Некомерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы №1

для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2009 

СОСТАВИТЕЛИ : Г.Х. Хожин, С.Е.Соколов, Р.М. Кузембаева.Электрические станции и подстанции. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы № 1 для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика – Алматы: АИЭС, 2009. – 16 с. 

         В представленной работе содержатся методические указания по выбору силовых трансформаторов (автотрансформаторов), по расчету годовых потерь энергии в трансформаторах, по выбору структурной схемы электростанции. Дан конкретный пример расчета годовых потерь энергии в трансформаторах и по выбору структурной схемы ТЭЦ.

         Методические указания предназначены для выполнения расчетно-графической работы № 1 по дисциплине «Электрические станции и подстанции» студентам специальности 050718 – Электроэнергетика.

        

Введение  

         При выполнении расчетно - графической работы (РГР) №1 по дисциплине «Электрические станции и подстанции» студент осваивает методы и приемы проектирования электрической станции с использованием ЭВМ, применяя знания, полученные из теоретического курса, приобретает навыки работы с технической и справочной литературой.

         РГР, для которой предназначены данные методические указания, является этапом для выполнения последующих самостоятельных работ по специальным дисциплинам и дипломных проектов. Особое внимание в этой РГР должно быть уделено вопросам выбора структурных схем электростанций, силовых трансформаторов и технико-экономическим расчетам при определении наиболее целесообразного варианта структурной схемы.

        

         1 Цель и задачи РГР

 

         Целью работы является закрепление теоретических знаний и развитие у студентов самостоятельности в решении поставленных задач, приобретение практических навыков работы с технической литературой, нормативными и техническими условиями и ЭВМ.

         Задачи РГР:

         - выбор типа, количества и мощности трансформаторов;

- расчет годовых потерь энергии в трансформаторах;

         - выбор принципиальной (структурной) схемы станций;

         - выполнение чертежа принципиальной схемы электрических соединении ТЭЦ.

 

         2 Объем и содержание РГР

 

         РГР состоит из расчетно-пояснительной записки со структурной схемой электрических соединений электростанции.

 

         2.1 Исходные данные

 

         Исходные данные для выполнения РГР представлены в РГР по дисциплине «Электроэнергетика», где задаются:

         - тип станции и вид топлива;

         - число и мощность генераторов на станции;

         - наличие электрических нагрузок, их напряжение и мощность;

         - число и напряжение линий электропередачи, связывающих станцию с энергосистемой;

         - графики выработки мощности генераторами ТЭЦ и нагрузки на напряжении 35 кВ;

         - баланс мощностей для двух вариантов;

         - варианты заданий к выполнению РГР.

        

         2.2 Расчетно-пояснительная записка

 

         Расчетно-пояснительная записка в объеме 25-30 страниц выполняется в ясной и сжатой формате на стандартных листах форматом А-4 (210х297). В записке должны быть приведены все расчеты и кратко изложены основные, принципиальные положения, поясняющие принятые в работе решения.

         Содержание расчетно-пояснительной записки:

         2.2.1 Выбор числа и мощности трансформаторов (автотрансформаторов) связи.

         2.2.2 Расчет годовых потерь энергии в трансформаторах;

         2.2.3 Технико-экономическое сравнение вариантов структурных схем и выбор целесообразного варианта.

         2.2.4 Выбор электрических схем распределительных устройств электростанции.

         2.2.5 Принципиальная схема электрических соединений выполняется на одном листе формата А-3 или А-2 в условных графических обозначениях в соответствии со стандартом. На принципиальной схеме должны быть показаны все генераторы, трансформаторы (автотрансформаторы), рабочие и резервные трансформаторы, собственных нужд, сборные шины РУ всех напряжений и отходящие от них линии, выключатели и разъединители, схемы соединений обмоток силовых трансформаторов (автотрансформаторов) [5.6].

