Костылев Б.И., Добросотских А.С. Разработка электрической части электростанций

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение таблицы 2.7

2. Разработка главной схемы электрических соединений станции.

2.1. Выбор структурной схемы станции.

На основании результатов раздела 1 на

проектируемой станции вся

вырабатываемая энергия выдается на

двух напряжениях: с ГРУ 10,5 кВ –

местным потребителям и с РУВН 220 кВ

в прилегающую систему. Как было

показано ранее, наиболее подходящей

будет комбинированная структурная

схема – рис.2.1,б, хотя возможна схема с

присоединением всех генераторов на

ГРУ - рис.2.1,а. В этом случае

уменьшается количество

трансформаторов, что является

преимуществом, но усложняется схема

ГРУ (кольцо), увеличится мощность

трансформаторов связи и, главное,

возрастают токи короткого замыкания в

ГРУ, что приведет к удорожанию

конструкции и электрических

аппаратов. Поэтому принимаем схему

рис.2.1,б.

Для надежной связи ГРУ и РУВН и

повышения надежности теплоснабжения

принимаем два трансформатора связи.

Исходя из максимально выдаваемой

мощности с ГРУ

МВтP 90

max



рекомендаций НТП к шинам ГРУ

необходимо подключить 2 или 3

генератора.

Для уменьшения операций

высоковольтными выключателями для

генераторов, включаемых по блочной

схеме, устанавливаем генераторный

выключатель, что повышает надежность

в системе собственных нужд.

При подключении к ГРУ 2 генераторов,

выдаваемая мощность на шины ГРУ в

нормальном режиме по (2)

 )45,975,78(2)(

max.1 сннггвыд

SSnS

МВА6,138

, в ремонтном режиме при

останове одного генератора по (3)

МВАS

выд

3,69)45,975,78(1



Переток мощности в нормальном и

ремонтном режимах при максимальном

На основании результатов раздела 1 на

проектируемой станции вся

вырабатываемая энергия выдается на

двух напряжениях: с РУСН 110 кВ –

местным потребителям и с РУВН 330 кВ

в прилегающую систему. Как было

показано ранее, наиболее приемлемой

является блочный принцип построения

станции, как в тепловой, так и в

электрической части по схеме 2.2.,а.

Однако возможна и схема (рис.2.2,в) с

объединенными блоками, т.к. их

мощность соизмерима с резервом в

прилегающей системе. Объединение

блоков позволяет уменьшать количество

высоковольтных выключателей и

упростить схему РУ повышенных

напряжений, хотя увеличивает

потерянную мощность при некоторых

повреждениях. Для надежной связи

РУСН и РУВН в соответствии с

рекомендациями НТП принимаем к

установке два автотрансформатора

связи. Исходя из максимальной

выдаваемой мощности с РУСН 220 МВт,

к этому РУ необходимо подключить 1

или 2 единичных блока Г-Т.

Для уменьшения операций

высоковольтными выключателями и

повышения надежности

электроснабжения собственных нужд

устанавливаем в блоках генераторный

выключатель.

При подключении к РУСН 2

генераторов, выдаваемая мощность на

шины РУСН в нормальном режиме по

(2)

 )41,9188(2)(

max.1 сннггвыд

SSnS

МВА2,357

, в ремонтном режиме при

останове одного генератора по (3)

МВАS

выд

6,178)41,9188(1



Переток мощности в нормальном и

ремонтном режимах при максимальном

и минимальном потреблении по

выражениям (4-7):

Продолжение таблицы 2.7

МВА

выдп

1,26

8,0

6,138

cos

max

1max1





МВА

выдп

1,51

8,0

6,138

cos

min

1min1





МВА

выдп

2,43

8,0

3,69

cos

max

2max2





МВА

выдп

2,18

8,0

3,69

cos

min

2min2





Таким образом, при подключении 2

генераторов к шинам ГРУ

максимальный переток мощности

получается в нормальном режиме при

минимальном потреблении

МВАSS

пп

1,51

min1max.



