Дипломная работа: Проектирование открытого распределительного устройства тепловой электростанции мощностью 200 мегаватт

Министерство образования И МОЛОДЁЖНОЙ ПОЛИТИКИ

Рязанской области

Областное государственное бюджетное ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ образовательное учреждение

НОВОМИЧУРИНСКИЙ МНОГООТРАСЛЕВОЙ ТЕХНИКУМ

Выпускная квалификационная работа

Тема: «Проектирование открытого распределительного устройства тепловой электростанции мощностью 200 мегаватт»

Специальность: 13.02.03 Электрические станции, сети и системы

Студента IV курса, группы №29

Фролова Кирилла Игоревича

Руководитель ВКР: Ремнёв Сергей Николаевич

Допускается к защите

Зам. директора по УПР Бабкина Г.В.

Новомичуринск, 2019

Содержание

• Введение
• 1. Главная схема электрических соединений ТЭЦ
• 2. Выбор схемы распределительного устройства 110 кВ
• 3. Расчет токов короткого замыкания
• 4. Выбор основного электротехнического оборудования и токоведущих частей ОРУ
• 4.1 Выбор выключателей и разъединителей
• 4.2 Выбор шин и связей между элементами
• 4.3 Выбор трансформаторов тока
• 4.4 Выбор трансформаторов напряжения
• 5. Выбор схемы собственных нужд ТЭЦ
• 5.1 Выбор трансформаторов собственных нужд ТЭЦ
• 6. Выбор основного электротехнического оборудования цепи линий местной нагрузки и собственных нужд
• 7. Выбор токоведущих частей цепи линий местной нагрузки и собственных нужд
• 7.1 На напряжение 10,5 кВ
• 7.2 Выбор токоведущих частей РУ С.Н. - 6 кВ
• 8. Выбор разрядников и источников оперативного тока
• Заключение
• Список использованной литературы
• Приложение

Введение

Современная электроэнергетика базируется на трехфазном переменном токе с частотой 50 Гц. Применение трехфазного тока объясняется большей экономичностью сетей и установок трехфазного тока по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также возможностью применения наиболее надежных, простых и экономичных асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями других типов.

В городах, поселках и на крупных предприятиях электрические сети строятся на напряжение 10кВ и 6кВ. Напряжения 35 и 110кВ применяются для связи электростанций между собой при небольших расстояниях и в распределительных сетях при питании потребителей. Напряжения 220, 330 и 500кВ применяются для связи мощных электростанций между собой, передачи больших мощностей на дальние расстояния, а также для межсистемной связи. Ряд АЭС имеют связи с системой через ВЛ 750 кВ.

ТЭЦ, как правило, сооружаются в городах, рабочих поселках и при крупных промышленных предприятиях, т. е. в центре тепловых и электрических нагрузок. Поэтому большая часть генераторов ТЭЦ присоединяется непосредственно к сборным шинам генераторного напряжения 6-10кВ, от которых отходят линии для питания местных потребителей, т. е. промышленных предприятий и городских трансформаторных пунктов ТП. С этих же сборных шин питаются, и трансформаторы собственных нужд электростанций. При наличии избыточной мощности на ТЭЦ последняя передается в энергосистему с помощью повышающих трансформаторов связи, сборных шин повышенного напряжения и линий электропередачи. В случае дефицита (недостатка) генерирующей мощности последняя поступает из энергосистемы через те же трансформаторы связи.

Открытое распределительное устройство (ОРУ) -- распределительное устройство, оборудование которого располагается на открытом воздухе. Все элементы ОРУ размещаются на бетонных или металлических основаниях. Расстояния между элементами выбираются согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ). На напряжении 110 кВ и выше под устройствами, которые используют для работы масло (масляные трансформаторы, выключатели, реакторы) создаются маслоприемники -- заполненные гравием углубления. Эта мера направлена на снижение вероятности возникновения пожара и уменьшение повреждений при аварии на таких устройствах.

Электрическая часть каждой электростанции, прежде всего характеризуется схемой электрических соединений, на которой все коммутационные аппараты и заземляющие разъединители изображаются в положении, соответствующем их нормальному коммутационному состоянию.

В данном проекте производим выбор схемы и электрического оборудования ОРУ ТЭЦ. Сравнительный выбор будет проходить между двумя различными схемами ОРУ. Будет произведен выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей. Также проводится выбор схемы собственных нужд, их трансформаторов. Схема местной нагрузке так же будет присутствовать в проекте. Выберем типы релейной защиты и измерительных приборов.

1. Главная схема электрических соединений ТЭЦ

Главная схема электрических соединений - это совокупность основного электрооборудования (генераторы, трансформаторы, линии), сборных шин, коммутационной и другой первичной аппаратуры со всеми выполненными между ними в натуре соединениями. [4]

Проектирование главной схемы включает в себя: выбор генераторов, выбор структурной схемы и схемы электрических соединений распределительного устройства, расчет токов короткого замыкания и выбор средств по их ограничению, а так же выбор электрических аппаратов и проводников.

На проектируемой ТЭЦ установлено три турбогенератора типа ТЗФП - 63 - 2У3. Система возбуждения - статическая тиристорная, система охлаждения - воздушная по трёхконтурной схеме, отличается от ТВФ повышенным КПД, маневренностью, перегрузочной способностью. П - сопряжение генератора с паровой турбиной.

