Исходные данные

На КЗС будет установлено четыре энергоблока мощностью по 500 МВт. Станция войдет в состав энергосистемы северного ре­гиона Казахстана, с двумя частями которой она будет связана линиями энергопередачи 500 кВ (рис.7.7). Резервная мощность прилегающей части – энергосистемы составляет 700 МВт, На напря­жении 220 кВ получает электроэнергию местный – район с макси­мальной нагрузкой 300 МВт, Графики выработки мощности турбо­генераторами КЗС приведены на рис.7.8, летом один энергоблок остановлен. Графики нагрузки потребителей сети 220 кВ показа­ны на рис.7.9. Они приведены с учетом перспективы развития прилегающего района в течение ближайших 5-10 лет. Коэффициент мощности потребителей сети 220 кВ

Максимальная мощность, потребляемая собственными нуждами КЗС составляет 6% от установленной мощности. Технический ми­нимум блока равен 50-60 % мощности блока.

7.2.2. Составление и анализ возможных вариантов структурной схемы и выбор номинальной мощности трансформаторов.

Рис.7.7 положение КЭС в системе

	Рис.7.8 график нагрузки генераторов КЭС		Рис.7.9. График потребителей 220 кВ

зима-200 дней

- - - - - - - лето 165 дней

Рис. 7.10 Вариант 1а структурной схемы

Рис.7.11 Вариант 1б структурной схемы

Рис.7.12 График нагрузки одного генератора – Р_r и собственных нужд – Р_СН

Рис.7.13 График нагрузки блочных трансформаторов

Рис.7.14 График нагрузки автотрансформаторов связи в нормальном режиме для варианта 1

Рис.7.15 График нагрузки блочных трансформаторов Р_Т при аварий одного из блоков 500 кВ зимой или при аварий в системе летом

Рис.7.16 График нагрузки автотрансформаторов связи при аварий одного из блоков 500 кВ зимой или при аварий в системе летом

В рассматриваемом случае возможны пять вариантов структур­ной схемы, приведенных на рис.7.10, 7.11, 7.17, 7.18, 7.21, 7.22, 7.24. Во всех вариантах генераторы соединены с транс­форматорами по схеме единичного блока. Мощность такого блока 500 МВт меньше резерва системы 700 МВт, поэтому отключение блока не приводит к ущербу у потребителя. Варианты отличаются друг от друга количеством блоков, подключенным к РУ 500 кВ и 220 кВ; количеством ячеек выключателей в РУ 500кВ и РУ 220кВ для присоединения трансформаторов; количеством, типом и мощ­ностью автотрансформаторов связи между РУ 500 кВ и РУ 220 кВ; различной надежностью, а также местом подключения резервных трансформаторов собственных нужд.

Мощность резервных трансформаторов собственных нужд во всех вариантах одинакова и равна 63 МВ А. Она выбрана на сту­пень выше мощности рабочих трансформаторов 40 МВ А, определя­емой ее расчетным значением

Вариант 1.

В этом варианте с двумя подвариантами 1 а (рис.7,10) и 10 (рис.7.11) в соответствии с максимальной мощностью нагрузки сети 220 кВ (Р_МАХ = 300 МВт), которая меньше мощности одного блока, к РУ 220 кВ подключен один блок, а к РУ 500 кВ – три блока, Летом один из блоков 500 кВ отключен. Отключение единственного блока 220 кВ нецелесообразно, так как это при­ведет к нежелательной двойной трансформации электроэнергии для электроснабжения потребителей 220-кВ.

Графики выработки мощности для одного из работающих гене­раторов показаны на рис.7.12, они получены из графика нагруз­ки всей станции (рис. 7.8), Графики нагрузки потребителей собственных нужд блока (рис, 7,12) построены с использованием выражения

На рис. 7.13 показаны графики нагрузки блочных трансформато­ров. В соответствии с этим графиком выбраны трансформаторы типов ТЦ—630000/500 т и ТЦ-630000/220 с номинальной мощностью 630 МВ А. Установка трансформатора меньшей мощностью 500 МВ А недопустима, так как систематическая перегрузка такого транс­форматора при продолжительности перегрузки 16 часов, темпера­туре охлаждающей среды предшествующей нагрузке составляет что превышает допускаемую перегрузку рис. 1-2 [8]. При питании собственных нужд блока от резервных трансфор­маторов собственных нужд блочные трансформаторы ТЦ-630000/500 смогут выдать без перегрузки всю мощность генераторов 500 МВт (558 МВ∙А).

