Курсовая работа (т): Разработка электротехнических решений для ГАЭС, установленной мощностью 200 МВт

Разработка электротехнических решений для ГАЭС, установленной мощностью 200 МВт

Содержание

Определения

Обозначения и сокращения

Введение

Принцип действия и технологическая схема

Основные параметры ГАЭС

.1 Структура и динамика потребления электрической энергии

.2 Анализ графиков электрических нагрузок Калининградской области

Схема выдачи мощности электростанции в энергосистему

Определение числа отходящих линий

Структурная электрическая схема

Выбор трансформаторов

Главная схема электростанции

.1 Выбор мощности трансформаторов собственных нужд

.2 Расчёт токов нормального и утяжелённого режимов

Расчёт токов короткого замыкания

Выбор аппаратов и проводников главной электрической схемы

.1 Выбор коммутационных аппаратов

.2 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Оценка капитальных затрат на реализацию проекта

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Определения

В настоящем проекте применены термины и определения по ГОСТ Р 19431-84, ГОСТ Р 52735-2007, ГОСТ 24291-90, ГОСТ Р 52002-2003, а также следующие термины с соответствующими определениями:

гидроаккумулирующая электростанция: гидроэлектростанция, используемая для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки;

структурная электрическая схема: схема трансформаторных соединений между генераторами и распределительными устройствами основных напряжений;

главная электрическая схема: схема электрических и трансформаторных соединений между основными элементами, связанными с производством, преобразованием и распределением электроэнергии;

собственные нужды электростанции: комплекс вспомогательного электрического оборудования, обеспечивающего бесперебойную работу основных агрегатов.

Обозначения и сокращения

ВЛ - воздушная линия электропередачи;

ВН - высшее напряжение;

ГАЭС - гидроаккумулирующая электростанция;

КПД - коэффициент полезного действия;

КЗ - короткое замыкание;

КРУ - комплектное распределительное устройство;

ЛЭП - линия электропередачи;

НН - низшее напряжение;

РУ - распределительное устройство;

РУСН - распределительное устройство собственных нужд;

СН - собственные нужды;

ТТ - трансформатора тока;

ТН - трансформатор напряжения;

ЭДС - электродвижущая сила

Введение

Калининградская область расположена на побережье Балтийского моря, имеет районы с возвышенным рельефом, что является важным стратегическим ресурсом, позволяющим развивать генерацию, основанную на принципе гидроаккумулирования энергии.

Гидроэнергоресурсы Калиниградской области активно использовались еще в довоенный период, о чем свидетельствуют существующие многочисленные гидротехнические сооружения разной степени сохранности.

Дефицит независимых от поставок топлива через границы соседних государств энергоисточников в области и появлением технологий обеспечения полной автоматизации с отказом от большого числа эксплуатационного персонала послужили предпосылками для разработки проектов восстановления электрической мощности существующих гидроэлектростанций и оценки потенциала для строительства других электростанций, использующих возобновляемые источники энергии.

Кроме того, энергосистема Калининградской области в качестве главного источника имеет тепловую электростанцию, которая не приспособлена для целей регулирования графика нагрузки энергосистемы. При централизованной работе энергосистемы области в составе единой энергетической системы проблемы регулирования графика нагрузки не так актуальны, как при изолированном режиме работы энергосистемы области, который возможен в будущем. Проблему регулирования (выравнивания) графика нагрузки энергосистемы и снижения потребной установленной мощности тепловых электростанций способна решить гидроаккумулирующая электростанция, электрическая часть которой разрабатывается настоящим проектом.

Опыт строительства ГАЭС как в России, так и за рубежом показал техническую и экономическую эффективность данного вида электростанций.

Практическая значимость работы состоит в том, что она может быть использована как вариант при оценке необходимости строительства гидроаккумулирующей электростанции в Калининградской области.

Основная цель данной работы - разработка электротехнических решений для ГАЭС, установленной мощностью 200 МВт.

В комплексе задач проектирования ГАЭС выделены особо: решения по выдаче мощности, главной электрической схеме, электрооборудованию.

1 Принцип действия и технологическая схема

Гидроаккумулирующие электростанции используют принцип насосного аккумулирования энергии. Технологическая схема простейшей ГАЭС представлена на рисунке 1. В составе станции предусматриваются /1,2/ верхний и нижний бассейны, связанные трубопроводной системой, и машинное здание, выполняемое в подземном, полуподземном или поверхностном исполнении.

