ударный ток на шинах генераторного напряжения должен быть не меньше 300 кА,
К основному электрическому оборудованию электростанций относятся генераторы и трансформаторы. Количество агрегатов и их параметры выбираются в зависимости от типа, мощности и схемы станции, мощности энергосистемы и других условий. Число и мощность генераторов на ТЭЦ выбирают в зависимости от характера тепловых и электрических нагрузок, при этом используют только турбогенераторы. Структурные схемы выдачи электроэнергии для обоих рассматриваемых вариантов приведены на рис. 1.1 и 1.2.
Рис. 1.1
Рис. 1.2
1.1 Выбор генераторов При выборе числа и мощности генераторов руководствуются следующими соображениями: Число генераторов, присоединённых к ГРУ - не должно быть меньше двух и больше четырёх, ударный ток на шинах генераторного напряжения должен быть не меньше 300 кА, суммарная мощность выбранных генераторов должна быть в пределах от -5% до +10% от заданной мощности станции с учётом отбора мощности на собственные нужды. Для первого варианта выбираем два генератора типа: ТВФ-120-2У3 (UН = 10,5 кВ, S = 125 МВ*А, cosj = 0,8., n = 3000 об/мин., x''d = 19,2%, Цена: 350 тыс. у.е.). Для второго варианта выбираем генераторы типа: 2 ТВФ-63-2У3 (UН = 10,5 кВ, S = 78,5 МВ*А, cosj = 0,8., xd = 1,199, n = 3000 об/мин., Цена: 268 тыс. у.е.), ТВФ-32У3 (UН = 10,5 кВ, S =40 МВ*А, cosj = 0,8., xd = 2,648, n = 3000 об/мин., Цена: 250 тыс. у.е.) 1.2 Выбор трансформаторов связи Вариант №1: Так как питание потребителей осуществляется через КРУ-10 кВ, то выбор трансформаторов производим, как для блочной станции. Расход мощности на собственные нужды (СН) одного турбогенератора для первого варианта SСН находим по формулам (по заданию РСН = 8%):
РСН = (РСН% / 100) РУСТ. где РСН% - расход на собственные нужды, принимаем 8%; Руст. - установленная мощность генератора, МВт. РСН = (8/100) 100 = 8 МВт. Определяем расчётную нагрузку автотрансформаторов связи в режиме минимальных нагрузок, по формуле: .расчт.= (åРг - Рн.minНН - Рн.minCН - 2 Рсн)/cosj = =(2 100 - 22,5 - 75 - 2 8)/0,8 = 108,1 МВ А. Определяем расчётную нагрузку автотрансформаторов связи в режиме максимальных нагрузок: .расчт.= (åРг - Рн.maxНН - Рн.maxCН -2 Рсн)/cosj = =(2 100 - 30 - 100 - 2 8)/0,8 = 67,5 МВ А. Определяем расчётную нагрузку автотрансформаторов связи в режиме, при отключении одного генератора (аварийный режим): авар.расчт.= (Рг - Рн.maxНН - Рн.maxСН - Рсн)/cosj = =(100 - 30 - 100 - 8)/0,8 = - 47,5 МВ А.
Знак ”-” говорит о том, что поток мощности поменял своё направление. Мощность автотрансформатора связи с учётом перегрузки 40%: тр-ра = Sном (0,6 0,7)ном.= Sтип./kВЫГ.
где Sтип. - типовая мощность обмоток автотрансформатора, равная протекающей мощности самого тяжёлого режима;ВЫГ. - коэффициент выгодности автотрансформатора:ВЫГ.= 1- 1/(Uв/Uс) = 1-1/(330/110) = 0,66
Sтр-ра = 108,1 0,6/0,66 = 98,3 МВ А Принимаем стандартную ближайшую мощность и выбираем автотрансформатор связи типа: АТДЦТН-125000/330/110. Данные трансформатора заносим в таблицу 2. Вариант №2: Выбор автотрансформаторов производим аналогичным способом что и для первого варианта: режим минимальных нагрузок: .расчт.= (åРг - Рн.minНН - Рн.minСН -- Рсн)/cosj = = (2 63 - 22,5-16,1-10,1)/0,8 = 19,1 МВ А. режим максимальных нагрузок: .расч.= (åРг- Рн.maxНН -Pсн)/cosj= =(2 63 - 30 - 10,1)/0,8 = 107,4 МВ А. аварийный режим: авар.расчт.= (Рг - Рн.maxНН - Рн.maxСН - Рсн)/cosj = =(63 - 30 - 41,2 - 10,1)/0,8 = - 22,9 МВ А.тр-ра = 116,75 0,6/0,66 = 106,1 МВ А.
