Разработка схемы выдачи мощности КЭС 1500 МВт в сеть

RGR_№1_Poyasnitel'naya zapiska.docx

1.Назначение и преимущества ЭС
2.Технологическая схема ЭС
1. Основное оборудование ЭС и его назначение
2.Примеры наиболее крупных ЭС РФ
3.Влияние ЭС на окружающую среду
Выбор структурной схемы ЭС
Выбор основного оборудования
2.Выбор трансформаторов связи
3.Выбор трансформаторов собственных нужд
4.Выбор выключателей и разъединителей
1.Список выбранного оборудования с параметрами и обозначениями на схеме
2.Преимущества и недостатки выбранной схемы электроснабжения
Вид структурной схемы
Установленная мощность
Количество генераторов
С автотрансформатором
3.Схема выдачи мощности в сеть (формат А3)
Список используемой литературы
На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергия водяного пара приводящего во вращение турбоагрегат (паровая турбина соединенную с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат уголь торф горючие сланцы а также газ и мазут. В отечественной энергетике на долю КЭС приходит более 60% выработки электроэнергии.
Основными особенностями КЭС являются: удаленность от потребителей электроэнергии что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях и блочный принцип построения электростанции. Мощность современных КЭС обычно такова что каждая из них может обеспечить электроэнергией крупный район страны. Отсюда еще одно название электростанций такого типа – государственная районная электрическая станция (ГРЭС).
Современные КЭС оснащаются в основном энергоблоками 200 — 800 МВт. Применение крупных агрегатов позволяет обеспечить быстрое наращивание мощностей электростанций приемлемые себестоимость электроэнергии и стоимость установленного киловатта мощности станции.
Основные технико-экономические требования к КЭС — высокая надёжность манёвренность и экономичность. Требование высокой надёжности и манёвренности обусловливается тем что производимая КЭС электроэнергия потребляется сразу же т. е. КЭС должна производить столько электроэнергии сколько необходимо её потребителям в данный момент.
Наибольшие энергетические потери на КЭС имеют место в основном пароводяном контуре а именно в конденсаторе где отработавший пар содержащий еще большое количество тепла затраченного при парообразовании отдает его циркуляционной воде. Тепло с циркуляционной водой уносится в водоемы т.е. теряется. Эти потери в основном определяют КПД электростанции составляющий даже для самых современных КЭС не более 40-42%.
Электроэнергия вырабатываемая электростанцией выдается на напряжении 110 – 750кВ и лишь часть ее отбирается на собственные нужд через трансформатор собственных нужд подключенный к выводам генератора. Генераторы и повышающие трансформаторы соединяют в энергоблоки и подключают к распределительному устройству высокого напряжения которое обычно выполняется открытым (ОРУ).
2.Технологическая схема КЭС
На рисунке представлена упрощенная принципиальная схема энергоблока КЭС.
Т — топливо; В — воздух; УГ — уходящие газы; ШЗ — шлаки и зола; ПК — паровой котёл; ПЕ — пароперегреватель; ПТ — паровая турбина; Г — электрический генератор; К — конденсатор; КН — конденсатный насос; ПН — питательный насос.
Тепло выделяемое при сжигании топлива передаётся в котельном агрегате (парогенераторе) рабочему телу обычно — водяному пару. Тепловая энергия водяного пара преобразуется в конденсационной турбине в механическую энергию а последняя в электрическом генераторе — в электрическую энергию. Отработавший в турбине пар конденсируется конденсат пара перекачивается сначала конденсатным а затем питательным насосами в паровой котёл (котлоагрегат парогенератор). Таким образом создаётся замкнутый пароводяной тракт: паровой котёл с пароперегревателем — паропроводы от котла к турбине — турбина — конденсатор — конденсатный и питательные насосы — трубопроводы питательной воды — паровой котёл. Схема пароводяного тракта является основной технологической схемой паротурбинной электростанции и носит название тепловой схемы КЭС.
3.Основное оборудование КЭС и его назначение
Основное оборудование КЭС (котельные и турбинные агрегаты) размещают в главном корпусе котлы и пылеприготовительную установку (на КЭС сжигающих например уголь в виде пыли) — в котельном отделении турбоагрегаты и их вспомогательное оборудование — в машинном зале электростанции. На КЭС устанавливают преимущественно по одному котлу на турбину. Котёл с турбоагрегатом и их вспомогательным оборудование образуют отдельную часть — моноблок электростанции. На КЭС без промежуточного перегрева пара с турбоагрегатами мощностью 100 МВт и меньше в СССР применяли неблочную централизованную схему при которой пар 113 котлов отводится в общую паровую магистраль а из неё распределяется между турбинами. Размеры главного корпуса определяются размещаемым в нём оборудованием и составляют на один блок в зависимости от его мощности по длине от 30 до 100 м по ширине от 70 до 100 м. Высота машинного зала около 30 м котельной — 50 м и более.
