Разработка структурной схемы выдачи энергии и

выбор основного электрического оборудования

Электростанций (подстанций)

1.1 Общие положения

К основному электрическому оборудованию электростанций (подстанций) относятся генераторы и трансформаторы. Количество агрегатов и их параметры выбираются в зависимости от типа, мощности и схемы станции (подстанции), мощности энергосистемы и других условий. В проекте одновременно с выбором основного оборудования следует наметить и схемы, в которых оно будет работать. При проектировании электроустановок нужно выбирать только новейшее электрооборудование, выпускаемое промышленностью или намеченное к производству на ближайшее будущее. Допускается закладывать в проект головные – опытные образцы оборудования, на которое имеются технические характеристики.

Основные характеристики генераторов, трансформаторов и автотрансформаторов, выпускающихся в настоящее время, приведены в [4,14].

1.2 Разработка структурных схем

При проектировании электростанций (подстанций) до разработки главной схемы составляются структурные схемы выдачи электроэнергии (мощности), на которых показываются основные функциональные части установки (генераторы, трансформаторы распределительные устройства) и связи между ними.

Схемы выдачи электроэнергии зависят от типа и мощности станции, состава оборудования (числа генераторов, трансформаторов) и распределения нагрузки между распредустройствами разного напряжения.

На рис. 1.1 показаны структурные схемы выдачи электроэнергии на ТЭЦ. Такие станции обычно имеют потребителей на генераторном напряжении 6-10кВ, что вызывает необходимость сооружения главного распределительного устройства (ГРУ).

Связь с энергосистемой осуществляется по линиям высокого напряжения 110, 220, 330 кВ, поэтому на ТЭЦ кроме ГРУ сооружается распределительное устройство высшего напряжения (РУ ВН) (рис. 1.1а). Если вблизи ТЭЦ имеются энергоёмкие производства, то питание их может осуществляться по линиям 35кВ и выше. В этом случае на ТЭЦ предусматривается распределительное устройство среднего напряжения (РУ СН). Связь между РУ разного напряжения осуществляется с помощью трёхобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов (рис. 1.1б).

Рис. 1.1. Структурные схемы выдачи энергии ТЭЦ

При установке на ТЭЦ мощных генераторов 100, 250 МВт нецелесообразно присоединять их к ГРУ. Это привело бы к значительному увеличению токов КЗ. Кроме того, мощные генераторы имеют номинальное напряжение 13,8-20 кВ, а питание потребителей от ГРУ обычно осуществляется на напряжение 6-10кВ. Всё это делает целесообразным присоединение мощных генераторов на ТЭЦ непосредственно к РУ ВН в виде блоков генератор-трансформатор (рис.1.1 б-г).

В отдельных случаях (при малой нагрузке) питание потребителей генераторного напряжения целесообразно осуществлять от комплектных распределительных устройств (КРУ), которые подключаются к отпаечным реакторам (рис. 1.1 в).

Если на ТЭЦ устанавливается небольшое число генераторов, значительно отличающихся по мощности, то выдача энергии может осуществляться по схеме рис. 1.1г.

На рис. 1.2 показаны схемы выдачи электроэнергии (ГРЭС, ГЭС и АЭС) потребителям на повышенном напряжении. Генераторы этих станций соединяют в блоки с повышающими трансформаторами.

Если электроэнергия выдаётся на высшем и среднем напряжениях, то связь между ними может осуществляться как блочными трёхобмоточными трансформаторами (рис. 1.2 г), так и автотрансформаторами связи (рис. 1.2 б,в).

При большом числе блоков часть из них может объединяться на параллельную работу по схеме объединенных блоков (рис. 1.2 д).

Рис. 1.2. Структурные схемы выдачи КЭС, АЭС, ГЭС.

На ГЭС часто применяют схему выдачи энергии с укрупненными блоками (рис. 1.2е).

На рис. 1.3 приведены схемы приема и выдачи электроэнергии на подстанциях. Электроэнергия от энергосистемы поступает в РУ ВН подстанции, затем трансформируется и распределяется между потребителями в РУ низшего напряжения (рис. 1.3а).

Узловые подстанции не только осуществляют питание потребителей, но и связывают отдельные части энергосистемы. В этом случае на подстанции кроме РУ НН сооружают РУ высшего и среднего напряжения и устанавливают трехобмоточные трансформаторы или автотрансформаторы (рис. 1.3 б). Более полно структурные схемы приведены в [1, 9, 11].

