Курсовая работа (т): Проектирование электрической части конденсационной электростанции

3. Разработка упрощенной принципиальной электрической схемы станции

3.1 Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне ВН

При наличии нескольких вариантов схем в первую очередь выбираются те, которые обеспечивают требования надежности, затем предпочтение отдается более простому и экономичному варианту и, наконец, варианту, в котором требуется наименьшее количество операций с выключателями и разъединителями РУВН при оперативных переключениях.

По рекомендации С.С. Рокотяна автора справочника по проектированию электро- энергетических систем, я выбрал схему :

Рис. 3.1. Схема с 6 выключателями на 3 линии

Трансформаторы - шины с присоединением линий через два выключателя. В данном случае 3 линии и 6 выключателей.

Условия применения: Отсутствие перспективы увеличения количества ВЛ. Напряжение 330-500 кВ 3-4линии.В данном случае количество линий можно увеличить на один.

3.2 Выбор и описание схемы электрических соединений на стороне СН

По рекомендации С.С. Рокотяна автора справочника по проектированию электро- энергетических систем, я выбрал схему : две секционированные системы шин с обходной.

Рис. 3.2. Две несекционированные системы шин с обходной

4. Выбор рабочих трансформаторов СН

На КЭС электроснабжение собственных нужд осуществляется путем устройства ответвления от блока и установки в этих цепях рабочих трансформаторов собственных нужд.

Трансформаторы собственных нужд выбираются по мощности собственных нужд каждого энергоблока и напряжению статора генератора. Но так, как мы посчитали активную и реактивную мощности собственных нужд, то осуществляем выбор трансформаторов собственных нужд по формуле:

_с.н. =√ P_с.н.² - Q_с.н.² ,МВ*А(4,1)

Выбор трансформаторов:

трансформатор T1=T2,расчёт идентичен: S_с.н.=√30² - 18,3² =23,7 МВ*А

трансформаторы T3=T4,расчёт идентичен: S_с.н.=√18² - 10,98²=14,26 МВ*А

Выбираем трансформаторы собственных нужд: типа ТРДНС-40000/20 для РУВН 500 кВ, и ТДНС-16000/20 для РУСН 220 кВ .

Технические данные трансформатора с.н. ТРДНС- 40000/20

Технические данные трансформатора с.н. ТДНС-16000/20

5. Расчет токов КЗ

Коротким замыканием (К.З.) называют всякое случайное или преднамеренное, непредусмотренное нормальным режимом работы электрические соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в аппаратах и проводниках резко возрастают, превышая , как правило, расчетные значения нормального режима.

Составим расчётную схему (рис 5.1.), рассматриваемой электроустановки ,отметим точку КЗ:

На основании расчётной схемы составил эквивалентную схему замещения (рис 5.2.) :

Рис 5.2.

Определим величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных единицах (отн.ед.) :

) Генератор ТГВ-500.

_*б= X"_d*ном* S_б / S_{ном G} ,отн.ед.(5,1)

_*б - базовое сопротивление ,отн.ед.

Базовая мощность выбирается произвольно - 100 МВ*А или 1000 МВ*А или другое удобное для расчетов значение. В данном курсовом проекте базовую мощность возьмём 1000 МВ*А.

X"_d*ном - сверхпереходное индуктивное сопротивление ,отн.ед.

S_{ном G} - номинальная полная мощность генератора ,МВ*А

_G1= X_G2 = 0,243*1000/588 =0,4 отн.ед

Генератор ТГВ-300

_*б= X"_d*ном* S_б / S_{ном G} ,отн.ед.

X_G3= X_{G 4} = 0,195*1000/353=0,55 отн.ед

2) Энергосистема

_с =X_{*ном с} * S_б / S_{ном С} ,отн.ед.(5,2)

_с - сопротивление системы

S_{ном C} - номинальная полная мощность системы

_с=2,15*1000/5170=0,41 отн.ед

3) Блочный трансформатор ТЦ 630000/500

_T1 = X_T2= X_T/100 * S_б / S_{ном T} ,отн.ед.(5,3)

Х_Т1= X_T2 - сопротивление трансформатора ,отн.ед.

