Электрооборудование ТЭС


Введение

 

В данном курсовой работе выбирается основное электрооборудование ТЭС ( синхронные генераторы, трансформаторы, автотрансформаторы). Энергоносителем ТЭС является уголь, а в качестве основной нагрузки потребителей – химическая промышленность. Генераторы ТЭС работают круглосуточно и независимо от времени года вырабатывают номинальную мощность. Избыток мощности отдается в энергосистему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Выбор генераторов

 

По заданной номинальной мощности Рн=63 МВт и номинальному напряжению Uном=6,3 кВ  выбирается турбогенератор типа ТВФ-63-2У3..Номинальные параметры данного генератора приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Номин.

частота враще-

ния n,об\мин

 

Рном,

МВт

 

Sном,

МВЧ࡫А

 

сosjЩном

 

I ном,

КА

 

Uном,

кВ

 

x"d, о.е.

 

Ta(3), c

3000 

63

78,75

0,80

7,21

6,3

    

 

Турбогенератор ТВФ  – 63 – 2У3 имеет:

 

  • схема соединения обмоток – Y/Y;

-        система возбуждения: ВЧ – возбуждение от машинного возбудителя переменного тока повышенной частоты, соединенного непосредственно с валом генератора через отдельно стоящее выпрямительное устройство.

-          тип охлаждения: непосредственное форсированное охлаждение обмотки ротора водородом и косвенное водородное охлаждение обмотки статора..

      -          масса: 122,25 т;

 

2. Построение  графиков нагрузки

 

Характерные суточные графики электрических  нагрузок  для предприятий  химической промышленности приведены на рисунках 1, 2.

Величина максимальной  активной нагрузки ,МВт

 

Рмах=NлЧ࡫Рл ,

 

где Nл – количество линий, шт

      Рл –  мощность одной линии, МВт

 

Максимальная реактивная мощность потребителей, Мвар

 

Qмах=РмахЧ࡫tg(arccos jЩ)

 

Полная мощность потребителей, МВА

 

Sмах=

, МВА

 

Для потребителей на напряжении 6,3  кВ (Потребитель 1):

 

Рмах =40∙2,5=100 МВт

 

Qмах =100Ч࡫tg(arccos 0,83)=67,2 Мвар

 

Sмах =

МВА

 

Данные для построения графиков нагрузок приведены в таблицах 2,3.

 

Таблица 2-Данные для построения графика нагрузок на напряжение 6,3 кВ

Время,ч

P,МВт

Q,Мвар

S,МВА

0-1,4-8

98

65,9

118,1

1-4,19-21

88

59,14

106,04

8-10,15-17

100

67,2

120,5

10-11,14-15

96

64,5

115,7

11-14,17-19,21-24

94

63,2

113,3


 

 

 

Рисунок 1-График нагрузки для потребителей 6,3  кВ.

 

Для потребителей на напряжении 110 кВ(Потребитель 2):

 

Рмах =6Ч࡫15=90 МВт

 

Qмах =90Ч࡫tg(arccos 0,81)=65,2 Мвар

 

Sмах =

МВА

 

Таблица 3-Данные для построения графика нагрузок на напряжение 110 кВ:

Время,ч

P,МВт

Q,Мвар

S,МВА

0-1,4-8

88,2

63,9

108,9

1-4,19-21

79,2

57,4

97,8

8-10,15-17

90

65,2

111,1

10-11,14-15

86,4

62,6

106,7

 

 

11-14,17-19,21-24

 

 

84,6

 

 

61,3

 

 

104,4


 

 

Рисунок 2-График нагрузки для потребителей 110 кВ.

 

 

  1. Расчет перетоков мощности

 

Переток мощности через обмотку НН:

 

РНН=2Рг –2Pсн –Рпотр1=

=25,4 МВт,

 

где РГ- активная мощность генераторов, подключенных к ГРУ 6,3 кВ, МВт;

 

Расход на собственные нужды  ТЭЦ-уголь принимается равным 10%(3)

 

РСН =0,1Ч࡫РГ =0,1Ч࡫63=6,3МВт

QСН= РСН Ч࡫tg(arccos j)=6,3Ч࡫tg(arccos 0,8)=4,725 Мвар

SСН=

МВА

 

Переток мощности для обмотки НН приводится в таблице 4.

Расчет перетоков мощности через обмотку СН осуществляется по формуле:

 

РСН=2Рг –2Pсн –Рпотр2

где Рг- мощность генератора, МВт; РСН =6,3МВт

Рпотр2- потребляемая мощность потребителя 2, МВт;

 

РСН=2Ч࡫63-2Ч࡫6,3-79,2=34,2 МВт,

 

Расчет перетоков мощности для остальных ступеней приводится в таблице 4.

