Выбор схем распределительных устройств

 

Особенности исходных условий РУ позволяют сформулировать общие требования, которым они должны удовлетворять [1.2.8]:

1. Ремонт выключателей напряжением 110 кВ и выше должен производиться без отключения присоединений.

2. Отключение воздушных линий должно осуществляться не более чем двумя выключателями, отключение повышающих трансформаторов, трансформаторов связи, трансформаторов собственных нужд производится, как правило, не более чем тремя выключателями.

3. При питании от РУ двух пускорезервных трансформаторов собственных нужд должна быть исключена потеря обоих трансформаторов при повреждении или отказе любого выключателя, в том числе секционного или шиносоединительного.

4. На электростанциях с блоками 300 МВт и более повреждение любого выключателя, кроме секционного и шиносоединительного, не должно приводить к отключению более одного блока. На ТЭЦ с агрегатами меньшей мощности допускаемое число и мощность отключаемых агрегатов при повреждении любого выключателя определяется условиями устойчивой работы и надежностью электро- и теплоснабжения потребителей.

НТП тепловых электростанций [7] рекомендуют:

1. РУ генераторного напряжения выполняются, как правило, с одной системой шин с применением КРУ и групповых сдвоенных реакторов для питания потребителей и подключением к секции не более одного генератора. Возможно питание потребителей с помощью ответвлений от генераторов без их параллельной работы на шинах генераторного напряжения.

2. Для РУ 35-220 кВ с малым количеством присоединений (не более 4-6) без дальнейшего расширения возможно применение упрощенных схем и схем многоугольников.

3. Для РУ 35-220 кВ с большим количеством присоединений могут применяться схемы:

- с двумя основными и третьей обходной системами шин с одним выключателем на цепь (для РУ 35 кВ обходная система шин не предусматривается);

- с одной секционированной основной и обходной системами шин (для РУ 35 кВ обходная система шин не предусматривается);

- блочные схемы генератор-трансформатор-линия.

4. Для РУ 330-750 кВ применяются схемы:

- блочные генератор-трансформатор-линия, в том числе с уравнительным обходным многоугольником;

- с двумя системами шин с 4 выключателями на 3 цепи (схема – «4/3»);

- с двумя системами шин с 3 выключателями на 2 цепи (схема – «3/2»);

- с одним или двумя многоугольниками с числом присоединений к каждому до 6 включительно, объединенных двумя перемычками с выключателями.

В РУ с двумя основными и третьей обходной системами шин при числе присоединений менее 12 – системы шин не секционируются; при числе присоединений 12-16 секционируется одна система шин и при большем числе присоединений секционируются обе системы шин. При секционировании обходной выключатель может совмещаться с шиносоединительным.

В схеме «3/2» системы шин секционируются через 3-4 цепочки, а в схеме «4/3» - через 2-3 цепочки.

Возможно применение и других схем при достаточном обосновании.

Рассмотрим изложенное выше на двух примерах, приведенных в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Примеры проектирования электрической части станции

 

1. Исходные данные и анализ задачи.
1.1. Исходные данные.
Пример №1	Пример №2
Разработка электрической части ТЭЦ-285 МВт; уголь; турбины 1xР-50-130; 3xПТ-60-130; напряжения выдачи: , ; ; ; ; ; .	Разработка электрической части КЭС-960 МВт; газ-мазут; турбины 6xК-160-130; напряжения выдачи: , ; ; ; ; ; .
1.2. Анализ задачи.
Из таблицы 1.2 имеем основные данные турбин: турбина с противодавлением Р-50-130 имеет , ,отбор производственный, давление пара – 130 кг/см2; конденсационная турбина ПТ-60-130 имеет , , давление пара – 130 кг/см2, отбор производственный и теплофикационный. Таким образом, ТЭЦ предназначена для выработки тепловой энергии для производственных и теплофикационных целей и выработки электрической энергии для покрытия местной нагрузки 90/70 МВт на генераторном напряжении и передачи остальной по двум линиям длиной 100 км в прилегающую систему мощностью на напряжении 220 кВ. Поскольку давление пара всех турбин одинаково, то выполняем ТЭЦ с поперечными связями по пару для повышения надежности теплоснабжения, а так как местная нагрузка составляет около 35 % электрической мощности, то выбираем комбинированную схему выдачи мощности, т.е. часть генераторов подключаем к РУ генераторного напряжения, а остальные к РУВН по блочному принципу в электрической части.	Из таблицы 1.2 имеем основные данные турбины: конденсационная турбина К-160-130 имеет , , давление пара – 130 кг/см2 без производственного и теплофикационного отбора. Разрабатываемая КЭС предназначена только для выработки электрической энергии с целью покрытия нагрузки в местных электрических сетях 220/180 МВт на напряжении 110 кВ и передачи остальной мощности в систему мощностью и относительным сопротивлением по двум линиям длиной 300 км на напряжении 330 кВ. Такую станцию целесообразно построить по блочному принципу, как в электрической, так и в тепловой части с распределением блоков между РУСН и РУВН.