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 генераторов и трансформаторов (автотрансформаторов).

Рис. 1.3. Структурные схемы выдачи энергии подстанции

. Выбор числа и мощности генераторов электростанции

На ГРЭС экономически целесообразно устанавливать агрегаты возможно больших мощностей. Рекомендуется устанавливать на ГРЭС агрегаты по 200, 300, 500 и 800 МВт. При выборе числа и мощности генераторов следует руководствоваться следующими соображениями:

все генераторы принимаются одинаковой мощности;

число генераторов должно быть не менее двух и не более 8;

единичная мощность генератора не должна превышать 10 % установленной мощности системы, включая и проектируемую ГРЭС.

Число и мощность генераторов на ТЭЦ выбирают в зависимости от характера тепловых и электрических нагрузок. При этом стремятся установить однотипные турбогенераторы или, в крайнем случае, двух типов. Мощность отдельных агрегатов ТЭЦ рекомендуется принимать 6-12-30-50-60-100-120-135(165)-175(200)-250(300) МВт. Для агрегатов 135, 175, 250 МВт номинальная мощность определяется по мощности теплофикационных турбин. Типовые мощности этих генераторов указаны в скобках.

При выборе числа и мощности генераторов ТЭЦ, присоединённых к шинам генераторного напряжения, руководствуются следующими соображениями:

число генераторов, присоединённых к ГРУ, не должно быть меньше двух и больше четырёх;

ударный ток КЗ на шинах генераторного напряжения должен быть не более 300 кА;

суммарная мощность генераторов, присоединённых к шинам генераторного напряжения, должна несколько превышать мощность, выда­ваемую с этих шин потребителям (включая собственные нужды Р_сн).

Если заданная мощность ТЭЦ значительно превышает нагрузку на генераторном напряжении, допускается устанавливать блоки генера­тор-трансформатор и подключать их к РУ повышенного напряжения. Еди­ничная мощность блочных генераторов может быть равной или превы­шать мощность генераторов, присоединенных к ГРУ. Она определяет­ся исходя из мощности ТЭЦ, выдаваемой на повышенном напряжении, из требований резервирования и мощности изготавливаемых теплофика­ционных турбин.

Мощности, типы и количество агрегатов на ГЭС определяются в гидротехнических расчетах, которые не входят в объем курсового проекта, поэтому они должны быть указаны руководителем проекта. В курсовом проекте ГЭС целесообразно принимать к установке 4-10 генераторов.

1.4. Выбор числа и мощности трансформаторов

электростанций и подстанций.

Число и мощности трансформаторов (автотрансформаторов) на электростанциях зависят от их назначения, схемы энергосистемы, схемы включения генераторов, количества РУ и режимов энергопотреб­ления на каждом из напряжений. Все трансформаторы при этом выбира­ются трехфазными. Только при специальном обосновании допускается установка трехфазных групп из однофазных трансформаторов или автотрансформаторов. При этом мощность трансформатора должна соот­ветствовать указанному в ГОСТе ряду мощностей 10-16-25-32-40-63-80-100-125-160-200-250-320-400-500-630-800-1000-1250 МВА.

1.4.1. Выбор трансформаторов для блоков ГРЭС, ТЭЦ и ГЭС.

Мощность двухобмоточного или трехобмоточного тpaнcфopмaтopa работающего в блоке с одним генератором, принимается большой или равной мощности генератора в МВА (при номинальном коэффициенте мощности). Применение трехобмоточных трансформаторов 110/35/6-10 кВ целесообразно в тех случаях, когда мощность, выдаваемая на среднем напряжении, составляет не менее 15 % мощности трансформатора. На элект­ростанциях со средним напряжением 110 кВ и выше вместо трехобмоточных трансформаторов обычно применяют автотрансформаторы.

Количество блоков с трехобмоточными трансформаторами (автотрансформаторами) принимают не более двух.

Для независимого регулирования напряжения на шинах высшего и среднего напряжений трехобмоточные трансформаторы должны иметь на одном из повышенных напряжений РПН или вольтодобавочный транс­форматор. Устройства для регулирования напряжения на двухобмоточных трансформаторах, работающих в блоке с генератором, не преду­сматриваются.

Мощность трансформатора для укрупненного блока (несколько генераторов с общим трансформатором) выбирается исходя из суммар­ной мощности генераторов блока. Так как в данном случае при ава­рийном отключении блока теряют сразу несколько генераторов, то возможность применения укрупненных блоков проверяется по услови­ям резервирования в системе. При этом генерирующей единицей счи­тается не отдельный генератор, а все генераторы, объединенные в блок с общим трансформатором.

