1. Выбор главной схемы электрических соединений электростанций. Исходные данные на проектирование № Гене Нагрузка Н1 Нагрузка Н2 Система Сон раторы 11 nхP U1 nхP1 ШТхМВТ кВ ШТхМВт 5х100 10 24х3,7 cosφ 0,81 Кс 0,78 Кмин 0,72 U2 nхP2 L2 Uс Sʺс nсв Lсв кВ ШТхМВт км кВ МВА ШТ км 220 3х60 50 220 6300 2 75 %СН cosφсн 10 0,81 1.1 Выбор структурных схем выдачи электроэнергии ТЭЦ. Строительство ТЭЦ ведется в тех районах, где есть потребители. Близость этих потребителей к ТЭЦ позволяет использовать не только электрическую энергию генератора, но и тепловую с теплообменника. В этом случае общий КПД станции повышается до 75-80%. Так же отпадает необходимость в повышении напряжения, так как энергия передается на небольшие расстояния. ТЭЦ имеет потребителей на генераторном напряжении 10 кВ, и это требует сооружения ГРУ. Связь с энергосистемой осуществляется по линиям связи напряжением 220 кВ, что требует сооружения РУВН. Исходя из условий проектирования структурных схем, выбираем следующие два варианта: - два трансформатора связи устанавливаются в том случае, если при выходе из строя одного генератора мощность оставшихся генераторов не может покрыть мощность нагрузки СН. - так как мощность каждого генератора не превышает 100 МВт, то же исключается возможность использования КРУ для подключения нагрузки на 10 кВ. Из двух выбранных вариантов схем определить наиболее целесообразную и экологичную схему, отвечающую всем условиям задания. При дальнейшем расчете мы определим наиболее выгодный вариант. Исходя из установленной мощности, выбираем для дальнейшего техникоэкономического сравнения два варианта схем, связь с системой на напряжении 220 кВ. (Рис 1.) Рисунок 1- Структурные схемы ТЭЦ А)-схема с ГРУ; б)схема с КРУ 1.2. Выбор генераторов Согласно заданию, к установке принимаем пять генераторов ТВФ-1002.(Таблица 1) Таблица 1- Данные генераторов Тип ТВФ-100 Р ном г S ном г, U ном г, МВ МВ кВ 100 117,5 10,5 I ном г, кА 6,475 Хʺd 0.183 отн Cоs φ ном г 0,85 Выбор трансформаторов связи (Рис 1 а.) 1.3. Мощность, передаваемая через трансформатор, определяется с учетом различных значений cosj генераторов, нагрузки и потребителей собственных нужд. 