Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства и в быту. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передачи на большие расстояния.

Электроснабжение осуществляется в настоящее время преимущественно от электростанций с агрегатами большой мощности. Наиболее крупные тепловые электростанции достигают мощности - 3600 МВт, атомные - 2500 МВт, а гидроэлектростанции - 6000 МВт

Важнейшие задачи, которые в настоящее время решают энергетики, состоят в непрерывном увеличении объемов производства, в сокращении сроков строительства новых энергетических объектов, уменьшении удельных капиталовложений, в сокращении удельных расходов топлива, в улучшении структуры производства электроэнергии и т.д.

1. Выбор основного оборудования и разработка вариантов схем выдачи энергии

При проектировании электростанции до разработки главной схемы необходимо составить структурную схему выдачи электроэнергии, на которой показываются основные функциональные части установки (генераторы (Г), трансформаторы (Тр), распределительные устройства (РУ) и связи между ними. Схема выдачи электроэнергии зависит от типа и мощности станции, а также от распределения нагрузки между РУ.

Поскольку связь с энергосистемой (ЭС) осуществляется по линии высокого напряжения 110 кВ и имеются потребители среднего 35 кВ и низкого напряжения 10 кВ, то сооружаем РУ высшего (РУВН), среднего (РУСН) и низшего напряжения.

Поскольку нагрузка на напряжении 10 кВ составляет более 50% мощности станции (35 МВт для ТЭЦ-60), то питание потребителей генераторного напряжения целесообразно осуществлять от главного распределительного устройства (ГРУ).

Рекомендуется принимать число генераторов присоединённых к ГРУ станции не менее 2-х и не боде 4-х, поэтому для каждой схемы можно принять по 2 генератора.

Поскольку электроэнергия выдаётся на трёх напряжениях, то связь между ними осуществляем трехобмоточными трансформаторами связи в схеме 1, а также двухобмоточным трансформатором для связи ГРУ и РУВН в схеме 2. Мы не применяем автотрансформаторы, так как их использование целесообразно на станциях со средним напряжением 110 кВ и выше.

Полученные таким образом схемы приведены на рис 1.1.



Рис. 1.1

1.2 Выбор основного оборудования

К основному электрическому оборудованию электростанций относятся генераторы и трансформаторы. Количество и их параметры выбираются в зависимости от типа, мощности и схемы станции, мощности энергосистемы и других условий.

Генераторы.

При выборе числа и мощности генераторов следует руководствоваться следующими соображениями:

- все генераторы принимаются одинаковой мощности;

- число генераторов должно быть не менее двух и не более четырех;

- суммарная мощность генераторов, присоединенных к шинам генераторного напряжения, должна несколько превышать мощность, выдаваемую с этих шин потребителям (включая собственные нужды).

Таким образом выбираем к установке два генератора следующие генераторы: ТВС-30 с U_г=10,5 кВ.

1.3 Выбор трансформаторов для схемы

Трансформаторы.

Схема 1.

Трансформатор Т1 и Т2:

1) Выдача избыточной мощности в энергосистему в период минимума нагрузки на шинах генераторного напряжения.

(1.1)

где и -номинальная мощность и номинальный коэффициент мощности генераторов;

- минимальная нагрузка шин генераторного напряжения;

-средний коэффициент мощности нагрузки, принимаем 0,85;

и - мощность собственных нужд и коэффициент мощности (принимаем равным 0,8);

.

2) Пропуск от энергосистемы недостающей мощности на шинах генераторного напряжения в момент максимальной нагрузки и при отключении одного из наиболее мощных генераторов определяется

(1.2)

где и -максимальная нагрузка и максимальный коэффициент мощности потребителей на среднем напряжении (= 0,9 для U=35 кВ);

.

После нахождения потоков мощности определяем мощность трансформатора по абсолютно большему значению :

 (1.3)

По справочнику выбираем трансформатор ТДТН - 40000/110/35/10.

Схема 2.

Для трансформатора Т1 расчет аналогичен расчету для схемы1.

Трансформатор Т2:

(1.4)

По справочнику выбираем трансформатор ТДН - 16000/35.

Выбираем трансформатор собственных нужд:

(1.5)

.

Выбираем трансформатор ТДНС - 10000/10.

Выбираем пускорезервный трансформатор СН:

Выбираем трансформатор ТДНС-16000/10.

Предварительный выбор линейных реакторов

(1.6)



Выбираем реактор РБ-10-630-0,4У3.

Предварительный выбор секционного реактора:

(1.7)

Выбираем реактор РБ-10-2500-0,35У3.