Если подключить на ГРУ 3 генератора,

то максимальный переток также будет в

этом режиме (расчет не производится) и

будет составлять 120,4 МВА, т.е. с точки

зрения минимума возможного перетока

мощности первый вариант

предпочтительней и поэтому выбираем

его основным.

МВА

выдп

4,98

85,0

220

2,357

cos

max

1max1





МВА

выдп

4,145

85,0

180

2,357

cos

min

1min1





МВА

выдп

2,80

85,0

220

6,178

cos

max

2max2





МВА

выдп

2,33

85,0

180

6,178

cos

min

2min2





Таким образом, при подключении 2

генераторов к шинам РУСН

максимальный переток мощности

получается в нормальном режиме при

минимальном потреблении

МВАSS

пп

4,145

min1max.



Если подключить на РУСН 1 генератор,

то максимальный переток будет в

ремонтном режиме при максимальном

потреблении (расчет не производится) и

будет составлять 258,8 МВА, т.е. с точки

зрения минимума возможного перетока

мощности первый вариант

предпочтительней и поэтому выбираем

его основным.

2.2. Выбор силовых трансформаторов (автотрансформаторов).

Выбор трансформаторов связи

проводим по максимальному перетоку,

определенному в предыдущему разделе.

Номинальная мощность трансформатора

связи при нормальном режиме (8-9)

МВА

расчнт

3,24

05,12

1,51

max







где

05,1

- коэффициент

систематической перегрузки.

Если возможно частое отключение

одного из трансформаторов, то

МВА

расчнт

5,36

4,1

1,51

max



где

4,1

- коэффициент аварийной

кратковременной перегрузки.

По табл.2.1-2.6 по найденной мощности

и напряжению ВН – 220 кВ выбираем

трансформаторы связи типа

Выбор автотрансформаторов связи

проводим по максимальному перетоку

мощности, определенному в

предыдущему разделе.

Номинальная мощность

автотрансформатора связи при

нормальном режиме (8-9)

МВА

расчнт

2,69

05,12

4,145

max







где

05,1

- коэффициент

систематической перегрузки.

По найденной мощности, напряжениям

РУВН-330 кВ и РУСН-110 кВ по

табл.2.1-2.6 выбираем

автотрансформаторы связи типа

АТДЦТН-125000/330/115/38,5 -

автотрансформатор трехфазный с

дутьем и принудительной циркуляцией

ТРДН-40000-220/11-трехфазный

трансформатор с расщепленной

вторичной обмоткой, с дутьем и РПН,

имеющий

масла, трехобмоточный с РПН,

имеющий основные данные:

МВАS

125

кВU

вн

330

кВU

сн

115

кВU

нн

5,38

Продолжение таблицы 2.7

основные данные:

МВАS

40

кВU

вн

230

кВU

нн

11

%12

квн

расщепленные обмотки включены

параллельно.

Выбор блочных трансформаторов

производится по мощности генератора

за вычетом расхода на собственные

нужды по (13)

.3,6945,975,78

max

МВАSSS

сннгнт



Поскольку блок подключается к РУВН

220 кВ, то по найденной мощности для

данного напряжения выбираем по

табл.2.1-2.6 блочный трансформатор

типа ТДЦ-80000/220/10,5 – трехфазный

двухобмоточный с дутьем и

принудительной циркуляцией масла,

имеющий основные данные:

МВАS

80

кВU

вн

220

кВU

нн

5,10

%11

квн

%10

квс

%35

квн

%24

ксн

При отключении одного АТ второй

будет работать с перегрузкой

16,1

125

4,145

max



нАТ

, что вполне

допустимо.

Выбор блочных трансформаторов

производится по мощности генератора

за вычетом расхода на собственные

нужды по (13) и напряжениям

генератора и РУ, к которым

подключается блок.