X_T - рассчитаю через напряжение короткого замыкания ,данного трансформатора. U_кз ВН-НН=13%

S_{ном T} - номинальная мощность трансформатора ,МВ*А

_T1 = X_T2 =13% /100 * 1000/630= 0,2 отн.ед

Блочный трансформатор ТЦ 400000/220

_T3 = X_T4 = X_T/100 * S_б / S_{ном T} ,отн.ед.

_T - рассчитаю через напряжение короткого замыкания ,данного трансформатора. U_кз ВН-НН=11%

_T3 = X_T4=11% /100 * 1000/400= 0,27 отн.ед

4)Автотрансформаторы связи

Автотрансформатор АОДЦТН 267000/500/220

_{T ВН} = 0,5(U_{К ВН-НН} + U_{К ВН-СН} - U_{К СН-НН})(5,4)

_{T ВН} - сопротивление обмотки ВН ,%

U_{К ВН-НН} -напряжение КЗ обмоток ВН-НН ,%

U_{К ВН-СН} -напряжение КЗ обмоток ВН-СН ,%

U_{К СН-НН} --напряжение КЗ обмоток СН-НН ,%

где : U_{К ВН-СН} =11,5%

U_{К ВН-НН} =37%

U_{К СН-НН =} 23%

_{T ВН} = 0,5(37+11,5-23) =12,75 %

X_{T СН} = 0,5(U_{К ВН-СН} + U_{К СН-НН} - U_{К ВН-НН}) ,%(5,5)

_{T СН} - сопротивление обмотки СН ,%

_{T СН} = 0,5(11,5+23-37) = - 1,25 ≈ 0 %

X_{T НН} = 0,5(U_{К ВН-НН} + U_{К СН-НН} - U_{К ВН-СН}) ,%(5,6)

_{T НН} - сопротивление обмотки НН ,%

_{T НН} = 0,5(37+23-11,5) =24,25 %

Рассчитал величину сопротивления обмотки НН - X_{T НН} ,но в расчётах она нам не понадобится ,т.к. к обмотке НН никакой нагрузки не подключено.

)Линии электропередачи

X_L =X_уд*L* S_б /U²_ср ,отн.ед.(5,7)

_L - сопротивление линии ,отн.ед.

U_ср - среднее напряжение линии ,кВ

где X_уд= 0,3 (Рожкова Л.Д., Козулин В.С. - "Электрооборудование станций и подстанций")

U_ср=515 кВ , ( Рожкова Л.Д., Козулин В.С. - "Электрооборудование станций и подстанций)

_L1 =0,3*480* 1000/515² =0,5 отн.ед.

X_L2 =0,3*270* 1000/515² =0,3 отн.ед.

X_L3 =0,3*320* 1000/515² =0,36 отн.ед.

Сворачиваю эквивалентную схему до точки КЗ :

_9,15= X₉ +X₁₅ =0,2+0,4=0,6 отн.ед. (рис 5.3)

_1,2= X₁*X₂ /( X₁+X₂) =0,5*0,3/(0,5+0,3) =0,18 отн.ед. (рис 5.4.)

X_1,2,3= X_1,2*X₃ /( X_1,2+X3) =0,18*0,36/(0,18*0,36)=0,12 отн.ед. (рис 5.5.)

X_11,17= 12,75 о.е. ,т.к. X₁₇=0 отн.ед. (рис 5.6.)

X_12,18= 12,75 о.е. ,т.к. X₁₈=0 отн.ед. (рис 5.6.)

Пусть X_11,12,17,18 равно X_A

_A= X_11,17* X_12,18 /( X_11,17 +X_12,18 ) = 12,75*12,75/ (12,75+12,75)=6,37 отн.ед.

X_13,19= X₁₃+X₁₉=0,27 +0,55=0,82 отн.ед. (рис 5.8.)

X_14,20= X₁₄+X₂₀=0,27 +0,55=0,82 отн.ед. (рис 5.9.)

Пусть X_13,19,14,20 равно X_B

_B= X_13,19 *X_14,20 /( X_13,19 *X_14,20) = 0,82*0,82/(0,82 +0,82)=0,4 отн.ед.

