--PAGE_BREAK--2.3. Технико-экономическое сравнение вариантов схем.
Общие положения методики технико-экономического расчета.
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(∆Wг) 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.)
К – капиталовложения в трансформаторы, автотрансформаторы и коммутационные аппараты.
И – издержки.
У – ущерб от недоотпуска электроэнергии.
2.3.1.1. Расчет капиталовложений для схемы 1:
Рассчитаем капиталовложения в трансформаторы и в автотрансформаторы:
(5)
где, -коэффициент монтажа.
6065000 тыс. руб.
Рассчитаем капиталовложения в РУ:
1324400 тыс. руб. (6)
7389400 тыс. руб. (7)
1.3.1.2. Расчет издержек для схемы 1:
(8)
— издержки на обслуживание КЭС.
— амортизационные издержки.
— издержки на потерю электроэнергии в трансформаторах и автотрансформаторах.
147788 тыс. руб. (9)
472921.6 тыс. руб. (10)
, тыс. руб. (11)
Рассчитаем для автотрансформаторов:
(12)
Рис.6. Суточный график нагрузок трансформаторов Т1-Т4.
Рассчитаем для трансформаторов :
Рассчитаем для трансформаторов :
Потери во всех трансформаторах:
Тогда общие издержки равны:
751183.92 тыс. руб/год.
2.3.1.3. Найдем ущерб от недоотпуска электроэнергии:
(13)
(14)
где:
-число часов установленной мощности генератора.
— вероятность ремонтного состояния блока.
— параметр потока отказов трансформатора.
— среднее время восстановления трансформатора.
— параметр потока отказов генераторного выключателя.
— среднее время восстановления генераторного выключателя.
Для :
8523.45 ч. (15)
(16)
Для :
8523.45ч.
Для :
(17)
534 ч.
187.49 (18)
0,004
Тогда:
2.3.2.1. Расчет капиталовложений для схемы 2
Рассчитаем капиталовложения в трансформаторы и в автотрансформаторы:
7152700 тыс. руб.
Рассчитаем капиталовложения в РУ:
1152300 тыс. руб.
8305000 тыс. руб.
2.3.1.2. Расчет издержек для схемы 2:
166100 тыс. руб.
531520 тыс. руб.
, тыс. руб.
Рассчитаем для автотрансформаторов:
Рассчитаем для трансформаторов :
Рассчитаем для трансформатора :
Потери во всех трансформаторах:
Тогда общие издержки равны:
847548.04 тыс. руб/год.
2.3.1.3. Найдем ущерб от недоотпуска электроэнергии:
Для :
8523.45 ч.
Для :
8523.45ч.
Для :
4160.83 ч.
64.96
0,004
Тогда:
Таблица 5. Результаты технико-экономического расчета.
Вывод: Для дальнейшего расчета выбираем схему 1 т.к она имеет наименьшие приведенные затраты.
2.4. Разработка электрических схем распределительных устройств.
2.4.1. На стороне высокого напряжения (500кВ) рассмотрим два варианта РУ кольцевого типа:
— РУ по схеме «шестиугольник» (рис.1.4.1.1.(а)).
— РУ по схеме «3/2» (рис.1.4.1.1.(б)).
Рис.7. Схемы кольцевого типа.
В схеме «шестиугольник» на 6 присоединений применяется 6 выключателей. Эта схема обладает высокой надежностью и полное погасание РУ практически невозможно. Схемы такого типа применяются в РУ 330-750 кВ.
В схеме «3/2» применяется 3 выключателя на 2 присоединения. Эта схема тоже обладает высокой надежностью, но в ней большее количество выключателей и разъеденителей, однако она более надежна чем первый вариант РУ. Таким образом, на напряжение 500 кВ выбираем схему «3/2».
2.4.2. На стороне ВН (220кВ) выбираем схему РУ с двумя рабочими и обходной системой шин.
Рассмотрим два варианта схем:
Рис. 8. Схема с двумя рабочими и обходной системой шин:
а) – установка отдельных обходного и шиносоединительного выключателей;
б) – схема с совмещенным обходным и шиносоединительным выключателем.
При необходимости использования ШСОВ по прямому назначению надо отключить его, разделив тем самым рабочие системы шин, затем отключить разъединитель Р и воспользоваться обходным выключателем.