Экономичность компоновки главного корпуса оценивают приближённо удельной кубатурой равной на пылеугольной КЭС около 07—08 м3кВт а на газомазутной – около 06 – 07 м3кВт. Часть вспомогательного оборудования котельной (дымососы дутьевые вентиляторы золоуловители пылевые циклоны и сепараторы пыли системы пылеприготовления) устанавливают вне здания на открытом воздухе.
КЭС сооружают непосредственно у источников водоснабжения. На территории КЭС кроме главного корпуса размещают сооружения и устройства технического водоснабжения и химводоочистки топливного хозяйства электрические трансформаторы распределительные устройства лаборатории и мастерские материальные склады служебные помещения для персонала обслуживающего КЭС. Топливо на территорию КЭС подаётся обычно ж. д. составами. Золу и шлаки из топочной камеры и золоуловителей удаляют гидравлическим способом.
4.Примеры наиболее крупных КЭС РФ
ЭлектрическаямощностьМВт
Попутный газ газотурбинное топливо
Осушенный попутный газ
Экибастузский каменный уголь
Бурый уголь газ мазут
Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн. кВт. Сооружаются электростанции мощностью 4 – 64 млн. кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов станции на окружающую среду.
5.Влияние КЭС на окружающую среду
Современные КЭС весьма активно воздействуют на окружающую среду: на атмосферу гидросферу и литосферу. Влияние на атмосферу сказывается в большом потреблении кислорода воздуха для горения топлива и в выбросе значительного количества продуктов сгорания. Это газообразные окислы углерода серы азота. Летучая зола прошедшая через золоуловители загрязняет воздух. Наименьшее загрязнение атмосферы отмечается при сжигании газа и наибольшее — при сжигании твёрдого топлива с низкой теплотворной способностью и высокой зольностью. Необходимо учесть также большие уносы тепла в атмосферу а также электромагнитные поля создаваемые электрическими установками высокого и сверхвысокого напряжения.
КЭС загрязняет гидросферу большими массами теплой воды сбрасываемыми из конденсаторов турбин а также промышленными стоками хотя они проходят тщательную очистку.
Для литосферы влияние КЭС сказывается не только в том что для работы станции извлекаются большие массы топлива отчуждаются и застраиваются земельные угодья но и в том что требуется много места для захоронения больших масс золы и шлаков (при сжигании твердого топлива).
Влияние КЭС на окружающую среду чрезвычайно велико. Например о масштабах теплового загрязнения воды и воздуха можно судить по тому что около 60% тепла которое получается в котле при сгорании всей массы топлива теряется за пределами станции. Учитывая размеры производства электроэнергии на КЭС объемы сжигаемого топлива можно предположить что они в состоянии влиять на климат больших районов страны. В то же время решается задача утилизации части тепловых выбросов путем отопления теплиц создания подогревных прудовых рыбохозяйств. Золу и шлаки используют в производстве строительных материалов и т. д.
Выбор структурной схемы КЭС
Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования (числа генераторов трансформаторов) распределения генераторов и нагрузки между распределительными устройствами (РУ) разного напряжения и связи между этими РУ.
На рисунке показана структурная схема электростанции с преимущественным распределением электроэнергии на повышенном напряжении (КЭС). Отсутствие потребителей вблизи такой электростанции позволяет отказаться от ГРУ. Схемы выдачи электроэнергии КЭС характерны блочным соединением генераторов с трансформаторами. Все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами.
Электроэнергия выдается на высшем и среднем напряжении и связь между РУ осуществляется автотрансформатором связи.
1. Выбор генераторов
По заданию установленная мощность электростанции 1500 МВт
Номинальная частота вращения
Номинальная мощность (полная)
Номинальное напряжение
Схема соединения обмоток
Выбираю три генератора мощностью по 500 МВт: TГB-500-2У3
В серию ТГВ входят турбогенераторы мощностью 200 300 и 500 МВт. Корпус статора — цилиндрический сварной газоплотный. Корпус статора турбогенератора мощностью 500 МВТ состоит из трех частей — центральной и двух приставных с торцов коробов. Корпус статора заполнен водородом под давлением.
