Выбор и технико-экономическое обоснование главной схемы электрических соединений

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Электрическая часть электрических станций и подстанций»

Минск 2007

ВВЕДЕНИЕ

Развитие тепловых электростанций непосредственно связано с централизацией теплоснабжения. Централизация производства тепла остаётся главнейшим направлением повышения эффективности системы теплоснабжения.

В курсовом проекте разрабатывается электрическая часть станции ТЭЦ мощностью 60 МВт. По заданию станция должна иметь три распределительных устройства (РУ): 10 кВ (РУ НН), 35 кВ (РУ СН) и 220 кВ (РУ ВН). Потребители подключаются к РУ НН (Рмакс.10=30МВт) и к РУ СН (Рмакс.35=40 МВт), минимальные нагрузки по заданию следует принять 74% от максимальных. Расходы на собственные нужды 11%. Связь с системой осуществляется через РУ ВН воздушной линией протяжённостью 100 км.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов теплом и электроэнергией. При такой комбинированной выработке электрической и тепловой энергии достигается значительная экономия топлива сравнительно с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях и получением тепла от местных котельных. Поэтому станции типа ТЭЦ получили широкое распространение в районах и городах с большим потреблением тепла.

В курсовом проекте производится: выбор основного оборудования и разработка вариантов схем выдачи энергии; выбор и технико-экономическое обоснование главной схемы электрических соединений; расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов и токоведущих частей; выбор аппаратов; выбор токоведущих частей; выбор типов релейной защиты; выбор измерительных приборов и измерительных трансформаторов; выбор конструкций распределительных устройств.

Электрическая часть каждой электростанции, прежде всего, характеризуется схемой электрических соединений, на которой условными обозначениями нанесены все агрегаты, и аппараты электрической части станции и соединения между ними. В графической части проекта приведены главная схема электрических соединений и конструктивные чертежи РУ 10кВ.

ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ СХЕМ ВЫДАЧИ ЭНЕРГИИ

электрический ток распределительный устройство

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. Одновременно с выбором основного оборудования разрабатываются и схемы, в которых оно будет работать.

До разработки главной схемы составляют структурные схемы выдачи электроэнергии (мощности), на которых показываются основные функциональные части установки (генераторы, трансформаторы, распределительные устройства) и связи между ними.

Схемы выдачи электроэнергии зависят от типа и мощности станции, состава оборудования (числа генераторов, трансформаторов) и распределения нагрузки между распределительными устройствами разного напряжения.

По заданию ТЭЦ имеет связь с системой на напряжении 220 кВ, поэтому необходимо сооружение распределительного устройства высокого напряжения. Связь между РУ разного напряжения осуществляется с помощью трансформаторов. Поскольку нагрузка на напряжении 10 кВ составляет более 50% мощности станции (30 МВт для ТЭЦ-60 МВт), то питание потребителей генераторного напряжения целесообразно осуществлять от главного распределительного устройства (ГРУ) [1].

Электрические машины и трансформаторы, устанавливаемые на ТЭЦ, нуждаются в управлении и защите от повреждений и анормальных режимов. Для этого необходимы коммутационные аппараты, измерительные трансформаторы, токоограничивающие реакторы, разрядники и другое вспомогательное электрическое оборудование первичных (силовых) цепей.

Необходимы также аппараты управления, контроля, измерений, релейной защиты и автоматики, образующие вторичные цепи электрической установки.

На рисунке 1.1 показаны возможные к применению структурные схемы выдачи электроэнергии на ТЭЦ.

Рисунок 1.1 - Структурные схемы проектируемой ТЭЦ-60 МВт

Число и мощность генераторов на ТЭЦ выбирают в зависимости от характера тепловых и электрических нагрузок. При этом необходимо стремиться установить однотипные турбогенераторы. При выборе числа и мощности генераторов ТЭЦ, присоединённых к шинам генераторного напряжения, руководствуются следующими соображениями [1]:

. число генераторов, присоединённых к ГРУ, не должно быть меньше двух и больше четырёх;

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

Для выработки электроэнергии будем использовать для первого варианта три генератора Т-20-2У3, а для второго варианта - два генератора типа ТВС-32У3 [4]. Параметры генераторов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Параметры генераторов

Тип генератора
Т-20-2У3	25	20	10,5	0,8	1,375	0,131
ТВС-32У3	40	32	10,5	0,8	2,2	0,153

Для выбора трансформаторов связи РУ 10 кВ, 35 кВ 220 кВ необходимо рассмотреть два режима [2]:

. Выдача избыточной мощности в энергосистему в период минимума нагрузки на шинах генераторного и среднего 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);

. Пропуск от энергосистемы недостающей мощности на шинах генераторного и среднего напряжения в момент максимальной нагрузки и при отключении одного из генераторов:

(1.2)

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

Проведём расчёт для трёхобмоточных трансформаторов связи (первый вариант структурной схемы):

Расчет по формуле (1.1):

МВ∙А.

Расчет по формуле (1.2):

МВ∙А.

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

(1.3)

МВ∙А.

В качестве трансформаторов связи для первого варианта схемы принимаем выполненные на заказ трёхобмоточные трансформаторы ТДТН-32000/220 [4] (номинальные данные приняты как средние значения параметров трансформаторов ТДТН-25000/220 и ТДТН-40000/220, представлены в табл. 1.2).