X_AB= X_A+ X_B = 6,37+0,4=6,77 отн.ед. (рис 5.11.)

Пусть X_1,2,3,9,15 равно X_С

_С = X_1,2,3* X_9,15 /( X_1,2,3+ X_9,15)= 0,12*0,6/(0,12+0,6) = 0,1 отн.ед.

X_ABC= X_AB* X_С /( X_AB+X_С) =0,1*6,77/(0,1+6,77) = 0,098 отн.ед.

X_ABC10= X_ABС+X₁₀=0,098 +0,2=0,298 отн.ед. (рис 5.14.)

Пусть X_ABC10 равно X_П

Путем постепенного преобразования приводим схему замещения к наиболее простому виду так, что каждый источник питания связан с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением.

Рассчитаем начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ. Зная, результирующую ЭДС источника и результирующие сопротивления, по закону Ома определим начальное значение периодической составляющей тока КЗ, затем ударный ток, периодическую и апериодическую составляющую тока КЗ для заданного момента времени t.

I_n0= E"_* * I_Б / X_рез ,кА(5,8)

I_n0 - начальное периодическое значение составляющей тока КЗ

 I_Б= S_б / √3*U_Б ,кА (5,9)

I_Б - базовый ток, кА

U_Б=U_ср^КЗ =20 кВ

I_Б= 1000/ √3*20 = 28,9 кА.

Со стороны системы :

X_рез = 0,3 отн.ед.

E"_* = 1,13 отн.ед.

I_{n0 С} = 1,13*28,9/0,3 = 108,85 кА

Со стороны генератора G₂ :

X_рез =0,4 отн.ед.

I_{n0 G} = 1,13*28,9/0,4 = 81,64 кА

Определил ударный ток :

ɭ_уд = √2 * I_n0*K_уд ,кА(5,10)

K_уд - ударный коэффициент

K_уд=1,97 (таблица из учебника Рожковой Л.Д., Козулина В.С. - "Электрооборудование станций и подстанций).

ɭ_{уд С} = √2*4,2*1,97 =1,41*108,85*1,97= 302,35 кА ;

ɭ_{уд G} = √2*81,64*1,97 = 1,41*81,64*1,97= 226,77 кА;

ɭ _а0 =√2* I_n0 ,кА(5,11)

ɭ _а0 - начальное fпериодическое значение составляющей тока КЗ

ɭ _{а0 С} =√2* I_{ПО С} =√2*108,85 = 14,75кА

ɭ _{а0 G} =√2* I_{ПО G} =√2*81,64 =12,77 кА

T_A= X_рез/ωr _рез = 0,35 с (таблица из учебника Рожковой Л.Д., Козулина В.С. - "Электрооборудование станций и подстанций).

τ = 0,1+t_{с.в. откл} = 0,01+0,15 =0,16 с

- τ/T_a= - 016/0,35 = - 0,45

τ - наименьшее время от начала к.з. до момента расхождения дугогасительных контактов, с

Та - постоянная времени цепи τ = tс.в + 0,01

tс.в -собственное время отключения выключателя, с

e ≈ 2,718282

ɭ _at =√2* ɭ _а0 * e ^{- τ/ Ta} ,кА (5,12)

ɭ _at -апериодическая составляющая тока КЗ ,кА

ɭ _{at С} =√2* ɭ _{а0 С} * e ^{- τ/ Ta} =1,41*14,75* e ^{- 0,45} =1,41*14,75*0,63 =13,1 кА ;

ɭ _{at G} =√2* ɭ _{а0 G} * e ^{- τ/ Ta} = 1,41*12,77* e ^{- 0,45} = 1,41*12,77* 0,63 =11,34 кА .

Таблица 5.1.

6. Выбор электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих частей в заданных цепях

Выбираю выключатель Q₂ и разъединитель QS₂ в цепи генератора ТГВ-500 и трансформатора ТЦ 630000/500.

