–PAGE_BREAK–
4.2. Выбор схем распределительных устройств
4.2.1. Введение
Согласно нормам технологического проектирования выбор схем РУ определяется напряжением РУ, числом присоединений, мощностью генераторов и наличием аварийного резерва в системе. Намеченные варианты схемы электрических соединений РУ отличаются друг от друга количеством выключателей и порядком соединения элементов схемы: присоединений и выключателей. Критерием оптимальности является минимум приведенных затрат с учетом ущерба от недоотпуска электроэнергии с шин ЭС из-за отказов оборудования РУ. Методика расчета описана в [7].
Капитальные вложения в оборудование РУ определяются стоимостью ячеек выключателей.
Условный недоотпуск электроэнергии:
(4.20)
Для определения вероятности ремонтного режима схемы РУ выявляются элементы, вывод в ремонт которых влияет на надежность схемы. К числу таких элементов относятся выключатели и системы шин, непосредственно соединенные с источниками, то есть с генераторными блоками, поэтому:
, (4.21)
где n — количество ремонтируемых выключателей;
m — количество ремонтируемых систем шин.
С достаточной степенью точности можно ограничиться учетом только первого слагаемого, тогда :
,
а вероятность нормального режима схемы РУ
. (4.22)
За расчетный элемент примем блок генератора, вероятность состояния отказа которого зависит от вероятности отказов элементов РУ:
, (4.23)
Вероятность состояния отказа схемы РУ в нормальном режиме:
, (4.24)
где n — число блоков.
, (4.25)
где m — число ремонтируемых выключателей.
Необходимо учесть также одновременные отказы двух РЭ из-за ненадежности Оборудования РУ в нормальном и ремонтных режимах, когда теряемая мощность равна сумме мощностей двух блоков (генераторов). Вероятность состояния отказа двух РЭ:
(4.26)
Показатели надежности элементов схем в соответствии с [7] представлены в табл. 4.7.
Таблица 4.7.
Показатели надежности элементов
Элемент
Средний параметр потока отказов
,1/год
Среднее время восстановления
Тв, ч
Частота капитальных ремонтов
, 1/год
Продолжительность капитального ремонта
Тр, ч
Относительная частота отказа выключателей при отключении короткого замыкания
а
Трансформатор с высшим напряжением 500 кВ
0,072
220
1
50
–
Трансформатор с высшим напряжением 220 кВ
0,035
60
1
30
–
Сборные шины 500 кВ (на присоединение)
0,013
5
0,166
5
–
Сборные шины 220 кВ (на присоединение)
0,013
5
0,166
3
–
Выключатель воздушный(с разъединителем) 500 кВ
0,170
60
0,200
122
0,003
Выключатель воздушный (с разъединителем) 220 кВ
0,040
55
0,200
122
0,006
Воздушная линия электропередач 500 кВ (на 100 км)
0,210
14,3
3,100
18
–
Воздушная линия электропередач 220 кВ (на 100 км)
0,360
9,3
1,800
24
–
В соответствии с [8] для каждого уровня напряжений намечены наиболее вероятные варианты схем распределительных устройств.
4.2.2. Выбор схемы распределительного устройства 220 кВ
Общее количество присоединений к РУ 220 кВ равно девяти — два энергоблока, два автотрансформатора связи, четыре воздушных линий и резервный трансформатор собственных нужд. В ходе расчета отказы элементов за вторым выключателем не рассматриваются, поскольку .
Вариант I
К рассмотрению принята схема одна секционированая система сборных шин с обходной системой шин. Для повышения надежности и предотвращения потери обоих секций в случаи отказа секционного выключателя, в данной схеме используется два последовательно включенных секционных выключателя. Для уменьшения количества выключателей в РУ между секционными выключателями присоединяется резервный трансформатор собственных нужд.
Вероятность состояния отказа блока 1 в нормальном режиме (время переключенийTп=1ч):
Вероятность состояния отказа блока 2 в нормальном режиме из-за симметрии схемы равна вероятности состояния отказа блока 1.
Вероятность состояния отказа блоков при ремонте (время переключений Тп = 1ч). Время восстановительного ремонта:
ч
Ремонт выключателя 20
При ремонте выключателя 21 для блока 2 аналогично выше приведенному:
Вероятность состояния одновременного отказа двух блоков в нормальном и ремонтном режимах ничтожно мала, так как между блоками находятся три выключателя.
