Общие принципы при разработке структурной схемы

Структурная схема теплоэлектроцентрали зависит от единичной и суммарной мощности агрегатов и от соотношения суммарной генераторной мощности и минимальной мощности местной нагрузки.

Схемы электрических соединений ТЭЦ с турбогенераторами мощностью до 110 МВт могут выполняться с шинами генераторного распределительного устройства (ГРУ). Число агрегатов обычно не превышает трех-четырех. При большей мощности турбогенераторов схемы ТЭЦ выполняются блочного типа. Питание потребителей электрической энергии, осуществляется отпайкой от блока генератор-трансформатор путем подключения потребительских трансформаторов или реакторов. Схемы ТЭЦ смешанного типа содержат как блоки генератор – трансформатор, так и генераторы, подключенные к шинам ГРУ и имеющие связь с системой через трансформаторы связи .

При наличии местной нагрузки не только на генераторном, но и на среднем напряжении (110 кВ) структурная схема выполняется с авто-трансформаторами связи.

Исходя из требований надежности теплоснабжения потребителей, применяют только единичные блоки: отказ элементов объединенного или укрупненного блока привел бы к потере двух теплофикационных блоков и возможному при этом ограничению теплоснабжения потребителей. Это условие справедливо для современных мощных ТЭЦ с агрегатами 100 и 250 МВт, которые сооружаются для тепло- и электроснабжения больших городов и крупных промышленных предприятий.

Питание близлежащих районов нагрузки может осуществляться ответвлением от генераторов нескольких блоков через реактор (генераторное напряжение 10,5 кВ). Ответвление выполняют между генераторным выключателями блочным трансформатором. Это повышает надежность электроснабжения местных потребителей, так как при наиболее вероятных повреждениях в технологической части блока отключается генераторный выключатель, а питание местной нагрузки сохраняется через блочный трансформатор.

Нагрузка потребителей электроэнергии, генераторов станции и С.Н. при проектировании ТЭЦ может задаваться двумя способами. При первом способе нагрузка задается суточными графиками (зимним и летним), при втором способе – параметрами, характеризующими графики нагрузки.

Для ТЭЦ предпочтительнее характеризовать нагрузку соответствующими графиками известных потребителей электроэнергии

Рис. 7. Структурная схема ТЭЦ (1 вариант)

Рис. 8. Структурная схема ТЭЦ (2 вариант)

Рис. 9. Структурная схема ТЭЦ (3 вариант)

Выбор силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Выбор трансформаторов

Выбор трансформаторов для схемы 1:

, МВА (2)

Для : МВА

Выбираем трансформаторы марки: ТДН-80000/110

Для : МВА

Выбираем трансформаторы марки: ТДЦ-80000/110

Для : МВА

Выбираем трансформатор марки: ТД-80000/220

Выбор трансформаторов для схемы 2:

Трансформаторы связи выбираются по 4 расчетным режимам:

Нормальный режим зимой:

Нормальный режим летом:

Авария в системе летом:

Отключение одного генератора зимой от ГРУ:

По максимальной мощности аварии в системе летом выбираем трансформатор типа: ТДЦН-125000/110

Для : МВА

Выбираем трансформаторы марки: ТДЦ-80000/110

Для : МВА

Выбираем трансформатор марки: ТД-80000/220

Выбор трансформаторов для схемы 3:

Для : МВА

Выбираем трансформаторы марки: ТДН-80000/110

Для :

Выбираем трансформаторы марки: ТДЦ-125000/110

Для : МВА

Выбираем трансформаторы марки: ТДЦ-80000/110

Для : МВА

Выбираем трансформатор марки: ТД-80000/220

Выбор автотрансформаторов для схемы 1:

(3)

1) Нормальный режим зимой:

2) Нормальный режим летом:

3) Авария в системе летом:

4) Отключение одного генератора зимой от СН:

По максимальному перетоку аварии в системе летом выбираем автотрансформатор типа: АТДЦТН-125000/220/110

Так как количество блоков на СН в вариантах одинаковое, то для схемы 2 и 3 выбираем автотрансформаторы той же марки.

Основные параметры трансформаторов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные параметры трансформаторов

Тип трансформатора	Sном., МВА	Напряжения обм., кВ	Потери, кВт	, %	Iхх , %
ВН	СН	НН	Рхх	Рк	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
ТДЦ- 80000/110			-	10,5			-		-	0,6
ТДН -80000/110			-	10,5			-	10,5	-	0,45
ТДЦ - 125000/110			-	10,5			-	10,5	-	0,55
ТДЦН-125000/110			-	10,5			-			0,55
АТДЦТН-125000/220/110				38,5						0,4
ТД - 80000/220			-	10,5			-		-	0,45

Типы выбранных трансформаторов и автотрансформаторов по вариантам сведем в табл. 3.

Таблица 3

Типы выбранных трансформаторов и автотрансформаторов
по вариантам

	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
ТДЦ- 80000/110	Т3, Т4	Т3, Т4	Т5, Т6
ТДЦ -125000/110	–	–	Т3, Т4
ТДН -80000/110	Т1, Т2	-	Т1, Т2
ТД -80000/220	Т5	Т5	Т7
ТДЦН -125000/110	-	Т1, Т2	-
АТДЦТН-125000/220/110	АТC1 , АТC2	АТC1 , АТC2	АТC1 , АТC2

4. Технико-экономическое сравнение вариантов схем

Для каждого варианта структурной схемы проектируемой электростанции определяют: капиталовложения в ту часть проектируемого объекта, которая связана с варьируемыми присоединениями структурной схемы; потери энергии в трансформаторах за расчетный год; математическое ожидание недоотпущенной генераторами в систему электроэнергии M(∆W_г) из-за отказов в элементах структурной схемы и ущерб. Затем на основании этих основных показателей по формуле вычисляют значение целевой функции приведенных затрат З, которая дает комплексную количественную оценку экономичности и надежности сопоставляемых вариантов структурной схемы.