 

Расчет перетоков мощности через обмотку ВН автотрансформатора осуществляется по формуле:

 

РВН  = РСН + РНН,

РВН = 25,4+34,2 =59,6 МВт,

 

Расчет перетоков мощности для остальных ступеней приводится в таблице 4.

 

Таблица 4-Расчет перетока мощности через автотрансформаторы АТ1 и АТ2

Время,

t.ч

0 - 1

1 – 4

4 – 8

8-10

10-11

11-14

14-15

15-17

17-19

 

19-21

 

21-24

Pнн, МВт

15,4

25,4

15,4

13,4

17,4

19,4

17,4

13,4

19,4

 

25,4

19,4

Pсн.МВт

25,4

34,2

25,4

23,4

27

28,8

27

23,4

28,8

 

34,2

28,8

Pвн= Pнн+Pсн

40,6

59,6

40,6

36,8

44,4

48,2

44,4

36,8

48,2

 

59,6

48,2


 

Графики перетоков мощности через обмотки НН, СН, ВН автотрансформатора представлены на рисунке 3.

 

Рисунок 3-График перетока мощности через обмотки НН, СН, ВН автотрансформаторов АТ1 и АТ2.

 

 

 

 

 

4. Определение  продолжительности использования максимальной нагрузки

 

По таблице 4 определяется время использования часов максимальной нагрузки для каждой обмотки автотрансформаторов по формуле, ч:

 

, 

ч

ч

 

ч

 

По таблицам 2,3 определяется время использования часов максимальной нагрузки для потребителей:

                1)  на 6,3 кВ,

ч

                2) на 110 кВ

ч

 

 

5. Выбор блочных  трансформаторов и автотрансформаторов связи

 

Выбор автотрансформаторов АТ1 и  АТ2. Необходимо рассчитать загрузки обмоток автотрансформаторов в комбинированных режимах при максимальной, минимальной нагрузках (при отключении одного автотрансформатора) и в 2х аварийных режимах (отключение генераторов G2 или G4) – 1) Первый аварийный – G2 отключен; 2)Второй – отключен G4 :

          Обмотка  среднего напряжения              

SСН=2Sг –2Sсн –Sпотр2

 

 

= 2(63+j47,25) - 2(6,3+j4,725) - (90+j65,2) = 23,4+j19,85=30,69МВА

= 2(63+j47,25) - 2(6,3+j4,725) - (79,2+j57,4) =34,2+j27,65=42,75МВА

              = (63+j47,25) - (6,3+j4,725) - (90+j65,2) = -33,3-j22,68=40,29МВ∙А

                =23,4+j19,85=30,69МВА     

   Обмотка низшего напряжения 

= 2Sг -2Sсн -Sпотр1

                  =2(63+j47,25) - 2(6,3+j4,725) - (100+j67,2)= 13,4+j17,85=22,32МВА

                  =2(63+j47,25) - 2(6,3+j4,725) - (88+j59,14) = 25,4+j25,91=36,28МВА

                 =(63+j47,25) - (6,3+j4,725) - (100+j67,2)= -43,3-j24,68=49,84МВА

                 =13,4+j17,85=22,32МВА

                  

 Обмотка высшего напряжения

= (13,4+j17,85) + (23,4+j19,85) = 36,8 + j37,7=52,68МВА

= (25,4+j25,91) + (34,2+j27,65) = 59,6 + j53,56=80,13МВА

             = (13,4+j17,85) + (-33,3-j22,68) = –19,9 – j4,83=20,48МВА

                   =(23,4+j19,85)+(-43,3-j24,68)=-19,9-j4,83=20,48 МВА

 

Рисунок 4-Перетоки мощности через обмотки автотрансформаторов

 

Определяется загрузка последовательной обмотки в комбинированном режиме передачи мощности с СН ВН и НН ВН (перетоки мощности через обмотки автотрансформатора показаны на рисунке 4).

 

SП.=

, МВА

 

  Проверяется загрузка обмотки  НН:

 

 

Так как максимальный переток режиме минимальных нагрузок, мощность автотрансформатора выбирается по формуле:

 

где - максимальная мощность, протекающая через трансформатор;

              

 

Исходя из двух условий, выбирается автотрансформатор АТДЦТН-125000/220. Его параметры приведены в таблице 5.