Вероятность ремонтного режима выключателя и соответственно схемы:
Вероятность нормального режима:
Вероятность состояния отказа схемы в нормальном режиме:
Вероятность состояния отказа схемы в ремонтном режиме:
Условный недоотпуск электроэнергии из-за ненадежности оборудования РУ в соответствии с формулой (4.20):
Ущерб от недоотпуска электроэнергии при :
Принимая стоимость ячейки одного выключателя равной 85 тыс.руб., можно рассчитать капитальные вложения в РУ.
Приведенные затраты:
Вариант 2
К рассмотрению принята схема две системы сборных шин с обходной системой шин. Для повышения надежности и предотвращения потери обоих систем сборных шин в случаи отказа шиносоединительного выключателя, в данной схеме используется два последовательно включенных шиносоединительных выключателя. Для уменьшения количества выключателей в РУ между шиносоединительными выключателями присоединяется резервный трансформатор собственных нужд.
Расчет проводится аналогично варианту 1. Результаты расчетов сведены в табл. 4.8.
Таблица 4.8.
Результаты расчетов схем распределительных устройств 220 кВ
Вариант схемы
Одна секционнированая система сборных шин с обходной системой шин
Две системы сборных шин с обходной системой шин
Вероятность состояния отказа блока 1 в нормальном режиме
Вероятность состояния отказа блока 2 в нормальном режиме
Вероятность состояния отказа блока 1 в ремонтном режиме
Вероятность состояния отказа блока 2 в ремонтном режиме
Вероятность ремонтного режима схемы
Вероятность нормального режима схемы
Вероятность состояния отказа схемы в нормальном режиме
Вероятность состояния отказа схемы в ремонтном режиме
Условный недоотпуск электроэнергии из-за ненадежности оборудования РУ, кВт ч
Ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс.руб.
Ущерб от недоотпуска электроэнергии, %
Капитальные вложения в РУ, тыс.руб.
Приведенные затраты, тыс.руб.
Приведенные затраты, %
100,04
варианта находятся в равноэкономической зоне. Предпочтительным выглядит вариант 1, так как в капитальных вложениях учитывается только стоимость ячейки выключателя и их количество, но в варианте 2 большее количество разъединителей, протяженность шинопроводов. Следовательно разница капитальных затрат увеличиться.
Итак окончательно принимаем схему одна секционнированая система сборных шин с обходной.
4.2.3. Выбор схемы распределительного устройства 500 кВ
Общее количество присоединений к РУ 500 кВ равно девяти — четыре энергоблока, два автотрансформатора связи и три воздушных линий.
В качестве рассматриваемых вариантов приняты схемы 3/2 и 4/3. Расчет вариантов схем аналогичен расчету при выборе схемы распределительного устройства 220 кВ. Результаты расчета сведены в табл. 4.9.
Таблица 4.9.
Результаты расчетов схем распределительных устройств 500 кВ
Вариант схемы
4/3
3/2
Вероятность ремонтного режима схемы
Вероятность нормального режима схемы
Вероятность состояния отказа схемы в нормальном режиме
Вероятность состояния отказа схемы в ремонтном режиме
Вероятность состояния отказа 2 блоков в нормальном режиме
Вероятность состояния отказа 2 блоков в ремонтном режиме
Условный недоотпуск электроэнергии из-за ненадежности оборудования РУ, кВт ч
Ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс.руб.
65,85
66,18
Ущерб от недоотпуска электроэнергии, %
100,5
Капитальные вложения в РУ, тыс.руб.
Приведенные затраты, руб.
922,65
1065,78
Приведенные затраты, %
115,5
Итак, по приведенным затратам выбирается вариант со схемой 4/3.
продолжение
–PAGE_BREAK–
4.3. Выбор схемы питания собственных нужд
4.3.1. Общие положения
Схемы рабочего и резервного питания собственных нужд КЭС являются важнейшей частью главной схемы электрических соединений, от которой зависит работа блоков КЭС.
Общие требования к схемам собственных нужд крупных КЭС:
1. Схемы рабочего и резервного питания собственных нужд должны обеспечивать надежную работу отдельных блоков и электрической станции в целом.
2. В схемах собственных нужд при любых режимах работы на станции не должно быть таких узлов, повреждение которых могло бы привести к отключению больше чем одного блока, то есть схема собственных нужд должна быть такой же блочной, как и основная электрическая схема.