2. Выбор и технико-экономическое обоснование главной схемы электрических соединений

2.1 Выбор схем распределительных устройств

Выбор схемы электрических соединений является важным и ответственным элементом проектирования станции.

Количество отходящих линий определяется исходя из дальности передач и экономически целесообразных величин передаваемых мощностей:

, (2.1)

где Р_макс - максимальная мощность, выдаваемая на данном классе напряжения, МВт;

Р_линии - наибольшая передаваемая мощность на одну цепь, МВт.

Тогда для напряжения 10,5 кВ:

линий

Принимаем 8 линий.

А для напряжения 35 кВ:

линий.

Принимаем 2 линии.

2.2 Технико-экономическое сравнение вариантов

Технико-экономическое сравнение вариантов производится с целью выявления наиболее экономичного варианта распределения генераторов между различными напряжениями, определения мощности генераторов (трансформаторов), выбора схемы РУ, когда заданным техническим требования удовлетворяют несколько схем.

Экономически целесообразный вариант определяется минимумом приведенных затрат:

, (2.2)

где К - капиталовложения на сооружение электроустановки, тыс. руб.;

р_н - нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений, равный 0,12;

И - годовые эксплуатационные издержки.

Таблица 1. Капиталовложения варианта №1

Наименование	Стоимость единицы тыс. у. е	Количество единиц	Общая стоимость тыс. у. е
Трансформатор ТДТН - 40000/110/35/10	94	2	188
ОРУ 110 кВ	117	1	117
Общая стоимость			305

Таблица 2. Капиталовложения варианта №2

Наименование	Стоимость единицы тыс. у. е	Количество единиц	Общая стоимость тыс. у. е
Трансформатор ТДТН - 40000/110/35/10	94	1	94
Трансформатор ТДН - 16000/35.	49	1	49
ОРУ 110 кВ	70	1	70
Общая стоимость			213

Годовые эксплуатационные издержки складываются из ежегодных эксплуатационных расходов на амортизацию оборудования И_а и расходов, связанных с потерями энергии в трансформаторах РУ:

, (2.3)

где Р_а и Р_о - отчисления на амортизацию и обслуживание, %.

Для оборудования проекта примем Р_а = 6,4%, Р_о = 3%;

ДЭ - потери энергии в кВт·ч;

в - стоимость одного кВт·ч потерянной энергии, равная 0,8 коп/(кВт·ч)

Потери энергии, кВт·ч, в трехобмоточном трансформаторе

(2.4)

Потери энергии, кВт·ч, в двухобмоточном трансформаторе

, (2.4)

где ДР_хх - потери холостого хода;

ДР_кз - потери короткого замыкания;

S_н - номинальная мощность трансформатора, МВ·А;

S_м - максимальная нагрузка трансформатора;

Т - число часов работы трансформатора, можно принять Т= 8760 час.

ф - число часов максимальных потерь, ф = 3000 час.

Потери холостого хода и короткого замыкания для используемых трансформаторов:

ТДТН - 40000/110/35/10:

Р_хх = 0,063 МВт; Р_кз =0,2 МВт; %=10,5;%=17;%= 6.

ТДН - 16000/35:

Р_хх = 0,021 МВт; Р_кз = 0,09 МВт, =8%.

Потери энергии в трансформаторах для варианта 1:

Потери энергии в трансформаторах для варианта 2:

.

Первый вариант:

(2.4)



Второй вариант:

(2.4)

На основании результатов технико-экономического сравнения наиболее целесообразным является вариант №2.

3. Расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов и токоведущих частей

Для выбора и проверки электрических аппаратов необходимо, прежде всего, правильно оценить расчётные условия КЗ: составить расчётную схему, наметить места расположения расчётных точек КЗ, определить расчётное время протекания тока КЗ и расчётный вид КЗ.

Составим расчётную схему (рис. 3.1.), которая представляет собой однолинейную электрическую схему проектируемой станции, в которую включены все источники питания и все возможные связи между ними и системой.

Рассчитаем сопротивления элементов, используя данные задания и параметры выбранных ранее трансформаторов и генераторов.

Расчёт будет производиться в относительных единицах. Принимаем S_б = 100 МВ·А.

Линии:

где Х_уд - удельное сопротивление 1 км линии, равное 0,4 Ом.

l - длина линии, 200 км;

U_ср.н.² - средненоминальное напряжение, 115 кВ;

n - число цепей, 1.

.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора:



Сопротивление трёхобмоточного трансформатора:

;

;

;

Трансформатор собственных нужд (ТДНС-10000/10):

Пускорезервный трансформатор собственных нужд (ТДНС-16000/10):

Линейный реактор (РБ 10-630-0,35У3):

.