Если размыкание шин недопустимо вследствие возможности нарушения параллельной работы источников питания, то предварительно переводят все присоединения на одну систему шин. Чем больше присоединений к СШ, тем больше операций необходимо произвести для освобождения обходного выключателя и тем больше времени он будет занят для замены выключателей присоединений, поэтому отказ от отдельного шиносоединительного выключателя допускается при числе присоединений не более семи и мощности агрегатов меньше 160МВт.
Установка отдельного ШСВ обеспечивает большую оперативную гибкость, но увеличивает капитальные затраты.
Недостатки схемы с двумя рабочими и обходной системами шин следующие:
Отказ одного выключателя при аварии приводит к отключению всех источников питания и линий, присоединенной к данной СШ, а если в работе находится одна СШ, отключаются все присоединения
Ликвидация аварии затягивается, т.к. все операции по переходу с одной системы шин на другую производятся разъединителями.
Если источниками питания являются мощные блоки турбогенератор-трансформатор, то пуск их после сброса нагрузки на время более 30 мин. может занять несколько часов;
повреждение ШСВ 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
Вывод: выбираем первый вариант схемы т.к. в схеме с объединенным ШСОВ надежность ниже. При эксплуатации такой схемы с большой вероятностью возможны ошибочные переключения разъединителями, производимые обслуживающим персоналом.
Установка отдельного ШСВ обеспечивает большую гибкость схемы.
2.5. Расчет токов КЗ
Расчеты токов к.з. производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки вставок релейной защиты и автоматики.
Расчет токов при трехфазном к.з. выполняется в следующем порядке:
1. Для рассматриваемой энергосистемы составляется расчетная схема. Под расчетной схемой понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток К.З.
2. По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения. Схемой замещения называют электрическую схему, соответствующую по исходным данным расчетной схеме, но в которой все магнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими.
3. Путем постепенного преобразования приводят схему замещения к наиболее простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующиеся определенным значением результирующей Э.Д.С. Ерез, были связаны с точкой к.з. одним результирующим сопротивлением Xрез. Точки к.з. указывают на расчетной схеме в коммутационных узлах всех напряжений, для которых необходимо рассчитать токи к.з. Расчетную точку к.з. намечают для аппаратов и проводников присоединения каждого вида. Ее месторасположения выбирают таким образом, чтобы через проверенное оборудование протекал наибольший возможный ток к.з., который и является расчетным.
4. Зная результирующую Э.Д.С. источника и результирующее сопротивление, по закону Ома определяют начальное значение периодической составляющей тока к.з. Iп.о, затем определяется ударный ток и, при необходимости, периодическая и апериодическая составляющие тока к.з. для заданного момента времени t.
2.5.1. Схема замещения цепи имеет вид:
Рис. 9. Схема замещения исходной цепи.
2.5.2. Произведем расчет сопротивлений в о.е., относительно базовой мощности :
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
Расчет см. в Приложении 1.
2.5.3. Расчет токов КЗ относительно т. К1:
Таблица 6. Расчет токов КЗ в т.К1.
2.5.4. Расчет токов КЗ относительно т. К2:
Таблица 7. Расчет токов КЗ в т.К2.
2.5.5. Расчет токов КЗ относительно т. К3:
Таблица 8. Расчет токов КЗ в т.К3.
2.5.6. Расчет токов КЗ относительно т. К4:
Таблица 9. Расчет токов КЗ в т.К4.
2.5.7. Расчет токов КЗ относительно т. К5:
Таблица 10. Расчет токов КЗ в т.К5.
продолжение
--PAGE_BREAK--Токи к.з. с учетом подпитки от двигателей:
Нормальный режим
(34)
где
(35)
2.6. Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей.
2.6.1. Выбор выключателей и разъединителей. Общие условия выбора выключателей
1. Номинальное напряжение электроустановки Uуст. меньше или равно номинальному напряжению Uном. выключателя, т.е.:
Uуст ≤ Uном; (36)
2. Ток утяжеленного режима меньше или равен номинальному току выключателя, т.е.
Iутяж ≤ Iном; (37)
3. Начальное значение периодической составляющей тока к.з. меньше или равно действующему значению тока электродинамической стойкости, т.е.
Iп‚о ≤ Iэд; (38)
4. Ударный ток к.з. меньше или равен амплитудному значению тока электродинамической стойкости, т.е.
iуд ≤ Iэд,max; (39)
5. Импульс квадратичного тока меньше или равен номинальному импульсу квадратичного тока, определяемого квадратом тока термической стойкости и временем его протекания, т.е.