3. Схема собственных нужд не должна препятствовать расширению КЭС и не должна требовать при расширении изменения ранее выполненной части схемы собственных нужд.
4. Схема собственных нужд должна быть достаточно экономичной.
4.3.2. Описание схемы питания собственных нужд
Приводы механизмов собственных нужд станции получают питание от РУ собственных нужд. Согласно “Нормам технологического проектирования тепловых электрических станций” (НТП) электродвигатели собственных нужд принимаются в основном асинхронными с короткозамкнутым ротором. Их конструкция относительно проста, поэтому они надежны в работе и несложны в обслуживании.
Напряжение питания крупных электродвигателей (мощностью более или равной 200 кВт) принимается равным 6 кВ, для остальных электродвигателей переменного тока принимается напряжение питания 380 В.
Электроснабжение собственных нужд осуществляется путем отбора мощности от генераторов с помощью понижающих трансформаторов. Резервное питание электродвигателей собственных нужд осуществляется отбором мощности сети 220 кВ при соблюдении условия, что места присоединения цепей резервного питания должны быть независимы от мест присоединения цепей рабочего питания.
Число рабочих ТСН соответствует числу блоков. Подключаются они на ответвлении между генераторным выключателем и повышающим трансформатором. Выбранные ТСН трансформируют напряжение с 20 на 6 кВ, причем обмотка низкого напряжения берется расщепленной для уменьшения токов короткого замыкания на шинах 6 кВ.
Число резервных ТСН зависит от числа блоков, их мощность, от наличия генераторных выключателей. На проектируемой КЭС генераторные выключатели предусмотрены, поэтому для шести блоков 300 МВт, по НТП, необходимо установить два резервных ТСН, питающихся от РУ 220 кВ.
Из соображений резервирования и ограничения токов короткого замыкания ТСН должны иметь одинаковую мощность.
РУ 6 кВ выполняется по схеме с одной секционнированой системой шин. Сборные шины разделяются на секции, исходя из условия, что для каждого блока установлен один котел типа Пп-1000-25-545-ГМ, состоящий из двух корпусов и допускающий их раздельную работу; таким образом, на каждый блок приходится по две секции, которые попарно присоединяются к трансформатору собственных нужд. Каждая секция присоединяется к ТСН через отдельный выключатель.
Питание собственных нужд каждого блока от двух секций дает возможность при отказе или ремонте на одной из секций сохранить в работе блок, хотя бы и при пониженной нагрузке (50 — 60 %). На каждой секции предусматривается ввод автоматически включаемого резервного питания (АВР).
Общестанционная нагрузка по рабочим секциям распределяется равномерно. При этом не выделяются отдельные секции и трансформаторы для питания общестанционной нагрузки.
Для питания шин 0,4 кВ, к которым подключаются мелкие двигатели, электроприемники и прочие нагрузки, необходима установка понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ.
С учетом всех требований и рекомендаций составлена схема питания собственных нужд 6 кВ и 0,4 кВ.
4.3.3. Выбор рабочих и резервного трансформаторов собственных нужд
Мощность рабочего трансформатора собственных нужд блока выбирается на основании подсчетов действительной нагрузки секций, присоединенных к этому трансформатору, с учетом как электродвигателей и ТСН блока, так и общестанционных нужд, которые обслуживают не только данный блок, но и потребителей относящихся ко всей станции в целом.
Для определения мощности ТСН мощность каждого электродвигателя принимается равной мощности на валу. Все электродвигатели — рабочие и резервные — принимаются присоединенными к секции. Для различных групп механизмов вводятся различные поправочные коэффициенты, которые учитывают неодновременность работы, реальную недогрузку электродвигателей, КПД, а также то, что некоторые из этих двигателей являются резервными.
Таким образом, умножая суммарную мощность отдельных групп на данный коэффициент, получают нагрузку на трансформаторах собственных нужд 20 кВ.
С учетом повышения требований надежности, предъявляемых к системе собственных нужд, перегрузка рабочих трансформаторов не допускается.
Расчетная мощность трансформаторов определяется суммой мощностей всех электроприемников, которые присоединены к данному трансформатору. Эта мощность определяется блочной и общестанционной нагрузкой. Состав этих нагрузок представлен в табл. 4.10-4.13
Таблица 4.10
Мощность блочной нагрузки собственных нужд
Наименование механизма
Расчетная мощность на валу, кВт
Каталожная мощность двигателя, кВт
Количество
присоединенных, шт.