При покрытии пиков нагрузки ГАЭС работают в турбинном режиме и вырабатывают электрическую энергию. При этом происходит сработка верхнего и заполнение нижнего бассейна. В часы пониженной нагрузки энергосистемы ГАЭС работает в насосном режиме и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний.

ГАЭС чаще всего выполняется с обратимыми агрегатами - двухмашинная система, состоящая из реверсивного двигатель-генератора и обратимой гидромашины, смонтированных на вертикальном валу.

В геологических, геодезических и гидрологических условиях Калининградской области верхний бассейн устраивается путем частичной срезки и обвалования возвышенности.

Нижним бассейном может служить водохранилище, озеро или даже море. В нашем случае в качестве нижнего бассейна и источника воды используется Балтийское море. На ГАЭС чаще всего применяется схема компоновки сооружений (см. рисунок 1) с напорными (зарядными) насосо-турбинными трубопроводами. Непосредственно у верхнего бассейна сооружается водоприемник, через который вода по напорным водоводам поступает к турбинам и насосами подается в верхний бассейн. Эффективность строительства ГАЭС зависит от наличия благоприятного рельефа местности, который способствовал бы получению возможно большего перепада между бассейнами при наименьшем расстоянии между ними и при возможно меньшем объеме работ для создания этих бассейнов.

Выбранное место строительства ГАЭС (см. рис. 8) позволяет получить перепад высот около 80 м (абсолютные отметки варьируются от 56 м до 116 м над уровнем моря). Рельеф местности представлен Вармийской холмисто-моренной возвышенностью /3,4/, сложенной песчано-гравийными и валунно-суглинистыми основаниями четвертичного периода (гляциальные отложения и краевые ледниковые образования). Расстояние от берега Балтийского моря (Калининградского залива) составляет 9 км.

Для ГАЭС с искусственно создаваемым верхним резервуаром характерно суточное аккумулирование, которое может сочетаться с недельным циклом. Ориентировочная продолжительность работы ГАЭС в турбинном режиме 4 - 6 часов, в насосном 6 - 8 часов в сутки. При недельном цикле гидроаккумулирования заряд осуществляется ночью во время выходных суток, а разряд - днём в рабочие дни с суточным подзарядом в минимумы нагрузок рабочих суток.

2 Основные параметры ГАЭС

.1 Структура и динамика потребления электрической энергии

Рисунок 2 - Структура потребления электроэнергии Калининградской области

Рисунок 3 - Динамика потребления электроэнергии в Калининградской области

В основном спрос на электрическую энергию в Калининградской области формируют непромышленные потребители, транспорт, сфера услуг и домашние хозяйства. На их долю в 2012 году приходилось 70,6% от полезного отпуска электроэнергии.

На рисунке 2 представлена диаграмма общего потребления электроэнергии Калининградской области в 2012 году, на рисунке 3 - динамика потребления электроэнергии /5/.

.2 Анализ графиков электрических нагрузок Калининградской области

Участие ГАЭС в покрытии графика нагрузки

Режим работы потребителей электроэнергии изменяется в часы суток, дни недели и месяцы года. Эти изменения изображают в виде графиков нагрузок, на которых по оси ординат откладывают активные (кВт) нагрузки, а по оси абсцисс - время, в течение которого удерживаются эти нагрузки.

На период курсового проектирования (2014, 2015 годы) максимальная мощность нагрузки энергосистемы Калининградской области составляла 742 МВт (01.12.2014 г.). Исторический максимум нагрузки был зафиксирован 06.02.2012г. и составил 807 МВт (см. рисунок 4).

Рисунок 4 - Динамика изменения максимума нагрузки

Согласно прогнозам /5/ в 2018 году максимум нагрузки энергосистемы Калининградской области может составить 1070 МВт.

Ввод в эксплуатацию 2 энергоблока Калинингрдской ТЭЦ-2 (900 МВт) в 2011 году и развитие распределённой генерации с использованием электростанций небольшой мощности в будущем позволят самосбалансироваться с достаточным резервом и не получать энергию извне. Максимальная пропускная способность существующих магистральных ЛЭП 330 кВ, связывающих Калининградскую энергосистему с ОЭС Северо-Запада, составляет 400…500МВт.

