Выбор основного оборудования структурных схем объектов

Лекция 3,4 Выбор основного оборудования структурных схем объектов 1. Структурные схемы объектов При проектировании объектов энергетики (электростанций, подстанций) на первом этапе проектирования составляют структурную схему объекта, на которой показываются основные функциональные узлы (распределительные устройства, генераторы, трансформаторы) и связи между ними. Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования (числа генераторов, трансформаторов), распределения генераторов и нагрузки между распределительными устройствами разного напряжения и связи между этими РУ. Рисунок 1 – Структурная схема ТЭЦ Для питания близко расположенного потребителя на ТЭЦ сооружается ГРУ; Для питания среднеудалённого – РУ СН 35 кВ (не всегда), редко – 110 кВ; для связи с системой – РУ 110-220 кВ. Все РУ связаны между собой 2 параллельно работающими трансформаторами связи с РПН. На ГРУ могут подключаться G 63 МВт (до 4) или G 100 МВт (до 2). Мощность генераторов ограничивается напряжением ГРУ, а их количество – возможными большими токами КЗ. Для обеспечения тепловой нагрузки потребителя на ТЭЦ выделяется блочная часть. Мощность G в блочной части до 220 МВт, она ограничена конструктивными особенностями турбины. Рисунок 2 – Структурная схема блочной ТЭЦ Если на ТЭЦ отсутствует нагрузка на СН и на 6-10 кВ нагрузка не превышает 45 МВт, возможно строительство блочной ТЭЦ. При этом близкорасположенный потребитель получает питание отпайками с выводов генераторов. Все блоки должны иметь генераторный выключатель, трансформаторы в блоке с отпайкой на потребитель должны иметь РПН. Рисунок 3 – Структурная схема ГРЭС Структурные схемы ГРЭС выполняются с преимущественным распределением электроэнергии на повышенном напряжении. Отсутствие потребителей вблизи таких электростанций позволяет отказаться от ГРУ. Каждый генератор соединяется с повышающим трансформатором с установкой выключателя на генераторном напряжении. Такое соединение называется блочным. Параллельная работа блоков генератор-трансформатор осуществляется на высоком напряжении, где предусматривается распределительное устройство. Если электроэнергия выдается на высшем и среднем напряжении, то связь между ними осуществляется трансформатором связи или автотрансформатором, установленным в блоке с генератором. Рисунок 4 – Структурные схемы подстанций На подстанции электроэнергия от энергосистемы поступает в РУ высшего напряжения подстанции, затем трансформируется и распределяется между потребителями в РУ низшего и среднего напряжения. Узловые подстанции не только осуществляют питание потребителей, но и связывают отдельные части энергосистемы. Выбор той или иной структурной схемы электростанции и подстанции производится на основании технико-экономического сравнения двух-трех вариантов, для чего в первую очередь необходимо выбрать количество и мощность трансформаторов. 2. Выбор генераторов Мощности генераторов определяются при составлении структурных схем. При выборе генераторов, необходимо руководствоваться последними разработками в этой области. Так как генератор имеет различные системы охлаждения, возбуждения, то при выборе генератора в проекте необходимо обосновать выбранный тип , дать расшифровку марки генератора, краткое описание систем охлаждения и возбуждения и представить основные технические данные в виде таблицы, приведенной ниже. Таблица 1 – Технические данные генераторов Тип Рн.г, МВт Sн.г, МВА cosφ Uн, кВ Iн.ст, кА Xd″ Система возбуждения Система охлаждения Цена млн. руб. Цены генератора определяем по данным производителей на 2020 год или с поправочным коэффициентом по справочным данным. 2.2 Выбор блочных трансформаторов Рисунок 5 – Схема блока генератор - трансформатор Блочный трансформатор выбирается по условиям: UН.ВН.Т. ≥ UРУ; UН.НН.Т. = UН.Г. SН.Т .≥ SБЛ.Т где UН.ВН.