Проведём расчёт для трёхобмоточных трансформаторов связи (второй вариант структурной схемы):

Расчет по формуле (1.1):

МВ∙А.

Расчет по формуле (1.2):

МВ∙А.

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

МВ∙А.

В качестве трансформаторов связи для второго варианта схемы принимаем трёхобмоточные трансформаторы ТДТН-40000/220 [4] (номинальные данные представлены в табл. 1.2).

Собственные нужды проектируемой ТЭЦ составляют 11% от её мощности и включают потребители 6 и 0,4 кВ. Для питания системы собственных нужд используются рабочие трансформаторы (ТСН) собственных нужд и резервный трансформатор собственных нужд (РТСН).

Выбираем трансформатор собственных нужд:

(1.4)

где PСН - мощность СН.

Для первого варианта:

МВ∙А.

Выбираем выполненный на заказ трёхобмоточный трансформатор ТМНС - 3200/10. Параметры приведены в табл. 1.2.

Для второго варианта:

МВ∙А.

Выбираем трансформатор ТМНС - 6300/10. Параметры приведены в табл. 1.2.

РТСН присоединяются к выводам низшего напряжения трансформаторов связи. Мощность резервного ТСН должна быть примерно в 1,5 раза больше рабочего ТСН [1].

Выбираем резервный трансформатор СН.

Для первого варианта:

кВ∙А.

Выбираем трансформатор ТМНС-6300/10.

Для второго варианта:

кВ∙А.

Выбираем трансформатор ТДНС-10000/10.

Таблица 1.2 - Параметры трансформаторов

Тип	ТДТН-32000/220	ТДТН-40000/220	ТМНС-3200/10	ТМНС-6300/10	ТДНС-10000/10
UВН.ном, кВ	230	230	10,5	10,5	10,5
UСН.ном, кВ	38,5	38,5	-	-	-
UНН.ном, кВ	11	11	6,3	6,3	6,3
Рх, кВт	49	54	4	8	12
Рк.ВН-НН, кВт	175	220	30	46,5	60
uк.в-н, %	21	22	8	8	8
uк.в-с, %	13	11	-	-	-
uк.с-н, %	9	9,5	-	-	-
Iх, %	0,8	0,55	0,9	0,8	0,75

Предварительный выбор секционного реактора:

(1.5)

кА.

Выбираем реактор РБ-10-1600-0,35У3 [4].

ВЫБОР И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Для выбора схемы электрических соединений РУ необходимо определить число присоединений в каждом из РУ [5]. Число присоединений рассчитывается как сумма числа отходящих к потребителям линий (nлэп), числа линий связи с системой (nсв) и числа трансформаторов связи (nт.св) или питающих трансформаторов (nт), подключённых к данному РУ:

п.i=nлэп+nсв+nт.св+nт. (2.1)

Количество присоединений определяется исходя из длительности передачи и экономически целесообразных величин передаваемых мощностей:

. (2.2)

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

Рлэп - наибольшая передаваемая мощность на одну цепь, МВт; выбираем по [1].

Тогда для напряжения 10,5 кВ:

линий

Принимаем 6 линий.

А для напряжения 35 кВ:

линии.

Принимаем 4 линии.

Количество присоединений РУ каждого напряжения:п.220=0+2+2+0=4 присоединения; п.35=4+0+2+0=6 присоединений;п.10=6+0+2+0=8 присоединений.

Для РУ ВН 220 кВ при четырёх подключениях принимаем схему четырёхугольника (с возможностью расширения до расширенного четырёхугольника).

Для РУ СН 35 кВ принимаем одиночную секционированную систему шин, к которой соответственно будут подключены два трансформатора связи и 4 линии к потребителям.

Для РУ 10 кВ принимаем схему с одиночной секционированной системой шин. Для ограничения токов КЗ в схеме с генераторами 32 МВт и выше используем секционный и групповые реакторы.

Рассмотрим два варианта - Рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Технико-экономическое обоснование главной схемы электрических соединений

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 [1].

Экономически целесообразный вариант определяется минимумом приведенных затрат:

, (2.3)

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

рн - нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений, равный 0,125;

И - годовые эксплуатационные издержки’

У - ущерб от недоотпуска электроэнергии.

Для уменьшения объема вычислений исключаем из расчета капиталовложения, которые являются одинаковыми для двух вариантов.

В таблице 2.1 приведены капиталовложения для обоих вариантов.

Таблица 2.1 - Результаты подсчёта капиталовложений

Оборудование	Стоимость единицы, тыс. у.е.	Вариант 1		Вариант 2
		Кол.	Общая стоимость тыс. у.е.	Кол.	Общая стоимость тыс. у.е.
Т-20-2У3	140	3	420	-	-
ТВС-32У3	250	-	-	2	500
ТДТН-32000/220	123	2	246	-	-
ТДТН-40000/220	130	-	-	2	260
ТМНС-3200/10	15	3	45	-	-
ТМНС-6300/10	25	1	25	2	50
ТДНС-10000/10	43	-	-	1	43
Ячейка ГРУ 10 кВ	8,5	15	127,5	10	85
РБ-10-1600-0,35У3	4,2	-	-	1	4,2
Общая стоимость	-	-	863,5	-	942,2

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

тыс. у.е.; (2.4)