.59,17841,9188

max

МВАSSS

сннгнт



Блочный трансформатор, подключаемый

к РУСН 110 кВ по табл.2.1-2.6 типа

ТДЦ-200000/110/18 – трехфазный

двухобмоточный с дутьем и

принудительной циркуляцией масла,

имеющий основные данные:

МВАS

200

кВU

вн

110

кВU

нн

18

%5,10

квн

Блочный трансформатор РУВН 330 кВ

по табл.2.1-2.6 типа ТДЦ-200000/330/18

– трехфазный двухобмоточный с дутьем

и принудительной циркуляцией масла,

имеющий основные данные:

МВАS

200

кВU

вн

330

кВU

нн

18

%11

квн

Выбор трансформаторов собственных нужд.

Рабочие ТСН имеют первичное

напряжение, равное напряжению

генератора, а вторичное – напряжению

первой ступени в системе собственных

нужд, которое принимаем 6,3 кВ,

мощность

.45,9

max

МВАSS

сннтсн



По табл.2.1-2.6 выбираем рабочий ТСН

типа ТДНС-10000/10,5/6,3 – трехфазный

двухобмоточный с дутьем и РПН,

имеющий основные данные:

МВАS

10

кВU

вн

5,10

кВU

нн

3,6

%14

квн

Рабочие ТСН, подключаемые между

генератором и блочным

трансформатором, имеют первичное

напряжение, равное генераторному.

Вторичное напряжение это напряжение

первой ступени в системе СН, которое

принимаем 6,3 кВ, а мощность

.41,9

max

МВАSS

сннтсн



По табл.2.1-2.6 выбираем рабочий ТСН

типа ТДНС-10000/18/6,3 – трехфазный

двухобмоточный с дутьем и РПН,

имеющий основные данные:

МВАS

10

Так как ТЭЦ с поперечными связями по

пару и число рабочих ТСН не

превышает 6, то выбираем один

резервный трансформатор – РТСН такой

же мощности как рабочий ТСН и

подключаем

кВU

вн

18

кВU

нн

3,6

%8

квн

Так как на станции приняты блоки с

генераторным выключателем и число

блоков равно 6, то принимаем один

резервный трансформатор собственных

нужд

Продолжение таблицы 2.7

его к отпайке обмотки НН

трансформатора связи. Тогда выбираем

РТСН типа ТДНС-10000/10,5/6,3,

имеющий те же данные, что и рабочий

ТСН.

такой же мощности как рабочий ТСН,

подключенный к третичной обмотке

автотрансформатора связи с целью

экономичности и один в холодном

резерве генераторного напряжения, т.е.

как рабочий ТСН. Подключаемый РТСН

по табл.2.1-2.6 – типа ТМН-10000/35/6,3

– трехфазный двухобмотчный с

естественным масляным охлаждением и

РПН, имеющий основные данные:

МВАS

10

кВU

вн

35

кВU

нн

3,6

%5,7

квн

2.3. Выбор способов ограничения токов короткого замыкания.

Для ограничения токов короткого

замыкания на шинах генераторного

напряжения – ГРУ, которое, как

правило, выполняется по схеме

одиночная секционированная система

шин, необходимо установить

секционный реактор.

Для ограничения токов короткого

замыкания в присоединениях местных

потребителей с целью снижения

параметров коммутационной

аппаратуры и обеспечения термической

стойкости кабельных линий

устанавливаем групповые сдвоенные

реакторы.

Так как станция выполняется по

блочному принципу и на стороне

повышенных напряжений сам блочный

трансформатор является ограничителем

токов короткого замыкания, то

специальных средств ограничения

можно не предусматривать.

В генераторной цепи сам генератор и

аппаратура, в том числе и комплектный

токопровод, также рассчитаны на токи

короткого замыкания без ограничений.

Для ограничения токов однофазного

короткого замыкания в сети 110 кВ

предусматриваем возможность

частичного разземления нейтралей

блочных трансформаторов,

подключаемых к РУСН 110 кВ.

2.4. Выбор схем распределительных устройств.

В распредустройстве генераторного

напряжения – ГРУ выбираем схему

одиночную секционированную систему

шин с числом секций, равным числу

подключаемых генераторов, т.е. с двумя

секциями.

