базовой величины) или в именованных единицах (в омах).

Расчет ведется в относительных единицах.

Для расчета сопротивлений в относительных единицах необходимо задаться базовыми условиями:

,

,

Расчетные выражения для определения приведенных значений сопротивлений.

Генератор

,

1 ген. (ВН).

2 ген. (СН)

Энергосистема

,

СН. .

ВН.

Трансформаторы

,

1) Блочные

СН.

ВН.

2) Автотрансформаторы.

СН.

ВН.

Линии электропередачи

,

СН.

ВН.

Далее преобразовываем схему в более простую.

Рисунок 4. Упрощенная эквивалентная схема замещения.

Рисунок 5. Более упрощенная эквивалентная схема замещения.

Расчет токов КЗ

, кА,

Где - базовый ток, кА;

- базовая мощность, МВ*А;

- среднее напряжение ступени КЗ, кВ;

- результирующее сопротивление до точки КЗ, о.е.

ВН. кА

СН. кА

ВН. кА

СН. кА

Рисунок 6. Упрощенная схема для расчетов токов КЗ.

Рисунок 7. Более упрощенная схема для расчетов токов КЗ.

ВН. (

СН. (

Рисунок 8.

После того как схема замещения составлена и определены сопротивления всех элементов, она преобразуется к простейшему виду. Преобразование идет от источников питания к месту короткого замыкания так, чтобы между источником и точкой КЗ осталось одно сопротивление. При этом используются известные правила последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования треугольника сопротивлений в звезду и обратно и т.п.

В процессе преобразования схемы замещения часто возникает необходимость объединения нескольких источников в одну группу (одну генерирующую).

После завершения преобразований схемы замещения производится расчет токов трехфазного КЗ.

Далее разбираем отдельно высокую сторону и низкую сторону.

2.2 Расчёт токов короткого замыкания на шинах 330 кВ

Рисунок 9. Расчет токов кз на шинах ВН.

;

;

,

Считаем токи ВН

;

;

,



2.2 Расчёт токов короткого замыкания на шинах 110 кВ

Рисунок 10. Расчет токов кз на шинах СН.

,

,

,

Считаем токи СН

,

,

,

Расчет ударного тока

Определение ударного тока КЗ (уд)

При рассмотрении процессов, происходящих при трехфазном КЗ, было выявлено, что ударный ток обычно имеет место через 0,01 с после начала КЗ. Его величина определяется по формуле:

,

Где - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Т_Л, которая определяется в зависимости от соотношения результирующих индуктивного и активного сопротивлений цепи КЗ, с,

,

В учебном проектировании можно воспользоваться средними значениями Т_a и Куд приведенными в табл. 3.6 для характерных точек электросетей.

Если КЗ произошло на выводах генератора, то для его ветви величина Т_а берется из каталожных данных этого генератора. Для некоторых типов генераторов можно воспользоваться данными табл.

Значения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ , и ударного коэффициента для характерных ветвей, примыкающих к точке КЗ

Элемент или часть энергосистемы	,c
Турбогенератор мощностью, МВт:
12-60	0,16-0,25	1,94-1,955
100-1000	0,4-0,54	1,975-1,98
Блок, состоящий из турбогенератора мощностью 60 МВт и трансформатора, при номинальном напряжении генератора, кВ:
6,3		1,95
10	0,15	1,935
Блок, состоящий из турбогенератора и повышающего трансформатора, при мощности генератора, МВт:
100 - 200	0,26	1,965
300	0,32	1,97
500	0,35	1,973
800	0,3	1,967
Система, связанная со сборными шинами, где рассматривается КЗ, воздушными линиями напряжением, кВ:
35	0,02	1,608
110-150	0,02-0,03	1,608-1,717
220-330	0,03-0,04	1,717-1,78
500 - 750	0,06-0,08	1,85-1,895
Система, связанная со сборными шинами, где рассматривается КЗ, через трансформаторы единичной мощностью, МВ-А:
80 и выше	0,06-0,15	1,85-1,935
32 -- 80	0,05-0,1	1,82-1,904
5,6-32	0,02-0,05	1,6-1,82
Элемент или часть энергосистемы
Ветви, защищенные реактором с номинальным током, А: 1000 и выше	0,23	1,956
630 и ниже	0,1	1,904
Распределительные сети напряжением 6 -- 10 кВ	0,01	1,369

Значения ,c, и для генераторов и синхронных компенсаторов

Тип генератора или синхронного компенсатора			Тип генератора или синхронного компенсатора
ТВФ-63-2УЗ	0,39	1,975	КС-16-10УЗ	0,145	1,933
ТВФ-63-2УЗ	0,24	1,959	КСВБ-50-11У1	0,187	1,948
ТВФ-63-2ЕУЗ	0,247	1,96	КСВБО-50-11У1	0,187	1,948
ТВФ-110-2ЕУЗ	0,41	1,976	КСВ-75-11У1	0,2	1,95
ТВФ-120-2УЗ	0,4	1,975	КСВБ-100-11У1	0,248	1,96
ТВВ-160-2ЕУЗ	0,408	1,976	КСВБО-100-11У1	0,248	1,96
ТВВ-220-2ЕУЗ	0,307	1,968	КСВБ-160-15У1	0,26	1,962
ТВВ-320-2ЕУЗ	0,388	1,974	КСВБО-160-15У1	0,26	1,962
ТВМ-300-УЗ	0,392	1,975	Гидрогенераторы явнополюсные с демпферными обмотками	0,05- 0,045	1,979
ТВВ-500-2ЕУЗ	0,34	1,971
ТВВ-800-2ЕУЗ	0,33	1,97
ТВВ-1000-4УЗ	0,33	1,97	То же, но без демпферных обмоток		1,98
ТВВ-1000-2УЗ	0,33	1,97
ТВВ-1200-2УЗ	0,38	1,973

Xуд для ген. 300 Мвт	1,97	Худ для сист. 330 кВ.	1,75
Худ для ген. 500 Мвт	1,973	Худ для сист. 110 кВ.	1,65

.

