Материал: Выбор главной схемы ГЭС

Выбор главной схемы ГЭС

Курсовая работа

по дисциплине « Электрическая часть и автоматизация ГЭС»

на тему: «Выбор главной схемы ГЭС»

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

1.    Разработка выдачи мощности и главной схемы ГЭС

2.      Расчет токов короткого замыкания

.        Выбор оборудования

Заключение

Использованная литература

ВСТУПЛЕНИЕ

Основным элементом электрической станции, в котором происходит преобразование механической энергии первичного двигателя в электрическую энергию, является электрический генератор. Частота вращения гидрогенератора принимается равной наивыгоднейшей частоте вращения гидротурбины, отвечающей при заданном напоре и расходе воды лучшим гидравлическим характеристикам турбины и ее наибольшей экономичности. Так как напоры и расходы воды на различных ГЭС отличаются большим разнообразием, частота вращения гидрогенераторов лежит в широком диапазоне, от 60 до 760 об/мин. Кроме частоты вращения, определяющей совместно с числом пар полюсов номинальную частоту генератора, синхронные генераторы характеризуются другими номинальными параметрами, основными из которых являются активная и полная мощность. Под номинальной мощностью понимают полезную мощность, на которую рассчитан синхронный генератор и с которой он может длительно работать при нормальной работе системы охлаждения. Все другие параметры, характеризующие работу машины при этой мощности, также называют номинальными. К ним относятся: напряжение статора, ток статора, напряжение возбуждения ротора, ток возбуждения ротора, реактивная мощность генератора, коэффициент мощности, к.п.д., и другие величины.

К элементам главной схемы, кроме основного электрооборудования (генераторы и трансформаторы), относятся шины, разъединители, выключатели, реакторы и измерительные трансформаторы, а также провода, соединяющие аппараты одного присоединения и фидера (ошиновка).

В зависимости от назначения различают сборные, обходные, рабочие, резервные шины. Как показывает само название, сборные шины предназначены для приема электрической энергии от генераторов и последующего распределения ее между присоединениями. Обходные шины позволяют проводить ремонты оборудования без перерыва нормальной работы присоединений, получающих во время ремонта питание «в обход» своего выключателя от этой вспомогательной системы шин. Резервные шины делают возможным ремонт сборных шин без перерыва работы станции и нарушения электроснабжения потребителей. В большинстве схем с двумя системами шин любая из них может выполнять функции или рабочей или резервной.

Следующим важным элементом всякой схемы является выключатель. Выключатели различаются по выполняемым функциям. Выключатель, при помощи которого осуществляются включения и отключения генераторов, трансформаторов и линий в нормальных и аварийных условиях, называется выключателем присоединения. Соединение сборных шин между собой производится междушинным выключателем (МШВ), а секций шин - секционным выключателем. Обходной выключатель связан с обходной системой шин и заменяет основные выключатели присоединений при их ремонте.

Разъединители используют в основном при ремонтах, создавая между ремонтируемым оборудованием и элементами РУ, находящимися под напряжением, безопасный воздушный промежуток и обеспечивая между ними видимый разрыв.

Часто разъединители выполняют оперативные функции, служа для выбора системы шин при подключении к ним присоединений. Существуют также заземляющие разъединители для надежного заземления отключенной для ремонта установки и специальные разъединители с быстродействующим автоматическим приводом, используемые для включения на землю одной или нескольких фаз, находящихся под напряжением, и называемые короткозамыкателями,

Специальным типом разъединителя является также отделитель, назначение которого состоит в быстром отключении цепи в бестоковую паузу АПВ для образования изоляционного промежутка. В сочетании с короткозамыкателями отделители иногда заменяют выключатели в неответственных установках.

Ограничение токов короткого замыкания и облегчение коммутационной аппаратуры и шин достигается установкой реакторов между отдельными секциями шин (секционные реакторы) и в отходящих питающих линиях (фидерные реакторы).

Трансформаторы тока и напряжения предназначены для преобразования тока и напряжения первичных цепей в величины, удобные для непосредственного измерения стандартными измерительными приборами и безопасные для обслуживающего персонала.

Измерительные и коммутационные аппараты, относящиеся к одному определенному элементу основного оборудования станции (генератору, трансформатору, линии), вместе с соединительными проводниками и шинами образуют укрупненный элемент главной схемы, который принято называть электрическим присоединением. Генераторы имеют одно присоединение, трансформаторы в зависимости от числа обмоток - два или три, линии - два присоединения (по одному на каждом конце).

