Материал: Электрическая часть станций и подстанций

Введение

В данной курсовой работе необходимо спроектировать конденсационную электрическую станцию. В качестве исходных данных заданы мощности генераторов, вид топлива, данные линий связи с системой, мощность нагрузки, питающейся по линиям 110 кВ и графики нагрузки, мощность местной нагрузки

КЭС выполняется по блочному принципу.

Вначале работы выбирается вариант главной электрической схемы, для него рассчитываются блочные трансформаторы, автотрансформаторы. Далее выбираются схемы распределительных устройств среднего и высокого напряжений, трансформаторы собственных нужд первой и второй ступеней, схема питания и резервирования собственных нужд первой и второй ступеней.

Производится выбор основных электрических аппаратов, для чего рассчитываются токи короткого замыкания в нужных точках. Выбираются выключатели, разъединители, трансформаторы тока, измерительные трансформаторы напряжения. В конце работы делается выбор кабелей, по которым питается местная нагрузка, выбираются токопроводы, гибкие шины и камеры КРУ.

1. Выбор принципиальной схемы (числа, типа, мощности главных трансформаторов)

трансформатор замыкание электрический проводник

1.1 Перевод графиков в именованные единицы, расчёт реактивной мощности

P = P_%×P_МАХ                    Q= P^.tgj

трансформатор замыкание электрический проводник

Таблица №2. Табличные значения графиков нагрузок

1.2 Составление структурной схемы

Будем применять единичные блоки на стороне ВН (блок генератор - трансформатор без генераторного выключателя), так как мощность аварийного резерва системы (Р_РЕЗ=340 МВт) меньше дефицита мощности, которая будет возникать при отключении одного генератора (200 МВт). В схеме с отдельными АТС суммарная мощность блоков, присоединяемых к РУ СН, должна примерно соответствовать максимальной мощности, выдаваемой в сеть СН.[л.11, стр.125] На стороне СН будем применять единичные блоки(блок генератор - трансформатор с генераторным выключателем). Это в свою очередь уменьшает надежность энергоблока, но повышает надежность РУ СН, РУ собственных нужд и местной нагрузки.

Согласно исходным данным выбираем генератор типа: ТГВ-200-2Д

Таблица №3. Параметры генератора

Рис.2 Структурная схема КЭС

Предположим, что в начале сооружались энергоблоки 1 и 2 поэтому МНГ питается от них. Так как в МНГ есть потребители I и II категории, то ее питание будет осуществляться сразу от двух блоков 1 и 2. Местная нагрузка будет подключаться через дополнительные трансформаторы ТМНГ1 и ТМНГ2. Это обусловлено тем, что подключение МН к ТСН нежелательно, так как может вызвать необходимость увеличения его номинальной мощности и, как следствие, рост токов КЗ в СН I, а также снижение уровня надежности питания секции 6 кВ из-за подключения к ним дополнительных секций.[л.12,стр.43]. Выбор данного варианта структурной схемы обусловлен наибольшей надежностью и наименьшими затратами. Так, например, при варианте с подключением генератора к АТС выигрыш будет в блочном трансформаторе, но при этом выбирается автотрансформатор большей мощности (а так как их 2 то удорожание заметнее) и ставиться генераторный выключатель. В результате удорожание значительно. Если выбрать один АТС(удорожание АТ, так как выбирается большей мощности) то при выходе его из строя в режиме максимальных перетоков будет нехватка мощности в РУСН(надежность уменьшается).

.3 Выбор главных трансформаторов и автотрансформаторов

Рассчитаем мощность рабочих трансформаторов Т-1 и Т-2.

Так как коэффициенты мощности разные, то:

Значения мощности взяты из таблицы №2 для времени 8-16 часов для зимы.

По [л4, с146] выбираем: ТДЦ-250000/110.

Uнн=18 кВ (предполагаем, что он будет сделан на заказ с таким напряжением, т.к. серийно выпускаются только с Uнн-15,75 кВ, 20 кВ и др.).

Таблица №4. Параметры трансформатора ТДЦ-250000/110      

Рассчитаем мощность рабочего трансформатора Т-3.

По [л4, с156] выбираем: ТДЦ-250000/220

Таблица №5. Параметры трансформатора ТДЦ-250000/220      

Выбор автотрансформаторов:

1.Нормальный режим работы:

Рассчитаем значения мощности, протекающей через АТ в н.у. зимой и летом по формуле:

и сведём их в таблицу:

Таблица №6. Значения мощности, протекающей через АТ в н.у.

. Плановое отключение генератора летом.