В РУВН 220 кВ в соответствии с

расчетами имеем 6 присоединений: 2

трансформатора связи, 2 блочных

В распредустройстве среднего

напряжения – РУСН 110 кВ в

соответствии с расчетами имеем 10

присоединений: 2 блочных

трансформатора, 2 автотрансформатора

связи, 6 линий потребителей. Учитывая

рекомендации НТП, принимаем схему

две несекционированные рабочие

системы шин и обходная система шин с

трансформатора и 2 линии,

соединяющих станцию с системой.

Учитывая возможность расширения и

рекомендации НТП, принимаем схему:

две системы шин и обходная система

шин с отдельными

отдельными обходным и

шиносоединительным выключателями.

В РУВН 330 кВ в соответствии с

расчетами имеем 8 присоединений: 4

блочных трансформатора, 2

автотрансформатора

Продолжение таблицы 2.7

обходным и шиносоединительным

выключателями.

связи, 2 линии связи с системой. В

соответствии с рекомендациями НТП

принимаем схему «3/2» - две рабочие

системы шин и 3 выключателя на 2

присоединения, т.е. всего 4 цепочки из 3

выключателей или всего 12

выключателей.

Если применить объединенные блоки, то

число присоединений уменьшится до 8,

а число выключателей при схеме «3/2»

до 9, а можно уменьшить и до 6, если

блоки и линии подключить по схеме

«3/2», а автотрансформаторы по схеме

«АТ - шины».

3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Определение токов короткого замыкания необходимо для выбора

электрических аппаратов и токоведущих частей станции

(выключателей, разъединителей, токоограничивающих реакторов,

сборных шин и др.). При выполнении самостоятельной работы для этих

целей достаточно определить токи трехфазного короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания выполняют исходя из расчетных

условий, которые включают в себя расчетную схему электроустановки,

точку короткого замыкания и его длительность. Под расчетной схемой

понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с

указанием всех элементов и их параметров, влияющих на ток короткого

замыкания. В главных схемах электрических станций и подстанций

существуют группы цепей, для которых расчетные условия примерно

одинаковы. Поэтому для упрощения расчетов и выбора однотипного

оборудования всю схему разбивают на расчетные зоны коротких

замыканий, для каждой из них определяют наибольший ток короткого

замыкания и по этому току выбирают все электрооборудование данной

зоны [2].

В контрольной работе и курсовом проектировании рекомендуются

следующие точки короткого замыкания:

для ТЭЦ – на сборных шинах РУВН (точка К1 на рис.3.1); на

выводах блочного генератора (точка К2) и на сборных шинах ГРУ

(точка К3).

для РЭС - на сборных шинах РУВН (точка К1 на рис.3.2); на выводах

блочного генератора (точка К2) и на сборных шинах РУСН (точка К3).

Р и с. 3.1

Р и с. 3.2

Расчет токов при трехфазном коротком замыкании выполняют в

следующем порядке:

1) для заданной расчетной схемы системы и проектируемой станции

составляют электрическую схему замещения и приводят сопротивления

элементов к базисным условиям;

2) путем постепенного преобразования приводят схему замещения к

наиболее простому виду относительно каждой точки короткого

замыкания;

3) на основе преобразованных простейших схем замещения

определяют параметры токов короткого замыкания в местах

повреждения.

3.1. СОСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

СИСТЕМЫ И ПРИВЕДЕНИЕ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

К БАЗИСНЫМ УСЛОВИЯМ

Схемой замещения называют электрическую схему

электроустановки, в которой все магнитные (трансформаторные) связи

заменены электрическими и все элементы системы (генераторы,

трансформаторы, линии электропередачи и др.) представлены своими

сопротивлениями.

Сопротивления всех элементов в схеме замещения могут быть

выражены в именованных или относительных единицах. Расчет токов

короткого замыкания в именованных единицах является более

наглядным, поэтому сопротивления генераторов, трансформаторов и

других элементов системы при выполнении самостоятельной работы

целесообразно выразить в именованной системе единиц (в Омах).

При составлении электрической схемы замещения необходимо

сопротивления всех элементов, работающих на разных ступенях

напряжения, привести к одному базисному напряжению. За базисное

напряжение удобно принимать среднее напряжение одной из ступеней,

на которых имеет место короткое замыкание.