Выбираем автотрансформатор связи типа: АТДЦТН-125000/330/110. Выбираем трансформаторы (Т3 и Т4) для блока генератор-трансформатор питающих нагрузку на среднем напряжении:
Рсн = (Рсн% / 100) Руст= (8/100) 32 = 2,6 МВт..
Во всех режимах через трансформаторы будет протекать одинаковая мощность: тр-ра = 0,6 (åРг - 2 Pсн) /cosj = 0,6 (32 2 - 2 2,6)/0,8 =44,1 МВ А.
Принимаем стандартную ближайшую мощность и выбираем трансформатор типа: ТРДН-63000/110. 1.3 Выбор трансформаторов СН
Напряжение собственных нужд принимаем равным 6,3 кВ. Мощность рабочих трансформаторов собственных нужд рассчитывается по формуле:
,
где SГН - мощность генератора, МВ·А;СН - коэффициент, учитывающий расходы на СН, %. Для варианта №1 выбираем два трансформатора типа ТДНС-10000/35 Резервный трансформатор СН выбираем по условию:
выбираем трансформатор с расщеплённой обмоткой ТРДНС-15000/330. Для варианта №2 - для ГРУ выбираем трансформатор с расщеплённой обмоткой ТРДНС-15000/10. для блока генератор-трансформатор выбираем два трансформатора типа ТМ-4000/10, Резервный трансформатор СН выбираем, как и для первого варианта, с расщеплённой обмоткой типа ТРДНС-15000/330. Поскольку в каталожных данных типовых трансформаторов с такими параметрами нет, то они будут изготавливаться на заводе по специальному заказу (трансформаторы ТРДНС-15000/330 и ТРДНС-15000/10). Данные трансформаторов заносим в таблицу 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 Номинальные данные выбранных трансформаторов
Таблица 1.2 Номинальные данные автотрансформатора
1.4 Предварительный выбор реакторов
Вариант 1 питающий реактор:
Выбираем реактор РБДГ-10-2500-0,25У3. Вариант 2 секционный реактор:
Выбираем реактор РБ-10-1600-0,25У3.
2. ВЫБОР И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Экономически целесообразный вариант определяется минимумом приведенных затрат:
З = Ен К + И,
где К - капиталовложения в сооружение электроустановки, тыс. у.е.; Ен = 0,125 - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; И - годовые эксплуатационные издержки, тыс. у.е. И = Иа + Иру = (Ра + Ро) К/100 + b ∆Э 10-5,
где Ра и Ро - отчисления на амортизацию и обслуживание для оборудования примем Ра = 6,4%, Ро = 3%; ∆Э - потери энергии, кВТ ч; b = 0,008 у.е. - стоимость 1 кВт ч потерянной энергии. Потери энергии в двухобмоточном трансформаторе:
∆Э = ∆Рхх Т + ∆Рк (Sm/Sном)2 τ,
Потери в автотрансформаторе:
∆Э = ∆Рхх Т + ∆Рк.вн (Sm.вн/Sн.вн)2 τ + ∆Рк.сн (Sm.сн/Sн.сн)2 τ + + ∆Рк.нн (Sm.нн/Sн.нн)2 τ,
где - ∆Рхх - потери холостого хода, кВт; ∆Рк - потери короткого замыкания, кВт;ном - номинальная мощность трансформатора, МВ А;- максимальная нагрузка трансформатора, МВ А; Т - число часов работы трансформатора (Т = 8760 ч.); τ - число часов максимальных потерь (τ = 4500 ч.). Капиталовложения определяются по укрупнённым показателям стоимости элементов схем. Результаты подсчёта капиталовложений приведены в таблице:
Таблица 2.1 Вариант №1
Следует отметить, что при расчёте капиталовложений в трансформаторы учитывается коэффициент доставки К = 1,5. Таблица 2.2 Вариант №2
Стоимости ячеек ОРУ-330 кВ не учитываем, потому что их в обоих вариантах равное количество. Количество отходящих линий РУ всех напряжений определяется исходя из дальности передачи и экономически целесообразных величин передаваемых мощностей:
Протяжённость ЛЭП различных напряжений и соответствующие им наибольшие передаваемые мощности приведены в табл. 2.1 [3]. Произведём расчёт приведённых затрат для первого варианта: 1) потери энергии в трансформаторах ТДНС-10000/35: ∆Э = 2 12 8760+1/2 60 (10/10)2 4500 = 345240 кВТ ч; ) потери энергии в автотрансформаторах АТДЦНТ - 125000/330/110:
∆Ркзв = ∆Ркзв-н/2 = 345/2 = 172,5 кВт; ∆Ркзс = ∆Ркзс-н/2 = 345/2 = 172,5 кВт; ∆Ркзн = ∆Ркзн-н/2/Кв = 345/2/(1-1/330/110) = 261,4 кВт.