При плановом отключении одного генератора оставшийся генератор работает с номинальной мощностью 200 МВт 24 часа в сутки.

Таблица №7. Значения мощности, протекающей через АТ при плановом отключении генератора летом

. Аварийное отключение генератора зимой.

При аварийном отключении одного генератора оставшийся генератор работает с номинальной мощностью 200 МВт 24 часа в сутки.

Таблица №8. Значения мощности, протекающей через АТ при аварийном отключении генератора зимой

Так как КЭС работает на газе (технический минимум при этом 30%), то работа 2-х генераторов допустима (2×200×0,3<132).

Из таблицы №6 принимаем S_РАСЧ=90,869 МВА.

По [л4, с.156] выбираем два АТ типа: АТДЦТН-125000/220/110.

Таблица №9. Параметры автотрансформатора АТДЦТН-125000/220/110

При нештатном отключении одного из автотрансформаторов, второй проверяется на допустимую аварийную перегрузку при абсолютных максимальных перетоках:

S_АТ^.1,4> S_{МАКС.ПЕР}

175>146,449 МВА

1.4 Выбор электрических схем РУСН и РУВН

Согласно нормам технологического проектирования [л5, л10] для РУ 110 кВ и РУ 220 кВ с числом присоединений 11 и 6 соответственно выбираем схему «Две рабочие и обходная системы шин». Так как в схемах РУСН и РУВН число присоединений меньше 12, то система шин не секционируется.

1.5 Выбор числа и мощности трансформаторов местной нагрузки и собственных нужд первой ступени, схемы питания СН первой ступени

Выберем трансформатор собственных нужд ТСН-1, ТСН-2 и ТСН-3.

По [л4, с130] выбираем ТДНС-10000/35

Таблица №10. Параметры трансформатора ТДНС-10000/35     

Так как местная нагрузка питается от ТМНГ-1 и ТМНГ-2, как изображено ранее на схеме (рис.1, стр.5), то в случае отключения одного из них, оставшийся должен обеспечивать электроснабжение потребителей I и II категории, то есть S_ТМНГ ³ S_РАСЧ:

Проверим ТМН-6300/20 на нагрузочную способность:

Рис.5 график нагрузки трансформатора ТМНГ

S_Э1= МВА

S_Э2= МВА

К₁=  K2_доп=1,5

К`₂=

,9^. К_мах=0,9^. S_мах/ S_ном=0,9^.10/6,3=1,429

К`<sub>2</sub>>0,9<sup>.</sup> К<sub>мах</sub> - следует К<sub>2</sub>= К`₂=1,489

K2_доп> К₂ 1,5>1,489 -значит трансформатор по нагрузочной способности проходит

По [л4, с128] выбираем ТМН-6300/20

Таблица №11. Параметры трансформатора ТМН-6300/20

Резервирование собственных нужд первой ступени будет производиться от пускорезервного трансформатора собственных нужд (ПРТСН), который подключён к ОРУ 110 кВ и от ОРУ 220 кВ В н.у. резервное питание отключено и включается только для замены рабочего элемента при потери питания СН (ремонт, кз и т.п.). Мощность ПРТСН должна обеспечивать замену рабочего ТСН и одновременный пуск или аварийный останов второго энергоблока (т.к. в схеме есть блок без генераторного выключателя, и есть блоки с генераторными выключателями, но в этом случае рассматривается вариант без генераторных выключателей [л.5, стр.42]). Если точный перечень потребителей СН в таком режиме неизвестен, то мощность ПРТСН выбирается на ступень больше, чем рабочего ТСН.

По [л4, с130] выбираем ТДНС-16000/20

Таблица №12. Параметры трансформатора ПРТСН ТДНС-16000/2

.6 Выбор числа и мощности трансформаторов собственных нужд второй ступени, схемы питания СН второй ступени

Мощность трансформаторов второй ступени составляет примерно 10% от всей мощности первой ступени. Рассчитаем мощность ТСН второй ступени:

S_{СН IIст} = 0,1×S_{СН Iст}×3 = 0,1×9,413×3 = 2,824МВА

Трансформаторы мощностью более 1000 кВ×А не применяются, так как их применение приводит к значительному увеличению тока КЗ в сети 0,4 кВ.

% мощности второй ступени приходится на ХВО

S_ХВО = 0,15× S_{СН IIст} = 0,15×2,824 = 423,6кВА

Выберем трансформатор по [л4, с120] типа: ТСЗ-630/10.

Таблица №13. Параметры трансформатора ТСЗ-630/10   

На каждый блок предусматривается две секции СН 0,4 кВ (секционируются для повышения надёжности). Каждая секция 0,4 кВт обеспечивается рабочим и резервным питанием, включаемым автоматически.