В целях упрощения расчетов для каждой электрической ступени по

схеме замещения вместо действительного напряжения указывают

среднее эксплуатационное напряжение

ср

(междуфазное) согласно

следующей шкале: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154;

230; 340; 515; 770 кВ. Из того же ряда, соответственно, выбирается и

базисное напряжение

Поскольку в справочной литературе сопротивления различных

элементов электрической системы могут задаваться как в именованных,

так и в относительных единицах, то ниже даны выражения для

определения сопротивлений в именованных единицах и приведения их

к базисному напряжению.

3.1.1. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

В электрическую схему замещения системы синхронные генераторы

вводятся сверхпереходным значением индуктивного сопротивления по

продольной оси



, которое в справочной литературе обычно

указывается в относительных единицах при номинальных условиях, а

также сверхпереходной э.д.с.



. Приведение сопротивления

осуществляется по формуле

нг

dг





, (15)

где

- сопротивление генератора, приведенное к ступени базисного

напряжения, Ом;

- базисное напряжение, кВ;

нг

- номинальная

полная мощность синхронного генератора, МВА.

Активное сопротивление электрических машин высокого

напряжения во много раз меньше индуктивного, поэтому им

пренебрегают и в схему замещения не вводят.

Сверхпереходная э.д.с. определяется по формуле







, (16)

где



- сверхпереходная э.д.с. генератора, приведенная к ступени

базисного напряжения, кВ;



- значение сверхпереходной э.д.с.

генератора при номинальных условиях в относительных единицах,

определяется по формуле

)(sin21

рнгр

xxE 





, (17)

где

нг



находится на основе известного из справочных данных

нг



cos

генератора;

- расчетное индуктивное сопротивление (сопротивление

Потье), которое можно определить по выражениям

)85,08,0(

dр





или

)25,115,1(

dр





3.1.2. ЭНЕРГОСИСТЕМА

В расчетную схему входит энергосистема, заданная своей полной

мощностью

, МВА и сопротивлением

в относительных единицах.

В схему замещения электроустановки она вводится в виде

эквивалентного генератора с э.д.с.

и сопротивлением

, которые

определяются по формулам

E 

;

сс



, (18)

где

- э.д.с. энергосистемы, приведенная к ступени базисного

напряжения, кВ;

- базисное напряжение, кВ;

- сопротивление

энергосистемы, приведенное к ступени базисного напряжения, Ом.

3.1.3. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Для двухобмоточных трансформаторов

нт

бk

100



, (19)

где

- напряжение короткого замыкания в процентах, определяемое

по справочным или паспортным данным;

нт

- номинальная полная

мощность трансформатора, МВА.

Для трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов

(рис.3.3,а,б) напряжения короткого замыкания даны для каждой пары

обмоток

квс

квн

ксн

. Схема замещения таких

трансформаторов и автотрансформаторов приведена на рис.3.3,в.

Р и с. 3.3

Сопротивления лучей этой схемы замещения можно определить по

формулам

нт

кснквсквнтВ

UUUx

%)%%(

200



;

нт

квнкснквстС

UUUx

%)%%(

200



; (20)

нт

квскснквнтН

UUUx

%)%%(

200



Схема замещения двухобмоточных трансформаторов с

расщепленной обмоткой низшего напряжения показана на рис.3.4.

Сопротивления лучей схемы замещения для трехфазного

двухобмоточного трансформатора определяются по формулам

нт

нкнквнтВ

UUx

%)5,0%(

200





; (21)

нт

бквн

тнтн

100



. (22)

Р и с. 3.4

Для группы двухобмоточных однофазных трансформаторов с

расщепленной обмоткой низшего напряжения

1тн

2тн

определяются

по той же формуле, а

0

тВ

3.1.4. ВОЗДУШНЫЕ И КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Сопротивление воздушной или кабельной линии

, приведенное к

базисному напряжению Ом,

ср

удл

lxx 

, (23)