Проектирование КЭС 1000 Мвт



СОДЕРЖАНИЕ

 

Список сокращений

1 Выбор основного  силового оборудования………………………………….….6

1.1 Выбор структурной  схемы КЭС……………………………………………....6

1.2 Выбор генераторов  и блочных трансформаторов……………………….…..8

1.3 Выбор числа  и мощности автотрансформаторов  связи на КЭС. ….……... 10

2 Расчет технико-экономических  показателей сравниваемых вариантов...…..14

2.1 Определение  капитальных вложений для каждого варианта структурной схемы……………………..…………………………….………………...……..... 15

2.1.1 Расчет капиталовложений  для первого варианта структурной схемы…..15

2.1.2 Расчет капиталовложений для второго варианта структурной схемы.….16

2.2 Определение  годовых эксплуатационных издержек  для каждого варианта структурной  схемы……………………………………………………………..…16

2.2.1 Для первого  варианта структурной схемы………………………....…..….18

2.2.2 Для второго  варианта структурной схемы……………………………..….19

3 Выбор схем  распределительных устройств…………………………………...21

3.1 Выбор рабочих трансформаторов  с.н. (ТСН)….…………………………....21

3.2 Выбор резервных трансформаторов с.н. и выбор места их включения…..22

4. Выбор     и      обоснование      схем     распределительных устройств……………………………………………………………………..25

4.1 Выбор схемы распределительного устройства высшего напряжения…....25

4.2 Выбор схемы распределительного устройства низшего  напряжения   из    двух высших……………………………………   ………………………………26

5 Расчет токов короткого замыкания…………………………………………...28

5.1 Расчет параметров  элементов схемы замещения……………………….….28

5.1.1 Расчет токов короткого замыкания в точке К-1…………………….....…30

5.1.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К-2…………………….....…33

5.1.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К-3…………………...…..…35

Список источников информации

 

СПИСОК  СОКРАЩЕНИЙ

 

 

 

 

АТ – автотрансформатор

ВН – высокое  напряжение

к.з. – короткое замыкание

НН – низкое напряжение

ОРУ – открытое распределительное устройство

ПРТ – пуско-резервный трансформатор

РПН – устройство регулирования напряжения под нагрузкой

РУ – распределительное  устройство

СН – среднее  напряжение

с.н. – собственные  нужды

ТСН – трансформатор собственных нужд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 Выбор структурной  схемы КЭС

Как и схемы других электростанций (ТЭЦ, АЭС), схемы КЭС должны выполняться в соответствии с требованиями в отношении надежности, ремонтопригодности, безопасности обслуживания, удобства эксплуатации, гибкости, возможности расширения, экономичности.

Проектирование главной  схемы включает в себя: выбор структурной  схемы на основании технико-экономического расчета, выбор источников питания и схемы собственных нужд, выбор и обоснование схем распредустройств (РУ), расчет токов короткого замыкания (КЗ) на трех ступенях напряжения.

Главная электрическая  схема электростанции является частью схемы энергосистемы. Электроэнергия, вырабатываемая генераторами, передается через трансформаторы и электрические соединения главной схемы и поступает в систему по воздушным и кабельным линиям.

Структурная электрическая  схема КЭС зависит от числа и единичной мощности устанавливаемых генераторов.

В данной работе первоначально намечается три логически возможных варианта структурных схем КЭС, которые отличаются распределением генераторов между системами напряжений, построением блоков, количеством и типом трансформаторов.

Рисунок 1.1- Первый вариант  структурной схемы КЭС-1000 МВт

Первый вариант: два блока по 200 МВт на 220 кВ, три блока по 200 МВт на 500 кВ.   (рис. 1.1).

Рисунок 1.2 - Второй вариант структурной  схемы КЭС-1000 МВт

 

Второй вариант: три блока по 200 МВт на 220 кВ и два блока по 200 МВт на 500кВ (рис. 1.2).

Рисунок 1.3 - Третий вариант структурной схемы КЭС-1000 МВт

 

Третий вариант: четыре блока по 200 МВт на 220 кВ, и один блок         200 МВт на 500 кВ.   (рис. 1.3).

Проанализировав этот вариант можно сделать вывод, что он технически не реализуем, т.к. перетоки мощности через АТ связи получаются очень большими и таких АТ не существует, поэтому наиболее целесообразным и технически реализуемыми являются первый и второй варианты структурных схем.