 

         3 Выбор трансформаторов на электростанциях

 

         Выбор трансформаторов (автотрансформаторов) заключается в выборе типа, количества, номинальной мощности, которые определяются величиной перетока мощности в нормальном и аварийном режимах с учетом категорийности потребителей, питающихся от сборных шин РУ электростанции.

         Рекомендации по выбору трансформаторов согласно [2-8] приведены ниже.

         3.1 При питании потребителей первой и второй категории от шин генераторного напряжения электростанции необходимо устанавливать не менее двух трансформаторов (автотрансформаторов) (в РГР принять все потребители – I и II категории).

         3.2 При наличии трех напряжений необходимо стремиться к применению трехобмоточных трансформаторов, но принимая во внимания технико-экономические преимущества автотрансформаторов, целесообразно применять по – возможности, вместе с трехобмоточными трансформаторами автотрансформаторы (110 кВ и выше). 

         3.3 Выбор мощности трансформаторов произвести с учетом аварийных перегрузок на 40%.

         3.4 При блочном соединении генератора и трансформатора определяется [4]:

                                                                                (3.1)  

         где   – установленнная мощность генератора блока, МВА;

                – нагрузка собственных нужд при максимальной нагрузке генератора, МВА.

 

         Номинальная мощность автотрансформатора блока определяется как:

 

                          ,                               (3.2)    

       где – коэффициент типовой мощности или коэффициент выгодности автотрансформатора, определяемый по напряжениям высокой –  и средней -   обмоток:

                                                                 (3.3) 

         3.5 На электростанциях со сборными шинами генераторного напряжения (обычно это – ТЭЦ) суммарная мощность трансформаторов в нормальном режиме с учетом определяется из выражения:

 

  

         где  – минимальная нагрузка потребителей, питающихся от шин генераторного напряжения, МВА.

         Выражения (3.3) записано для случая одинаковых значений cos φ генераторов, нагрузки и потребителей собственных нужд. В РГР принять значения  равными .

Учет аварийных перегрузок дает следующее выражение для определения мощности трансформаторов [3]

 

                                                                                (3.4) 

         где  – максимальная нагрузка в аварийном режиме;

                 – коэффициент допустимой аварийной перегрузки из [3]; в РГР принять = 1,4.

         Число трансформаторов связи на ТЭЦ со сборными шинами генераторного напряжения обычно не превышает трех. При блочных схемах число трансформаторов соответствует числу генераторов.

         3.6 Электрическая связь между РУ 110 кВ и выше осуществляется с помощью автотрансформаторов (трехобмоточных трансформаторов), мощность которых определяется по максимальному перетоку в наиболее тяжелом режиме. На мощных станциях выдача электроэнергии  в энергосистему происходит на двух, а иногда на трех повышенных напряжениях.

         3.7 При выборе трансформаторов нужно справить несколько равноценных вариантов схем с различным числом, мощностью и типами трансформаторов.

 

4       Технико-экономическое сравнение структурных схем электростанций

 

Для каждого из сравниваемых вариантов выбора трансформаторов намечается наиболее целесообразная схема электрических соединений РУ на всех напряжениях.

Экономическая целесообразность схемы определяется минимальными затратами:

 

         где  – капиталовложения на сооружения электроустановки, у.е;

               –0,12- нормативный коэффициент экономической эффективности;

                 – годовые эксплуатационные издержки, у.е/год;

                 – ущерб от недоотпуска электроэнергии, у.е/год.

         В качестве у.е. в РГР используются единицы справочных изданий [3.4].

         В учебном проектировании сравнение вариантов производится без учета ущерба, т.к. это составляющая предполагает определение надежности питания, вероятности и длительности аварийных отключений и других вопросов, рассматриваемых в специальной литературе.

         При сравнении схем допустимо учитывать капиталовложения только по отличающимся элементам.

Стоимость трансформаторов можно определить по выражению  [3]:

 

 

         где  – заводская стоимость трансформаторов [3 из таблиц 3.3 –3.11];

                  – коэффициент, учитывающий стоимость ошиновки, аппаратов грозозащиты, заземления, контрольных кабелей до щита управления, строительных и монтажных работ, а также материалов: таблица 10.3 [3].