Сердечник статора собран на продольные призмы. Для снижения вибрации внутренний корпус устанавливается в корпусе статора на пластинчатых пружинах расположенных в несколько рядов по длине машины. Сердечник состоит из отдельных пакетов разделенных кольцевыми радиальными каналами.
Сердечник запрессовывается с помощью массивных нажимных фланцев изготовляемых из немагнитной стали.
Обмотка статора - трехфазная двухслойная стержневая с укороченным шагом. Лобовые части обмотки — корзиночного типа.
Стержни обмотки с непосредственным газовым охлаждением имеют вентиляционные каналы образованные изолированными трубками из немагнитной стали.
Стержни обмотки с водяным охлаждением состоят из сплошных и полых медных проводников. Изоляция стержня — термореактивная типа ВЭС-2.
Ротор изготовляется из высококачественной стали. В бочке ротора имеются радиальные пазы с параллельными стенками. Обмотка ротора с газовым охлаждением выполняется из медных полос специального профиля. В турбогенераторах мощностью 200 и 300 МВт используется одноступенчатый центробежный компрессор расположенный на валу ротора.
Для турбогенератора мощностью 500 МВт принято непосредственное водяное охлаждение обмотки ротора выполненной из медных проводников прямоугольной формы с круглым внутренним отверстием. Подход воды осуществляется через торец ротора. Водой охлаждаются также токоподвод и частично контактные кольца.
Бандажные кольца для крепления лобовых частей обмотки ротора непосредственно насажены на бочку ротора и закреплены с помощью кольцевой зубчатой шпонки.
Мощности трансформаторов определяется
где Sтр - мощность трансформатора; Sг - мощность генератора; Sсн - мощность собственных нужд; На собственные нужды идет 5% энергии.
Реактивная мощность генераторов:
Qг= Pг tgφ=5000.62=310 МВАр
Активная нагрузка собственных нужд:
Pсн= Pг005=500005=25 МВА
Реактивная нагрузка собственных нужд:
Qсн= Pсн tgφ=25062=155 МВАр
Активная нагрузка на генераторном напряжении:
Pн=Pг002=500002=10 МВА
Реактивная нагрузка на генераторном напряжении:
Qн= Pнtgφ=10062=62 МВАр
Выбираем два трансформатора ТЦ-630000500 – У1
Номинальная полная мощность
Трансформаторы трехфазные силовые масляные двухобмоточные серии ТДЦ(Ц) мощностью 25 000; 400 000 и 630 000 кВА класса напряжения 500 кВ предназначены для стационарной работы при наружной установке и рассчитаны на длительный режим работы с номинальной нагрузкой в блоке с генератором. У - для работы в районах с умеренным климатом категория размещения 1 (на открытом воздухе).
Серия трансформатора
Виды системы охлаждения
Номинальное напряжение ( ВН первичное ) кВ
Номинальное напряжение ( НН вторичное ) кВ
Номинальная мощность кВА
Назначение трансформатора
Электроснабжение потребителей
Выбираем трансформатор ТНЦ-630000220-У1
Двухобмоточный трехфазный силовой трансформатор серии ТНЦ с направленной масляно-водяной системой охлаждения ТНЦ-1000000220-УХЛ1 предназначен для работы в блоке с генератором 800000 кВт ТНЦ-1000000220-УХЛ1 – для работы в блоке с генератором мощностью 500 000 кВт при частоте сети переменного тока 50 Гц.
Собственные нужды электростанций
Выбираем автотрансформатор АТДЦТН-500000500220-У1
Номинальная мощность МВА
Наибольший допустимый ток в общей обмотке А
АТДЦТН-500000500220-У1
Автотрансформатор 3ёх фазный. С принудительной циркуляцией воздуха и масла с ненаправленным потоком масла. Трехобмоточный с наличием системы регулирования напряжения. У - для работы в районах с умеренным климатом категория размещения 1 (на открытом воздухе). Номинальная мощность 500000 кВА. Класс напряжения обмотки ВН 500 кВ.
Мощность трансформатора определяется:
Выбираем трансформаторы ТРДНС 6300035
Трансформатор 3ёх фазный. Р - Наличие расщепленной обмотки низшего напряжения. Д – принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла. Двухобмоточный. Н - наличие системы регулирования напряжения. С – для систем собственных нужд электростанций. Номинальная мощность 63000 кВ*А. Класс напряжения обмотки ВН 35 кВ.