Считаем, что 10% всей нагрузки 0,4 кВ - это общестанционная нагрузка, и она питается от отдельных трансформаторов 6/0,4 кВ по схеме неявного резервирования.

S_{ТР РАСЧ} = 2,824×0,1 = 282,4 кВ×А - общестанционная нагрузка 0,4 кВ

Выберем трансформатор по [л4, с120] типа: ТМ-400/10 т.к. данные трансформаторы находятся не в помещении.

Предполагаем, что в случае работы одного такого трансформатора будет происходить не включение или отключение части нагрузки, чтобы не было перегрузки.

Таблица №14. Параметры трансформатора     ТМ-400/10          

Рассчитаем мощность, приходящуюся на трансформаторы главного корпуса:

S_{ТР РАСЧ}=2,824-0,424-0,282=2,118 МВА

Выбираем 8 трансформаторов и 2 резервных.

Выберем трансформатор по [л4, с120] типа: ТСЗ-400/10.

Таблица №15. Параметры трансформатора     ТСЗ-400/10         

Рис.6 Схема питания и резервирования собственных нужд первой и второй ступени

Рис.7 Схема питания местной нагрузки

2. Расчёт токов короткого замыкания

Составим схему замещения для КЭС, необходимую для расчёта токов КЗ

В качестве базисных величин принимаем:

S_Б = 235,3 МВА;  U_Б = U_{СР. НОМ}:

U_БI = 230 кВ; U_БII = 115 кВ; U_БIII = 18 кВ; U_БIV =10,5 кВ; U_БV =6,3 кВ

 - по [л3, с.130] для генераторов 100-1000 МВт.

Uкв% = 0,5×(Uквс%+Uквн%-Uксн%) = 0,5×(11+45-28) = 28%

Uкс% = 0,5×(Uксн%+Uквс%-Uквн%) = 0,5×(28+11-45) = -3% Þ 0%

Uкн% = 0,5×(Uксн%+Uквн%-Uквс%) = 0,5×(28+45-11) = 28%

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-1, постепенно сворачивая схему относительно этой точки.

;

;

;

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-2.

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-3 и К-7.

;

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-6.

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-4 и К-5

;

Рассчитаем ток трёхфазного КЗ в точке К-8.

;

Представим полученные значения токов КЗ в таблице:

Таблица №16. Значения токов короткого замыкания в различных точках

Выбор выключателей в цепях блочных трансформаторов 220 и 110 кВ производим по максимальному из токов составляющих I_кз в точке К-1 и в точке К-2 соответственно.

К-1 (в цепях блочного трансформатора 220 кВ):

I_Г < I_C, отсюда следует, что выбор производим по току I_C = I_ПО = 6,349 кА, аналогично выбираем выключатель в цепи блочного трансформатора 110 кВ(I_C = I_ПО = 8,21 кА).

При расчётах ТКЗ не учитываем подпитку от двигателей СН I, т.к. в исходных данных ничего не говорится о номинальных данных двигателей СН I.

3. Выбор электрических аппаратов и проводников

.1 Выбор выключателей

Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

Так как заводами-изготовителями гарантируется определённая зависимость параметров, то допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

). По напряжению установки: U_УСТ £ U_НОМ

). По длительному току: I_МАХ £ I_НОМ

). На симметричный ток отключения: I_п,t £ I_{ОТКЛ.НОМ}

). На отключение апериодической составляющей тока КЗ:

i_а,t £ i_а,ном = ×b_н× I_{ОТКЛ.НОМ}/100, где i_а,t = е^-t/Та, t = t_C,В + t_{РЗ min}

). По включающей способности: i_УД £ i_ВКЛ; I_П,0 £ I_ВКЛ, где i_УД=× I_П,0×(1+е^-0,01/Та)

). На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ: I_П,0 £ I_ДИН; i_УД £ i_ДИН

). На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

Вк £ , где Вк = I_П,0²×(t_ОТКЛ + Та)

Для примера рассмотрим выбор выключателя в РУВН 220 кВ.

По номинальному напряжению и току, а также по номинальному току отключения проверим маломасляный выключатель типа: ВМТ-220Б-20/1000УХЛ1 [л4, с.242].

Таблица №17. Справочные данные ВМТ-220Б-20/1000УХЛ1

Проверим этот выключатель по условиям, приведённым выше.

I_П,0 = 8,66 кА

). U_УСТ=220 кВ ≤ U_НОМ=220 кВ;

2). =592,8 А < =1000 А

). I_П,0 = I_п,t = 6,349 кА < I_{ОТКЛ.НОМ} = 25 кА

). i_а,t = е^-t/Та =×6,349×е^-0,06/0,03=1,215 кА,где t = t_C,В + t_{РЗ min} = 0,05+0,01=0,06 с.