𝑆 расч = ∑ 𝑆 ном ген − 𝑆 сн − 𝑆нагр Рассчитываем в трех режимах: максимальном, минимальном и аварийном. Минимальный режим-все оборудование в работе, нагрузка на шинах ГРУ минимальная, Максимальный режим – все оборудование в работе, нагрузка на шинах максимальная, Аварийный режим – отключен один генератор, питающий шины ГРУ, нагрузка на шинах ГРУ оптимальная. Определяем полную максимальную и полную минимальную мощности: 1. S max= ∑ Piг Piн 𝑃𝑖сн −∑ −∑ cosφiг cos φiн 𝑐𝑜𝑠𝜑сн Smax = 2 .Smin = ∑ Piг cosφiг −∑ Smin = 400 88.8 56.7 − − = 291 МВА 0.85 0.81 0.81 Piн∗Kmin сosφiн −∑ Picн cosφiсн 400 88.8 ∗ 0.72 56.7 − − = 619.51МВА 0.85 0.81 0.81 Определяем аварийный режим 𝑆 авар. = 300 88,8 ∗ 0,78 34,7 − − = 224,61МВА 0,85 0,81 0,81 Условие выбора номинальной мощности трансформатора связи при установке двух трансформаторов связи Sном. т ≥ Smax Kпер. , где Кпер. – коэффициент перегрузки оставшегося в работе трансформатора. 𝑆 ном = 224,61 МВА 𝑆ном = 224,61 = 160 МВА 1,4 Выбираем для Т2и Т3 (рис.1а), два трансформатора связи. К установке принимаем ТДЦ -200000/220 Таблица 2- Данные трансформатора . Тип ТДЦ200000/220 Sном, МВА 200 Uк.з. % 11 1.4. Iхх, % 0,45 Pхх, кВт 200 Pк.з., кВт 580 Uв.н. кВ 242 Uн.н, кВ 13,8 Выбор блочных трансформаторов На ТЭЦ с блочным соединением генераторов мощность выбираются по расчетной мощности: 𝑆расч. = √(𝑃г − 𝑃н − 𝑃сн)2 + √(𝑄г − 𝑄н − 𝑄сн)2 Для первого варианта (б) для генератора мощностью 100МВт Т-1 Sрасч= 111,1МВА Выбираем трансформатор по 125МВА типа ТДЦ-125000/220. Данные заносим в таблицу. Таблица 3– Данные трансформатора Тип ТДЦ125000/220 Sном, МВА 125 Uк.з. % 11 Iхх, % 0,55 Pхх, кВт 125 Pк.з., кВт 380 Uв.н. кВ 242 Для второго варианта (а) Т-2,Т-3,Т-4 Sрасч= 170 МВА Выбираем трансформатор по 200МВА типа ТДЦ-200000/220. Данные заносим в таблицу 4 Таблица 4 – Данные трансформатора. Тип ТДЦ200000/220 Sном, МВА Uк.з. % 200 11 Iхх, % 0,49 Pхх, кВт 130 Pк.з., кВт Uв.н., кВ 660 121 Uном Uном сн, нн, кВ кВ 242 13,8 Выбираем секционные реакторы (вариант а) из следующих условий Iном реак ≥ 0,72 ∗ Iном г U ном г ≥ Uс 0.72 ∗ Iном г = 3,7 кА Выбираем два реактора серии РБДГ-10-4000-0,18 Потери на фазу -27,7 кВт Электродинамическая стойкость- 65кА. Термическая стойкость – 25,6 кА Рисунок 2- Схема замещения для ГРУ Рисунок 3.- Схема замещения для КРУ. 1.5. Расчет короткого замыкания Проводить расчет короткого замыкания необходимо для определения тока отклонения выключателей. Рассмотрим вариант с КРУ (Рис. 2) Короткое замыкание в точке К1. Определим действительное значение параметров схемы замещения цепи КЗ. - ЭДС – эквивалентного источника энергии системы: Е1 = Ес = 𝑈ср.