Проектирование гидроэлектростанции

1. по напряжению установки: U_уст<U_ном;

2. по конструкции и схеме соединения обмоток;

3. по классу точности;

4. по вторичной нагрузке:

S_2?<S_ном,

где S_ном - номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника - удвоенную мощность одного трансформатора;

S_2? - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, ВА.

Для упрощения расчетов нагрузку приборов можно не разделять по фазам, тогда:

S_2?=

Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяется по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не более 0,5%, а до щитовых измерительных приборов - не более 1,5% при нормальной нагрузке.

Для упрощения расчетов можно принимать сечение проводов по условию механической прочности 1,5 мм² для медных жил и 2,5 мм² для алюминиевых жил.

Выбор трансформатора напряжение на 330 кВ.

Прибор	Тип	Потребление мощности ВА	Число обмоток	cos ц	sin ц	Число приборов	Общее потребление мощности
							P Вт	Q ВАР
Вольтметр	Э 335	20	1	1	0	1	2,0	-
Ваттметр	Д 335	1,5	2	1	0	1	3,0	-
Варметр	Д 335	1,5	2	1	0	1	3,0	-
Датчики активной мощности	Е-829	10	-	1	0	1	10,0	-
Датчики реактивной мощности	Е-830	10	-	1	0	1	10,0	-
Итого:	28	-

S_приб== 47,02 В*А;

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
Uуст = Uном S2 ?Sном	Uуст = 220 кВ S2 = 47,02 В*А	Uном = 220 кВ Sном = 400 В*А

Мною выбран трансформатор напряжения типа: НКФ - 220 - 58 У1.

НКФ-220-58-У1 - Трансформатор напряжения, каскадный, в фарфоровой покрышке, на напряжения 220 кВ, 58 - год разработка конструкции, для работ в умеренном климате на открытом воздухе.

Выбор трансформатора напряжение на 110 кВ.

Прибор	Тип	Потребление мощности ВА	Число обмоток	cos ц	sin ц	Число приборов	Общее потребление мощности
							P Вт	Q ВАР
Вольтметр	Э 335	2	1	1	0	4	2	-
Ваттметр	Д 335	1,5	2	1	0	1	3	-
Варметр	Д 335	1,5	2	1	0	1	3	-
Датчики активной мощности	Е-829	10	-	1	0	1	10,0	-
Датчики реактивной мощности	Е-830	10	-	1	0	1	10,0	-
Счётчики реактивной энергии	И-830	2	2	0,38	0,925	1	4	9,7
Частотомер	Э-371	3	1	1	0	1	3	-
Регистр. Приборы	-	-	-	-	-	-	-	-
Ваттметр	И-348	10	2	1	0	1	20	-
Вольтметр	И-344	10	1	1	0	1	10	-
Итого:	65	9,7

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
Uуст = Uном S2 ?Sном	Uуст = 110 кВ S2 = 65,7 В*А	Uном = 110 кВ Sном = 75 В*А

Мною выбран трансформатор напряжения типа: НКФ 110У1

Выбор изоляторов

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах. Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

1. по номинальному напряжению: U_уст<U_ном;

2. по допустимой нагрузке F_расч<F_доп,

где F_расч - сила действующая на изолятор;

F_доп - допустимая сила действующая на головку изолятора, равная 0,6* F_разр;

F_разр - разрушающая нагрузка на изгиб.

При горизонтальном и вертикальном расположении изоляторов всех фаз.

Проходные изоляторы выбираются:

1. по напряжению: U_уст<U_ном;

2. по номинальному току: I_max<I_ном;

3. по расчетной нагрузке

Количество изоляторов определяется:

n = к_р*,

где к_р - кратность внутренней перегрузки напряжения (для расчетов принимается к_р = 2,8;

Е_кр.к - средний микроразрядный коэффициент (для расчетов Е_кр.к= 2,6 кВ/м);

Н - высота одного изолятора равна 13 сантиметров.

Выбор изоляторов на 220 кВ.

Определяем количество изоляторов в гирлянде.

U_{наиб.раб} = 1,1 * U_{раб.наиб} /

Uнаиб.раб = 1,1 *220 /= 142,3 кВ;

n = kp*Uнаиб / Emp*H,

n = 12 шт.

Согласно ПУЭ принимаю изоляторы марки ПС 16-Б, в количестве 12 изоляторов в гирлянде.

Выбор изоляторов на 110 кВ

Uнаиб.раб = 71,1

n = 6 шт.

Согласно ПУЭ принимаю изоляторы марки ПФ 16-А, в количестве 6 изоляторов в гирлянде.