B ≤ IІтерм∙tтерм; (40)
6. Действующее значение периодической составляющей тока к.з. в момент расхождения контактов меньше или равно номинальному току отключения выключателя, т.е.
Iп,τ ≤ Iотк; (41)
7. Полный ток к.з. к моменту расхождения контактов меньше или равен номинальному ассиметричному току отключения, т.е.
(√2Iп,τ+iа,τ)≤√2Iоткл(1+βном); (42)
где, βном. – номинальное относительное содержание апериодической составляющей.
Общие условия выбора разъединителей
1. Номинальное напряжение электроустановки меньше или равно номинальному напряжению разьединителя, т.е.:
Uуст. ≤ Uном.; (43)
2. Ток утяжеленного режима меньше или равен номинальному току разьединителя, т.е.:
Iутяж. ≤ Iном.; (44)
3. Ударный ток меньше или равен току электродинамической стойкости, т.е.;
iуд.max ≤ iэд.max; (45)
4. Импульс квадратичного тока к.з. меньше или равен номинальному импульсу квадратичного тока:
B≤IІтер.·tІтер.. (46)
2.6.1. Выбор выключателей и разъединителей в цепи высокого напряжения 500кВ.
(47)
Для автотрансформаторов:
(48)
Тепловой импульс:
Выбираем элегазовый выключатель наружной установки марки ВГБУ-500-40/3150У1. Выбираем горизонтальный разъединитель для наружной установки марки РНДЗ-2-500/3200У1.
Таблица 11. Выбор выключателей и разъединителей в цепи высокого напряжения 500кВ.
Расчётные
Данные
Каталожные данные
Выключатель
ВГБУ-500-40/3150У1
Разъединитель
РНДЗ-2-500/3200У1
UУСТ=500 кВ
UНОМ = 500кВ
UНОМ = 500 кВ
ImaxГ= А
ImaxАТС= 577,35 А
IНОМ = 3150 А
IНОМ = 3200 А
Iп.t= 15,8 кА
IОТКЛ.НОМ = 50 кА
-
iа.t= 14,1 кА
39,6кА
-
IПО= 16,77 кА
Iдин = 40 Ка
Iвкл.ном. = 102 кА
-
iуд= 45,66 кА
iдин = 102 кА
iпр.с = 160 кА
ВК=27.64 кА2×с
IТЕР2×tTЕР = 402×2=3200 кА2×с
IТЕР2×tTЕР=632×2=7938кА2×с
2.6.2. Выбор выключателей и разъединителей в цепи 220 кВ.
Для автотрансформаторов:
Тепловой импульс:
Выбираем выключатель наружной установки марки ВГБ-220-40/3150У1. Выбираем разъединитель для наружной установки марки РНДЗ-1-220/2000У1.
Таблица 12. Выбор выключателей и разъединителей в цепи напряжения 220 кВ.
Расчётные
Данные
Каталожные данные
Выключатель
ВГУ-220-40/3150У1
Разъединитель
РНДЗ-1-220/2000У1
UУСТ=220 кВ
UНОМ = 220 кВ
UНОМ = 220 кВ
ImaxГ= А
ImaxАТС= 1312.16 А
IНОМ = 3150 А
IНОМ = 2000А
Iп.t= 35,81 кА
IОТКЛ.НОМ = 50 кА
-
iа.t= 15,06 кА
35,35кА
-
IПО= 38,65 кА
Iдин = 50кА
Iвкл.ном. = 128 кА
-
iуд= 99,10 кА
iдин = 128 кА
iпр.с = 100 кА
ВК= 236.44 кА2×с
IТЕР2×tTЕР = 502×3=7500 кА2×с
IТЕР2×tTЕР=402×1=1600кА2×с
2.6.3. Выбор выключателей в цепи с.н. 6,3 кВ:
Тепловой импульс:
Выбираем ячейки КРУ с выключателями типа ВВЭ-10-5000-63У3
Таблица 13. Выбор выключателей в цепи с.н. 6,3 кВ.
2
.6.2. Выбор проводников.
Условия выбора
Сборные шины 500 кВ и токоведущие части от трансформатора до сборных шин 500 кВ.
Сборные шины 220 кВ и токоведущие части от трансформатора до сборных шин 220 кВ.
Согласно п.1.3.28 ПУЭ сборные шины и ошиновка в пределах ОРУ выбираются по нагреву (по допустимому току наиболее мощного присоединения), так как блочный трансформатор не может быть нагружен мощностью большей чем мощность генератора:
Тип проводника, его параметры
Один провод в фазе АС-700
Выбираем 3хАС-400
Проверка шин на термическое действие тока КЗ
Не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе
Проверка по условиям коронирования
Условие выполняется
2.6.2.1. Выбор сборных шин и ошиновки на напряжение 500 кВ и 220 кВ.