∆Э = 2 100 8760 + 1/2 (172,5 (116,75/125) 2 + 172,5 (116,75/125) 2 + +261,4 (116,75/125) 2) 4500 = 2942242,5 кВт ч. ) издержки на эксплуатацию: И = (6,4 + 3) 1809,58/100 + 0,8 (345240+2942242,5) 10-5 = 231 тыс. у.е. ) приведённые затраты: З1 = 0,125 1809,58 + 231 = 457,2 тыс. у.е. Произведём расчёт приведённых затрат для второго варианта схемы: 1) потери энергии в трансформаторах ТРДН-63000/110: ∆Э = 2 50 8760+1/2 245(44,1/63)2 4500 = 1146112,5 кВТ ч; ) потери энергии в трансформаторе ТРДНС-15000/10: ∆Э = 25 8760+115 (12,6/25)2 4500 = 350453,3 кВТ ч; ) потери энергии в трансформаторах ТМ-4000/10: ∆Э = 2 5,2 8760+1/2 33,5(3,2/4)2 4500 = 139344 кВТ ч; ) потери энергии в автотрансформаторах АТДЦНТ - 125000/330/110:
∆Ркзв = ∆Ркзв-н/2 = 345/2 = 172,5 кВт; ∆Ркзс = ∆Ркзс-н/2 = 345/2 = 172,5 кВт; ∆Ркзн = ∆Ркзн-н/2/Кв = 345/2/(1-1/330/110) = 261,4 кВт.
∆Э = 2 100 8760 + 1/2 (172,5 (116,75/125) 2 + 172,5 (116,75/125) 2 + +261,4 (116,75/125) 2) 4500 = 2942242,5 кВт ч. ) издержки на эксплуатацию: И = (6,4 + 3) 2748,415 /100 + 0,8 (1146112,5 + 350453,3 + 139344 + +2942242,5) 10-5 = 294,98 тыс.у.е. ) приведённые затраты: З2 = 0,125 2748,415 + 294,98 = 638,53 тыс.у.е. Как видно из проведённых расчётов первый вариант схемы ТЭЦ дешевле второго на 25%.
3. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ генератор трансформатор теплоэлектроцентраль ток Расчёт токов короткого замыкания производим для выбора шин, проверки параметров электрооборудования, а так же для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики. Выбор числа и мест точек короткого замыкания обуславливается конфигурацией схемы и наиболее тяжёлыми режимами для выбираемого в последствии оборудования. На рис. 3.1 и 3.2 представлены расчётная схема и схема замещения для расчёта токов к.з. На рис. 3.2 каждый элемент схемы замещён своим параметром, который влияет на величину тока к.з. В его обозначении в числителе указан его порядковый номер, в знаменателе - величина его сопротивления в относительных единицах. Для расчётов сопротивлений элементов сети задаёмся базисной мощностью Sб = 100 МВ А. Сопротивление элементов схемы определяются по приведённым ниже формулам. Сопротивление системы:
Сопротивление генераторов:
Сопротивление автотрансформаторов:
Хв = 1/200 (Uk.в-с + Uk.в-н - Uk.с-н) Sб/Sном.т; Хс = 1/200 (Uk.в-с + Uk.с-н - Uk.в-н) Sб/Sном.т; Хн = 1/200 (Uk.в-н + Uk.с-н - Uk.в-с) Sб/Sном.т.