Т - номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора, кВ; UН.НН.Т. - номинальное напряжение обмотки низкого напряжения трансформатора, кВ; UРУ - напряжение участка цепи, в котором установлен трансформатор, кВ; UН.Г.- номинальное напряжение на выводах генератора, кВ; SН.Т - номинальная мощность трансформатора, МВА; SБЛ.Т - мощность, передаваемая через блочный трансформатор, МВА; , Расход активной и реактивной мощности на собственные нужды , МВт и , Мвар: где n% – процентный расход на собственные нужды, зависящий от вида топлива, на котором работает станция. Определяется по справочнику или по методическим указания (см. инфодиск по курсовому проекту) QН.Г.= PН.Г.×tgφГ = PН.Г×, 2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов связи 2.3.1 Выбор числа и мощности трансформаторов связи на ГРЭС Все решения по проектированию электрической части станций необходимо принимать согласно Своду правил по проектированию тепловых электрических станций: СП ТЭС-2007 – РАО «ЕЭС РОССИИ», 2007. На ГРЭС на этапе выбора автотрансформаторов связи необходимо определить их количество. Один автотрансформатор можно установить, если: 1. ГРЭС имеет связь с энергосистемой по двум напряжениям 2. ГРЭС имеет связь с энергосистемой по одному напряжению, но на РУ среднего напряжения подключены 2 и более блоков генератор – трансформатор В остальных случаях необходимо установить для связи между распределительными устройствами 2 параллельно работающих автотрансформатора. Автотрансформаторы связи должны иметь РПН. Рисунок 6 – Структурная схема ГРЭС Автотрансформатор связи выбираем исходя из следующих условий: ; ; ; где S1, S2, S3 – перетоки мощности через автотрансформатор в трех режимах; S1 – максимальное потребление с шин среднего напряжения; S2 – минимальное потребление с шин среднего напряжения; S3 – аварийное отключение самого мощного энергоблока на среднем напряжении, при максимальном потреблении с шин среднего напряжения. 1. Режим максимального потребления с шин среднего напряжения. Максимальная реактивная мощность, снимаемая с шин среднего напряжения: , где Рн.г. и Qн.г. – соответственно активная и реактивная мощность генераторов работающих на шины среднего напряжения; Рс.н. и Qс.н. – суммарный расход на собственные нужды активной и реактивной мощности генераторов, работающих на шины среднего напряжения; Рмах. и Qмах. – максимальная мощность потребляемая с шин среднего напряжения. Максимальная реактивная мощность, потребляемая с шин среднего напряжения: При определении tgφН необходимо учитывать cos φН (нагрузки) 2. Режим минимального потребления с шин среднего напряжения. , где Рн.г. и Qн.г. – соответственно активная и реактивная мощность генераторов работающих на шины среднего напряжения; Рс.н. и Qс.н. – суммарный расход на собственные нужды активной и реактивной мощности генераторов, работающих на шины среднего напряжения; РMIN. и QMIN. – минимальная мощность, потребляемая с шин среднего напряжения. 3. Режим аварийного отключения самого мощного энергоблока на среднем напряжении, при максимальном потреблении с этих шин: Необходимо обратить внимание на то, что мощность генераторов принимается без мощности самого мощного генератора, а расход на собственные нужды принимаем суммарным. Это объясняется тем, что при пуске блока генератор – трансформатор после ремонта надо запитать собственные нужды этого блока перед пуском в работу. Если первоначально было намечено установить один автотрансформатор связи, но он не проходит по мощности, передаваемой через него в расчетных режимах, то необходимо установить второй параллельно работающий автотрансформатор. Следует устанавливать трехфазный автотрансформатор, но при его отсутствии надо устанавливать группу из трех однофазных автотрансформаторов. Если выбраны 2 автотрансформатора, то необходимо произвести проверку на аварийное отключение одного из них, с 40% перегрузкой второго по условию 1.4 * SН,АТ ≥ S1, S2, S3 Если установлена группа из трех однофазных автотрансформаторов, то за SН,АТ принимается утроенная мощность одной фазы. После расчетов необходимо представить схему с перетоками мощности на каждом участке (МВА). 