ном = 220 кВ -Индуктивное сопротивление связи эквивалентного источника (системы): 𝑈 2 ср. номС 2202 Х1 = Хс = = = 7,68 𝑆кзС 6300 - сверхпереходная ЭДС синхронного генератора Ег = √(𝑈ном + Х"𝑑6 ∗ 𝐼ном ∗ 𝑠𝑖𝑛𝜑ном)2 + (Х"𝑑6 ∗ 𝐼ном ∗ с𝑜𝑠𝜑)2 Ег1 = Ег2 = Ег3 = Ег4 = Ег5 = √(10,5 + 0,17 ∗ 6,457 ∗ 0,53)2 + (0,17 ∗ 6,457 ∗ 0,53)2 = 11,1 Х"𝑑6 1,2,3,4,5 𝑈ном2 10,52 = Х"𝑑6(ном) ∗ = 0,183 ∗ = 0,17 Ом 𝑆ном 117,5 - сверхпереходное индуктивное сопротивление синхронного генератора G: Хг1 = Хг2 = Хг3 = Хг4 = Хг5 𝑈ном2 10,52 = Х"∗𝑑6ном ∗ = 0,183 ∗ = 0,17 Ом; 𝑆ном 117,5 -индуктивное сопротивление трансформатора: ХТ1 = 𝑈к 100 ∗ 𝑈ном 𝑆ном = 11 100 ∗ 2422 125 = 53,57 Ом; ХТ2 = ХТ3 = ХТ4 = ХТ5 11 2422 = ∗ = 32,23 Ом; 100 200 - определяем фактические коэффициенты трансформатора: К2 = К3 = К4 = К5 = 𝑈в 𝑈н = 242 10,5 = 23; 𝑈в 230 = = 21,9; 𝑈н 10.5 *задаемся произвольной базисной мощностью и базисным напряжением для основной ступени напряжения: 𝑆б = 1000 МВ А 𝐼б осн = 𝑈б осн = 220 кВ; 𝑆б √3𝑈б1 = 1000 1,73∗220 = 2,62 кА; *определим базисные напряжения других ступеней напряжения: 𝑈б2 = 𝑈б 4 = 𝑈б 5 = 𝑈б3 = 𝑈б осн К2 𝑈б осн К3 = 220 17,53 = 12,54 кВ; = 9,56 кВ; *выполним приведение действительных параметров элементов КЗ к основной ступени напряжения в относительных единицах (отн.ед.): Е∗1 (б) = Е∗2 (б) = Е1 230 = = 1,05 отн. ед. ; 𝑈б1 220 Е2 11,1 = = 0,88 отн. ед. ; 𝑈б2 12,54 Е∗3 (б) = Е∗4 (б) = Е∗5 (б) = 0,88 отн. ед. ; *приведем к основной ступени напряжения индуктивные сопротивления элементов цепи К2 : Х∗1б = Х1 ∗ 𝑆б 1000 = 9,28 ∗ = 0,19 отн. ед. ; 2 2202 𝑈б1 Х∗2б = Х2 ∗ 𝑆б 1000 = 16 ∗ = 0,33 отн. ед. ; 2 2202 𝑈б2 Х∗3б = 0,17 ∗ 1000 = 1,07 отн. ед. ; 12,542 Х∗4б = Х∗5б = Х∗6б = Х∗7б = 1,07 отн. ед. ; Х∗8б = 52,37 ∗ 1000 = 332,54 отн. ед. ; 12,542 Х∗9б = 32,23 ∗ 1000 = 204,96 отн. ед. ; 12,542 Х∗10(б) = Х∗11(б) = Х∗12(б) = 204,96 отн. ед. ; Рис.4- Схема замещения КРУ с индуктивным сопротивлением элементов цепи в зоне К1. Е1,2 = Е5,6,7 = 1,05∗(332,54+1,07)+0,88(0,19+0,33) 1,07+332,54+0,19+0,33 =1,04 отн.ед.; 0,88(204,96 + 0,53) + 1,11(204,96 + 1,07) = 1,04 отн. ед. ; 204,96 + 1,07 + 204,96 + 0,53 Х6,7 = Х1,2 = 1,07∗1,07 1,07+1,07 = 0,53 отн.