Продолжение таблицы 2.7

 

1.3. Выбор генераторов.

По табл.1.5 выбираем турбогенераторы. Для обоих типов турбин выбираем турбогенератор типа ТВФ-63-2 с форсированным водородным охлаждением, имеющий следующие данные: , , , , , , , . По ГОСТ 533-85 мощность ТГ в длительном максимальном режиме при и повышенном давлении водорода (2,5 вместо 2 кг/см2). Таким образом, установленная электрическая мощность ТЭЦ равна 4x63=252 МВт. Максимальная полная мощность собственных нужд на один турбогенератор по (14) , где по табл.1.3 для ТЭЦ на пылеугольном топливе. Количество линий для передачи энергии местным потребителям с шин ГРУ генераторного напряжения 10,5 кВ определяется по выражению (1) , где -пропускная мощность кабельной линии (КЛ) по табл. 1.4. Таким образом, в результате анализа исходных и некоторых вторичных данных имеем расчетную схему станции.

По табл.1.5 выбираем турбогенераторы. Для турбин К-160-130 выбираем турбогенератор типа ТВВ-160-2 с водородно-водяным охлаждением, имеющий следующие данные: , , , , , , , . Установленная электрическая мощность КЭС равна 6x160=960 МВт, т.е. равна тепловой мощности станции. Максимальная полная мощность собственных нужд на один турбогенератор по (14) , где по табл.1.3 для КЭС на газомазутном топливе. Количество линий для передачи энергии местным потребителям с шин РУСН 110 кВ определяется по выражению (1) , где - пропускная мощность воздушной линии (ВЛ) по табл. 1.4. Таким образом, в результате анализа исходных и некоторых вторичных данных имеем расчетную схему станции.

Продолжение таблицы 2.7

 

2. Разработка главной схемы электрических соединений станции.
2.1. Выбор структурной схемы станции.
На основании результатов раздела 1 на проектируемой станции вся вырабатываемая энергия выдается на двух напряжениях: с ГРУ 10,5 кВ – местным потребителям и с РУВН 220 кВ в прилегающую систему. Как было показано ранее, наиболее подходящей будет комбинированная структурная схема – рис.2.1,б, хотя возможна схема с присоединением всех генераторов на ГРУ - рис.2.1,а. В этом случае уменьшается количество трансформаторов, что является преимуществом, но усложняется схема ГРУ (кольцо), увеличится мощность трансформаторов связи и, главное, возрастают токи короткого замыкания в ГРУ, что приведет к удорожанию конструкции и электрических аппаратов. Поэтому принимаем схему рис.2.1,б. Для надежной связи ГРУ и РУВН и повышения надежности теплоснабжения принимаем два трансформатора связи. Исходя из максимально выдаваемой мощности с ГРУ и рекомендаций НТП к шинам ГРУ необходимо подключить 2 или 3 генератора. Для уменьшения операций высоковольтными выключателями для генераторов, включаемых по блочной схеме, устанавливаем генераторный выключатель, что повышает надежность в системе собственных нужд. При подключении к ГРУ 2 генераторов, выдаваемая мощность на шины ГРУ в нормальном режиме по (2) , в ремонтном режиме при останове одного генератора по (3) . Переток мощности в нормальном и ремонтном режимах при максимальном и минимальном потреблении по выражениям (4-7):	На основании результатов раздела 1 на проектируемой станции вся вырабатываемая энергия выдается на двух напряжениях: с РУСН 110 кВ – местным потребителям и с РУВН 330 кВ в прилегающую систему. Как было показано ранее, наиболее приемлемой является блочный принцип построения станции, как в тепловой, так и в электрической части по схеме 2.2.,а. Однако возможна и схема (рис.2.2,в) с объединенными блоками, т.к. их мощность соизмерима с резервом в прилегающей системе. Объединение блоков позволяет уменьшать количество высоковольтных выключателей и упростить схему РУ повышенных напряжений, хотя увеличивает потерянную мощность при некоторых повреждениях. Для надежной связи РУСН и РУВН в соответствии с рекомендациями НТП принимаем к установке два автотрансформатора связи. Исходя из максимальной выдаваемой мощности с РУСН 220 МВт, к этому РУ необходимо подключить 1 или 2 единичных блока Г-Т. Для уменьшения операций высоковольтными выключателями и повышения надежности электроснабжения собственных нужд устанавливаем в блоках генераторный выключатель. При подключении к РУСН 2 генераторов, выдаваемая мощность на шины РУСН в нормальном режиме по (2) , в ремонтном режиме при останове одного генератора по (3) . Переток мощности в нормальном и ремонтном режимах при максимальном и минимальном потреблении по выражениям (4-7):