Сопротивление линий:
где Ѕнг, Ѕнт - номинальные мощность генератора и трансформатора; Uк - напряжение к.з. трансформатора; Хо - удельное сопротивление линии (Хо=0,4 Ом/км); l - длина линии. Определим сопротивление элементов схемы: генераторов Г1 и Г2: автотрансформаторов Т1 и Т2 ХТ1В = ХТ2В = (1/200) (38+10,5-25) 1000/200 = 0,587; ХТ1Н = ХТ2Н = (1/200) (38+25-10,5) 1000/200 = 1,312; ХТ1С = ХТ2С = (1/200) (10,5+25-38) 1000/200 ≈ 0; линий: трансформаторов собственных нужд:
ЭДС генераторов определяется по формуле:
Принимаем на ГРЭС-600 установку блоков генератор-трансформатор, где генераторы типов ТВВ-320-2ЕУ3, трансформаторы типов ТЦ-400000/330. Определяем сопротивления генераторов:
ЭДС генераторов ГРЭС: Определяем сопротивления трансформаторов:
Вычислим сопротивление системы: ЭДС энергосистемы принимается ЕС = 1; Базисный ток определяется из выражения
где Uср.ном. - среднее номинальное напряжение в точке КЗ. В ходе расчета необходимо определить следующие составляющие токов короткого замыкания. ) периодическую составляющую тока к.з. в начальный момент времени
где - ЭДС i-ого эквивалентного источника ветви схемы замещения; Хi - сопротивление i-ой ветви схемы замещения. ) ударный ток у = √2*Ку*Inо;
где Ку - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания (Та) апериодической составляющей тока к.з., определяемый по [2]; ) периодическая составляющая тока к.з. в момент времени
τ = τРЗ+τСО,
где τРЗ - время действия релейной защиты (τРЗ =0,01 с); τСО - собственное время отключения выключателя. Периодическая составляющая определяется по соотношению Ini/Inо, которая определяется по кривым [2] в зависимости от ее мощности, приведенной к ступени напряжения, где находится точка к.з.: ’ном = Рном/(√3*Uср.н соsφн).
Если IПО /I’ном < 1, то принимаем Ini = IПО. )апериодическая составляющая тока к.з. в момент времени τ: аτ = √2 * IПО *е- τ/τ а.
Преобразуем схему замещения и производим расчет токов к.з. для точки К1. Для начала упростим схему замещения энергосистемы:
Рис. 3.1 Шины высшего напряжения проектируемой ТЭЦ
ХГРЭС = (ХГ1+ХТ1) (ХГ2+ХТ2)/(ХГ1+ХТ1+ ХГ2+ХТ2) = 0,3735; ЕГРЭС = 1,092 т.к.
Произведём расчёт токов короткого замыкания в точке 1:
ХГ1,2 = ХТВ1,2+Х ТН1,2 + Х Г1,2 = 0,587+1,312+2,44=4,339;
После соответствующих преобразований схема примет вид: (рис. 3.2) Рис. 3.2
Найдём периодическую составляющую тока к.з. в начальный момент времени: Базисный ток:
ПО1 = IПОС1+ IПОС2+ IПОГ1+ IПОГ2 =1,147+2,17+0,44+0,44 = 4,2 кА. Ударный ток: для системы связанной с шинами, где рассматривается КЗ, воздушными линиями напряжением 330 кВ КУ = 1,78, а для блока турбогенератор - повышающий трансформатор при мощности турбогенератора 100 МВт КУ = 1,965.Уc1 = √2 1,147 1,78 = 2,89 кА;Уc2 = √2 2,17 1,78 = 3,45 кА;Уг1 = iУг2 = √2 0,56 1,965 = 1,55 кА;У = 2,89+3,45+2 1,55= 11,44 кА; Периодическая составляющая тока к.з. в момент времени τ: Для того чтобы определить τСО, необходимо выбрать высоковольтный выключатель. Выбор выключателя производим по номинальным напряжению UНОМ > UР. МАХ, току IНОМ > IР. МАХ и току отключения IОТКЛ > IПО , а также по роду установки и конструктивному исполнению.