500 кВ Д=6 м.
220 кВ Д=4 м.
Для одного провода:
Условие 1,07Е
Для расщепленного провода:
Тогда:
Условие 1,07Е
Тогда:
Условие выполняется
2.6.2.2. Выбор токопроводов.
Таблица 15. Выбор токопроводов
2.7. Выбор измерительных трансформаторов.
2.7.1 Выбор трансформаторов тока.
2.7.1.1. В цепи генератора ТГВ—800-2УЗ:
Таблица16. Вторичная нагрузка трансформатора тока.
Прибор
Тип прибора
Нагрузка от измерительных приборов в фазах, ВА
А
В
С
Вольтметр показывающий
Варметр.
Амперметр показывающий
Расчетный счетчик
Ваттметр регистрирующий.
Амперметр регистрирующий
Датчик активной мощности
Датчик реактивной мощности.
Д 335
Д 335
Э 335
ЦЭ6807Б-1
Н 3180
Н 344
Е 829
Е 830
0,5
0,5
0,5
2,5
10,0
---
5,0
---
---
---
0,5
---
---
10
---
5,0
0,5
0,5
0,5
2,5
10,0
---
5,0
---
Итого:
19,0
15,5
19,0
Т.к. участок от вывода генератора до вводов трансформатора выполнен комплектным токопроводом, выбираем встроенные ТТ серии ТШВ.
К установке принимаем трансформатор тока типа ТШВ-24-24000/5. Вторичная номинальная нагрузка в классе точности 0,5 составляет Z2ном=4 Ом.
Таблица17. Сравнение данных.
Расчетные данные
Каталожные данные
Uуст.=24 кВ
Imax.= 23832.83 А
Вк = кА2×с
Uном. =24 кВ
Iном. =24000А
Общее сопротивление проводов.
rприб. = Sприб. ⁄ ІІ2= 19,0 ⁄ 25 = 0,76 Ом;
Сопротивление контактов примем 0,1 Ом, тогда сопротивление соединительных проводов :
Zпр.= Z2ном. – Zприб. – rкон. = 4 — 0,76 — 0,1 = 3,14 Ом ;
Принимая длину соединительных проводов с медными жилами 40 м;
q= ρ · lрасч. ∕ rпр. = 0,0175 ∙ 40 ∕ 3,14 = 0,22 ммІ;
принимаем контрольный кабель АКВРГ с жилами сечением 4ммІ;
В РУ 220 и 500 кВ устанавливаем встроенные в вводы выключателей ТТ:
Для 220 кВ: ТВ-220.
Для 500 кВ: ТВ-500.
2.7.2. Выбор трансформаторов напряжения.
Аналогично ТТ выбираем встроенные в комплектный экранированный токопровод три однофазных трансформатора напряжения ЗНОМ-24.
Проверим их по вторичной нагрузке:
Таблица18. Перечень измерительных приборов.
Прибор
Тип
Sодной обмотки
Число обмоток
cos(φ)
sin(φ)
Число приборов
Общая мощность
P,Вт
Q, В·А
Вольтметр
Ваттметр
Варметр
Датчик акт.мощн.
Датчик реакт.мощн.
Счётчик акт.эн-ии.
Ваттметр рег-ий
Вольтметр рег-ий
Частотометр
Э-335
Д-335
Д-335
Е-829
Е-830
И-680
Н-348
И-344
Э-372
2
1.5
1.5
10
10
2 Вт
10
10
3
1
2
2
―
―
2
2
1
1
1
1
1
1
1
0.38
1
1
1
0.925
1
2
1
1
1
1
1
1
2
2
6
3
10
10
4
20
10
6
―
―
―
―
―
9.7
―
―
―
Итого
71
9.7
Вторичная нагрузка:
Выбранный трансформатор ЗНОМ-24 имеет номинальную мощность 75 В·А в классе точности 0.5, необходимом для присоединения счётчиков. Таким образом для трёх однофазных трансформаторов напряжения получаем:
=> трансформаторы будут работать в выбранном классе точности.
Для остальных ступеней напряжения принимаем к установке ТН :
— 500 кВ марки НКФ – 500 – 78,
— 220 кВ марки НКФ – 220 – 58.
продолжение
--PAGE_BREAK--