Для выбора одного из них  в дальнейшем буду выполнять их технико-экономическое сравнение.

 

1.2 Выбор генераторов, блочных трансформаторов

 

Генераторы выбираю  в соответствии с заданием на проектирование.

Таблица 1.1- Паспортные данные турбогенераторов

Тип генератора

Номинальная

мощность

U,кВ

cоs φ ном

I,кА

Возбужден-ие

Охлаждение

S,

МВА

Р,

МВт

О.Р.

О.С.

ТГВ-200-2У3

235,3

200

15,75

0,85

8,625

0,19

ТС(ТН)

НВ

НВ

                   

 

 

Для первого варианта выбираем блочные трансформаторы. Они выбираются из условия:

,

где - номинальная мощность трансформатора,

- расчетная мощность трансформатора, которая определяется по формуле:

,    (1.1)

 

где - номинальная активная мощность генератора, МВт;

       - расход активной мощности на с.н. МВт.

Расход активной мощности на с.н. определяется по формуле:

      .,                                                                             (1.2)

 

где – коэффициент затрат электроэнергии на собственные нужды, который зависит от вида топлива, способа его сжигания и типа станции; т.к. тип станции КЭС , вид топлива – уголь, то принимаю расход на с.н. 7% от мощности генератора, т.о.:

= 7%;

 = 0,62 (табл. 1.1);

= 0,67(принимаю из задания на проектирование).

 

 МВА

 

Выбираю трансформатор блока 200 МВт, с высшим напряжением 220 кВ          ТДЦ-250000/220 из справочника [1. с. 146-147]. Данные трансформаторов приведены в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Паспортные данные трансформатора блока 200МВт, с ВН 220кВ

Тип

Sном, МВА

Напряжение

обмоток,

кВ

Потери,

кВт

Напряжение

короткого замыкания

Uк, %

Цена,

тыс.у.е

ВН

НН

Рхх

Ркз

ВН-НН

ТДЦ-250000/220

250

242

15,75

600

207

11

284


 

Для второго варианта структурной схемы (Рисунок 1.2) выбор блочных трансформаторов с высшим напряжением 220 кВ осуществляется аналогично предыдущему случаю. Данные трансформатора приведены в таблице 1.2. и взяты из справочника [1. с. 146-147].

 

Выбираю трансформатор блока 200 МВт, с высшим напряжением 500 кВ          ТДЦ-250000/500 из справочника [1. с. 156-157]. Данные трансформаторов приведены в таблице 1.3.

 

 

 

 

 

Таблица 1.3 - Паспортные данные трансформатора блока 200МВт, с ВН 500кВ

Тип

Sном, МВА

Напряжение

обмоток,

кВ

Потери,

кВт

Напряжение

короткого замыкания

Uк, %

Цена,

тыс.у.е

ВН

НН

Рхх

Ркз

ВН-НН

ТДЦ-250000/500

250

525

15,75

205

590

13

335


 

 

1.3 Выбор числа  и мощности автотрансформаторов  связи на КЭС.

Мощность АТ связи выбирается по максимальному перетоку мощности между распределительными устройствами ВН и НН, который определяем по наиболее тяжелому режиму из условия:

 

если  , то ;

 

если  , то .

 

Переток мощности через АТ связи, определяется выражением:

,   (1.3)

где - суммарная номинальная мощность генераторов, ;

- мощность нагрузки, выдаваемой близлежащему району, ;

- суммарная мощность с.н., .

По формуле (1.3) считаем  четыре перетока мощности через АТ связи для первого варианта структурной схемы (Рисунок 1.1):

  • Переток мощности в нормальном режиме при максимальной нагрузке  , в этом случае , ,

                 = 0,69, т.о.:

 

  • Переток мощности в нормальном режиме при минимальной нагрузке , в этом случае ,

                = 0,69, т.о.:

 

  • Переток мощности в аварийном  режиме (один генератор отключен) при максимальной нагрузке , в этом случае , , = 0,69, т.о.:

 

  • Переток мощности в аварийном  режиме (один генератор отключен) при минимальной нагрузке , в этом случае ,           , = 0,69, т.о.:

Для первого варианта структурной схемы (Рисунок 1.1) наиболее тяжелым режимом является аварийный режим при максимальной нагрузке. Поэтому, используя условие выбора АТ связи, получим:

, отсюда:

 

Выбираю АТ связи с высшим напряжением 500 КВ

3×АОДЦТН-167000/500/220 из справочника [1. с. 156-157]. Из соображений надежности устанавливаем два АТ связи параллельно. Данные АТ связи приведены в таблице 1.5.