Мощность блочных трансформаторов  выбирается по мощности генератора

         Выбирается блочный трансформатор Т1:       ТДЦ-80000/110

 

 

                                                                  

Таблица 5. – Номинальные  параметры трансформаторов и автотрансформаторов

 

Автотрансформаторы 

связи

Блочные     трансформаторы

ТИП

АТДЦТН-125000/220

ТДЦ-80000/110.

Sном, МВА

125

80

U, кВ

ВН – 230

СН-121

НН-6,3

ВН – 121

НН – 6,3

PХ, кВт

65

85

PК, кВт

315

310

Uк, %

11/32/20

11


 

 

6. Выбор и обоснование РУ всех напряжений

 

Распределительное устройство 110 кВ

На напряжение 110 кВ при числе присоединений 10 (2 автотрансформатора связи , 2 блочных трансформатора,6 линий нагрузки) выбирается схема 2 рабочие системы шин с 1 обходной линией. К достоинствам схемы относятся: достаточная гибкость и надежность; возможность поочередного ремонта сборных шин без перерыва работы присоединений; возможность ограничения токов короткого замыкания (шиносоединительный выключатель при КЗ следует держать отключенным).

К недостаткам схемы  относят: большое количество разъединителей, частые переключения которых увеличивают вероятность повреждений в зоне сборных шин; при ремонте одной из систем шин нормальная работа на двух системах нарушается; сложность схемы. РУ приведено на рисунке 8.

   Для РУ 220 кВ с общим числом присоединений равным 4 (2 линии связи с системой, 2 автотрансформатора связи) рекомендуется схема четырехугольник. Данная схема обладает высокой надёжностью, недостаток- сложность релейной защиты.

РУ приведено на рисунке 7.

 

 

Генераторное распределительное  устройство (ГРУ):

Главным  критерием  выбора  любой  схемы  ГРУ является надежность и экономичность. При выборе схемы ГРУ необходимо учитывать количество и мощность генераторов, количество трансформаторов связи, нагрузку(2 генератора, 2 автотрансформатора, 41 линия нагрузки) . Учитывая это выбираем схему «кольцо», при этом трансформаторы связи подключают не к крайним секциям, а симметрично, чтобы уменьшить перетоки мощьности через реакторы. Рис 9.

 

7. Определение  расчетных условий для выбора аппаратов и  проводников по  продолжительным режимам работы

 

Определяются нормальные токи и токи наиболее тяжелых режимов  для всех присоединений, в которых выбираются проводники и аппараты.

  • Цепь генератора ТВФ-63-2У3:

 

;

 

кА

;

 кА

Цепь трансформатора ТДЦ-80000/110:

      

Цепь автотрансформатора связи АТДЦТН-125000/220:

 

 Цепь линии:

На стороне 6,3 кВ (Потребитель 1 – 40 линия)

;

;

где n-число параллельных линий;

 

 

На стороне 110 кВ (Потребитель 2 – 6 линий)

 

;

 

Результаты расчетов сводятся в таблицу 6.

 

Таблица 6-Расчетные условия:

Тип оборудования

Uном, кВ

IНОРМ , кА

IМАХ,, кА

G1-G4

6,3

7,22

7,58

Т1-Т2

ВН – 121

НН – 6,3

0,376

7,22

0,395

7,58

АТ1, АТ2

ВН – 230

СН-121

НН-6,3

ВН:0,314

СН:0,596

НН:5,73

ВН:0,440

СН:0,834

НН:8,02

Линии нагрузки 6,3 кВ

6,3

0,276

0,283

Линии нагрузки 110 кВ

110

0,0972

0,1166

РУ 220 , кВ

220

0,314

0,440

РУ 110, кВ

110

0,596

0,834

ГРУ

6,3

5,73

8,02


 

 

 

 

8. Выбор выключателей

 

Выбор выключателей производится по следующим условиям

 

1) По напряжению

Uном

Uуст

2) По длительному току

Imax

Iном

3) По отключающей способности

а) Iпt

Iном.отк

б) i аt

i а ном=

4) По электродинамической стойкости

а) Iпо

Iдин

б) i уд

i дин

5) По термической стойкости

Вк

Взав=Iтерм2Ч×t терм

Выбор разъединителей производится по следующим условиям

Iнорм

Iном

i уд

i пр

Вк

Взав=Iтерм2Ч×t терм

РУ-110 кВ

 

По расчетному максимальному току маломасляные выключатели не проходят, поэтому принимаются к установке воздушные выключатели (так как масляные многообъемные выключатели сняты с производства)

 

Выбирается выключатель ВВБМ-110Б-31,5/2000У1

Выбирается разъединитель РНДЗ – 1-110/1000 У1

 

    Таблица 7.