Подварианты 1а и 16, отличаются друг от друга количеством, типом и мощностью автотрансформаторов связи между РУ 500 кВ и РУ 220 кВ,

В подварианте 1а связь между РУ 500 кВ и РУ 220 кВ осуществ­ляется через два трехфазных автотрансформатора связи., Уста­новка одного автотрансформатора связи недопустима, так.как. в случае его отключения, блок, подключенный к РУ 220 кВ, должен работать по графику нагрузки потребителей (рис. 7.3), Наименьшая нагрузка этих потребителей и соответственно блока равна 100 МВт, что составляет (100/500) х 100 = 20% от мощ­ности блока. График нагрузки трансформаторов связи представ­лен на рис. 7.14. Выбраны автотрансформаторы типа АТДЦТН–320000/500/220, работающие в нормальном режиме с наг­рузкой [345/(2 х 320)] х 100 = 54%. При отключении одного трансформатора связи второй в течение 6 часов (рис.7.14) бу­дет перегружен на [(345-320)/320] х 100 = 8 % что меньше до­пускаемой аварийной, перегрузки 40 %.

При аварии одного из блоков 500 кВ зимой иди при аварии в системе летом оставшиеся в работе генераторы круглосуточно будут работать с номинальной мощностью, что приведет к изме­нению. графика нагрузки блочных трансформаторов (7.15). Макси­мальный переток мощности через автотрансформаторы связи в этом случае составит 435 МВ А (рис.7.16), что меньше номи­нальной мощности автотрансформаторов 2 х 320 МВ А.

При аварии или ремонте блока 220 кВ максимальная нагрузка автотрансформаторов определяется максимальной нагрузкой пот­ребителей 220 кВ - 353 МВ А (рис. 7.9), что также меньше суммарной номинальной мощности автотрансформаторов 2 х 320 МВ А. Таким образом автотрансформаторы обеспечивают надежную связь с системой и надежное электроснабжение потребителей 220 кВ при повреждении блока 220 кВ.

Резервные трансформаторы собственных нужд могут быть подк­лючены к обмоткам низшего напряжения автотрансформаторов свя­зи.

В подварианте 1б вместо двух трехфазных автотрансформато­ров связи установлена одна группа однофазных автотрансформа­торов типа АОДЦТН-167000/500/220 с резервной фазой. Номинальная мощность автотрансформаторов выбрана по их графикам наг­рузки, которые будут теми же, что и в варианте 1а, (рис 7.14 и 7.16).

Максимальный переток мощности через автотрансформаторы 435 MB*А меньше номинальной мощности автотрансформаторов Зх16≈500 МВ*А. При повреждении одной из фаз автотрансформа­тора теряется связь между распределительными устройствами 500 и 220 кВ на время замены поврежденной фазы автотрансформатора резервной. В течение этого времени (около 10 часов)минимальная нагрузка блока 220 кВ равна 100 МВт (рис. 7.9), что составляет 20% номинальной мощности блока. С такой нагрузкой котел не может работать на пылеугольном топливе, поэтому в течений этого непродолжительного периода для котла следует использо­вать растопочное топливо - мазут или газ, позволяющие котлу работать устойчиво при нагрузках до 20% от номинальной. За­мена поврежденной фазы автотрансформатора, необходимость пос­ледующей синхронизации блока 220 кВ и перевод котла на другое топливо усложняют эксплуатацию.

Здесь только один резервный трансформатор собственных нужд может быть подключен к обмоткам низшего напряжения автотранс­форматоров, а второй - к РУ 220 кВ, что увеличивает стоимость этого трансформатора.

В отличие от варианта 1а в варианте 1б имеет место ущерб в системе за счет потери выдаваемой через автотрансформаторы мощности при замене поврежденной фазы автотрансформатора ре­зервной. Однако в этом варианте уменьшается количество ячеек распределительных устройств 500 кВ.

Вариант 2.

Вариант 2 с подвариантами 2а (рис. 7.17) и 2б (рис.7.18) отличается от предыдущего варианта 1 тем, что количество бло­ков 500 кВ уменьшено до двух и соответственно увеличено до двух количество блоков 220 кВ, Блочные трансформаторы 500 и 220 кВ выбраны такими же, как и в варианте 1, то есть ТЦ—630000/500 и ТЦ—630000/220. Уменьшение количества блоков 500 кВ обусловлено стремлением уменьшить капиталовложения в трансформаторы и повысить надежность схемы (трансформаторы 220 кВ имеют меньшую стоимость и большую надежность, чем трансформаторы 500 кВ). Однако такое перераспределение блоков приводит к увеличению мощности, передаваемой через автотранс­форматоры, и соответственно к изменении типа и увеличению мощности автотрансформаторов связи. Поэтому в этом варианте летом для уменьшения потерь в автотрансформаторах целесооб­разнее отключать блок 220 кВ. Кроме того подключение большего' количества блоков к РУ 220 кВ приводит к увеличению токов ко­роткого замыкания в РУ 220 кВ и утяжелению, условий работы электрооборудования на напряжении 220 к.В. Подварианты 2а и 2б отличаются друг от друга только количеством, типом и мощ­ностью автотрансформаторов связи.