работающих, шт.
Питательный электронасос
5500
8000
6
–
Бустерный насос
400
500
18
12
Циркуляционный насос
805
1000
12
12
Мазутный насос
500
500
4
4
Конденсатный насос
250
450
18
12
Насос подъемный эжекторный
500
570
12
6
Сливной насос ПНД
250
320
12
6
Трансформатор блока машинного отделения
1000
1000
12
12
Дутьевой вентилятор
650/290
800/2900
12
12
Дымосос
1880/1150
2000/1150
12
12
Трансформатор блока котельного отделения
1000
1000
6
6
Трансформатор электрофильтра
1000
1000
12
12
Таблица 4.11
Мощность общестанционной нагрузки собственных нужд
Наименование механизма
Каталожная мощность, кВт
Количество
присоединенных, шт.
работающих, шт.
Трансформатор топливного хозяйства
750
2
2
Трансформатор ОСН рабочий
1000
2
2
Трансформатор ОРУ
1000
2
2
Трансформатор ХВО
1000
1
1
Трансформатор ОСН резервный
1000
1
–
Резервный возбудитель
1600
2
2
Резервный трансформатор мазутного хозяйства
1000
1
1
Пожарный насос 1 ст.
250
1
1
Пожарный насос 2 ст.
500
1
1
Насос кислотной промывки
2900
1
1
Трансформатор ЦРМ
1000
3
2
Резервный трансформатор блочный
1000
2
–
Трансформатор вспомогательного корпуса
750
1
1
Резервный трансформатор вспомогательного корпуса
750
1
–
Суммарная блочная нагрузка составляет:
кВт
Максимальная общестанционная нагрузка из расчета на один блок:
кВт
Итого расчетная мощность трансформатора собственных нужд:
Выбирается трансформаторы собственных нужд типа ТРДНС — 25000/35.
Мощность резервных трансформаторов, согласно НТП, должна обеспечивать замену источников питания собственных нужд одного работающего блока. Для блоков с ВГ мощность резервного ТСН равна мощности рабочего ТСН. Таким образом, выбран резервный трансформатор собственных нужд типа ТДТН — 25000/220, присоединенный к РУ 220 кВ и ТРДНС — 25000/35, присоединенный к низшей обмотке АТС.
Расчетная нагрузка трансформаторов второй ступени 6/0,4 кВ складывается из мощностей многочисленных, но мелких электроприемников.
Опираясь на опыт проектирования электростанций, для обеспечения технологического процесса и надежности электроснабжения, предусмотрена установка цеховых трансформаторов собственных нужд 6/0,4 кВ, которые распределяются следующим образом. В зависимости от мощности потребителей на 0,4 кВ блока, на каждом блоке устанавливается 2 или 3 трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 1000 кВА. Один питает потребителей машинного отделения, другие — котельного. Устанавливают также дополнительные трансформаторы для питания нагрузок, расположенных на ОРУ, вентиляторов, системы охлаждения трансформаторов, освещения, компрессоров и.т.д. Резервирование рабочих трансформаторов 6/0,4 кВ осуществляется установкой дополнительных трансформаторов. Основные секции РУ 0,4 кВ питаются от трансформаторов 6/0,4 кВ через автоматические выключатели.
Должна быть обеспечена бесперебойность питания секций и сборок 0,4 кВ. Электродвигатели ответственных секций и сборок 0,4 кВ механизмов собственных нужд питаются от разных секций 0,4 кВ.
Для особо ответственных потребителей предусматриваются отдельные секции, получающие питание и от резервных трансформаторов, и от дизель-генераторов.
4.4. Расчет токов короткого замыкания и выбор коммутационных аппаратов
4.4.1. Введение
Аппараты электроустановок, в том числе РУ электростанций должны удовлетворять всем режимам функционирования соответствующих электроустановок или их отдельных частей: нормальному, ремонтному, аварийному, послеаварийному режимам.
В нормальном режиме все элементы находятся в работе и функционируют в соответствии с запланированными для них нагрузками и качественными показателями.
Ремонтный режим обусловлен выводом оборудования в плановый ремонт. Аварийный режим наступает при внезапном нарушении нормального режима. При выборе аппаратов за расчетный аварийный режим принимается режим короткого замыкания (КЗ). После отключения КЗ наступает послеаварийный режим.