Расчетная стоимость трансформатора характеризует полные капитальные затраты – ее определяют умножением заводской стоимости трансформатора на коэффициент γ, учитывающий дополнительные расходы на его доставку, строительную часть и монтаж. Значение этого коэффициента зависит от уровня высшего напряжения, мощности и исполнения трансформатора и лежит в диапазоне от 1,3 до 2,0. В расчетную стоимость ячейки входит не только стоимость электрических аппаратов присоединения (выключателя, разъединителей, трансформатора тока, ошиновки), но и стоимость строительно-монтажных работ.

Надежность сравниваемых вариантов структурной схемы обычно неодинакова. Поэтому приведенные затраты надо рассчитывать по полной форме включая ущерб от ненадежности структурной схемы.

Для каждого варианта структурной схемы районной электростанции рассчитываются недоотпуск электроэнергии в систему и соответствующий ущерб от отказов трансформаторов (автотрансформаторов) блоков. Последствия от нарушения связи между РУ ВН и РУ СН учитывают лишь в тех случаях, когда они выражаются в аварийном снижении мощности энергоблоков или нарушении электроснабжения потребителей сети СН.

Технико-экономический расчет заключается в нахождении расчетных приведенных затрат:

З= К+И+У (тыс. руб.),

где К– капиталовложения в трансформаторы, автотрансформаторы и ячейки РУ; И – издержки на обслуживание и амортизацию и потери в силовых трансформаторах; У – ущерб от недоотпуска электроэнергии.

Расчет капиталовложений для схемы 1:

Рис. 10. Структурная схема ТЭЦ (1 вариант)

Рассчитаем капиталовложения в трансформаторы и в авто-трансформаторы:

где, – коэффициент монтажа.

= 1475100 тыс. руб.

Рассчитаем капиталовложения в РУ:

=724900 тыс. руб.

2200000 тыс. руб.

Расчет издержек для схемы 1:

– издержки на обслуживание ТЭЦ.

– амортизационные издержки.

– издержки на потерю электроэнергии в трансформаторах и автотрансформаторах.

44000 тыс. руб.

140800 тыс. руб.

, тыс. руб.

Рассчитаем для автотрансформаторов:

Рассчитаем для трансформаторов :

Рис. 11. Графики нагрузок трансформаторов

Рассчитаем для трансформаторов :

Рис. 12. Графики нагрузок трансформаторов

Рассчитаем для трансформатора :

Рис. 13. Графики нагрузок трансформатора

Потери во всех трансформаторах:

Суммарные издержки:

194841,15 тыс. руб/год.

Ущерб от недоотпуска электроэнергии:

Для :

6526,3 ч.

Для :

5650,48 ч.

Для :

4708,73 ч.

Для :

1230,73 ч.

33,6

0,004

Тогда:

Расчет капиталовложений для схемы 2:

Рис. 14. Структурная схема ТЭЦ (2 вариант)

Капиталовложения в трансформаторы и в автотрансформаторы:

=1685100 тыс. руб.

Капиталовложения в РУ:

=819800 тыс. руб.

2504900 тыс. руб.

Расчет издержек для схемы 2:

– издержки на обслуживание ТЭЦ.

– амортизационные издержки.

– издержки на потерю электроэнергии в трансформаторах и автотрансформаторах.

50098 тыс. руб.

160313.6 тыс. руб.

, тыс. руб.

Рассчитаем для автотрансформаторов:

Рассчитаем для трансформаторов :

Рассчитаем для трансформаторов :

Рассчитаем для трансформатора :

Потери во всех трансформаторах:

Суммарные издержки:

220696.33 тыс. руб/год.

Ущерб от недоотпуска электроэнергии:

Для :

2392.72 ч.

18,3

0,004

Для :

5650,48 ч.

Для :

4708,73 ч.

Для :

1230,73 ч.

33,6

0,004

Тогда:

Расчет капиталовложений для схемы 3:

Рис.15. Структурная схема ТЭЦ (3 вариант)

Капиталовложения в трансформаторы и в автотрансформаторы:

=1895100 тыс. руб.

Капиталовложения в РУ:

839300 тыс. руб.

2734400 тыс. руб.

Издержки для схемы 3:

– издержки на обслуживание ТЭЦ.

– амортизационные издержки.

– издержки на потерю электроэнергии в трансформаторах и автотрансформаторах.

54688 тыс. руб.

175001.6 тыс. руб.

, тыс. руб.

Рассчитаем для автотрансформаторов:

Рассчитаем для трансформаторов :

Рис. 16. Графики нагрузок трансформаторов .

Рассчитаем для трансформаторов :

Рис. 17. Графики нагрузок трансформаторов

Рассчитаем для трансформаторов :

Рассчитаем для трансформатора :

Потери во всех трансформаторах:

Суммарные издержки равны:

247961.64 тыс. руб/год.

Ущерб от недоотпуска электроэнергии:

Для :

9355.13 ч.

33,79

0,004

Для :

6526.3 ч.

Для :

5650,48 ч.

Для :

4708,73 ч.

Для :

1230,73 ч.

33,6

0,004

Тогда:

Таблица 4

Результаты технико -экономического расчета

	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
Капиталовложения К, тыс.руб
Издержки, тыс.руб/год	194841.15	220696.33	247961.64
Приведенные затраты, тыс.руб/год	460876,53 100%	522195,4 113%	578713,9 125%

Вывод: Для дальнейшего расчета выбираем схему 1.