Та=0,03 с. [л3, c.150]

i_а,ном = ×b_н× I_{ОТКЛ.НОМ}/100 =×0,25×20= 7,071 кА

i_а,t = 1,215 кА < i_а,ном = 7,071 кА

). i_УД=× Ку=× I_П,0×(1+е^-0,01/Та)= ×6,349×(1+е^-0,01/0,03)=15,412кА

i_УД=15,412кА < i_ВКЛ=52 кА;

I_П,0=6,349 кА < I_ВКЛ=20 кА

). I_П,0 = 6,349 кА < I_ДИН = 20 кА;

i_УД = 15,412кА< i_ДИН = 52 кА

). Вк = I_П,0²×(t_ОТКЛ + Та)=6,349²×(0,17+0,03)= 8,062кА²×с

t_ОТКЛ = (0,1-0,2) с. - по [л3, с.210]

=20²×3=1200 кА²×с

Вк =8,062 кА²×с < =1200 кА²×с

Выбранный выключатель ВМТ-220Б-20/1000УХЛ1 проходит по всем условиям.

Выбор остальных выключателей аналогичен и сведён в таблицу № 19.

Выключатель в цепи генератора на отключение апериодической составляющей тока КЗ не проходит, по этому проверяем его на отключение полного тока КЗ

^. I_{ОТКЛ.НОМ}.(1+b_н/100)≥ √2^.I_пф+i_аф; 271,529 кА>178,357 кА

3.2 Выбор разъединителей

Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключённом положении изоляционный промежуток.

При ремонтах разъединителем создаётся видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенным в ремонт.

Выбор разъединителей производится:

). По напряжению установки: U_УСТ ≤ U_НОМ;

). По току: I_МАХ. ≤ I_НОМ;

). По электродинамической стойкости: i_УД ≤ i_ДИН, где i_УД=× I_П,0×(1+е^-0,01/Та)

). По термической стойкости: Вк £ , где Вк = I_П,0²×(t_ОТКЛ + Та)

Для примера выберем разъединитель в ОРУ 110 кВ в цепи повышающего трансформатора.

Проверим РНДЗ.1-110/1250 Т1[л4, стр. 272]:

Таблица №18. Справочные данные РНДЗ.1-110/1250 Т1

1.       U_УСТ=110 кВ ≤ U_НОМ=110 кВ;

2.       I_МАХ.=1159 А ≤ I_НОМ=1250 А;

3.       i_УД=18,653кА ≤ i_ДИН=100 кА;

4.       Вк=12,807 кА²×с £ =1600 кА²×с

Выбор остальных разъединителей аналогичен и сведён в таблицу № 19.

Таблица № 19. Выбор выключателей

3.3 Выбор трансформаторов тока

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения. [л2, с.348]

Нормально трансформаторы тока работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания вторичной обмотки. Размыкание вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи (то есть возникновение режима холостого хода) недопустимо [л8, с.268], так как магнитный поток в магнитопроводе резко возрастает. В этом режиме магнитопровод нагревается до недопустимой температуры, на вторичной обмотке появляется высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт (пробой изоляции, разложение масла, взрыв, осколки).

Трансформаторы тока выбирают:

. По напряжению установки: U_УСТ ≤ U_НОМ;

. По току: I_МАХ ≤ I_НОМ;

3. По электродинамической стойкости: i_УД ≤ i_ДИН, где i_УД =× I_П,0×(1+е^-0,01/Та);

. По термической стойкости: Вк £ , где Вк = I_П,0²×(t_ОТКЛ + Та);

. По вторичной нагрузке: z₂ ≤ z_{2 НОМ.}

Выберем трансформатор тока (ТА-1) в цепи генератора.

В пределах турбинного отделения от выводов генератора до фасадной стены токоведущие части выполняем комплектным пофазно-экранированным токопроводом, следовательно, выбираем трансформаторы тока, встроенные в токопровод, ТШ-20-8000/5 (расчетные и номинальные данные сведены в таблицу № 29).