ед.; (332,54 + 1,07) ∗ (0,19 + 0,33) = 0,51 отн. ед. ; 332,54 + 1,07 + 0,33 + 0,19 Е4,5,6 = 1,04 отн. ед. ; Х5,6,7 = (204,96 + 1,07) ∗ (0,53 + 204,96) = 102 отн. ед. ; 204,96 + 1,07 + 0,53 + 204,96 Х4,5,6,7, = (204,96 + 1,07) + 102 = 68,22 отн. ед. ; 204,96 + 1,07 + 102 Х3,4,5,6, = Е3,4,5,6, = (204,96 + 1,07) ∗ 68,22 = 54,55 отн. ед. ; 204,96 + 1,0,7 + 68,22 0,88 + 68,22 + 1,14 ∗ (204,96 + 1,07) = 1,07 отн. ед. ; 204,96 + 1,07 + 68,22 Рис.5 – Схема зоны КЗ точки К1 𝐼1" Е1" 1,04 = 𝐼б = ∗ 2,62 = 5,34 кА; Х1 0,51 𝐼2" Е"2 1,04 = 𝐼б = ∗ 2,62 = 0,04 кА; Х2 54,55 𝐼∑" = 5,34 + 0,04 = 5,38 кА; Точка К3 − К2 - вариант с КРУ Рис.6 Схема замещения с КРУ в зоне К2 *задаемся произвольной базисной мощности и базисным напряжением для основной ступени напряжения: 𝑆б = 100 МВ А 𝑈б осн = 10 кВ / 𝐼б осн = 𝑆б √3𝑈б1 = 100 = 5,78 кА; 1,73 ∗ 10 -определим фактические коэффициенты трансформации: К2 = К3 = 𝑈в 𝑈н 𝑈н 𝑈в = ∗ 0,04 = 10,5 242 242 10,5 = 0,04; ∗ 0,04 = 0,92; К4 = К5 = 0,92; *определим базисные напряжения других ступеней напряжения: 𝑈б2 = 𝑈б3 = 𝑈осн К2 = 10 0,04 = 250 кВ; 10 = 10,9 кВ 0,92 𝑈б 4 = 𝑈б 5 = 𝑈б 6 = 10,9 кВ; *выполним приведение действительных параметров к основной ступени напряжения в относительных единицах (отн.ед.): Е∗1 (б) = Е1 230 = = 0,92 отн. ед. ; 𝑈б1 250 Е∗2 (б) = Е2 11,1 = = 1,01 отн. ед. ; 𝑈б2 10,9 Е∗3 (б) = Е∗4 (б) = Е∗5 (б) = 11,1 = 1,01 отн. ед. ; 10,9 Х∗1б = Х1 ∗ Х∗2б = Х2 ∗ 𝑆б 2 = 0,015 отн. ед. ; 𝑈б1 𝑆б 100 = 16 ∗ = 0,026 отн. ед. ; 2 2502 𝑈б2 Х∗3б = 0,17 ∗ 100 = 0,14 отн. ед. ; 10,92 Х∗4б = Х∗5б = 0,14 отн. ед. ; Х∗7б = 0,44 ∗ 100 = 0,37 отн. ед. ; 10,92 Х∗8б = 52,37 ∗ 100 = 0,08 отн. ед. ; 2502 Х∗9б = 32,23 ∗ 100 = 0,05 отн. ед. ; 2502 Х∗10(б) = Х∗11(б) = 0,05 отн. ед. ; Х∗12(б) = 0,11 отн. ед. ; Рис.7- Схема замещения КРУ с индуктивным сопротивлением элементов цепи в зоне К3. Е6,7 = 10,02 − 0,37 + 10,02 ∗ 0,7 = 100 отн. ед. ; 0,37 + 0,37 Х6,7 = Е4,5,6 = 0,37 ∗ 0,37 = 0,19 отн. ед. ; 0,7 + 0,37 1,01(0,19 + 0,11) + 10 ∗ (0,05 + 0,14) = 4,49 отн. ед. ; 0,05 + 0,14 + 0,19 + 0,11 Х4,5,6 = (0,05 + 0,14) ∗ (0,11 + 0,19) = 0,12 отн. ед. ; 0,05 + 0,14 + 0,11 + 0,19 Е3,4,5,6 = 1,0 отн. ед; Х3,4,5,6 = 0,07 отн. ед; Е1,2,3,4,5,6, = 0,96 отн. ед. ; Х1,2,3,4,5,6 = 0,022 отн. ед. ; Х=0,022+0,08=0,102 отн.ед. Рис.8- Схема индуктивным сопротивлением зоны К1 Е∑=0,99 отн.ед.; Х∑=0,0625 отн.