Электрические соединения электростанций

 
 

1. Общий баланс мощности 

Для определения  аварийного резерва на электростанции и в системе необходимо составить общий баланс мощности. Для его составления воспользуемся следующей методикой:

1. Установленная мощность электростанции равна суммарной мощности генераторов, предназначенных к установке

                Р_УСТ =                                                                                        (1)

гдеi =1,2,...- номер генератора мощностью P_Gi;

n - кол-во i-тых генераторов.

    2.  Нагрузка потребителей на напряжении U₁

          P_U1 = K_CU1                                                                                      (2)

где K_CU1 - коэффициент системы для потребителей на напряжении U₁;

I = 1,2, ... - номер потребителя мощности Рi;

n_i - количество i-тых потребителей.

    3. По данным K_CU1; n_i; Рi - на напряжении U₂, аналогично (2) опреде-

ляется нагрузка потребителей Р_U2  присоединенных к шинам U₂ электростанции.

4. Суммарная мощность, отдаваемая внешним потребителям

      ∑Р = P_U1 + Р_U2                                                                                                                                    (3)

       5. Баланс активной мощности в нормальном режиме составляет резерв мощности электростанции

               ∆Р = Р_УСТ -∑Р – Р_СН 

где Р_СН = 0,1Р_УСТ - расход мощности на собственные нужды электростанции.

     6.Потребность в аварийном резерве определяется при выходе из работы наиболее мощного генератора ( Р_Gmax) 

             ∆Р_ав = (Р_УСТ - Р_Gmax) - | ∑Р + 0,1(Р_УСТ - Р_Gmax) + 0,04 Р_Gmax | 

где 0,04 Р_Gmax - расход мощности на собственные нужды отключающегося генератора (принимается 4% от мощности генератора).

      Значение величины ∆Р_АВ может быть положительным или отрицательным. Знак плюс свидетельствует о том, что резерв мощности заложен на станции и даже при отключении самого мощного генератора на электростанции имеется избыток мощности, отдаваемый в энергосистему. Знак минус свидетельствует о том, что направление мощности в аварийном режиме меняется, и дефицит мощности покрывается за счет резерва системы. 

2. Выбор главных  схем электрических  соединений электростанций 

   При выборе вариантов главной схемы электрических  соединений необходимо ознакомиться с особенностями главных схем ТЭЦ и КЭС (ГРЭС) [1, 8, 2, 4, 5, II]. По исходным данным задачи определяется, какой тип электростанции (ТЭЦ или КЭС) задан, и намечается два-три конкурентно-способных варианта главной схемы электрических соединений проектируемой станции.

   Основной  особенностью главной схемы электрических соединений ТЭЦ является наличие во многих случаях сборных шин генераторного напряжения, к которым присоединяются генераторы ТЭЦ и реактированные кабельные линии 6-10 кВ, питающие местных потребителей [11]. Это объясняется тем, что ТЭЦ обычно располагают в центре тепловой нагрузки, которой сопутствует большое потребление электрической энергии. Поэтому всю электроэнергию или значительную ее часть, вырабатываемую генераторами ТЭЦ, выгодно передавать местным потребителям на генераторном напряжении 6-10 кВ., для этого на ТЭЦ сооружается генераторное распределительное устройство (ГРУ) закрытого типа. Однако в последнее время ТЭЦ сооружают с агрегатами большой мощности 100 - 250 МВт. Тогда главная схема ТЭЦ выполняется по блочному принципу (как и на КЭС) и необходимость сооружения ГРУ отпадает. На рис. 1-3 приведены некоторые принципиальные схемы ТЭЦ с шинами генераторного напряжения, на рис. 4 - ТЭЦ блочного типа.

   Количество  РУ на ТЭЦ определяется заданными  напряжениями (U₁,U₂) потребителей и связи с системой (U_С). Если U₁≠ U₂≠  U_С, то на ТЭЦ, как правило, сооружается РУ НН (ГРУ), РУ СН и РУ ВН (см. рис. 3). Может быть и другое сочетание напряжений: U₁ и U₂ = U_С, тогда на ТЭЦ сооружается два РУ (см. рис. 1,2). Связь между РУ разных напряжений осуществляется двухобмоточными, трехобмоточными трансформаторами и автотрансформаторами. Выбор трансформаторов (автотрансформаторов) связи приводится в разделе 3 настоящих указаний.

   Необходимо  отметить, что выбор главной схемы - это наиболее творческая и самостоятельная часть проекта. Готовых решений для конкретных условий задания в методических указаниях быть не может. Поэтому здесь приводятся наиболее типовые схемы ТЭЦ, КЭС и рассматриваются общие требования, которые необходимо соблюдать при составлении вариантов главных схем электростанций.