Проверим трансформатор тока ТА-1 по вторичной нагрузке, для чего воспользуемся списком необходимых приборов и их каталожными данными. Определяем нагрузку по фазам для наиболее загруженного трансформатора тока. [л3, с.376]

Таблица № 20. Вторичная нагрузка ТА-1 ТШ-20-8000/5

Согласно [л3, с.362, 377, 635]

Общее сопротивление приборов:

 Ом

чтобы трансформатор тока работал в выбранном классе точности, необходимо выдержать условие: r_ПРИБ + r_ПРОВ + r_КОНТ ≤ Z_{2 НОМ} (r_КОНТ = 0,1 Ом, т.к. число приборов больше трёх [л3, с.374])

r_ПРОВ = Z_{2 НОМ} - r_ПРИБ - r_КОНТ = 1,2 - 0,72 - 0,1 = 0,38 Ом

Применим провода с медными жилами (r=0,0175), т.к. агрегаты более 100 МВт. Длину соединительных проводов от трансформатора тока до приборов (в один конец) принимаем приблизительно равной 40 м. [л3, с.374, 375]

Принимаем кабель с медными жилами сечением 2.5 мм² и исходя из этого заново рассчитаем сопротивление проводов:

 Ом₂ = r₂ = r_ПРИБ + r_ПРОВ + r_КОНТ = 0,72 + 0,28 + 0,1 = 1,1 Ом

Теперь проверим трансформатор тока по всем пяти условиям:

. По напряжению установки: U_УСТ =18 кВ ≤ U_НОМ = 20 кВ;

. По току: I_МАХ = 7547 А ≤ I_НОМ = 8000 А;

. По электродинамической стойкости этот трансформатор тока не проверяем;

. По термической стойкости: Вк = 26253,2 кА² £ 76800 кА²;

. По вторичной нагрузке: z₂ = 1,1 Ом < z_{2 НОМ} = 1,2 Ом

Делаем вывод, что трансформатор тока ТШ-20-8000/5 удовлетворяет всем условиям и будет работать в выбранном классе точности.

Дальнейший выбор трансформаторов тока аналогичен. Расчетные и номинальные параметры представлены в таблице № 29.

ТА-1-трансформаторы тока в цепи генераторов (G-1,G-2,G-3)

ТА-2-трансформаторы тока на выводах НН ТСН (ТСН-1, ТСН-2)

ТА-3-трансформаторы тока на выводах НН ТСН (ТСН-3)

Таблица № 21. Вторичная нагрузка ТА-2, ТА-3 ТШЛП 10-У3

Согласно [л3, с.363, 369]

ТА-4 - трансформаторы тока в РУ 220кВ в ячейке ЛЭП

ТА-5 - трансформаторы тока в РУ 110кВ в ячейке ЛЭП

Выбираем ТА-4, ТА-5 по наиболее загруженному присоединению.

Таблица № 22. Нагрузка трансформаторов тока ТА-4

Согласно [л3, с.364 - линии с пофазным управлением]

Таблица № 23. Трансформаторы тока в цепи блочного трансформатора

Согласно [л3, с.363 - блочный трансформатор, ВН]

Таблица № 24. Трансформатор тока в цепи обходного выключателя

Согласно [л3, с.365]

Таблица № 25. Трансформатор тока в цепи шиносоединительного выключателя

Согласно [л3, с.365]

ТА-6-трансформатор тока на кабельных линиях, ведущих к РП-1,2

Таблица № 26. Трансформатор тока ТА-6 на кабельных линиях, ведущих к РП

Согласно [л3, с.363 - П.6 - линии 6-10 кВ к потребителям, ведётся денежный расчёт]

Таблица № 27. ТА-7 - трансформатор тока на ВН АТ

Согласно [л3, с.363 - автотрансформатор ВН]

Таблица № 28. ТА-8 - трансформатор тока на СН АТ

Согласно [л3, с.363 - автотрансформатор СН]

Таблица № 29. Расчетные и каталожные данные трансформаторов тока

.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. [л3, с.355] Нормально трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к режиму холостого хода вторичной обмотки. Режим короткого замыкания для них недопустим. [л8, с.271]

Трансформаторы напряжения выбираются:

). По напряжению установки: U_УСТ £ U_НОМ;

). По вторичной нагрузке:

S_2S £ S_НОМ, где S_2S=;

Выберем трансформатор напряжения TV-1 типа ЗНОМ-20-63У2 в цепи генератора.

Подсчитаем нагрузки основных обмоток трансформаторов напряжения.

Таблица № 30. Подсчет нагрузки основной обмотки TV-1 ЗНОМ-20-63У2

Таблица № 31. Подсчет нагрузки основной обмотки TV-2 НКФ-110-83У1

Таблица № 32. Подсчет нагрузки основной обмотки TV-3 НКФ-220-83У1

Таблица № 33. Подсчет нагрузки основной обмотки TV-4 НТМИ-6-66У3

Таблица № 34. Параметры трансформаторов напряжения