В подварианте 2а. (рис. 7.17) по тем же причинам, что и в подварианте 1а, связь между РУ 560 кВ и РУ 220 кВ осуществле­на двумя автотрансформаторами. Наибольший переток мощности через них в нормальном режиме (рис. 7.19) составляет 871 МВ*А. При аварийном отключении одного из блоков 220 кВ во время планового ремонта другого блока 220 кВ через, автотрансформа­торы передается мощность для электроснабжения потребителей 220 кВ (рис. 7.9). Максимальная нагрузка автотрансформаторов в этом режиме 355 МВ*А меньше, чем в нормальном режиме. Наи­большая мощность изготавливаемых трехфазных автотрансформато­ров 500/220 кВ равна 320 МВ*А, Установка двух трехфазных ав­тотрансформаторов АТДЦТН-320000/500/220 не обеспечивает передачу мощности 871 МВ*А в систему 500 кВ, Поэтому здесь возможна установка только двух групп однофазных автот­рансформаторов типа АОДЦТН-167000/500/220. Суммарная номи­нальная мощность этих автотрансформаторов 2x3x167≈1000 МВА > 841 МВ*А.

При повреждении одной из фаз автотрансформаторов отключа­ется одна группа автотрансформаторов. Вторая группа автотрансформаторов с перегрузкой на 40% сможет в течение 6 часов передать мощность 1.4х500=700 МВ А, а в остальное время суток всего лишь 0.93х500= 465 МВт или 465х0.85=395 МВт (рис. 7.20). Длительность же максимального перетока мощности 740 МВт (рис. 7.19) составляет 10 часов, т.е. больше 6 часов. Поэтому наибольший недоотпуск электроэнергии в систему составит 740-395 МВт = 345 МВт, что меньше резерва в системе 700 МВт.

Рис. 7.17. Вариант 2а структурной схемы

Однако наличие 6 фаз автотрансформаторов обуславливает большую вероятность отключения одной из групп автотрансформаторов, чем в варианте 1, что приводит к значи­тельному ущербу от недоотпуска электроэнергии в систему (см. табл. 7.7).

Резервные трансформаторы собственных нужд могут быть подк­лючены к обмоткам низшего напряжения автотрансформаторов.

Подвариант 2б (рис. 7.18) отличается от подварианте 2а тем, что вместо двух групп однофазных автотрансформаторов предлагается использование одной группы из трех однофазных автотрансформаторов большей мощности типа АОДЦТН-257000/500/220 и одной резервной фазой которая позволяет восстановить связь между РУ 300 кВ и РУ 220 кВ- после повреждения одной из рабочих фаз. Недостаток схемы этого варианта также, как и ва­рианта 1б, состоит в нарушении связи между распределительными устройствами и наличии ущерба в системе во время замены пов­режденной Фазы резервной, необходимости последующей синхрони­зации блоков 220 кВ с системой, а также необходимости перево­да котла с пылеугольного топлива на мазут или газ.

Только один из резервных трансформаторов собственных нужд в этом варианте может быть подключен к обмоткам низшего нап­ряжения автотрансформаторов, а второй - к РУ 220 кВ, что уве­личивает стоимость этого трансформатора.

Вариант 3.

В этом варианте (рис. 7.21) связь между распределительными устройствами 500 и 220 кВ осуществляется с помощью блочных автотрансформаторов АТ1 и АТ2, Обмотка низшего напряжения ав­тотрансформатора должна быть рассчитана в соответствии с гра­фиком нагрузки (рис. 7.13) на мощность 553 МВ*А, а предельная мощность этих обмоток для выпускаемых промышленностью авто­трансформаторов составляет всего лишь 3x520 МВ*А, табл. 3-10. [3]. Поэтому этот вариант исключается из дальнейшего рассмот­рения.

Вариант 4.

Здесь все четыре блока подключены к РУ 500 нВ (рис. 7,22).

Рис. 7.18 Вариант 2б структурной схемы

Рис. 7.19 График нагрузки автотрансформаторов связи в нормальном режиме для варианта 2

Рис. 7.20 График нагрузки одной группы автотрансформаторов связи при повреждении второй группы в варианте 2а

Рис. 7.21 Вариант 3-й структурной схемы

Питание нагрузки 220 кВ осуществлено с помощью двух взаимно резервирующих друг друга трансформаторов 15 и Т6, подключен­ных к выводам двух генераторов, куда подключены также и блоч­ные трансформаторы Т3 и Т4, Поэтому нагрузка трансформаторов Т3 и Т4 (рис. 7.23) меньше нагрузки трансформаторов Т1 и 12 (рис. 7.13).