I_норм= P_ном /√3* U_ном* cos φ = 500*10³/√3*20*0,85= 17001,02 А

I_max = P_ном /√3* U_ном* 0,95 * cos φ = 500*10³/√3*20*0,95*0,85=17895,81 А

I_{n0 G} /I_норм = 81,64 / 17001,02 = 4,8 А_n,t,r / I_n0 ≈ 0,67

I_nt = 0,67* I_{n0 G}(6,1)

I_nt - периодическая составляющая тока КЗ

I_nt = 0,67*81,64 = 54,7 кА

Выбор выключателей и разъединителей учитывает основные требования, предъявляемые к ним.

Выключатели должны надежно отключать любые токи нормального режима и к.з.

Выбор производится:

) По напряжению установки:

уст ≤ Uном

уст - напряжение установки, кВ

Uном - номинальное напряжение выключателя или разъединителя, кВ

) По длительному току:

норм ≤ Iном; Imax ≤ Iном

где Iнорм - нормальный ток установки, А

Imax - максимальный ток установки, А

Iном - номинальный ток выключателя, А

) На симметричный ток отключения:

пτ ≤ Iотк.ном

где Iпτ - периодическая составляющая тока к.з. к моменту τ, кА

Iотк.ном - отключающий номинальный ток, кА

) Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з.

ίаτ ≤ ίа ном = *βн * Iотк.ном/100

где ίаτ - апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов τ, кА

ίа ном - номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени τ, кА

βн - номинальное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, %, по каталогам

) Проверка по отключающей способности полного тока к.з.:

( * Iпτ * ίаτ) ≤  * Iотк.ном *(1+βн/100).

6) На электродинамическую стойкость: Iпо ≤ Iдин, ίу ≤ ίдин

Iдин - действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока к.з., кА

ίдин - наибольший пик (ток электродинамической стойкости), кА по каталогам.

) На термическую стойкость:

Вк ≤ Iтер* tтер

где Вк - тепловой импульс тока к.з. по расчету, кА²*с;

Iтер - ток термической стойкости, кА, по каталогам;

tтер - длительность протекания тока термической стойкости, с.

Разъединитель не выбераем, т.к. максимальный ток установки 17895,81 А , а разъединителя с номинальным током 17895,81 А просто не существует.

.1 Выбор комплектного токопровода

Токопроводы пофазно- экранированные генераторного напряжения на 10, 20, 24 и 35 кВ с компенсированным внешним электромагнитным полем серий ТЭНЕ и ТЭНП на номинальные токи от 4000 до 31500 А предназначены для электрических соединений на электрических станциях, в цепях трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц. Данный токопровод укомплектован соответствующей электроаппаратурой и оборудованием: трансформаторами напряжения (ЗНОЛ,ЗНОЛП,UGE). трансформатором тока (ТШ,ТШВ, ТШЛ, ТШЛО, ТПОЛ,GSR), разрядником (РВЭ, РВРД, РВМ, РВС, РВО), заземлителями, проходными изоляторами ИП,разъединителем (РВП3-2,РВР3-2,РРЧ3-2),трёхполюсным заземлителем ЗР с блок - замком 3Б-1.

Всё оборудование в скобках можно взять на выбор.

Выбираем токопровод типа ТЭНЕ- 20- 20000- 560 УХЛ1,Т1 "Пышма"

Технические данные комплектного токопровода ТЭНЕ- 20- 20000-560 УХЛ1,Т1 "Пышма"

Список использованной литературы

1.      Электрическая часть электростанций: метод.пособие / сост. Г. А. Сарапулов; НГТУ - Новосибирск, 2008. - 32 с.

.        Лыкин А. В. Электрические системы и сети: Учеб.пособие. - М.: Университетская книга; Логос, 2006. - 254 с.

.        Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: ЭНАС, 2007. -352 с.: ил.

.        Сайт: WWW.Forca.ru

.        Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под.ред. И. А. Баумштейна, С. А. Бажанова. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 768 с.: ил.

.        Сайт: WWW.UCZC.ru

.        Л.Д. Рожкова, Л.К. Корнеева, Т.В. Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций, 7-е изд.-М.: Издат. Центр "Академия", 2010.-446 с.: ил.

8.      Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для сред. Проф. Образования /Рожкова Л.Д., Козулин В.С. - М.: Энергоатомиздат,1987