   При выборе главной схемы ТЭЦ с шинами генераторного напряжения необходимо определить количество генераторов, которые желательно присоединить к этим шинам. Количество генераторов выбирают таким, чтобы при выводе в ревизию или ремонт одного из генераторов, присоединенных к ГРУ, не требовалось получать электроэнергию с шин РУ повышенного напряжения ТЭЦ. Это позволяет избежать двойную трансформацию электроэнергии, вырабатываемую другими генераторами ТЭЦ [2]. В этом случае суммарная мощность оставшихся в работе генераторов соответствует нагрузке потребителей, присоединенных к шинам ГРУ, с учетом собственных нужд: 

                  (∑Р_Gi - Р_Gmax) ≥ ∑Р_НН + Р_С/Н                                                     (6) 

где ∑Р_Gi - суммарная мощность генераторов, присоединенных к шинам ГРУ;

        Р_Gmax - единичная мощность самого крупного генератора, выводимого в ремонт на шинах ГРУ;

      ∑Р_НН - суммарная нагрузка потребителей, присоединенных к шинам ГРУ;

      Р_С/Н = 0,1∑Р_Gi - расход мощности на собственные нужды генераторов,

присоединенных  к шинам ГРУ (с./н. обозначаем здесь  через / в отличие от среднего напряжения СН.

   Таким образом, в нормальном режиме при  работе всех генераторов имеется  избыточная мощность в размере не менее мощности одного генератора. Она выдается через трансформаторы в сеть повышенного напряжения.

В другом варианте количество генераторов, присоединенных к шинам ГРУ, может быть выбрано только с учетом покрытия нагрузки в нормальном режиме:

     

                   ∑Р_Gi ≥ Р_НН + Р_С/Н                                                               (7)

       

   Тогда при отключении самого мощного генератора (ремонтный или аварийный режим), мощности оставшихся генераторов не хватает для покрытия нагрузки. Недостаточная мощность передается с шин РУ повышенного напряжения от других генераторов ТЭЦ или из системы в зависимости от того, где имеется резерв мощности: на станции или в системе.

   При формировании схемы РУ генераторного напряжения необходимо учитывать следующее:

1. Схемы принимаются типовые [1,2,4, 8, 11, 12,13];
2. Минимальное число генераторов, присоединенное к шинам ГРУ 
   равно двум (рис. 3);
3. Число секций обычно равно числу генераторов [11];
4. По условиям электродинамической стойкости электрооборудования 
   на каждую секцию подключают генераторы суммарной мощностью не свыше 60 МВт при генераторном напряжении 6 кВ и не выше 100 МВт - при 10 кВ.

   Как уже  отмечалось, схемы выдачи электроэнергии на КЭС характеризуются блочным соединением генераторов с трансформаторами. На современных мощных КЭС выдача электроэнергии производится на напряжении 220 кВ и выше (в курсовом проекте может быть - 35 кВ).

   Принцип, предложенный для выбора числа генераторов, подключенных к шинам ГРУ ТЭЦ, можно использовать и для определения оптимального числа блоков генератор - двухобмоточный трансформатор, присоединенных к шинам РУ СН, не имеющих связи с системой. Типовые схемы КЭС (ГРЭС) приведены на рис. 5 - 8. В случае, когда сеть среднего напряжения не заземлена или компенсированная (U_СН =35 кВ), вместо автотрансформаторов применяют трехобмоточные трансформаторы. Для исключения двойной трансформации электроэнергии при компоновке схем КЭС по рис.5 и 6 с трехобмоточными трансформаторами (U_СН =35 кВ) суммарная мощность блоков, присоединенная к РУ СН, должна примерно соответствовать мощности, выдаваемой в сеть СН: 

                       ∑Р_СН ≥ (∑Р_бл – 0,1∑ Р_бл)                                                       (8) 

где ∑Р_СН - нагрузка потребителей, присоединенных к шинам СН:

∑Р_бл - суммарная мощность блоков генератор - двухобмоточный трансформатор, присоединенных к шинам СН;

0,1∑ Р_бл - расход мощности на собственные нужды блоков.

   Схему с повышающими блочными автотрансформаторами (рис. 5, 6) составляют таким образом, чтобы в РУ СН имел место некоторый избыток генерирующей мощности. Эта рекомендация обусловлена тем обстоятельством, что повышающий автотрансформатор по условию загрузки общей обмотки (при номинальной нагрузке третичной обмотки (НН)) допускает передачу дополнительной мощности со стороны СН на сторону ВН, но не в обратном направлении [5].

   При компоновке схемы КЭС по рис.7 невозможно избежать двойной трансформации электроэнергии. В этом случае схема составляется таким образом, чтобы достигнуть наименьшего перетока мощности через автотрансформаторы связи ТЗ и Т4 в нормальном режиме.

   После составления двух-трех вариантов  схем электрических соединений станций, удовлетворяющих основным требованиям [1, 4, 8, 11], следует перейти к выбору трансформаторов (автотрансформаторов).