При выборе выключателей учитывают рабочее напряжение. А также ток при котором выключатель должен работать. При этом необходимо учитывать ток отключения. Выключатель должен обеспечить своевременное аварийное отключение оборудования. Номинальный ток определяется:
Разъединители выбираются аналогично выключателям.
Номинальный ток отключения А
Обозначение на чертеже
Назначение оборудование
Осуществляют преобразование одного вида электрической энергии в другой при неизменной частоте
Осуществляет связь между РУ высшего и среднего напряжения
Осуществляет преобразование одного вида электрической энергии в другой при неизменной частоте
Преобразуют электрическую энергию для собственных нужд электростанций
Турбогенератор предназначен для выработки электроэнергии при сопряжении с паровой турбиной
Выключатели предназначены для выполнения включений и отключений при заданных условиях в нормальных и аварийных режимах в цепях главных выводов генераторов
Предназначен для включений и отключений при заданных условиях в нормальных и аварийных режимах линий электропередачи с присоединенным электрооборудованием трехфазного переменного тока частотой 50 Гц
Предназначены для создания видимого разрыва отделяющего выводимое в ремонт оборудование от токоведущих частей находящихся под напряжением для безопасного производства работ
В выбранной схеме электроснабжения применяются РУ ВН и РУ СН.
В РУ ВН используется схема с двумя рабочими и обходной системами шин. Распределение присоединений на этой схеме увеличивает её надежность т.к при КЗ на шинах отключается шиносоединительный выключатель Q11 и только половина присоединений.
Недостатки этой схемы:
- отказ одного выключателя при аварии приводит к отключению всех источников питания и линий присоединенных к данной системе шин а если в работе находится одна система шин отключаются все присоединения.
- повреждение шиносоединителъного выключателя равноценно КЗ на обеих системах шин т. е. приводит к отключению всех присоединений.
- большое количество операций разъединителями при выводе в ревизию и ремонт выключателей усложняет эксплуатацию РУ.
- необходимость установки шиносоединительного обходного выключателей и большого количества разъединителей увеличивает затраты на сооружение РУ.
В РУ СН используется схема с двумя системами шин и тремя выключателями на две цепи. Достоинством схемы является то что при ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе. Другим достоинством полуторной схемы является ее высокая надежность.
Недостатками схемы являются:
- отключение КЗ на линии двумя выключателями что увеличивает общее количество ревизий выключателей;
- удорожание конструкции РУ при нечетном числе присоединений так как одна цепь должна присоединяться через два выключателя;
- снижение надежности схемы если количество линий не соответствует числу трансформаторов.
- усложнение цепей релейной защиты; увеличение количества выключателей в схеме.
Выбранная схема электроснабжения обладает надёжностью т.к. она может обеспечить в целом бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергией нормированного качества. Повреждение одного из генераторов не нарушит электроснабжение выдачу электроэнергии в энергосистему транзит мощности через шины.
Данная схема не является достаточно гибкой. Однако не плохо приспособлена для ведения ремонтных работ т.к. имеет множество выключателей и разъединителей но из-за этого оборудование для такой станции стоит дорого.
Вероятность аварий из-за непрерывных действий обслуживающего персонала в таких схемах выше чем в схемах с одной системой шин.
Так как в выбранной схеме электроснабжения выдача электроэнергии производится на повышенных напряжениях потери в реактивной мощности здесь будут меньше но необходимое оборудование для такой станции стоит дороже. Связь между шинами высшего и среднего напряжения осуществляется автотрансформатором связи вследствие чего усложняется РУ и увеличиваются токи КЗ на шинах высшего и среднего напряжения.
В. И. Идельчик Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат 1989
Л Д. Рожкова B.C. Козулин Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат 1987
В.П Шеховцов Расчет и проектирование схем электроснабжения. М.: ФОРУМ-ИНФРА-М 2003
В М. Блок Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. М.: Высшая школа 1980
Основы современной электроэнергетики. Том 2. Современная электроэнергетика. М.: Издательство МЭИ 2010
Неклепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций Учеб. пособие для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат 1989
Журнал «Электроэнергетика»

RGR_№1_Titul.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования
Владимирский государственный университет имени
А. Г. и Н. Г. Столетовых
Кафедра Электротехники и Электроэнергетики
Расчетно-графическая работа
По дисциплине «Электроэнергетика»
На тему: «Разработка схемы выдачи мощности КЭС в сеть»

КЭС 1500 с автотрансформатором.cdw

Схема выдачи мощности
Электротехники и Электроэнергетики