Для проверки аппаратов данного присоединения по аварийному режиму необходимо прежде всего оценить расчетные условия КЗ: составить расчетную схему, наметить места расположения расчетных точек КЗ, определить расчетное время протекания токов КЗ и расчетный вид КЗ.
Расчетная схема — это однолинейная электрическая схема проектируемой электроустановки, в которую включены все источники питания и все возможные связи между ними. Расчет токов КЗ производился на ЭВМ и дан в п приложении 1. Результаты расчета приведены в табл. 4.14 .
Таблица 4.14
Расчетные значения токов КЗ
Точка КЗ
Iк, кА
iуд, кА
В,
Наименование присоединения
К1
10,02
26,55
42,6
ТСН (500 кВ)
К2
58,26
162,95
2376,1
генератор (500 кВ)
К3
11,87
31,22
58,6
шины (500кВ)
К4
13,28
27,15
63,9
ТСН (220 кВ)
К5
58,26
162,95
2376,1
генератор (220 кВ)
К6
17,34
39,43
111,3
шины (220 кВ)
К7
17,21
39,35
109,8
РТСН
4.4.2. Условия выбора коммутационных аппаратов
В соответствии с ГОСТом выбор выключателей осуществляется по следующим условиям:
По номинальному напряжению:
(4.27)
По номинальному току:
Iнорм расч (4.28)
где Uном — номинальное напряжение выключателя, кВ;
Uсети ном — номинальное напряжение сети, которой устанавливается выключатель, кВ;
Iном— номинальный ток выключателя, кА;
Iнорм расч— расчетный ток нормального режима, кА;
kп— нормированный коэффициент возможной перегрузки выключателя при данном продолжительном режиме его работы;
Iпрод расч— расчетный ток продолжительного режима, кА.
Затем выбранный выключатель проверяется по включающей способности по условиям:
Iвкл ³Iпо;
iвкл ³iуд = kуд×Iпо,
где Iвкл — начальное действующее значение периодической составляющей номинального тока включения, кА (под номинальным током включения понимают наибольший ток КЗ, который выключатель способен надежно включить);
Iпо— начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;
iвкл— наибольший пик номинального тока включения, кА
iуд— ударный ток КЗ, кА;
kуд— ударный коэффициент.
После этого выполняется проверка на симметричный ток отключения по условию:
Iоткл ном ³Iпt,
где Iоткл ном — номинальный ток отключения выключателя, кА;
Iпt— периодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения контактов выключателя, кА.
Возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ определяется из соотношения:
ia ном ³iat,
где ia ном = — номинальное значение апериодической составляющей тока отключения, кА;
bн— нормированное процентное содержание апериодической составляющей в токе отключения;
iat— апериодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА
Если расчетное значение апериодической составляющей тока КЗ превышает номинальное значение, а периодическая составляющая тока КЗ в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя меньше номинального тока отключения, то следует сопоставить условные значения полных токов, а именно:
.
Расчетное время отключения выключателя tили tоткл, с,вычисляется как сумма собственного времени отключения выключателя tc в откли 0,01 с в соответствии с выражением:
t= tоткл = 0,01 + tc в откл.
Собственное время отключения выключателя указывают заводы-изготовители. Его определяют от момента подачи команды на отключение до момента начала размыкания дугогасительных контактов.
На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:
Iпр скв ³Iп0;
iпр скв ³iуд,
где Iпр скв— начальное действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока, кА;
iпр скв— наибольший пик предельного сквозного тока, кА.
Условия проверки выключателя на термическую стойкость зависит от соотношения между tтер— предельно-допустимым временем воздействия нормированного тока термической стойкости и расчетным временем отключения выключателя tоткл, определяющим длительность термического воздействия токов КЗ на выключатель. Если tтер ³tоткл, то условие проверки выключателя на термическую стойкость имеет вид:
,
где Iтер— номинальный ток термической стойкости выключателя (равный, как правило, Iоткл ном);
Bк— интеграл Джоуля с пределами интегрирования 0 — , кА2×с.
Если tоткл³tтер, то условие проверки выключателя на термическую стойкость:
.
Разъединители выбираются по следующим условиям:
;
Iнорм расч;
kпIном ³Iпрод расч = Iраб нб;
iдин ³iуд;
, при tтер ³tоткл и , при tоткл³³tтер. продолжение
–PAGE_BREAK–