         Годовые эксплуатационные издержки определяются по формуле:

 

                                                                                               (4.3)

 

         где  – издержки на амортизацию и обслуживание;

                 и  – соответствующие отчисления в % [3 из таблицы 10.2];

                – издержки, связанные с потерями электроэнергии:

 

                                                                                                     (4.4) 

где  – стоимость 1 кВт·ч потерь электроэнергии, у.е./кВт·ч;

 

               – потери электроэнергии в элементах схемы, кВт·ч.

 

         При выполнении РГР допускается принять  в соответствии сданными [4, 401с]. Методика определения годовых потерь электроэнергии трансформаторах приведена [4, глава 5].

         Технико-экономические расчеты целесообразно приводить в табличной форме.

         Для определения капитальных вложений рекомендуется таблица 4.1.

 

Т а б л и ц а 4.1   Определение капитальных вложений

 

Наименование элемента	Расчетная стоимость единицы, у.е.	1 вариант		2 вариант
		кол-во ед., шт	сумма, у.е.	кол-во ед., шт	сумма, у.е.
1. Трансформатор (автотрансформатор)   2.    Ячейка РУ с выключателем
Итого

 

Окончательный вариант структурной схемы выбрать по таблице 4.2.

 

Т а б л и ц а 4.2. Окончательный вариант выбора структурной схемы 

Затраты	1 вариант	2 вариант
1. Расчетные капиталовложения, К, у.е. 2. Отчисления на амортизацию, Ua+Uo у.е. 3. Стоимость потерь энергии, Uпот., у.е. 4. Приведенные min затраты, З, у.е.

 

5  Пример технико-экономического расчета по выбору структурной схемы ТЭЦ с установленной мощностью 250 МВт приведен в РГР по дисциплине «Электроэнергетика». На основании расчетных данных производим выбор трансформаторов для двух вариантов.

        

5.1    Выбор трансформаторов для варианта 1

 

         5.1.1 Трансформаторы Т-1 и Т-2 по условию нормального режима из таблицы 4.1:

        

         где  в соответствии с 6.2.

         В режиме передачи наибольшей мощности с учетом 40% перегрузки:

 

 

         Из таблицы 3.5 [3] максимальная мощность двухобмоточных трансформаторов с высшим напряжением 35 кВ равна 16 МВА. Выбирается трансформатор типа ТРДН и для сравнения принимается схема, представленная на рисунке 5.1 с одним трансформатором ТР.

          

         Для принятой схемы баланс мощностей в нормальном режиме сохраняется (поскольку вместо двух трансформаторов вместо Т1,Т2 принят один трансформатор ТР).

         Рассмотрим возможные аварийные режимы:

         а) при отключении ТР в зимний максимум генераторы Г-1 и Г-2 покрывают нагрузку 70 МВт на 10кВ. Обмотки 35 кВ каждого из Т-3 и Т-4 будут загружены мощностью 48 : 2=24 МВт;

         б) при отключении Г-1 в зимний максимум через ТР для снабжения потребителей 10 кВ будет передаваться мощность: 

 

Обмотки 35 кВ Т-3 и Т-4 будут загружены на мощность, равную: 

 

         Таким образом, максимальная мощность из всех нормальных и аварийных режимов определяется из п. 6.5 и равна 64,4 МВт

 

 

         Принимаем к установке трансформатор типа ТРДНС – 63000/35. Паспортные данные, необходимые для дальнейших расчетов, приведены в таблице 3.5 [3]. 

         5.1.2 Мощность трансформаторов Т-3, Т-4 определяется из условий нормального и наиболее загруженного режимов:

 

                                  а) 

 

                                  б) 

 

         Приняты к установке трансформаторы типа ТДНТ – 80000/110.