 

Каталожные данные

ВВБМ-110Б-31,5/2000У1

РНДЗ – 1-110/1000 У1

Uуст=110 кВ

U= 110 кВ

Uном=110 кВ

Imax=0,834 кА

Imax= 2,0 кА

Iном=1,0кА

Iпt =5,5 кА

Iоткл.ном = 31,5 кА

-

i аt =4,8 кА

i аном = =14,255 кА

-

Iпо=6,2 кА

Iдин=40 кА

-

i уд=16,7 кА

i дин=102 кА

i дин=80кА

Вк=38,4 кА/с2

Вк=402 * 3=4800 кА/с2

Вк=402 * 3=4800 кА/с2


 

Выбранный выключатель  проходит.

Выбранный разъединитель  проходит.

 

РУ-220 кВ

 

Выбирается выключатель ВВБ-220Б-31,5/2000У1

Выбирается разъединитель РНДЗ – 1-220/2000 У1

Таблица 8

 

Каталожные данные

ВВБ-220Б-31,5/2000У1

РНДЗ – 1-220/2000 У1

Uуст=220 кВ

U= 220 кВ

Uуст=220 кВ

Imax=0,440 кА

Imax= 2,0 кА

Imax=2,0 кА

Iпt =2,8 кА

Iоткл.ном = 31,5кА

-

i аt =2,6 кА

-

-

Iпо=3,3 кА

Iдин=40 кА

-

i уд=8,9 кА

i дин=102 кА

i дин=100 кА                

Вк=9,1 кА/с2

Вк=402 * 3=4800 кА/с2

Вк=402 * 3=4800 кА/с2


 

Выбранный выключатель  проходит.

Выбранный разъединитель  проходит.

 

ГРУ:

 

Выбирается выключатель ВВОА-15-140/12500 УЗ

Выбирается разъединитель РВПЗ – 1-20/12500 У3

 

 Таблица 9                                                    

Расчетные данные

Каталожные данные

ВВОА-15-140/12500 УЗ

РВПЗ – 1-20/12500 У3

Uуст=6,3  кВ

U= 15 кВ

Uном=20 кВ

Imax=5,73 кА

Imax= 12,5 кА

Iном=12,5 кА

Iпt =37,5 кА

Iоткном = 140 кА

-

i аt =31,3 кА

i аном =

=29,7 кА

-

Iпо=40,3 кА

Iдин=140 кА

-

i уд=108,2 кА

i дин=355 кА

i дин=490 кА

Вк=1624 кА/с2

Вк=1402 * 3=58800 кА/с2

Вк=1002 *1=10000 кА/с2


 

Выбранный выключатель  проходит.

Выбранный разъединитель проходит.

 

9. Выбор измерительных трансформаторов тока

 

Т.к. участок от выводов  генератора до трансформатора выполнен комплектным токопроводом ГРТЕ-10-8550-250, то выбираем трансформаторы  тока, встроенные в токопровод типа ТШВ-15Б-8000/5/5

Параметры трансформатора тока ТШВ-15Б-8000/5/5:

 

           Uном = 15 В           

Iном =8000 А(первичный)

Iном = 5,1 А(вторичный)

            Класс точности 0,2-10р

 

Далее по   /1/ выбираются: амперметр  в каждой фазе, вольтметр, ваттметр, варметр, счетчик активной энергии, датчики активной и реактивной мощности, а также выбираются регистрирующие приборы: ваттметр, амперметр, вольтметр.

 

Параметры этих приборов сведены в табл.10.

 

 

Таблица 10 – Параметры приборов

Прибор

Тип

Нагрузка фазы

А

В

С

Ваттметр

Д-335

0,5

-

0,5

Варметр

Д-335

0,5

-

0,5

Счетчик активной энергии

СА3-И680

2,5

-

2,5

Амперметр регистрирующий

Н-344

-

10

-

Ваттметр регистрирующий

Н-348

10

-

10

Ваттметр

(щит турбины)

Д-335

0,5

-

0,5

Итого

  

14

10

14


 

Общее сопротивление  приборов :

 

                                                       Rприб= ,  

 

где Sприб – потребляемая мощность катушки тока;

       I22 – вторичный ток трансформатора тока.