Секционный реактор (РБ 10-2500-0,35У3):

.

Генераторы (ТВС-30-2ЕУ3):

;

.

Сопротивление системы.

Параметры системы:.

Приводя к базисным условиям получаем

.

Общая схема для расчета точек короткого замыкания.

Рис. 3.1

Рассчитаем токи короткого замыкания.

Точка КЗ-1.



Рис. 3.2

Схему (рис. 3.1.) свернём к схеме, где имеется три ветви источников питания - система и все генераторы станции.

Рис. 3.3

Сопротивления схемы на рис. 3.3. рассчитаем:

;

Х₁₄ = ;

Х₁₅ = ;

Х₁₆ =

Рис. 3.4

;

;

;

;

;

.

Периодические составляющие тока КЗ в относительных единицах:

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1 /0,231 = 4,33;

I_*пог1= 1,09/2,04= 0,53;

I_*пог2= 1,09/1,89 = 0,58.

Базисный ток:



где U_ср.н. - средненоминальное напряжение ступени, для которой рассчитывается КЗ.

Для К1 U_ср.н. = 115 кВ.

,

тогда:

I_пос = I_*пос I_б = 4,33• 0,502 = 2,17 кА;

I_пог1,2 = I_*пог1 I_б = 0,53 •0,502 = 0,27 кА;

I_пог1,2 = I_*пог2 I_б = 0,58• 0,502 = 0,29 кА;

кА

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ:

,

где - амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ.

;

;

.

Ударный ток.

Принимаем для системы ударный коэффициент, а для генераторов:

К_УС = 1,608;

К_УГ1 = 1,935;

К_УГ2 = 1,935.

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов:

;

;

.

Точка КЗ-2.

Рис. 3.5

Схему (рис. 3.5) свернём к схеме 3.6.



Рис. 3.6

Сопротивления схемы на рис. 3.6. рассчитаем:

Х₁₉ = ;

Х₂₀ =

Х₂₁ = ;

Х₂₂ =

Схему (рис. 3.6) свернём к схеме, где имеется три ветви источников питания - система и все генераторы станции.

Рис. 3.7

;

;

.

Периодические составляющие тока КЗ в относительных единицах:

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1 /0,769 = 1,3;

I_*пог1= 1,09/1,72 = 0,63;

I_*пог2= 1,09/1,59 = 0,69.

Базисный ток:

где U_ср.н. - средненоминальное напряжение ступени, для которой

рассчитывается КЗ.

Для К1 U_ср.н. = 37 кВ.

,

тогда:

I_пос = I_*пос I_б = 1,3• 1,56 = 2,03 кА;

I_пог1,2 = I_*пог1 I_б = 0,63 •1,56 = 0,98 кА;

I_пог1,2 = I_*пог2 I_б = 0,69• 1,56 = 1,08 кА;

.

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ

;

.

Ударный ток.

Принимаем для системы ударный коэффициент и для генераторов:

К_УС = 1,85;

К_УГ1 = 1,935;

К_УГ2 = 1,935.

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов:

;

;

.

Точка К3-3.

Рис. 3.8

Схему (рис. 3.8) преобразуем в схему 3.9.

Рис. 3.9

Х₂₅ = ;

Х₂₇ = ;

Х₂₆ =

Схему свернём к схеме, где имеется три ветви источников питания - система и все генераторы станции.

станция энергия замыкание генератор

Рис. 3.10

;

;

;

;

;

.

Периодические составляющие тока КЗ в относительных единицах:

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1 /1,03 = 0,97;

I_*пог1= 1,09/0,63 = 1,73;

I_*пог2= 1,09/0,51 = 2,14.

Базисный ток:

где U_ср.н. - средненоминальное напряжение ступени, для которой

рассчитывается КЗ.

Для К3 U_ср.н. = 10,5 кВ.

,

тогда:

I_пос = I_*пос I_б = 0,97• 5,5 = 5,34 кА;

I_пог1,2 = I_*пог1 I_б = 1,73 •5,5 = 9,52 кА;

I_пог1,2 = I_*пог2 I_б = 2,14• 5,5 = 11,77 кА;

.

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ

;

.

Ударный ток.

Принимаем для системы ударный коэффициент, а для генераторов:

К_УС = 1,85;

К_УГ1= 1,956;

К_УГ2= 1,96.

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов:

;

;

;

.

Точка КЗ-4.



Рис. 3.11

Схему преобразуем в схему 3.12.

Рис. 3.12

Рис. 3.13

Схему свернём к схеме, где имеется три ветви источников питания - система и все генераторы станции.

;

;

;

;

;

;

;

.