1. РАЗРАБОТКА ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ И ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ГЭС

гидроэлектростанция ток замыкание

По заданию дано 6 генераторов типа СВ-566/125-40 - синхронная вертикальная электрическая машина с диаметром ротора на полюсах 566 см, длинной активной стали 125 см и числом пар полюсов 20. По [1; с. 74] генератор этого типа имеет такие параметры:

суммарная мощность: Sном=23,5 МВА;

активная мощность: Pном=20 МВт;

Cosφном=0,8;

Uном=10,5 кВт;

Iном=1,295 кА;

nном=150 об/мин;

реактивное сопротивление Хd"=0,22 от.ед.;

Рассчитаем распределение напряжения по каждому направлению по формуле:

 , кВ;

где, Р-активная мощность( которая передается на расстояние), МВт;

L-расстояние на которое передается мощность, км.

По первому направлению:

Таблица 1 - Максимальная загрузка и дальность для различных уровней напряжения

Сравним с таблицей 1. этим параметрам соответствует напряжение равное 35 кВ, это значит, что по первому направлению будем выдавать линию на 35 кВ.

По второму направлению:

Сравним с таблицей 1. этим параметрам соответствует напряжение равное 35 кВ, это значит, что по второму направлению будем выдавать линию на 35 кВ. По третьему направлению:

Сравним с таблицей 1. этим параметрам соответствует напряжение равное 110 кВ, это значит, что по третьему направлению будем выдавать линию на 110 кВ.

Четвертое направление - это распределение в энергосистему. Так как шесть генераторов будут выдавать мощность равную120 МВт, а в трех направлениях будет распределятся мощность равная 68 МВт, то по четвертому направлению будет течь мощность равная 52 МВт.

Сравним с таблицей 1. этим параметрам соответствует напряжение равное 110 кВ, это значит, что по четвертому направлению будем выдавать две линии на 110 кВ.

По данным этого расчета будем строить однолинейную схему электростанции придерживаясь таких требований:

. Надежность станции и ее маневренные свойства во многом определяются ее главной схемой, и поэтому выбор схемы при проектировании электростанции, а также составление эксплуатационных схем действующей станции принадлежат к числу важнейших проектных и эксплуатационных задач.

Главная схема должна обеспечивать безотказную выдачу мощности электростанции, другими словами, быть надежной. Надежность является одним из основных требований, предъявляемых к схемам электрических соединений станций и подстанций.

Под надежностью понимается свойство системы, аппарата, схемы выполнять свои функции в разнообразных условиях эксплуатации при сохранении заданных параметров процесса. Надежность относится к категории фундаментальных понятий, характеризующих поведение технических устройств в эксплуатации. При выборе главной схемы совершенно необходим предварительный отбор вариантов на основе качественного анализа надежности и пригодности схемы в заданных условиях.

. важным требованием, предъявляемым к главным схемам, является их экономичность, т. е. требование минимальных затрат материальных ресурсов и времени при сооружении распределительного устройства (РУ) в соответствии с выбранной электрической схемой электростанции и минимальных ежегодных расходов на его эксплуатацию.

При оценке экономичности главных схем исходят из принятой методики анализа экономической эффективности технических решений, сравнивая так называемые расчетные затраты на выполнение различных вариантов схем, учитывающие и капитальные вложения и ежегодные эксплуатационные расходы.

Приближенно экономичность схемы может быть оценена по числу содержащихся в ней выключателей, так как в укрупненных показателях стоимости ячейки РУ учитывается не только стоимость оборудования (выключатель, трансформаторы тока и напряжения), но и затраты на ее строительную часть и монтажные работы.

. весьма существенным является требование маневренности главной схемы, под которой понимают возможность легкого приспособления схемы к изменяющимся условиям работы как в эксплуатации, так и при расширении станции, а также возможность ремонтов оборудования РУ без нарушения нормальной работы присоединений (ремонтопригодность).

Схемы электрических соединений станции или подстанции в однолинейном изображении являются основными техническими документами при проектировании, монтаже и эксплуатации электрических установок.

Однолинейные схемы, в которых все соединения показаны только для одной фазы, используются наиболее широко при проектировании, расчетах режимов, разработке схем релейной защиты и автоматики. В процессе эксплуатации применяются упрощенные однолинейные схемы, называемые оперативными. В них для наглядности показано только основное оборудование, а положение выключателей и разъединителей соответствует действительному в момент составления схемы.

Трехлинейные схемы составляются для всех трех фаз с указанием на них также всех соединений вторичных цепей. Ввиду их громоздкости эти схемы имеют ограниченное применение: преимущественно при монтажных работах, эксплуатационных проверках и ремонтах отдельных фаз.