Паспортные данные генераторов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Паспортные данные турбогенератора. [5]

Турбогенераторы предназначены для вновь строящихся энергетических установок и для замены генераторов с водородным и водородно-водяным охлаждением, выработавших свой ресурс. Охватывают диапазон мощностей от 63 до 225 МВт.

Во всех генераторах серии применены:

- новейшая термореактивная изоляция обмоток статора и ротора;

- электротехническая сталь с малыми удельными потерями;

- современные конструктивные материалы;

- для изоляции обмотки статора применяется изоляция типа «Монолит-2» - сухими стеклослюдинитовыми лентами с последующей вакуумно-нагнетательной пропиткой и запечкой обмотки, уложенной в сердечник статора.

Преимущества турбогенераторов с воздушным охлаждением современной конструкции:
- повышенная надежность, обусловленная простотой конструкции;

- уменьшенный объем вспомогательного оборудования;

- простота и сокращение сроков профилактического ремонта;

- повышенная маневренность;

- безопасность при обслуживании;

- высокая заводская готовность агрегата, испытанного в заводских условиях;

- сокращенный срок монтажа.

Серия Т3Ф - турбогенераторы с воздушным охлаждением по трехконтурной схеме. Турбогенераторы этой серии являются дальнейшим развитием серии ТФ. Конструкция типа ТЗФ позволяет увеличить единичную мощность турбогенераторов с воздушным охлаждением до 350 МВт и выше. Надежность и перегрузочная способность достигается за счет разделения потоков воздуха, охлаждающего статор и ротор, исключения их взаимного отрицательного влияния. Это позволяет снизить нагрев активных и конструктивных частей генератора при одновременном снижении расхода воздуха. Турбогенераторы этой серии отличаются:

- более интенсивным и равномерным охлаждением активных частей;

- улучшенными характеристиками;

- повышенным значением КПД;

- лучшим использованием электротехнических материалов;

- меньшей монтажной массой статора.

Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования, распределение генераторов и электрической нагрузки между распределительными устройствами различных напряжений и связей между ними.

В структурной схеме проектируемой ТЭЦ генераторы подключены к РУ ВН через трансформаторы по блочной схеме (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структурная схема ТЭЦ.

Выбор номинальной мощности трансформатора связи производят с учетом его нагрузочной способности. В общем случае условие выбора мощности трансформатора имеет вид:

S_расч=S_номk_п,

гдеS_расч - расчетная мощность, МВА;

S_ном - номинальная мощность, МВА;

k_п=1,4 ? коэффициент допустимой перегрузки.

По ГОСТу 14209 ? 85 коэффициент допустимой перегрузки трансформатора определяется исходя из предшествующего режима работы трансформатора, температуры окружающей среды.

Трансформаторы блоков:

S_расч = 48,94 МВА;

Принимаем трансформатор ТДН - 63000/110-У 1

Паспортные данные приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Паспортные данные трансформаторов [5]

Трансформаторы силовые ТДН-63000/110-У1, УХЛ1 с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) ±16%±9 ступеней с системой охлаждения вида «Д», предназначены для преобразования и передачи электрического переменного тока.

Мощность местной нагрузки ТЭЦ равна Р_м.н=50 МВт, нагрузка собственных нужд Р_сн=18 МВТ, остальная мощность, выдается в систему.

Рисунок 1.2. Чертеж трансформатораТДН - 63000/110-У 1

2. Выбор схемы распределительного устройства 110 кВ

Для выбора схемы РУ необходимо определить количество линий для связи с системой. Для этого приняв сечение проводов ЛЭП F_пр=185_мм² находим ток одной линии:

I_лэп=F_прj_эк=1851=185 А;

где: j_эк=1 - экономическая плотность тока.

Суммарный ток через все линии ЭП:

I_сум = Р_отп/(U_номcos_ю)=112/(1100,87)=0,68 кА;

где: Р_отп=Р_ген-Р_с.н.-Р_м.н.=180-50-18=112 МВт.

Р_отп - мощность отпускаемая в систему и потребителям 110 кВ.

Определяем количество ЛЭП необходимых для связи с системой и передачи мощности потребителям 110 кВ.

n= I_сум / I_лэп=680/185=3,68 округляем в большую сторону 4

Принимаем две двухцепных линии электропередач.

Для выбора схемы открытого распределительного устройства (ОРУ) рассмотрим две схемы. Первый вариант полуторная схема. Для мощных блочных электростанций все более широкое применение получают полуторные схемы и схемы 4/3, а также схемы «чистых» блоков генератор--трансформатор--линия (Г--Т--Л).

Полуторная схема имеет следующие преимущества: ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным числом операций при выводе этих элементов в ремонт; разъединители используются только при ремонте (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением); обе системы шин могут быть отключены одновременно без нарушения работы присоединений. Как видно, полуторная схема сочетает надежность схемы со сборными шинами с маневренностью схемы многоугольника.

К недостаткам полуторной схемы относят большое число выключателей и трансформаторов тока, усложнение релейной защиты присоединений и выбор выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи.

Повышенное число выключателей в полуторной схеме частично компенсируется отсутствием междушинных выключателей.

Рис. 2.1 Схема РУ: полуторная схема.

Рассмотрим второй вариант две системы шин с обходной.

Достоинства рассматриваемой схемы с двумя системами сборных шин заключаются в следующем:

- возможность поочередного ремонта сборных шин без перерыва в работе присоединений;

- возможность деления системы на две части в целях повышения надежности электроснабжения или ограничения тока к.з.;

- возможность переключений отдельных присоединений в соответствии с режимом установки с одной системы сборных шин на другую.