Строительство ГАЭС позволит улучшить режимы эксплуатации основных ТЭЦ, а возможно, и АЭС Калининградской области и удешевить электроэнергию, отпускаемую потребителям.

Рисунки 5, 6 иллюстрируют типичную динамику изменения электрических нагрузок региональной энергосистемы в различное время года и суток по данным /6/.

Рисунок 5 - Суточные графики электрической нагрузки рабочего дня

Рисунок 6 - Суточные графики электрической нагрузки воскресного дня

Рисунок 7 - Участие электростанций в покрытии графика нагрузки

гидроаккумулирующая электростанция трансформатор ток

Из рисунка 7 видно, что ГАЭС в состоянии покрывать не более 10% максимальной нагрузки, поэтому мощность ГАЭС принимается

Руст.=0,10Рmax=0,18∙1070=193 (МВт).

Отечественными заводами изготавливаются обратимые генераторы мощностью 50/55МВт СВО-845/140-44Т, следовательно необходимую мощность обеспечат 4 гидроагрегата по 50 МВт.

Таким образом, далее в расчетах принимается установленная мощность ГАЭС равная 200 МВт.

Зная установленную мощность ГАЭС в турбинном режиме, средневзвешенный напор и к.п.д. полного цикла гидроаккумулирования возможно определить необходимую отчуждаемую полезную площадь и объём верхнего искусственного резервуара.

, (1)

, (2)

где  - полезный объём верхнего резервуара ГАЭС, м3;

 - установленная мощность агрегатов ГАЭС, кВт;

 - время работы в турбинном режиме в сутки, часов;

 - средневзвешенный напор, м;

 - КПД гидроаккумулирования, о.е. (/1/);

 - средняя полезная площадь акватории верхнего резервуара, м2;

 - глубина сработки, ориентировочно 6-10% от напора (стр. 36, /1/) , м.

(м3)

(м2)

Ориентировочные размеры резервуара ГАЭС составят 734х500 м. Проектом предлагается для размещения верхнего бассейна ГАЭС использовать свободную от населённых пунктов и земель специального назначения территорию южнее пос. Ладушкин и восточнее пос. Пятидорожное (см. рис. 8).

Потребление энергии в насосном режиме и выработка энергии в турбинном режиме определяются по формулам:

, (3)

, (4)

где - энергия, затрачиваемая на закачивание воды в резервуар ГАЭС, кВт*ч/сут;

 - энергия, вырабатываемая гидротурбинами ГАЭС;

 - КПД гидроагрегата, о.е (/7/) .

(кВт*ч/сут).

(кВт*ч/сут).

Технический потенциал (располагаемая мощность) ГАЭС в оптимальном режиме определяется по формуле:

, (5)

где - коэффициент полезного действия агрегата (турбины и генератора) (стр. 26, /1/)

Из формулы (5) можно выразить расчётный расход воды через турбины ГАЭС:

 (6)

Расчётный расход воды через турбины и сооружения ГАЭС по (6) составит:

Соответственно расход через каждый из четырёх гидроагрегатов составит 72,5 м3/с.

Рисунок 8 - Место расположения ГАЭС на карте

3 Схема выдачи мощности электростанции в энергосистему

ГАЭС обычно сооружаются вблизи узлов нагрузки энергосистемы и короткими линиями 110 - 750 кВ соединяют с узловыми подстанциями.

В правилах /8, 9/ регламентирован выбор номинального напряжения выдачи мощности и предельных токов КЗ. Напряжение принимается по одной из шкал номинального напряжения сети: 110-220-500-1150 или 110-330-750 кВ. Сочетание напряжений входящих в разные шкалы, не применяется, кроме районов стыкования сетей, использующих разные системы номинальных напряжений.

Схема выдачи мощности должна обеспечивать выдачу мощности электростанции в систему и электроснабжение ГАЭС в насосном режиме как в нормальном режиме так и при плановых ремонтах элементов схемы.

Располагаемая к выдачи мощность (Рвыд) определяется исходя из установленной мощности и учёта расхода на собственные нужды (Рс.н.):

 (7)

Мощность потребителей собственных нужд определяется по справочным данным (табл.1.17, /10/) по отношению .

, (8)

где Руст - установленная мощность электростанции (Руст=NГАЭС), МВт.

Реактивная мощность собственных нужд по известному выражению:

 (9)

;