Продолжение таблицы 2.7

 

Таким образом, при подключении 2 генераторов к шинам ГРУ максимальный переток мощности получается в нормальном режиме при минимальном потреблении . Если подключить на ГРУ 3 генератора, то максимальный переток также будет в этом режиме (расчет не производится) и будет составлять 120,4 МВА, т.е. с точки зрения минимума возможного перетока мощности первый вариант предпочтительней и поэтому выбираем его основным.	Таким образом, при подключении 2 генераторов к шинам РУСН максимальный переток мощности получается в нормальном режиме при минимальном потреблении . Если подключить на РУСН 1 генератор, то максимальный переток будет в ремонтном режиме при максимальном потреблении (расчет не производится) и будет составлять 258,8 МВА, т.е. с точки зрения минимума возможного перетока мощности первый вариант предпочтительней и поэтому выбираем его основным.
2.2. Выбор силовых трансформаторов (автотрансформаторов).
Выбор трансформаторов связи проводим по максимальному перетоку, определенному в предыдущему разделе. Номинальная мощность трансформатора связи при нормальном режиме (8-9) , где - коэффициент систематической перегрузки. Если возможно частое отключение одного из трансформаторов, то , где - коэффициент аварийной кратковременной перегрузки. По табл.2.1-2.6 по найденной мощности и напряжению ВН – 220 кВ выбираем трансформаторы связи типа ТРДН-40000-220/11-трехфазный трансформатор с расщепленной вторичной обмоткой, с дутьем и РПН, имеющий	Выбор автотрансформаторов связи проводим по максимальному перетоку мощности, определенному в предыдущему разделе. Номинальная мощность автотрансформатора связи при нормальном режиме (8-9) , где - коэффициент систематической перегрузки. По найденной мощности, напряжениям РУВН-330 кВ и РУСН-110 кВ по табл.2.1-2.6 выбираем автотрансформаторы связи типа АТДЦТН-125000/330/115/38,5 - автотрансформатор трехфазный с дутьем и принудительной циркуляцией масла, трехобмоточный с РПН, имеющий основные данные: , , , ,

Продолжение таблицы 2.7

 

основные данные: , , , , расщепленные обмотки включены параллельно. Выбор блочных трансформаторов производится по мощности генератора за вычетом расхода на собственные нужды по (13) Поскольку блок подключается к РУВН 220 кВ, то по найденной мощности для данного напряжения выбираем по табл.2.1-2.6 блочный трансформатор типа ТДЦ-80000/220/10,5 – трехфазный двухобмоточный с дутьем и принудительной циркуляцией масла, имеющий основные данные: , , , .	, , . При отключении одного АТ второй будет работать с перегрузкой , что вполне допустимо. Выбор блочных трансформаторов производится по мощности генератора за вычетом расхода на собственные нужды по (13) и напряжениям генератора и РУ, к которым подключается блок. Блочный трансформатор, подключаемый к РУСН 110 кВ по табл.2.1-2.6 типа ТДЦ-200000/110/18 – трехфазный двухобмоточный с дутьем и принудительной циркуляцией масла, имеющий основные данные: , , , . Блочный трансформатор РУВН 330 кВ по табл.2.1-2.6 типа ТДЦ-200000/330/18 – трехфазный двухобмоточный с дутьем и принудительной циркуляцией масла, имеющий основные данные: , , , .
Выбор трансформаторов собственных нужд.
Рабочие ТСН имеют первичное напряжение, равное напряжению генератора, а вторичное – напряжению первой ступени в системе собственных нужд, которое принимаем 6,3 кВ, мощность . По табл.2.1-2.6 выбираем рабочий ТСН типа ТДНС-10000/10,5/6,3 – трехфазный двухобмоточный с дутьем и РПН, имеющий основные данные: , , , . Так как ТЭЦ с поперечными связями по пару и число рабочих ТСН не превышает 6, то выбираем один резервный трансформатор – РТСН такой же мощности как рабочий ТСН и подключаем	Рабочие ТСН, подключаемые между генератором и блочным трансформатором, имеют первичное напряжение, равное генераторному. Вторичное напряжение это напряжение первой ступени в системе СН, которое принимаем 6,3 кВ, а мощность . По табл.2.1-2.6 выбираем рабочий ТСН типа ТДНС-10000/18/6,3 – трехфазный двухобмоточный с дутьем и РПН, имеющий основные данные: , , , . Так как на станции приняты блоки с генераторным выключателем и число блоков равно 6, то принимаем один резервный трансформатор собственных нужд