ед.; 𝐼" = 0,99 0,0625 *5,78=80,92 кА; Точка К3 − К3 Рис.9 – Схема замещения зоны К3 *задаемся произвольной базисной мощностью и базисным напряжением для основной ступени напряжения: 𝑆б = 100 МВ А 𝑈б осн = 10 кВ / 𝐼б осн = 𝑆б √3𝑈б1 = 100 = 5,78 кА; 1,73 ∗ 10 -определим фактические коэффициенты трансформации: К2 = К3 = 𝑈в 𝑈н 𝑈н 𝑈в = ∗ 0,04 = 10,5 242 242 10,5 = 0,04; ∗ 0,04 = 0,92; К4 = К5 = 0,92; *определим базисные напряжения других ступеней напряжения: 𝑈б2 = 𝑈осн К2 = 10 0,04 = 250 кВ; 10 = 10,9 кВ 0,92 𝑈б3 = 𝑈б 4 = 𝑈б 5 = 𝑈б 6 = 10,9 кВ; *выполним приведение действительных параметров к основной ступени напряжения в относительных единицах (отн.ед.): Е∗1 (б) = Е1 230 = = 0,92 отн. ед. ; 𝑈б1 250 Е∗2 (б) = Е2 11,1 = = 1,01 отн. ед. ; 𝑈б2 10,9 Е∗3 (б) = Е∗4 (б) = Е∗5 (б) = 1,01 отн. ед. ; *приведенные к основной ступени напряжения сопротивления элементов цепи КЗ Х∗1б = Х1 ∗ Х∗2б = Х2 ∗ 𝑆б 2 = 0,015 отн. ед. ; 𝑈б1 𝑆б 100 = 16 ∗ = 0,026 отн. ед. ; 2 2502 𝑈б2 Х∗3б = 0,17 ∗ 100 = 0,14 отн. ед. ; 10,92 Х∗4б = Х∗5б = 0,14 отн. ед. ; Х∗7б = 0,44 ∗ 100 = 0,37 отн. ед. ; 10,92 Х∗8б = 52,37 ∗ 100 = 0,08 отн. ед. ; 2502 Х∗9б = 32,23 ∗ 100 = 0,05 отн. ед. ; 2502 Х∗10(б) = Х∗11(б) = 0,05 отн. ед. ; Х∗12(б) = 0,11 отн. ед. ; индуктивные Рис.10- Схема замещения КРУ с индуктивным сопротивлением элементов цепи в зоне К3. Е5,6 = 1,11(0,44) + 1,11 ∗ 0,44 = 1,11 отн. ед. ; 0,44 + 0,44 Х6,7 = Е2,1 = 1,11 ∗ 1,11 = 0,55 отн. ед. ; 1,11 + 1,11 0,92(0,08 + 0,14) + 1,02(0,015 + 0,026) = 0,92 отн. ед. ; 0,08 + 0,14 + 0,015 + 0,026 Х1,2 = (0,015 + 0,26) ∗ (0,08 + 0,14) = 0,24 отн. ед. ; 0,015 + 0,26 + 0,08 + 0,14 Е1,2,3 = 0,92(0,65 + 0,14) + 1,02 ∗ 0,24 = 0,96 отн. ед. ; 0,05 + 0,14 + 0,24 Х1,2,3 = Е1,2,3,4 = 0,24 ∗ (0,05 + 0,14) = 0,11 отн. ед. ; 0,24 + 0,05 + 0,14 0,96(0,05 + 0,14) + 1,02 ∗ 0,11 = 0,97 отн. ед. ; 0,05 + 0,14 + 0,11 Х1,2,3,4 = Е1,2,3,4,5 = 0,11 ∗ (0,05 + 0,14) = 0,06 отн. ед. ; 0,11 + 0,05 + 0,14 0,97(0,05 + 0,14) + 1,02 ∗ 0,06 = 0,96 отн. ед. ; 0,05 + 0,14 + 0,06 Х1,2,3,4,5 = 0,06 ∗ (0,05 + 0,14) = 0,05 отн. ед. ; 0,06 + 0,05 + 0,14 Х1,2,3,4,5 + Х12 = 00,05 + 0,11 = 0,16 отн. ед. Проводим расчетные для ГРУ. Рис.11 – Схема замещения с ГРУ. Определим исходные данные: Е1 = Ес = 𝑈ср.ном = 220 кВ; Индуктивное сопротивление связи эквивалентного источника (система с): Х1 =7,68 Ом Х2 = Х𝑙 = Хпо г ∙ 𝐿св = 75 ∗ 0.4 = 30 Ом; Хпо г = 0,4 Ом/км; Ег1 = Ег2 = Ег3 = Ег4 = 11,1 кВ; Хг2 = Хг3 = ХГ4 = Хг5 = 0,17 Ом; ХТ1 = 53,57 Ом; ХТ2 = ХТ3 = ХТ4 = ХТ5 = 32,23 Ом; Определим фактические коэффициенты трансформации: К2 = 242 = 23 10,5 Задаемся произвольной базисной мощностью базисным напряжением для основной ступени напряжения: 𝑆б = 1000 МВ А 𝐼б осн = 𝑈б осн = 220 кВ; 𝑆б √3𝑈б1 = 1000 1,73∗220 = 2,62 кА; *определим базисные напряжения других ступеней напряжения: 𝑈б2 = 𝑈б 4 = 𝑈б 5 = 𝑈б3 = 𝑈б осн К2 𝑈б осн К3 = 220 17,53 = 12,54 кВ; = 9,56 кВ; *выполним приведение действительных параметров элементов КЗ к основной ступени напряжения в относительных единицах (отн.