1.4.2. Выбор числа и мощности трансформаторов

связи на ГРЭС, ГЭС и АЭС.

Отдельные автотрансформаторы для связи между шинами повышен­ных напряжений предусматривают в тех случаях, когда их установка получается экономически выгоднее использования блочных автотранс­форматоров.

Номинальная (проходная) мощность автотрансформаторов определяется, исходя из перетока мощности с шин одного напряжения на ши­ны другого S_пер.н. в нормальном режиме и при остановке одного генератора, присоединенного к шинам среднего напряжения S_{пер.макс}.

Если часть системы или потребители, присоединённые к шинам среднего напряжения, имеют связь с остальной системой не только на проектируемой станции но и в других точках системы, тo допускается установка одного автотрансформатора мощностью

S_н³S_{пер.макс} (1.1)

Если связь между частями систем осуществляется только на проектируемой электростанции, то устанавливают два автотрансфор­матора; мощность каждого из них принимается равной

, (1.2)

где коэффициент 1,4 учитывает допустимую длительную аварийную пе­регрузку автотрансформатора.

1.4.3. Выбор трансформаторов ТЭЦ.

Трансформаторы на ТЭЦ служат для связи шин генераторного напряжения с энергосистемой и электроснабжения потребителей среднего напряжения. При наличии потребителей среднего напряжения трансформаторы выбираются трехобмоточными.

Обычно на ТЭЦ устанавливается 2 трансформатора связи. Однако в случаях, когда эта связь служит только для резервирования потребителей генераторного напряжения, а также при наличии одной линии связи с системой, допускается установка одного трансформатора. Для выбора мощности трансформаторов связи на ТЭЦ необходимо рассмотреть следующие режимы работы.

1. Выдача избыточной мощности в энергосистему в период мини­мума нагрузки на шинах генераторного напряжется:

, (1.3)

где Р_г и cosj_г - номинальная мощность и номинальный коэффициент мощности генераторов;

P_г.н.мин - минимальная нагрузка шин генераторного напряжения;

cosj_ср - средний коэффициент мощности нагрузки, принимается 0,8 - 0,9;

P_сн - мощность, потребляемая собственными нуждами;

cosj_сн - коэффициент мощности собственных нужд, принимается равным 0,8.

2. Пропуск от энергосистемы недостающей мощности на шинах генераторного напряжения в момент максимальной нагрузки и при от­ключении одного из наиболее мощных генераторов определяется:

, (1.4)

где P_с._макс, cosj_с - максимальная нагрузка и коэффициент мощности потребителей на среднем напряжении (для U_c=35 кВ cosj_c принимается равным 0,9, а для 110-220 кВ - 0,93).

При аварийном отключении одного из двух параллельно работающих трансформаторов или при одновременном отключении одного генератора и одного трансформатора (наложение аварий) перегрузка оставшегося в работе трансформатора не должна превышать 1,4. Соотношение номинальных мощностей обмоток трёхобмоточных трансформаторов рекомендуется принимать 100/100/100 %. В связи с обратимым режимом работа трансформаторов связи необходимо предусматривать устройства для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне высшего напряжения (ВН).

1.4.4. Выбор трансформаторов для понижающих подстанций

На узловых понижающих подстанциях с двумя или тремя напряжениями устанавливают, как правило, два трансформатора или автотрансформатора. Сооружение подстанций с четырьмя напряжениями не рекомендуется. Мощность каждого трансформатора (автотрансформатора) выбирается по суммарной нагрузке потребителей с учетом допустимой ава­рийной перегрузки (1,4×S_н).

У трёхобмоточных трансформаторов наиболее нагруженной является сторона питания. У автотрансформаторов, передающих энергию со СН на ВН и имеющих потребителей на НН, наиболее нагруженной мо­жет оказаться общая обмотка.

Ток в общей обмотке не должен превышать номинального:

. (1.5)

Понижающие трансформаторы и автотрансформаторы выбирают с таким соотношением мощностей, которое лучше всего соответствует заданным нагрузкам.

Соотношение напряжения короткого замыкания (U_к) выбирается таким, чтобы токи КЗ на шинах НН были бы минимальными (U_K(B-С) должно быть меньше двух остальных).

При мощностях 25 и более МВА для ограничения токов КЗ целесообразно применение трансформаторов с расщеплённой обмоткой низшего напряжения.