Блочные трансформаторы Т1 и Т2 в соответствии с графиком их нагрузки выбраны такими же, как и в предыдущих вариантах (рис. 7.13), то есть ТЦ-630000/500. В соответствии с наибольшей нагрузкой трансформаторов ТЗ и Т4-435 МВ* А (рис. 7.23) выбраны трансформаторы с меньшей номинальной мощностью типа ТДЦ-500000/500. При аварийном отключении одного из трансфор­маторов Т5 или Т6 нагрузка трансформаторов ТЗ или Т4 возрас­тает до 553 МВ∙А (рис,. 7.13). Температура масла в этом случае равна 63^оС, что меньше допустимой 93°С, а температура обмотки достигает 114,5°С,что также меньше допускаемой 140°С. Темпе­ратура масла и обмотки подсчитаны по формулам, приведенным в с.352,[3].

Режим работы трансформаторов Т5 и Тб определяется потреби­телями сети 220 кВ. Наибольшая нагрузка двух трансформаторов в нормальном режиме составляет 353 МВ•А (рис. 7.9). Выбраны трансформаторы типа ТДЦ-250000/220. При отключении одного из трансформаторов оставшийся в работе в течение 6 часов будет перегружен на [(353-250)/250]x100=40%. Такая аварийная перег­рузка допустима в течение пяти суток.

Вариант 5.

В этом варианте (рис. 7.24) так же, как и в варианте 4, все четыре блока подключены к РУ 500 кВ, но питание местной нагрузки осуществлено через две группы понижающих однофазных автотрансформаторов типа АОДЦТН-107000/500/220, которые осуществляют связь между РУ 500 и РУ 220 кВ. При отключении одной группы автотрансформаторов перегрузка второй группы состовляет [(353-321)/321]х100=10%, что допустимо (меньше 40%). Блочные трансформаторы Т1, Т2, Т3 и Т4 выбраны такими же, как и в предыдущих вариантах, то есть ТЦ-630000/500.

Резервные трансформаторы собственных нужд подключены к обмоткам низшего напряжения автотрансформаторов.

Рис. 7.22 Вариант 4-й структурной схемы

Рис. 7.23 график нагрузки блочных трансформаторов Т3,Т4 в варианте 4 для нормального режима работы

7.2.8. Анализ конкурирующих вариантов.

Из пяти рассмотренных вариантов конкурирующими следуй считать варианты 1,2,4. Эти варианты имеют сопоставимые капи­тальные вложения (см. табл. 7.7). Как отмечалось выше, вариант 3 технически неосуществим, а вариант 5 выпадает из дальнейше­го рассмотрения, так как его капитальные вложения значительно превышают наименьшие капитальные вложения варианта 4 (на 24%), Поэтому для выбора наиболее целесообразного варианта следует рассчитать приведенные затраты (5.1) только для вари­антов 1, 2 и 4, Однако с учебной целью для варианта 5 также были найдены приведенные затраты.

Результаты расчетов приведены в табл. 7.7.

7.2.9. Технико-экономическое сопоставление вариантов.

Как отмечалось выше, технико-экономическое сопоставление вариантов производится по приведенным затратам. Ниже приво­дится расчет приведенных затрат для варианта 1а. Технико-эко­номические параметры трансформаторов приведены в табл.7.5.

Таблица 7.5.

Параметры трансформаторов

Тип трансформаторов	Кол-во	кВт	кВт	тыс.руб.	α
ТЦ-630000/500 ТЦ-630000/220 АТДЦТН-320000/500/220 ТРДН-6300/35					1.35 1.3 1.35 1.36

По номинальному напряжению и току предполагается выбор воздушных выключателей. Стоимость ячейки воздушного выключа­теля в РУ 500 кВ - 350 тыс.тен., в РУ 220 кВ - 85 тыс,тен., в РУ 35 кВ - 19 тыс.тен, В соответствии с уравнением (5.3) и с учетом стоимости ячейки Р9 имеем:

Стоимость аммортизационных отчислении и затрат на обслу­живание трансформаторов и распределительных устройств 220 и 500 кВ согласно (5.5) равна

коэффициент 0.084, равный сумме определили в соответ­ствии с указаниями с.548 [43].

Стоимость годовых потерь электроэнергии в трансформаторах равна:

Для северного региона СНГ [18]

Годовые потери холостого хода, вычисляем по формуле 5.7.

Годовые нагрузочные потери определяем по.(5.10) в соот­ветствии с графиками нормальных резимов работы трансформато­ров, Для трансформаторов ТЦ-630000/500 и графиков нагрузки (рис. 7.13).

Для трансформаторов ТЦ-630000/220 и графиков нагрузки

Для автотрансформаторов АТДЦТН-320000/500/220 и графиков наг­рузки (рис. 7.14)

Нагрузочные потери во всех трансформаторах

Таким образом.