где SНОМ и UСР.НОМ - номинальная мощность и средненоминальное напряжение присоединения; К - коэффициент, определяющий величину допустимых длительных перегрузок (для трансформатора работающего в блоке с генератором К=1,5. Выбираем элегазовый выключатель ВГУ-330Б-40/3150У1 у которого собственное время отключения τСО = 0,04 с.:
τ = τРЗ+τСО = 0,01+0,04=0,05 с.;
Из отношения Inо/Iр.ном по кривым [рис. 3.1,[5]] определяем К: Для ветвей генераторов Г1 и Г2 0,56/0,33 = 1,7 2 получим К=0,95Г1,2 = 0,95 0,56 = 0,52 кА, Для системы Ini = IПО : IniC1 = IПОC1 = 1,147 кА; IniC2 = IПО C2 = 2,17 кА. = 1,147+2,17+2 0,52 = 4,357 кА. Апериодическая составляющая тока к.з. в момент времени τ: iаτС1 = √2 1,147 е-0,05/0,04 = 0,46 кА,аτС2 = √2 2,17 е-0,05/0,04 = 0,88 кА,аτГ1,2 = √2 0,56 е-0,05/0,04 = 0,46 кА, Максимальное значение апериодической составляющей тока к.з.: КС1 = √2 IniC1 + iаτС1 = √2 1,147+0,46 = 2,08 кА,КС2 = √2 2,17+0,88 = 3,94 кА,КГ1,2 = √2 0,52+0,65 = 1,38 кА.К = 2 1,38+3,94+2,08 = 8,78 кА. Дальнейшие расчёты аналогичны расчётам точки К1. Результаты расчётов сведём в табл. 3.1. Так как точка К4 находится за ТСН, то при расчете составляющих тока к.з. необходимо учесть двигатели, присоединенные непосредственно к шинам данной секции и к другим секциям, связанным с расчетной через магистрали резервного питания. По [Л-1, с. 189] для оценок тока к.з. применяют мощность двигателей при питании от резервного трансформатора:
IПОД. = 4 åРНОМ./Uном. = 4 8 / 6,3 = 5,08 кА.
Составляющие тока к.з. от двигателей определяются по формулам: 1) периодическая составляющая тока в момент времени τ:
Inτ = 4 (1,25 Sном.тсн.)/Uном.= 4 (1,25 10) / 6 =8,3 кА;,
где Sном.тсн. - номинальная мощность ТСН, МВ А; 1) ударный ток:
iу.под. = √2 Ку Inо = √2 1,65 5,08 = 11,8 кА.
2) апериодическая составляющая тока к.з.:
iаt = √2 Inо e- t/T д = √2 5,08 е-0,1/0,05 =0,97 кА,
где Тд - постоянная времени затухания тока к.з. (периодической составляющей) от двигателей Тд = 0,05 с.; 3) апериодическая составляющая тока к.з.(максимальное значение):
iК. = √2 Inо e- t/Taд + iаt = √2 5,08 е-0,1/0,05 + 5,08=6.
Для расчёта точки к.з. на КРУ-10 кВ (точка К5) необходимо выбрать реактивность реактора. Для этого необходимо выполнить следующие операции. Рассчитать результирующее сопротивление схемы при отсутствии реактора:
,
Рассчитать требуемое сопротивление реакторов для ограничения токов к.з.
Хр = Хрез. - Хсх = 0,303 - 0,097 = 0,206 Ом.
Выбран реактор типа РБУ 10-1600 - 0,25У3. Проверим выбранный реактор на стойкость в режиме к.з.: ) ток электродинамической стойкости imax = 49 кА, что больше ударного тока iу = 45,41 кА; ) термическая стойкость: заводом гарантирована термическая стойкость=19,3 кА в течение 8 с., тогда Вкзав =19,32 8 > Вк расч = 16,7 2 (0,105+0,125); Выбранный реактор удовлетворяет всем требованиям.
Таблица 3.1 Результаты расчёта токов к.з.
4. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Выбор выключателей и разъединителей
Электрические аппараты выбираются по расчётным условиям с последующей проверкой их работоспособности в аварийном режиме. При этом расчётные величины должны быть меньшими или равными номинальным (каталожным) параметрам.
Таблица 4.1
В таблице 4.1 приняты следующие величины: · Iраб.max - максимальный рабочий ток аппарата; · Uу - напряжение установки; · Iном - номинальный ток аппарата: · Uном - номинальное напряжение аппарата; · Int - периодическая составляющая тока к.з. в момент времени t; · Inо - начальное значение периодической составляющей тока к.з.; · iу - ударный ток к.з.; · Вк - расчетный тепловой импульс тока к.з.; · Iотк - номинальный ток отключения аппарата; · iп.св. - предельный сварной ток; · Вт - нормированный тепловой импульс аппарата; · bн - содержание апериодической составляющей; · tотк = tр.з. + tс.отк. - время отключения тока к.з. Результаты выбора электрических аппаратов для разных цепей схемы приведены в табл. 4.2-4.6.
Таблица 4.2 Выбор аппаратов в цепи генератора
(0.01 сек.) |