Выбор гибких шин

Гибкие провода применяются для соединения блочных трансформаторов с ОРУ.

Провода линий электропередачи напряжением более 35 кВ, провода длинных связей блочных трансформаторов с ОРУ, гибкие токопроводы генераторного напряжения проверяются по экономической плотности тока:

где I_норм - ток нормального режима (без перегрузок);

J_э - нормированная плотность тока, А/мм².

Проверка сечения на нагрев (по допустимому току) производится по:

Выбранное сечение проверяется на термическое действие тока КЗ по:

На электродинамическое действие тока КЗ проверяются гибкие шины РУ при I⁽³⁾_к 20 кА и провода ВЛ при i_y 50 кА.

Определяется усилие от длительного протекания тока двухфазного КЗ, Н/м,

где а - расстояние между фазами.

I⁽²⁾ - среднеквадратичное значение (за время прохождения) тока двухфазного КЗ.

С достаточной точностью для расчетов можно принять:

Подставляя эти величины, получаем усилие, Н/м,

Определяют силу тяжести 1 м токопровода с учетом внутрифазных распорок, Н/м:

где т - масса 1 м токопровода, кг.

где t_з - действительная выдержка времени защиты от токов КЗ;

0,05 - учитывает влияние апериодической составляющей.

Найденное значение b сравнивают с максимально допустимым:

где d, - диаметр токопровода;

a_доп - наименьшее допустимое расстояние в свету между соседними фазами в момент их наибольшего сближения.

Для токопроводов генераторного напряжения а_доп = 0,2 м, для ОРУ согласно ПУЭ при 110 кВ - 0,45 м; 150 кВ - 0,6 м; 220 кВ - 0,95 м; 330 кВ - 1,4 м; 500 кВ - 2 м.

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см,

где т - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов т = 0,82); r₀ - радиус провода, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению

где U - линейное напряжение, кВ;

D_ср - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

При горизонтальном расположении фаз:

где D - расстояние между соседними фазами, см, определяется по таблице.

В распределительных устройствах 330 кВ и выше каждая фаза для уменьшения коронирования выполняется двумя, тремя или четырьмя проводами, т. е. применяются расщепленные провода. В отдельных случаях расщепленные провода применяются также на линиях 220 кВ. Напряженность электрического поля (максимальное значение) вокруг расщепленных проводов, кВ/см,

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9Е₀. Таким образом, условие образования короны можно записать в виде

Выбор гибких шин на 220 кВ.

1. Определяем максимальный допустимый ток:

I_max = 0,69 кА;

2. Поверяем шины на схлестывание:

I_по = 5,51 < 20 кА, на электрическую стойкость шины не проверяются.

3. Определяю марку и сечение гибких шин.

Марка	Sмм 2	D мм,	r0 мм.	Iдоп. А.
АС 300/48	24,9 / 4,15	6,9	1,46	142

4. Проверяем по допустимому току I_max = 0,69 кА < 142 А;

Согласно ПУЭ шины выложенные голыми проводами на открытом воздухе не проверяются на термостойкость.

5. Проверяем по условию коронирования.

а) Определяем начальную критическую напряженность.

Е_о=;

Е_о = 30,3*0,82 * () = 31,2 кВ/см

б) Определяем напряженность электрического поля около провода.

Е= =23,12 кВ/см;

Д_ср= 1,26*400 = 504 см;

6. Условия проверки:

1,07 Е ? 0,9 Е_о ;

24,7 ? 28,08;

Выбор гибких шин на 110 кВ.

1. Определяем максимальный допустимый ток:

I_max = 1,47 кА < I_доп 2,830 А;

2. Поверяем шины на схлестывание:

I_по = 6,59 < 20 кА, на электрическую стойкость шины не проверяются.

3. Определяю марку и сечение гибких шин.

Марка	Sмм 2	d мм,	r0 мм.	Iдоп. А.
АС 400/ 22х 22	394,0 / 22,0	26,6	13,3	2 * 830

4. Проверяем по допустимому току I_max = 1,47 кА < 142 А;

Согласно ПУЭ шины выложенные голыми проводами на открытом воздухе не проверяются на термостойкость.

5. Проверяем по условию коронирования.

а) Определяем начальную критическую напряженность.

Е_о = 30,3*0,82 * () = 29,38 кВ/см;

б) Определяем напряженность электрического поля около провода.