;

;

;

;

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,



3. Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей в РУ 110 кВ и 330 кВ

3.1 Выбор выключателей

Основное электрическое оборудование электростанций и подстанций (генераторы, трансформаторы, синхронные компенсаторы) и аппараты в этих цепях (выключатели, разъединители и др.) соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электрической установки.

Выключатель -- это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. электрический турбогенератор ток

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения; пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

легкость ревизии и осмотра контактов; взрыво и пожаробезопасность; удобство транспортировки и эксплуатации.

В общих сведениях о выключателях рассмотрены те параметры, которые характеризуют выключатели по ГОСТ 687--78Е. При выборе выключателей необходимо учесть 12 различных параметров, но так как заводами-изготовителями гарантируется определенная зависимость параметров, например ;, допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

СН

по напряжению

;

;

Условие проверки по напряжению выполнено.

длительному току

,

,

Где - каталожные данные генератора , - аварийно-максимальный режим, - номинальное напряжение распределительного устройства.

,

,

;

Условие проверки по длительному току выполнено.

Проверку выключателей следует производит на симметричный ток отключения по условию:

,

;

,

;

;

;

Условие выполнено.

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:

,

где номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени ф; в_норм -- нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (по каталогам или по рис. 4.33); -- апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов ф; ф -- наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов

,

Где = 0,01 с - минимальное время действия релейной защиты; - собственное время отключения выключателя.

,

,

,

,

,

Где - это экспонента или экспоненциальная функция, - это зависит от параметров системы, генератора.

,

,

.

Условие возможности отключения апериодической составляющей тока КЗ выполнено.

По включающей способности проверка производится по условию:

,

где i_вкл-- наибольший пик тока включения (по каталогу); /_уд -- ударный ток КЗ в цепи выключателя; I_вкл -- номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей); I_п0 -- начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя.

;

,

,

,

,

,

;

;

;

;

Условие выполнено.

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам:

,

где -- наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по каталогу; -- действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ (по каталогу).

,

,

,

,

,

,

40 кА;

;

;

;

Условие проверки на электродинамическую стойкость выполнено.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

,

где -- ток термической стойкости по каталогу; -- длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с; -- тепловой импульс тока КЗ (интеграл Джоуля) по расчету.

,

- Полное время отключения, при номинальном напряжении на элементах управления, с.

,

,

,

Условие выполнено.

Выключатель выбрал ВГТ-110 (У1, УХЛ1*) Выключатель элегазовый колонковый.

Выключатели СН.

Ном. Напр., кВ	110
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126
Номинальый ток, А	2000, 3150
Номинальный ток отключения, кА	40
Нормированное процентное содержание апериодической составляющей, % не боле	45
Наибольший пик тока включения, кА	102
Начальное действующее значение периодической составляющей тока включения, кА	40
наибольший пик (ток электродинамической стойкости), кА	102
среднеквадратичное значение тока за время его протекания, кА	40
время протекания тока короткого замыкания, с	3
Нормированный ток отключения ненагруженной воздушной линии, А	31,5
Собственное время отключения, при номинальном напряжении на элементах управления, мс, не более	38
Полное время отключения, при номинальном напряжении на элементах управления, мс, не более	55
Температура включения устройств подогрева, єС	0
Масса, кг	1570
Ток термической стойкости, кА	40
Время протекания тока термической стойкости, с	3

Выбор разъединителей.

Выбор по напряжению:

,

;

;

Условие проверки по напряжению выполнено.

Выбор по длительному току:

,

,

,

;

Условие проверки по длительному току выполнено.

На электродинамическую стойкость разъединитель проверяется по предельным сквозным токам:

,

,

,

,

,

,

,

;

;

;

Условие выполнено.

На термическую стойкость разъединитель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

,

где -- ток термической стойкости по каталогу; -- длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с; -- тепловой импульс тока КЗ (интеграл Джоуля) по расчету.

,

- Полное время отключения, при номинальном напряжении на элементах управления, с.

,

,

,

Условие выполнено.

Разъединитель выбрал типа РГД-110

Ном. Напр, кВ	110
Ном. Ток, А	2000
Номинальный кратковременный выдерживаемый ток (ток термической стойкости), кА	40
Наибольший пик номинального кратковременного выдерживаемого тока (ток электродинамической стойкости), кА	100
Номинальная частота, Гц	50;60
Допустимая механическая нагрузка на выводы, кН	0,8

Выбор измерительных трансформаторов.

Выбор трансформаторов тока.

Трансформаторы тока выбирают:

Выбор по напряжению:

,

;

;

Условие проверки по напряжению выполнено.

Выбор по длительному току:

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей; конструкции и классу точности; электродинамической стойкости:

,

,

,

;

- учитывается трансформатор тока без возможности изменения числа витков первичной обмотки.

Условие проверки по длительному току выполнено.

На электродинамическую стойкость:

,

где -- ударный ток КЗ по расчету; -- кратность электродинамической стойкости по каталогу; -- номинальный первичный ток трансформатора тока; -- ток электродинамической стойкости по каталогу.

Электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительного устройства, вследствие этого

такие трансформаторы по этому условию не проверяются;

,

,

,

,

,

,

Условие выполнено.

По термической стойкости:

,

где -- кратность термической стойкости по каталогу; -- время термической стойкости по каталогу; -- тепловой импульс по расчету; - ток термической стойкости;

,

,

,

,

Условие выполнено.

Размещено на Allbest.ru