 

Таблица 1.5 - Паспортные данные АТ связи

Тип трансформатора

Sном, МВА

Напряжение

обмоток,

кВ

Потери,

кВт

Напряжение

короткого замыкания

Uк, %

Цена, тыс. у.е.

ВН

НН

Рхх

Ркз

ВН-НН

СН-НН

АОДЦТН-167000/500/220

167

500√3

  

90

315

35

21,5

202


 

Для второго варианта структурной схемы (Рисунок 1.2), пользуясь формулой (1.3), считаем четыре перетока мощности через АТ связи:

  • Переток мощности в нормальном режиме при максимальной нагрузке  , в этом случае , ,

                 = 0,69,т.о.:

 

  • Переток мощности в нормальном режиме при минимальной нагрузке , в этом случае , ,

           = 0,69,т.о.:

 

  • Переток мощности в аварийном  режиме (один генератор отключен) при максимальной нагрузке , в этом случае , , = 0,69,т.о.:

 

  • Переток мощности в аварийном  режиме (один генератор отключен) при минимальной нагрузке , в этом случае , , = 0,69,т.о.:

 

Для второго варианта структурной  схемы (Рисунок 1.2) наиболее тяжелым  режимом является нормальный режим  при минимальной нагрузке. Поэтому, используя условие при выборе трансформатора связи, получим:

, отсюда:

Выбираю АТ связи высшим напряжением 500 кВ                       

 АТДЦН-500000/500/220 из справочника [1. с. 156-157].

Из соображений надежности устанавливаем два АТ связи параллельно. Данные АТ приведены в таблице 1.6.

 

Таблица 1.6 - Паспортные данные АТ связи

Тип трансформатора

Sном, МВА

Напряжение

обмоток,

кВ

Потери,

кВт

Напряжение

короткого замыкания

Uк, %

Цена, тыс. у.е.

ВН

НН

Рхх

Ркз

ВН-НН

СН-НН

АТДЦН-500000/500/220

500

500

230

220

1050

12

-

375,5


 

Таким образом, можно  сделать вывод, что оба варианта структурных схем технически реализуемы. Для окончательного выбора схемы, которая подвергнется детальному расчету надо сделать технико-экономический расчет.

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ СРАВНИВАЕМЫХ ВАРИАНТОВ

 

Пред технико-экономическим  расчетом наметим тип высоковольтных выключателей на напряжение 220 кВ и 500 кВ и выпишем укрупненные показатели стоимости ячеек ОРУ 220 кВ и 500 кВ станции с выключателем. Данные сведем в таблицу 2.1, 2.2.

 

Таблица 2.1 -Укрупненные показатели стоимости ячейки ОРУ 220 кВ

Тип выключателя

Стоимость выключателя, тыс. у.е.

Сметная стоимость ячейки ОРУ 110 кВ, тыс. у.е.

Оборудования

Монтажных работ

Всего

ВВБ-220 Б 31,5/2000 У1

33,7

62.1

17,4

79,5


 

Таблица 2.2 - Укрупненные показатели стоимости ячейки ОРУ 500 кВ

Тип выключателя

Стоимость выключателя, тыс. у.е.

Сметная стоимость ячейки ОРУ  330 кВ, тыс. у.е.

Оборудования

Монтажных работ

Всего

ВВБ-500А-35,2/200ХЛ1

106

218

28,6

246,6


2.1 Определение капитальных  вложений

 

К экономическим показателям  относят: капиталовложения – К, приведенные годовые затраты – З и издержки – И. При сравнительном анализе технико-экономических показателей различных вариантов структурных схем проектируемой электрической станции учет капиталовложений и годовых эксплутационных издержек, производится только для тех элементов схем, которыми отличаются сравниваемые варианты. Капиталовложения для всех остальных элементов схем в этом случае не учитываются.