Е = = 0,285 кВ/см;

6. Условия проверки:

1,07 Е ? 0,9 Е_о ; 0,305 ? 26,44;

Синхронизация

Синхронные генераторы могут включаться на параллельную работу способом точной синхронизации и самосинхронизации. В обоих случаях в первичный двигатель остановленного агрегата пускается пар или вода, и агрегат разворачивается по частоте вращения, близкой к синхронной.

Генераторы с непосредственным охлаждением обмоток, в нормальных условиях эксплуатации включается в сеть, как правило, способом точной синхронизации, поскольку надежность их работы и работы в блочных трансформаторов с косвенным охлаждением.

При точной синхронизации, при включении генератора в сеть, должны соблюдаться следующие условия:

1. равенство действующих значений напряжений подключаемого генератора и сети;

2. равенство частот напряжений генератора и сети;

3. совпадение фаз одноименных напряжений генератора и сети.

Несоблюдение хотя бы одного из указанных условий при точной синхронизации приводит к большим толчкам тока, опасным не только для подключаемого генератора, но и для устойчивой работы энергосистемы. Точная синхронизация может быть ручной и автоматической.

При ручной точной синхронизации все операции производятся оперативным персоналом вручную. Для исключения неправильных действий персонала в схему синхронизации вводятся спец блокировка, которая автоматически препятствует прохождению импульса на включение выключателя.

Автоматическая синхронизация выполняется с помощью спецустройств - автоматических синхронизаторов, которые имеют весьма сложную схему, позволяющую производить автоматическую регулировку напряжения и частоты синхронизируемого генератора и осуществлять его включение в сеть без участия обслуживающего персонала. При включении генератора в сеть методом точной синхронизации толчков тока не наблюдается.

При аварийных ситуациях в энергосистеме, когда возможны качания, изменение значения и частоты напряжения сети требуется быстрый ввод дополнительной мощности включения генераторов в сеть, способом точной синхронизации при соблюдении упомянутых выше условий весьма затруднительно и может сильно затянуть ввод мощности, а также вызвать включение с большим углом рассогласования фаз напряжений генератора и сети.

В этих условиях следует применять способ самосинхронизации, обеспечивающий быстрое включение машин и взятии ими нагрузки. При самосинхронизации генератор включают в сеть без возбуждения, при частоте вращения примерно равно синхронной (скольжение 2-3%). Сразу после включения подается возбуждение, и генератор за 1-2 секунды втягивается в синхронизм. При этом наблюдается толчки сверх переходного тока в сети. При ликвидации аварий генераторы мощностью включаются способом самосинхронизации при условии, что кратность сверх переходного тока номинальному не превышает 3.

Для своей станции я выбрал метод точной синхронизации, поэтому что она оказалась наиболее удобной и выгодной.

Описание ОРУ

Распределительное устройство расположенное на открытом воздухе называется открытым распределительным устройством. Так же как и ЗРУ, ОРУ должны обеспечивать:

Безопасность для людей, обслуживающих распределительное устройство;

Надёжность: высокое качество аппаратов, соответствие с коммутационными способностями выключателей; электродинамической и термической стойкостью токами короткого замыкания; эффективностью защиты от перенапряжения.

Экономичность ОРУ - применяется при напряжении 35-110 кВ и выше, стоимость его дешевле из-за меньшего объема строительных работ. Упрощается распределение и реконструкция распределительного устройства.

Недостатки ОРУ:

К недостаткам можно отнести, относительно большая площадь строительства и подверженность изоляторов к запылению.

Распределительное устройство 220 кВ, с двумя системами сборных шин и одной обходной системой шин.

Выключатели расположены в один ряд вдоль дорог, поэтому необходимо для транспорта оборудования.

Выход линий предусмотрено как влево, так и в право; силовые трансформаторы расположены справа. Проводники расположены с трёх ярусов на высоте около 5,0; 11,0; 16,5 метров от уровня земли. Опорные конструкции с оттяжками. Расстояние между точками подвеса проводников равно 4 м, шаг ячеек 16,0 м.

Полюсы разъединителей первой системы шин установлены перпендикулярно по направлению сборных шин. Плюсы разъединителей второй системы шин установлены ступенчато по направлению параллельных сборных шин. Провода, соединяющих разъединителей первой и второй системы, укреплены на соответствующих полюсах разъединителей и дополнительных опорных изоляторов.

Такое конструктивное решение исключает возможность перекрытия обеих систем сборных шин при обрыве поперечных проводов.