Продолжение таблицы 2.7

 

его к отпайке обмотки НН трансформатора связи. Тогда выбираем РТСН типа ТДНС-10000/10,5/6,3, имеющий те же данные, что и рабочий ТСН.	такой же мощности как рабочий ТСН, подключенный к третичной обмотке автотрансформатора связи с целью экономичности и один в холодном резерве генераторного напряжения, т.е. как рабочий ТСН. Подключаемый РТСН по табл.2.1-2.6 – типа ТМН-10000/35/6,3 – трехфазный двухобмотчный с естественным масляным охлаждением и РПН, имеющий основные данные: , , , .
2.3. Выбор способов ограничения токов короткого замыкания.
Для ограничения токов короткого замыкания на шинах генераторного напряжения – ГРУ, которое, как правило, выполняется по схеме одиночная секционированная система шин, необходимо установить секционный реактор. Для ограничения токов короткого замыкания в присоединениях местных потребителей с целью снижения параметров коммутационной аппаратуры и обеспечения термической стойкости кабельных линий устанавливаем групповые сдвоенные реакторы.	Так как станция выполняется по блочному принципу и на стороне повышенных напряжений сам блочный трансформатор является ограничителем токов короткого замыкания, то специальных средств ограничения можно не предусматривать. В генераторной цепи сам генератор и аппаратура, в том числе и комплектный токопровод, также рассчитаны на токи короткого замыкания без ограничений. Для ограничения токов однофазного короткого замыкания в сети 110 кВ предусматриваем возможность частичного разземления нейтралей блочных трансформаторов, подключаемых к РУСН 110 кВ.
2.4. Выбор схем распределительных устройств.
В распредустройстве генераторного напряжения – ГРУ выбираем схему одиночную секционированную систему шин с числом секций, равным числу подключаемых генераторов, т.е. с двумя секциями. В РУВН 220 кВ в соответствии с расчетами имеем 6 присоединений: 2 трансформатора связи, 2 блочных трансформатора и 2 линии, соединяющих станцию с системой. Учитывая возможность расширения и рекомендации НТП, принимаем схему: две системы шин и обходная система шин с отдельными	В распредустройстве среднего напряжения – РУСН 110 кВ в соответствии с расчетами имеем 10 присоединений: 2 блочных трансформатора, 2 автотрансформатора связи, 6 линий потребителей. Учитывая рекомендации НТП, принимаем схему две несекционированные рабочие системы шин и обходная система шин с отдельными обходным и шиносоединительным выключателями. В РУВН 330 кВ в соответствии с расчетами имеем 8 присоединений: 4 блочных трансформатора, 2 автотрансформатора

Продолжение таблицы 2.7

 

обходным и шиносоединительным выключателями.

связи, 2 линии связи с системой. В соответствии с рекомендациями НТП принимаем схему «3/2» - две рабочие системы шин и 3 выключателя на 2 присоединения, т.е. всего 4 цепочки из 3 выключателей или всего 12 выключателей. Если применить объединенные блоки, то число присоединений уменьшится до 8, а число выключателей при схеме «3/2» до 9, а можно уменьшить и до 6, если блоки и линии подключить по схеме «3/2», а автотрансформаторы по схеме «АТ - шины».