ед.): Е∗1 (б) = Е1 230 = = 1,05 отн. ед. ; 𝑈б1 220 Е∗2 (б) = Е2 11,1 = = 0,88 отн. ед. ; 𝑈б2 12,54 Е∗3 (б) = Е∗4 (б) = Е∗5 (б) = 0,88 отн. ед. ; *приведем к основной ступени напряжения индуктивные сопротивления элементов цепи К2 : Х∗1б = Х1 ∗ 𝑆б 1000 = 9,28 ∗ = 0,19 отн. ед. ; 2 2202 𝑈б1 Х∗2б = Х2 ∗ 𝑆б 1000 = 16 ∗ = 0,33 отн. ед. ; 2 2202 𝑈б2 Х∗3б = 0,17 ∗ 1000 = 1,07 отн. ед. ; 12,542 Х∗4б = Х∗5б = Х∗6б = Х∗7б = 1,07 отн. ед. ; Х∗8б = 52,37 ∗ 1000 = 332,54 отн. ед. ; 12,542 Х∗9б = 32,23 ∗ 1000 = 204,96 отн. ед. ; 12,542 Х∗10(б) = Х∗11(б) = Х∗12(б) = 1,63отн. ед. ; Рис.12 – Схема замещения ГРУ с индуктивным сопротивлением элементов цепи в зоне К1. Е3,5 = 0,88(1,07 + 1,07) + 0,88(1,07 + 1,07) = 1,75 отн. ед. ; 1,07 + 1,07 Х4,6 = 1,07 ∙ 1,07 = 0,53 отн. ед. ; 1,07 + 1,07 Х9,10 = 102,47 отн. ед. ; Х9,10,4,6 = 102,47 + 0,53 = 103 отн. ед. ; Х12,13,14 = 1,63 ∙ 1,63 = 0,82 отн. ед. ; 1,63 + 1,63 Х5,12,13,14 = 0,82 + 1,07 = 1,89 отн. ед. ; Х4,5,6 = 0,53 ∙ 1,89 = 0,41 отн. ед. ; 0,53 + 1,89 Х3,4,5,6 = 0,41 + 102,47 = 102,88 отн. ед. ; Е3,4,5,6 = (0,88 ∙ 0,53) + (1,75 ∙ 1,89) = 1,55 отн. ед. ; 0,53 + 1,89 Е2,3,6 = (0,88 ∙ 103) + (1,55 ∙ 205) = 1,32 отн. ед. ; 103 + 205 Х2,3,6 = Е2,3,5,6 = 205 ∙ 103 = 68,55 отн. ед. ; 205 + 103 (1,32 ∙ 573) + (0,88 ∙ 68,55) = 1,27 отн. ед. ; 573 + 68,55 Х2,3,5,6 = 1,27 ∙ 573 = 1,26 отн. ед. ; 1,27 + 573 Рис. 13 – Схема с индуктивным сопротивлением в зоне К1 Е∑ = 1,11 отн. ед. ; Х∑ = 0,36 отн. ед. ; 𝐼1ʺ = 5,37 кА Точка К3-К2 Рис.14- Схема замещения с ГРУ. Определим исходные данные: Е1 = Ес = 𝑈ср.ном = 220 кВ; Индуктивное сопротивление связи эквивалентного источника (система с): Х1 =7,68 Ом Х2 = Х𝑙 = Хпо г ∙ 𝐿св = 75 ∗ 0.4 = 30 Ом; Хпо г = 0,4 Ом/км; Ег1 = Ег2 = Ег3 = Ег4 = Ег5 = 11,1 кВ; Хг2 = Хг3 = ХГ4 = Хг5 = Х6г = Х7г = 0,17 Ом; ХТ1 = 53,57 Ом; ХТ2 = ХТ3 = ХТ4 = ХТ5 = Хт6 = Хт7 = 53,57 Ом; Определим фактический коэффициент трансформации К= 10,5 = 0,04 242 Задаемся произвольной базисной мощностью и базисным напряжением для основной ступени напряжения: 𝑆б = 100 МВ А 𝑈б осн = 10 кВ / 𝐼б осн = 𝑆б √3𝑈б1 = 100 = 5,78 кА; 1,73 ∗ 10