Выбор заземления

Все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции, должно надежно соединяться с землей. Такое заземление называется защитным, так как его целью является защита обслуживающего персонала от опасных напряжений прикосновения. В электрических установках заземляются: корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, каркасы распределительных щитов, пультов, шкафов, металлические конструкции распределительных устройств, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и броня кабелей, проводов металлические конструкции зданий и сооружений, и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования. Заземление, предназначенное для создания нормальных условий работы аппарата или электроустановки, называется рабочим заземлением. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек. Без рабочего заземления аппарат не может выполнить своих функций или нарушается режим работы электрической установки. При пробои изоляции в каком-либо аппарате его корпус и заземляющих контур окажутся под некоторым потенциалом U3 = I3 x r3. Растекание тока I3 с электродов заземления приводит к постепенному уменьшению потенциала почвы вокруг них. Внутри контура заземления потенциалы выравниваются, поэтому прикасаясь, к поврежденному оборудованию, человек попадает под небольшую разность потенциалов Uпр. (напряжение прикосновения), которое составляет некоторую долю потенциала на заземлителе.

Uпр = Кп*U3,

где Кп - коэффициент напряжения прикосновения. Шаговое напряжение, то есть разность потенциалов между двумя точками поверхности, расположенными на расстоянии 0,8 м, внутри контура невелико. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжения U3, Uпр, Uшаг.

Расчёт защитного заземления.

Количество присоединений n=4

Верхний грунт - садовая земля p_в = 40 Ом*м;

Нижний грунт - глина p_в = 8 Ом*м;

Время отключения выключателя t=0,07 c;

Трёхфазный ток короткого замыкания I_по⁽³⁾ =5,51 кА;

1. По плану ОРУ нахожу:

а) Ширина - h = 10 м;

б) Длинна - l = 80,45 м;

2. Определяем площадь ОРУ:

S_ОРУ = (n*h*l);

S_ОРУ = 4*10*80,45 = 32,18 м²

3. Определяем контур заземления, он расположен на расстояние 3 метров от фундамента:

S_з = (h*n+6) * (l+6);

S_з = (4*10+6)*(80,45+6) = 3976,7 м²

4. Определяем сопротивление нижнего и верхнего слоя грунта:

Ом*м; Ом*м;

5. Определяем допустимое время тока КЗ. I_кз;

Т_В = t_pз+ t_ос

Т_В = 0,12 + 0,08 = 0,2 с;

t_pз - время отключения релейной защиты;

t_{ос -} время отключения выключателя;

6. Определяем наибольшее значение коэффициента прикосновения:

U_пр.док = 400 В

7. Определяем максимальное значение коэффициента прикосновения:

;

где L_в= 35 м - длина вертикального заземлителя:

L_Г= 2(n*h+L) = 2(4*10+80,45) = 240,9 м

а = 515 м

в = R_z/(R_z+ R_C)=1000/1000+75 = 0,93

Rc = 1,5*50 = 75 м = 0,5

Определяем нагрузку на заземлители

Сопротивление заземляющих устройств

R_3.док = U₃/I₃ = 209,42/4,13 = 50,7

I₃' = 1,5*I_по = 1,5*5,51 = 8,265 I₃ = 0,5*8,265= 4,13

Число ячеек со стороны расчётной модели 1

Длина полос в расчётной модели

Длина сторон ячеек

Относительное расстояние между стержнями заземлителями

Число вертикальных заземлителей

Общая длина вертикального заземлителя.

L_в = l_в * n_в = 5*127 = 635 м

Толщина верхнего слоя

h₁ = (t+0,5*l) = (0,05+0,5*5) = 3

Относительная глубина верхнего вертикального заземлителя так как

0,08<0,1 А = (0,444 - 0,84 * 0,08) = 0,37

Находим эквивалент удельное сопротивление земли.

Находим напряжение прикосновения

U_пр = К_n * I₃ * R₃ = 1,91*4,13*0,589 = 4,64 4,64400

Расчет технико-экономических показателей. ГЭС-286 МВт.

Расчетная установленная мощность станции для определения среднегодовых технико-экономических показателей:

N_у =330 МВт.

Район: Ленинградская область г. Охтенск (Центрально-экономический район).

Абсолютные капиталовложения в строительство ГЭС:

К = К_уд*N_у*К_р.с = 1,988*1*286 = 568,568 тыс.руб.;

где К_уд = 1,988 тыс.руб/кВт,

К_р.с = 1,0 - поправочный коэффициент на территориальный район строительства.