В этой курсовой работе принимаем однолинейную главную схему, которая представлена на чертеже. В схеме представлена: двойная система шин на 110 кВ и схема с двумя выключателями на цепь 35 кВ, имеет шесть генераторов, три повышающих трансформатора (на 110 кВ) с расщепленной обмоткой низшего напряжения (по 10,5 кВ) и один понижающий трехобмоточный трансформатор с 110 кВ на 35 кВ с одной обмоткой на собственные нужды 6,6 кВ. Также имеются выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы тока, разрядники.

Так как два генератора выдают мощность равную 47 МВт, по ряду мощностей трансформаторов нужно выбирать трансформатор мощностью 63 МВА.

Параметры трансформатора с расщепленной обмоткой - ТРДЦН-63:

Напряжения обмотки: ВН-115 кВ; НН-10,5/10,5 кВ;

Потери, кВт: Рх-х: А=59; Б=82;

Рк-з: ВН-НН=257;к,%: ВН-НН=10,8;

НН-НН+18,4х-х, %=0,5-1,1;

По двум направлениям на 35 кВ распределяющаяся мощность по заданию равна 10 и 8 МВт у нас получается что суммарная мощность равна:

Р* Cosφном=10*0,8=12,5 МВА;

Р* Cosφном=8*0,8=10 МВА;

В сумме через трехобмоточный трансформатор проходит мощность равная 22,5 МВА, поэтому трансформатор выбираем на 25 МВА.

Параметры трехобмоточного трансформатора-ТДТН-25:

Напряжения обмотки: ВН-115 кВ; СН-38,5 кВ; НН-6,6 кВ;

Потери, кВт: Рх-х=28,5;

Рн=140;к,%: ВН-НН=17,5;

СН-НН=6,5;

ВН-СН=10,5;х-х, %=0,7%;

. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

При эксплуатации электростанций и электрических сетей в них достаточно часто возникают короткие замыкания (КЗ), которые являются одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок и даже энергосистемы в целом. Короткое замыкание - это замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима. В свою очередь замыкание - это всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей. Причинами КЗ обычно являются нарушения изоляции, вызванные:

а) перенапряжениями (особенно в сетях с незаземленными или с резонансно-заземленными нейтралями);

б) прямыми ударами молнии;

в) старением изоляции;

г) механическими повреждениями;

д) забросами посторонних тел, проездом под линиями негабаритных механизмов (краны с поднятой стрелой и т.п.);

е) неудовлетворительным уходом за оборудованием.

Последствия КЗ разнообразны:

а) механические и термические повреждения оборудования;

б) снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к полной остановке;

в) выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы, возникновение аварий, включая системные;

г) возгорания в электроустановках;

д) электромагнитное влияние на линии связи и на системы железнодорожных блокировок и т. п.

Расчеты токов КЗ необходимы для:

а) сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических соединений электростанций и подстанций;

б) выбора электрических аппаратов;

г) проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

д) проектирования заземляющих устройств;

е) определения влияния токов КЗ на линии связи;

ж) выбора разрядников;

з) анализа аварий в электроустановках и в электрических системах;

и) оценки допустимости и разработки методики проведения различных испытаний в электрических системах; к) анализа устойчивости работы энергосистем.

Расчет токов КЗ в крупной электрической системе представляет достаточно трудную задачу, требующую для строгого решения применения ЭВМ высокого класса. В целях ее упрощения обычно принимают ряд допущений, не вносящих существенных погрешностей в расчеты

Расчеты токов КЗ упрощаются при использовании схем замещения. В схемах замещения все величины должны быть взяты при одних и тех же условиях, т. е. выражены в одной и той же системе единиц1.

При расчетах токов КЗ исходные схемы замещения, в которых представлены конкретные элементы исходных реальных схем, путем последовательных эквивалентных преобразований приводятся к простейшим эквивалентным схемам замещения источник - сопротивление - точка КЗ.

Расчет токов КЗ можно провести как в системе именованных единиц, так и в системе относительных единиц. В последнем случае величины, принятые в качестве основания системы или единиц измерения, называются базисными.

При расчетах токов КЗ представляют интерес следующие четыре величины: Uб, Iб, Zб, Sб. Однако только две из них могут быть взяты в качестве базисных произвольно, так как дополнительно имеются еще два уравнения, связывающие базисные величины: закон Ома для трехфазной цепи.

Для вычисления токов к.з. при наличии в схеме трансформаторов -цепь представляют в виде схемы замещения При вычислении сверхпереходных токов генератор в схеме замещения представляют сверхпереходной э.д.с. Е˝d и сверхпереходным индуктивным сопротивлением х˝d .