Рис. 3.14

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1/ 2,78 = 0,36;

I_*пог1 = 1,09/1,67 = 0,65;

I_*пог2 = 1,09/1,325 = 0,82.

Базисный ток:



где U_ср.н. - средне-номинальное напряжение ступени, для которой

рассчитывается КЗ.

Для К4 U_ср.н. = 10,5 кВ.

тогда:

I_пос = I_*пос•I_б = 0,36•5,5 = 1,98 кА

I_пог1 = I_*пог1•I_б = 0,65•5,5 = 3,575 кА

I_пог2 = I_*пог2•I_б = 0,82•5,5 = 4,51 кА

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ

;

.

Ударный ток:

Принимаем для системы ударный коэффициент и для генераторов

К_УС = 1,85

К_УГ1 = 1,904

К_УГ2 = 1,904

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов.

Точка КЗ-5.

Рис. 3.15

Рис. 3.16

Схему свернём к схеме, где имеется три ветви источников питания - система и все генераторы станции.

;

;

;

.

Рис. 3.17

Для К4 U_ср.н. = 6,3 кВ.

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1/ 4,86 = 0,21;

I_*пог1 = 1,09/2,91 = 0,37;

I_*пог2 = 1,09/2,32 = 0,47.

I_пос = I_*пос•I_б = 0,21•9,16 = 1,92 кА

I_пог1 = I_*пог1•I_б = 0,37•9,16 = 3,39 кА

I_пог2 = I_*пог2•I_б = 0,47•9,16 = 4,31 кА

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ

;

.

Ударный ток:

Принимаем для системы и для генераторов ударный коэффициент:

К_У = 1,85.

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов.

Точка КЗ-6.

Рис. 3.18

;

;

;

.



Рис. 3.18

I_*по = Е/Х;

I_*пос = 1/ 5,81 = 0,17;

I_*пог1 = 1,09/3,49 = 0,31;

I_*пог2 = 1,09/2,77 = 0,39.

I_пос = I_*пос•I_б = 0,17•9,16 = 1,56 кА

I_пог1 = I_*пог1•I_б = 0,31•9,16 = 2,84 кА

I_пог2 = I_*пог2•I_б = 0,39•9,16 = 3,57 кА

Амплитудное значение апериодической составляющей тока КЗ

;

.

Ударный ток:

Принимаем для системы и для генераторов ударный коэффициент:

К_У = 1,85.

Получаем ударные токи соответственно для системы и генераторов.



Расчетные данные сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Точка КЗ	Источник	Храсч	I*п.0	Iп.0 кА	Ку	iу, кА	, кА
К1	Система	0,231	4,33	2,17	1,608	4,93
	Генератор 1	2,04	0,53	0,27	1,935	0,74
	Генератор 2	1,89	0,58	0,29	1,935	0,79
	Суммарная			2,73		6,46	3,86
К2	Система	0,769	1,3	2,03	1,85	5,3
	Генератор 1	1,72	0,63	0,98	1,935	2,7
	Генератор 2	1,59	0,69	1,08	1,935	2,98
	Суммарная			4,09		10,98	5,78
К3	Система	1,03	0,97	5,34	1,85	13,97
	Генератор 1	0,63	1,73	9,52	1,956	26,26
	Генератор 2	0,51	2,14	11,77	1,96	32,53
	Суммарная			26,63		72,76	37,66
К4	Система	2,78	0,36	1,98	1,856	5,2
	Генератор 1	1,67	0,65	3,575	1,956	9,63
	Генератор 2	1,325	0,82	4,51	1,904	12,14
	Суммарная			11,59		26,97	16,39
К5	Система	4,86	0,21	1,92	1,85	5,02
	Генератор 1	2,91	0,37	3,39	1,85	8,87
	Генератор 2	2,32	0,47	4,31	1,85	11,28
	Суммарная			9,62		25,17	13,56
К6	Система	5,81	0,17	1,56	1,85	4,08
	Генератор 1	3,49	0,31	2,84	1,85	7,43
	Генератор 2	2,77	0,39	3,57	1,85	9,34
	Суммарная			7,97		20,85	11,27

Литература

Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Электрическая часть электрических станций», БПИ, Мн., 1982.

Крючков И.П., Кувшинский И.Н., Неклепаев Б.И. «Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования», 3 изд. - М: Энергия 1978.

Рожкова Л.Д., Козулин В.С. «Электрооборудование станций и подстанций», 2 изд. - М: Энергия 1980.

«Справочник по проектированию электроэнергетических систем», под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шашила - М: Энергия 1977.

«Правила устройства электроустановок», 6-е издание - М: Энергоатомиздат 1987.

Размещено на Allbest.ru