Выработка электроэнергии на станции:

W_в= 286*8760 = 2505360 МВт*ч

Годовой расход электроэнергии на собственные нужды:

W_с.н.= 1,5*2505360/100% = 37580,4 МВт*ч

4.1.6 Отпуск электроэнергии потребителям:

W_отп = 2505360-37580,4 = 2467779,6 Вт*ч

Расчет эксплуатационных расходов

Основная заработная плата производственных рабочих:

И_озп=г_экс*N_у*ЗП_ср*К_рзп = 1598,454 тыс. руб./год,

где г_экс=0,09; ЗП_ср = 54000 руб.; К_рзп = 1;

Дополнительная заработная плата производственных рабочих:

И_дзп = 0,1*И_озп = 159,845 тыс.руб./год

Отчисления на социальное страхование:

И_сс= 26*(И_озп+И_дзп)/100% = 457,15 тыс. руб./год

Амортизация производственного оборудования:

И_об = К*К_об*Н_а^об=568,5*0,2*0,039 = 443,43 тыс. руб./год;

где К_об = 20% - для стоимости оборудования от капиталовложений;

Н_а^об = 3,9% - годовая норма амортизационных отчислений по производству.

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования:

И_экс=в*И_об = 0,7*443,43 = 310,401 тыс. руб./год;

где в = 0,7 - коэффициент, учитывающий затраты на текущий и капитальный ремонт.

Цеховые расходы:

И_цех=в*И_экс = 0,8*310,401 = 248,32 тыс. руб./год;

где в = 0,8 - для цеховых затрат.

Общезаводские расходы:

И_ос = в*И_цех = 49,6641 тыс. руб./год;

Где в = 0,2 - для общезаводских затрат.

Прочие затраты:

а) Налог на имущество

И_и = К*2,2% = 568,5*2,2% = 12,5 тыс. руб.

б) Обязательные страховые платежи

И_стр = К*1,05% = 5,96 тыс. руб.

в) Плата за выброс загрязняющих веществ

И_з= W_отп*5.6% = 2467,7796*0,056 = 138,196 тыс. руб.

г) Сумма прочих затрат:

И_пр= И_и+И_стр+И_в = 156,656 тыс.руб.

Общие издержки производства:

?И = И_озп+И_дзп+И_сс+И_об+И_экс+И_цех+И_ос+И_пр = 3423,9209 тыс.руб.

Калькуляция себестоимости отпущенной электроэнергии.

S_отп^э = (И*1000)/W_отп

S_отп^э =(3423,9209*1000)/2467779,6 = 1,387 руб./кВт*ч

S_отп^озп = (1598,4*1000)/2467779,6 = 0,6477 руб./кВт*ч

S_отп^дзп = (159,8*1000)/2467779,6 = 0,06475 руб./кВт*ч

S_отп^сс = (457,1*1000)/2467779,6 = 0,1852 руб./кВт*ч

S_отп^об = (443,43*1000)/2467779,6 = 0,17969 руб./кВт*ч

S_отп^экс = (310,4*1000)/2467779,6 = 0,126 руб./кВт*ч

S_отп^цех = (248,5*1000)/2467779,6 = 0,10 руб./кВт*ч

S_отп^пр = (49,6*1000)/2467779,6 = 0,02 руб./кВт*ч

S_отп^ос = (156,6*1000)/2467779,6 = 0,06348 руб./кВт*ч

Структура

И_озп% = И_озп/И*100%

И_озп% = 1598,4/3423,9209*100% = 46,68%

И_дзп% = 159,8/3423,9209*100% = 4,67%

И_сс% = 457,15/3423,9209*100% = 13,35%

И_об% = 443,437/3423,9209*100% = 12,95%

И_экс% = 310,401/3423,9209*100% = 9,07%

И_цех% = 248,3208/3423,9209*100% = 7,25%

И_ос% = 49,6641/3423,9209*100% = 1,45%

И_пр% = 156,656/3423,9209*100% = 4,58%

?И% = 100%

Таблица 6. - Калькуляция себестоимости электроэнергии

Наименование статей затрат	Годовые издержки производства	На электроэнергию Sотп, руб./кВт*ч
	И, тыс. руб./год	Структура, %
Основная заработная плата производственных рабочих	1598,4	46,68	0,6477
Дополнительная заработная плата производственных рабочих	159,8	4,67	0,06475
Отчисление на социальное страхование	457,15	13,35	0,1852
Амортизация производственного оборудования.	443,437	12,95	0,17968
Расходы по содержанию оборудования	310,401	9,07	0,126
Цеховые расходы	248,3208	7,25	0,10
Общестанционные расходы	49,6641	1,45	0,02
Прочие расходы	156,656	4,58	0,06348
ИТОГО	3423,9209	100%	1,38682

Размещено на Allbest.ru