 

5.1.3.     Выбор трансформаторов для варианта 2

 

5.1.3.1           Мощность трансформаторов Т-1 и Т-2 по условию нормального

режима (из таблицы 4.2) определяется:

 

 

         По условию аварийного отключения Т-1:

 

 

         Из 6.9 по условию выдачи наибольшей мощности:

 

 

         Принимаем к установке трансформаторы типа ТДНТ – 63000/110 [3,таблица 6.3].

 

         5.1.3.2  Мощности трансформаторов Т-3 и Т-4 определяется, как и в варианте 1 (из 6.6.2  а).

         Приняты к установке трансформаторы типа ТДН – 80000/110. 

6  Расчет годовых потерь энергии в трансформаторах 

         Географический район расположения станции – Центральный Казахстан: зима – 200 суток (Дз), лето – 165 суток (Дл), годовая эквивалентная температура - + 10°С. Удельная стоимость потерь энергии в соответствии с [4] принята 0,0115 у.е./кВ·ч.

 

6.1    Вариант 1 (РГР по дисциплине «Электроэнергетика»)

 

Трансформатор ТР – ТРДНС – 63000/35.

Годовые потери энергии в стали [4]:

 

 

         Годовые потери энергии в меди трансформатора с расщепленной обмоткой НН определяются по формуле для двухобмоточного трансформатора при условии одинаковой загрузки обмоток НН [4]:

                        

Значения нагрузок в течение суток взяты из таблицы 6.1 (РГР по дисциплине «Электроэнергетика»)

         Трансформаторы Т-3 и Т-4 – ТДТН – 80000/110.

         Годовые потери энергии в стали одного трансформатора:

 

        

         Годовые потери энергии в меди в трёхобмоточном трансформаторе определяются для каждой из обмоток НН, СН, ВН в соответствии с их загрузкой по таблице 6.1 (РГР по дисциплине «Электроэнергетика»)

         Из справочных данных [3, таблица 3.6] Р_{кз.вн.нн} = 365 кВт, следовательно,

 

 

 

 

 

                       

 

              

              

        

 

6.2    Вариант 2 (РГР по дисциплине «Электроэнергетика»)

 

Годовые потери энергии в трансформаторах Т-1 и Т-2 типа ТДТН –

63000/110. Из [3] для этих трансформаторов –

 

 

 

 

          

  

 

 

Годовые потери в трансформаторах Т-3, Т-4 типа ТДН – 80000/110. Из

[3] для этих трансформаторов -

                               

 

 7  Выбор трансформаторов собственных нужд (для технико-экономического сравнения)

 

Число рабочих трансформаторов с.н. для данной схемы принимается равным числу генераторов – 4. Число резервных – 1 [4]. В принятом для сравнения варианте 1 генераторы Г-1 и Г-2, рабочие трансформаторы с.н. подключается через выключатели к сборным шинам 10кВ, а рабочие трансформаторы с.н. Г-3 и Г-4 присоединяются отпайкой от блока. Наличие выключателей позволяет использовать трёхобмоточные трансформаторы для связи РУ – 35 кВ при отключении генераторов.

Трансформатор ТР с расщепленной обмоткой НН подключен к разным секциям шин 10 кВ через два выключателя, между секциями – секционный выключатель. Таким образом, в варианте 1 число ячеек генераторного напряжения – 7, не учитывая выключателей в системе собственных нужд, т.к. в обеих схемах их количества одинаковое.

В варианте 2 блочные соединения можно выполнить без выключателей, т.к. отключение генератора приведет к отключению блока.

Число ячеек генераторного напряжения – 5. Трансформаторы с.н. технико-экономическое сравнение не вводим, т.к. их число и мощности для сравниваемых вариантов.

 

8 Технико-экономическое сравнение вариантов

 

Для упрощения расчетов повторяющиеся в вариантах элементы могут не учитываться. Сравнение проводим в табличной форме (см. таблицу 8.1). 