2.3.2 Выбор числа и мощности трансформаторов связи на ТЭЦ Блочные трансформаторы на ТЭЦ выбираются так же как на ГРЭС. В отличие от ГРЭС на ТЭЦ должно устанавливаться всегда 2 параллельно работающих трансформатора связи с наличием РПН. Мощность этих трансформаторов должна быть достаточной для выдачи избыточной мощности с шин генераторного устройства при минимальном потреблении с шин ГРУ. Рисунок 7 – Структурная схема ТЭЦ Трансформаторы связи выбираются по следующим условиям: (1.8) (1.9) 1.10) где - мощность, передаваемая через трансформатор, которая определяется по формуле: 1.11) где - активная нагрузка на генераторном напряжении в период минимального потребления, МВт, - реактивная нагрузка на генераторном напряжении в период минимального потребления, Мвар. Расход активной и реактивной мощности на собственные нужды определяется аналогично расходу в блочной части. - тангенс нагрузки, вычисляется по формуле: где - коэффициент мощности нагрузки. Выбранный трансформатор необходимо проверить в двух режимах. 1. Аварийное отключение одного из трансформаторов с 40% перегрузкой второго 1.12) Если по мощности не проходит самый мощный трансформатор, выпускаемый промышленностью, то надо уменьшить мощность генератора в этом режиме. 2. Аварийное отключение одного из генераторов на ГРУ при максимальной нагрузке на шинах ГРУ и на шинах среднего напряжения: 2.3.3 Выбор числа и мощности трансформаторов связи на блочной ТЭЦ Рисунок 8 – Структурная схема блочной ТЭЦ Блочные трансформаторы без отпайки на потребитель выбираются по условиям выбора блочного трансформатора на ГРЭС. Блочный трансформатор связи с отпайкой на потребитнль на блочной ТЭЦ выбирается по следующим условиям: 1.14) 1.15) 1.16) где находится по формуле: где n- количество блоков с отпайкой на потребитель. Выбранный трансформатор необходимо проверить в режиме отключения генератора в блоке с отпайкой: , 1.17) где После выбора трансформаторов необходимо представить схему перетоков мощности на всех участках. 2.3.4 Выбор числа и мощности трансформаторов связи на подстанции Нормами технологического проектирования (НТП) на ПС рекомендуется устанавливать два параллельно работающих трансформатора. Мощность трансформаторов выбирается так, чтобы при отключении наиболее мощного из них на время ремонта или замены оставшиеся в работе (с учетом их допустимой по техническим условиям на трансформаторы перегрузки и резерва) обеспечивали потребителей электроэнергией. Также при мощности трансформаторов более 25 МВА рекомендуется использовать трансформаторы с расщепленной обмоткой НН для ограничения токов КЗ и при раздельной работе секций РУ НН осуществлять выбор трансформаторов оснащенных системой РПН. Учитывать перспективу развития энергетического района и устанавливать трансформаторы мощностью на ступень выше, но не менее экономичекой загрузки каждого около 40%. Условия выбора трансформатора 1. UН. ВН ≥ UРУ ВН 2. UН. СН ≥ UРУ СН 3. UН. НН ≥ U РУ НН 4. SН.Т. ≥ SФ.Т. , SФ.Т. =0,7· Smax где,UН. ВН, UН. СН, UН. НН – номинальные напряжения на обмотках высокого, среднего и низкого напряжений трансформатора; UРУ – напряжение на РУ; SН.Т. – номинальная мощность трансформатора; SФ.Т. – фактическая мощность, пропускаемая трансформатором; Smax - максимальная суммарная нагрузка потребителей РУ среднего и низкого напряжения, определяется по формуле : Выбранный трансформатор необходимо проверить в режиме аварийного отключения другого параллельно работающего трансформатора, при 40%-м перегрузе одного трансформатора: Трансформаторы на подстанции должны выбираться с учетом перспективного развития подстанции на 10-летний период.