 

Rприб =

=0,54 Ом

 

Допустимое сопротивление  проводов, Ом:

 

Rпр= Z2ном – Rприб – Rк

Rпр =1,2-0,54-0,1=0,56

 

Для генератора применяется  кабель с медными жилами, ориентировочная  длина 40м, трансформаторы тока соединены  в полную звезду, поэтому Iрасч=l, тогда сечение кабеля, мм2:

 

q =

,

q =

= 1,296 мм2

Выбирается   кабель  марки КРВГ с сечением жилами – 2,5 мм2.

В РУ 110кВ используются   ТТ:ТФ3М-110Б-III-1000/5-0.5/10P/10P 

В РУ 220кВ используются   ТТ:ТФ3М-220Б-IV-800/5-0.5/10P/10P/10Р

                В автотрансформаторах АТ1,АТ2:на стороне ВН встраиваются ТТ: ТВТ-220-I-600/1

                                                                                                           CН:  ТВТ-110-I-1000/5.

                                                                                                                                                                                                     

В трансформаторе Т1-Т2:на стороне CН встраиваются в трансформатор ТТ: ТВТ-110-I-1000/5

ГРУ 6,3 кВ: ТШВ-15Б-8000/5/5

 

 

10. Выбор измерительных трансформаторов напряжения

 

В цепи генератора для  присоединения измерительных приборов выбирается трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-6У3. Для питания АРВ выбирается трансформатор напряжения типа ЗОЛ-1/10. Подсчет нагрузки приведен в таблице 11.

 

Таблица 11– Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Прибор

Тип

S     о д н о й

 о  б  м  о  т   к  и

В

А

Ч  и  с  л  о

 о  б  м  о  т   о  к

Cos j

sin j

Ч  и  с  л  о 

 п  р  и  б  о   р  о  в

Общая потребляемая мощность

Р, Вm

Q,

Вольтметр

Э-335

2

1

1

0

1

2

-

Ваттметр

Д-335

1,5

2

1

0

2

6

-

Варметр

Д-335

1,5

2

1

0

1

3

-

Датчик активной мощности

 

Е-829

 

10

 

-

 

1

 

0

 

1

 

10

 

-

Счетчик активной мощности

 

И-680

 

2 Вт

 

2

 

0,38

 

0,925

 

1

 

4

 

9,7

Ваттметр регистрирующий

 

Н-348

 

10

 

2

 

1

 

0

 

1

 

20

 

-

Вольтметр регистрирующий

 

Н-344

 

10

 

1

 

1

 

0

 

1

 

10

 

-

Частотомер

Э-372

3

1

1

0

2

6

-

Итого

71

9,7


 

Вторичная нагрузка, ,

 

,

 

Выбранный трансформатор  ЗНОЛ.06-6У3 имеет номинальную мощность 50 в классе точности 0,5, необходимом для присоединения счетчиков. Таким образом, S2S=71,65<SНОМ=3×50=150 , трансформатор будет работать в выбранном классе точности.

РУ 220 кВ: НКФ-220-58У1

РУ 110кВ: НКФ-110-83У1

ГРУ 6,3 кВ: НТМИ-6-66У3

 

 

 

11. Выбор ограничителей перенапряжения.

 

Ограничители перенапряжения применяются для защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений . В курсовом проекте разрядники выбираются по типу и номинальному напряжению .

Для защиты от атмосферных  и кратковременных внутренних перенапряжений изоляции оборудования применяются  также ограничителей перенапряжения , которые выбираются по [3,таблица 5.21] для :

Распредустройств: 

                                                  220 кВ  ОПН-220У1

                                                  110 кВ  ОПН-110У1

                                                 6,3 кВ: ОПН-6УХЛ1

Т.Н:                                                        ОПН-220У1

                                                               ОПН-110У1

Ввода автотрансформатора: 110 кВ   ОПН-110У1

                                                 220 кВ   ОПН-220У1

                                                 6,3 кВ: ОПН-6УХЛ1

Блочные трансформаторы:    110 кВ   ОПН-110У1

ОПНН-110У1

 

 

12. Главная схема электрических соединений

 

На рисунке 10 представлена главная схема электрических  соединений. Схема состоит из трех РУ напряжением 220, 110, 6,3 кВ. Потребители получают питание на напряжении 110 кВ и 6,3 кВ. Связь с системой осуществляется по двум одноцепным линиям 220 кВ. Связь всех РУ осуществляется через повышающие автотрансформаторы.

 

 

Заключение

 

На основании исходных данных была разработана электрическая часть станции  (ТЭЦ-уголь), которая снабжала потребителей на напряжение 6,3 и 110 кВ. В качестве нагрузок РУ была принята химическая промышленность. Был производен выбор оборудования (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения, ограничители напряжения) на основе максимальных токов и токов КЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список источников информации .