 

Т а б л и ц а 8.1 – Технико-экономическое сравнение вариантов

 

Наименование элементов	Расчетн. стоим. единицы, у.е.	1 вариант		2 вариант
		кол-во ед., шт	сумма, у.е.	кол-во ед., шт	сумма, у.е.
1.  Трансформатор ТРДНС - 63000/35	107	1	171,2	-	-
2. Трансформатор ТДТН – 80000/110	137	2	411	-	-
3.  Ячейка ОРУ 10кВ	10	1	10	-	-
4.  Ячейка ЗРУ 10 кВ	20	2	40	-	-
5.  Трансформатор ТДТН – 63000/110	126			2	378
6.  Трансформатор ТДТН – 80000/110	137			2	411
7. Ячейка ОРУ 110 кВ	30			2	60
Итого			632,2		849

 

Из [3, таблица 10.3] для трансформаторов 35 кВ мощностью > 16 МВа a=1,6 для трансформаторов 110 кВ мощностью > 32 МВа, a=1,5.

 

Т а б л и ц а 8.2 – Окончательный результат технико-экономического сравнения вариантов

Затраты	1 вариант	2 вариант
1. Расчетные капиталовлажения, К. у.е.   2. *Отчисления на амортизацию Ua+Uo, у.е.   3. **Стоимость потерь энергии, Uпот., у.е.   4. Приведенные минимальные затраты, 3. min, у.е.	632,2   0,084 × 632,2 = 53,1     0,0115 × 6192,52 × 103 =71,21   0,12 × 632,2+53,1+ +71,21 = 200,174	849,0   0,084 ×849=71,31     0,0115 ×5771,72 ×103= 66,37   0,12 ×849,0+71,31+ +66,37 = 239,56

 

*Из [3, таблица 10.2]:  

        

**Стоимость потерь энергии:

 

Для варианта 1:        

 

  

 Для варианта 2: 

 

    

Разница в затратах между вариантами 1 и 2 составляет:

 

  

что позволяет принять, как наиболее экономичный, вариант 1. 

 

Список рекомендуемой литературы 

1. Электрические сети и станции/ Под редакцией Л.Н. Баптиданова/. – М,Л.: ГЭИ, 1963.

2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов.- 2 изд., - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 640с.

3. Неклепаев Б.Н.,Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов.-М.:Энергоатомиздат, 1989.-608с.

4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3 изд., М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.

5. Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций. – 2 изд., М.: Минэнерго СССР, 1981-122 с.

6. Двоскин Л.И. Схемы и конструкции распределительных устройств.- 3 изд.,-М.: Энергоатомиздат, 1985. – 220 с.

7. Электрическая часть станций и подстанций/ Под редакцией А.Л. Васильева/ Учебник для вузов. – 2 изд., - М.: Энергоатомиздат, 1990. – 575 с.

8. Хожин Г.Х. Электрическая часть электростанций: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС. 1996. – 75 с.

9. Соколов С.Е., Р.М. Кузембаева. Тепловые электрические станции: Пособие для курсового и дипломного проектирования по электрической части тепловых станций. – Алматы: Мектеп 1980. – 216 с.

10. Электротехнический справочник/ Под редакцией И.Н. Орлова/ Т-2 и Т-3. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

11. Хожин Г. Электр станциялар мен қосалқы станциялар. – Оқулық. Алматы: «Ғылым» ғылыми баспа орталығы, 2002, 312 б. 

 

Содержание 

Введение……………………………………………………………………………3

1 Цель и задачи курсовой работы………………………………………………....3

2 Объем и содержание курсовой работы…………………………………………3

3 Выбор трансформаторов на электростанциях…………………………………4

4 Технико-экономическое сравнение структурных схем электростанций……..6

5 Пример технико-экономического расчета по выбору трансформаторов и

структурной схемы ТЭЦ…………………………………………………………8

6 Расчет годовых потерь энергии в трансформаторах…………………………11

7 Выбор трансформаторов собственных нужд…………………………………13

8 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор

целесообразного варианта для дальнейшей работы……………………………13

9 Список рекомендуемой литературы…………………………………………...16