В капиталовложения включают стоимости  трансформаторов и высоковольтных выключателей (укрупненные показатели стоимости ячеек ОРУ), т.е. капиталовложения определяются по формуле:

,                                              (2.1)

где - расчетная стоимость всех трансформаторов;

- сметная стоимость всех ячеек.

 

2.1.1 Расчет капиталовложений  для первого варианта структурной схемы

 

Сравнив два варианта расчетных схем, получим, что в капиталовложения первого варианта входят: расчетная стоимость блочного трансформатора ТДЦ-250000/500, расчетная стоимость двух трансформаторов связи 3*АОДЦТН-167000/500/220 и сметная стоимость ячейки ОРУ с выключателем ВВБ-500А-35,2/2000ХЛ1, т.е.:

                                       (2.2)

Расчетная стоимость  трансформаторов определяется по формуле:

,                                                           (2.3)

где - заводская стоимость;

- коэффициент, который зависит от мощности трансформатора и берется из справочника [1. с. 550].

Таблица 2.3. – Значение коэффициента для трансформаторов

Тип трансформатора

ТДЦ 250000/220

1,3

ТДЦ 250000/500

1,35

АОДЦТН-167000/500/220

1,3

          АТДЦН-500000/500/220

          1,35


Для трансформатора АОДЦТН-167000/500/220, используя формулу (2.3) расчетная стоимость будет:

 тыс. у.е.

Для трансформатора ТДЦ 250000/500, используя формулу (2.3) расчетная стоимость будет:

 тыс. у.е.

Капиталовложения для  первой структурной схемы по формуле (2.2):

 тыс. у.е.

 

2.1.2 Расчет капиталовложений для второго варианта структурной схемы

 

В капиталовложения второго  варианта входят: расчетная стоимость блочного трансформатора ТДЦ-250000/220, расчетная стоимость двух АТ связи АТДЦН-500000/500/220 и сметная стоимость ячейки ОРУ с выключателем ВВБ-220Б-31,5/2000У1, т.е.:

 

Для трансформатора АТДЦН-500000/500/220, используя формулу (2.3) расчетная стоимость будет:

 тыс. у.е.

Для трансформатора ТДЦ 250000/220, используя формулу (2.3) расчетная стоимость будет:

 тыс. у.е.

 

 

Капиталовложения для  второй структурной схемы по формуле (2.4):

 тыс. у.е.

 

2.2 Определение годовых эксплуатационных  издержек

Годовые эксплутационные издержки определяются по формуле:

 

,      (2.5)

где –  амортизационные отчисления (отчисления на реновацию и                    капитальный ремонт), тыс. у.е.;

– издержки от потерь электроэнергии в блочном трансформаторе, которым  один из вариантов отличается от другого, автотрансформаторах связи, тыс. у.е.;

– издержки на обслуживание электроустановки (на текущий ремонт и зарплату персонала), тыс. у.е.

Амортизационные отчисления:

,                                                       (2.6)

где - отчисления на амортизацию, принимаю из [2, стр. 17].

Издержки от потерь электроэнергии в трансформаторах:

 

,      (2.7)

 

где с – стоимость 1 потерь электроэнергии, , в курсовом проекте принимаем с = 10,0 из [2, ст. 17];

∆W - суммарные потери электроенергии, .

Суммарные потери электроэнергии:

                                                     ,                                                  (2.8)

где - потери электроэнергии в АТ связи АОДЦТН-167000/500/220, ;

  - потери электроэнергии в блочном трансформаторе ТДЦ 250000/500, ;

Потери электроэнергии в двухобмоточных трансформаторах:

 

,

 

где - потери мощности холостого хода, кВт;

- потери мощности короткого  замыкания, кВт;

t - продолжительность работы трансформатора, принимаем равным 8760 ч;

- продолжительность максимальных  потерь, определяют по кривой  [4,    рис. 5.6] в зависимости от продолжительности использования максимальной нагрузки, которая дана в задании проекта, ч;

n - число параллельно работающих трансформаторов;

- номинальная мощность трансформатора, МВА;

- расчетная (максимальная) мощность нагрузки трансформатора, МВА.

Издержки на обслуживание электоустановки:

      (2.8)

 

где - отчисления на обслуживание, из [2, стр. 18].

 

2.2.1 Расчет для первого  варианта структурной схемы.

Амортизационные отчисления:

 тыс. у.е.

 

Задаемся значениями необходимыми для расчета потерь электроэнергии:

АТ связи АОДЦТН-167000/500/220: Рхх = 90 кВт, ркз = 315 кВт,

Sном = 167 МВА (табл. 1.5), Smax = 146 МВА, = 2600 ч, n = 2.

Блочный трансформатор ТДЦ 250000/500: Рхх = 205 кВт, ркз = 590 кВт,

Sном = 250 МВА (табл. 1.2), Smax = 218,4 МВА, = 4000 ч, n = 1.

 

 

Потери электроэнергии в АТ связи АОДЦТН-167000/500/220:

 кВт·ч

Потери электроэнергии в блочном трансформаторе ТДЦ 250000/330:

 кВт·ч

Суммарные потери электроэнергии:

 кВт·ч

Издержки от потерь электроэнергии в трансформаторах:

 тыс у.е.

Издержки на обслуживание электоустановки:

 тыс. у.е.

 

Годовые эксплутационные  издержки:

тыс у.е.

 

2.2.2 Расчет для второго  варианта структурной схемы

Амортизационные отчисления:

 тыс. у.е.

 

Задаемся значениями необходимыми для расчета потерь электроэнергии:

АТ связи АТДЦН-500000/500/220: Рхх = 220 кВт, ркз = 1050 кВт,

Sном =500 МВА (табл. 1.6), Smax = 352 МВА, = 2600 ч, n = 2.

Потери электроэнергии в АТ связи АТДЦН-500000/500/220:

 кВт·ч

 Потери электроэнергии в блочном трансформаторе ТДЦ 250000/220:

 кВт·ч

 

Суммарные потери электроэнергии:

 кВт·ч

 

Издержки от потерь электроэнергии в трансформаторах:

тыс у.е.

Издержки на обслуживание электоустановки:

 тыс. у.е.

 

Годовые эксплутационные  издержки:

 

 тыс у.е.

 

Для определения оптимальной  структурной схемы из сравниваемых вариантов, которая подлежит дальнейшему расчету, составляется итоговая таблица приведеных затрат (табл. 2.4) по формуле:

 

                                        

,                                                  (2.9) 

где - нормативный коэффициент, принимаем = 0,1 из [2, стр. 18]. Это соответствует сроку окупаемости оборудования 10 лет.

 

Приведенные затраты  для первой структурной схемы

 

 у.е.

 

Приведенные затраты для второй структурной схемы

 

 у.е.

 

По данным из таблицы 2.4 выбираем вариант структурной схемы пректируемой электростанции, который имеет меньшие приведенные затраты.

 

 

Таблица 2.4 - Приведенные затраты

Слагаемые затраты

Первый вариант, тыс. у.е.

Второй вариант, тыс. у.е.

Приведенные

капиталовложения,

2083,1

1461,3

Суммарные издержки, И

462363,1

1042450,2

Приведенные затраты, З

462571,4

1042596,3


 

Из табличних данных мы можем однозначно видеть, что первый вариант структурной схемы (Рисунок 1.1) оказался более выгодным. Детальному расчету подвергнется именно эта структурная схема.

 

 

 

 

 

3. Выбор рабочих источников  питания и схемы собственных нужд

 

Источником питания  собственных нужд на КЭС являются генераторы, питание подается, от генератора через трансформатор с.н. (ТСН), который подключается отпайкой от генератора.

3.1 Выбор рабочих трансформаторов с.н. (ТСН)

ТСН выбираю из условия Sтсн≥ Sрасч,

Sрасч – расчетная мощность ТСН, которая определяется по формуле

                                             Sрасч = ,

где                                     = 0,07

                                                 =0,83 (из исходных данных)

Определяю Sрасч ТСН для блоков 200 МВт

            = 0,07· 200=14 МВт

            Sрасч = МВА

Рабочие трансформаторы с.н. блоков 200 МВт выбираем с расщепленными обмотками НН с целью ограничения токов КЗ в системе с.н.6 кВ.

 

Выбираю ТСН с.н. блока 200 МВт, ТРДНС-25000/35 из справочника [1. с. 130-131]. Данные трансформаторов приведены в таблице 3.1.

Проектирование КЭС 1000 Мвт