САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-строительный факультет

Курсовой проект

По дисциплине: «Электроэнергетика»

Выполнил студент группы 4013/1 Евдокимов И.Б.

Проверил к.т.н., доцент Лапидус А.А.

Санкт-Петербург

2011

Оглавление

1. Исходные данные 3

2. Выбор оптимальной структурной схемы 3

3. Расчет токов трехфазного короткого замыкания 10

4. Выбор коммутационной аппаратуры и токоведущих частей 19

5. Выбор схем электрических соединений распределительных устройств высокого напряжения 20

6. Выбор схемы рабочего и резервного питания собственных нужд 21

7. Расчет эквивалентных сопротивлений обратной и нулевой последовательности 24

8. Расчет токов несимметричного короткого замыкания 29

9. Проектирование максимальной токовой защиты линии напряжением 330 кВ 29

9.1. Выбор параметров защиты 30

9.2. Выбор измерительного трансформатора тока (ИИТ) 30

9.3. Выбор реле и определение уставок 30

9.4. Проверка чувствительности защиты 31

9.5.Диаграмма токов 31

9.6. Временная характеристика 32

9.7. Схема включения ИТТ и реле 32

9.8. Логическая схема действия защиты 33

Список литературы 34

1. Исходные данные

Выбрать структурную схему АЭС с реакторами ВВЭР-1000 с 3 генераторами по 1000 МВт.

Мощность 600-750 МВт выдается на напряжении 330 кВ.

Остальная мощность выдается на напряжении 750 кВ.

Выбор структурной схемы включает рассмотрение двух альтернативных схем и последующий выбор оптимальной из них.

Бланк задания

Евдокимов И.Б.	Тип	Рген, МВт	U, кВ	Рпотр, МВт
	ВВЭР	3х1000	330 750	600-750 остальное

2. Выбор оптимальной структурной схемы

На рис.1 показаны два варианта структурных схем рассматриваемой электростанции

а) I вариант б) II вариант

Рис. 1

Для каждого варианта рассматриваются:

- нормальный режим (все генераторы работают)

- аварийный режим (один генератор, подключенный к РУ-220 кВ, не работает)

Каждый режим рассчитывается при:

- минимальном потреблении (Рпотр = 600 МВт)

- максимальном потреблении (Рпотр = 750 МВт)

I вариант

а) Нормальный режим

Произведем подробный расчет перетоков мощности в I варианте схемы для нормального режима при минимальном потреблении. Все мощности выражаем в МВА.

1. По [1, стр.88] выбираем генератор ТВВ-1000-2У3 с параметрами:

Рг = 1000 МВт – номинальная активная мощность

Uг = 24 кВ – номинальное напряжение

cosφ_г = 0,9 – коэффициент мощности генератора

и вычисляем полную мощность, выдаваемую генератором:

Sг = Рг/cosφ_г = 1000/0,9 = 1111 МВА.

2. Определяем мощность, потребляемую собственными нуждами АЭС. На АЭС, на собственные нужды уходит около 7% электроэнергии.

Sсн = Sг∙0,07 = 1111∙0,07 = 78 МВА.

С учетом мощности собственных нужд, к распределительному устройству 330 кВ поступает мощность:

S = 1111 – 78 = 1033 МВА

3. Вычисляем потребляемую полную мощность, задаваясь средним коэффициентом мощности в энергосистеме cosφ = 0,8:

Sпотр = Рпотр/cosφ = 600/0,8 = 750 МВА.

Данная мощность потребляется с распределительного устройства РУ-330. Источником данной мощности являются генераторы распределительного устройства РУ-330. Если мощности генераторов РУ-330 не хватает для покрытия потребляемой мощности, то нехватка компенсируется за счет генераторов другого распределительного устройства РУ-750 кВ.

4. Разница между генерируемой и потребляемой мощностью поступает на РУ-750 кВ через автотрансформатор и далее в энергосистему по ЛЭП 750 кВ:

S_АТ = 1033 – 750 = 283 МВА.

5. От двух генераторов к РУ-750 поступает мощность:

Sг = 2∙1033 = 2066 МВА

6. С учетом перетока через АТ, в энергосистему 750 кВ выдается мощность:

S = 2066 + 283 = 2349 МВА.

Аналогично производится расчет перетоков мощностей при максимальном потреблении. Результаты расчетов показаны на рис.2 – числа в скобках.

	Рис. 2

Рис. 3

б) Аварийный режим

Перетоки мощности в аварийном режиме, т.е. при отключении генератора РУ-330, рассчитаны аналогично и показаны на рис.3.

в) Выбор блочных трансформаторов.

Блочные трансформаторы не зависят от варианта схемы станции и выбираются из [1], стр.146-161 по:

- номинальной мощности Sном (по перетоку мощности)

- низшему напряжению Uнн (по напряжению генератора)

- высшему напряжению Uвн (по напряжению РУ)

Примечания:

1. Выбор производится с учетом фазности трансформаторов. Иногда вместо одного трехфазного трансформатора устанавливают 3 однофазных. Это отражено в буквенном обозначении трансформатора:

Т – трехфазный

О – однофазный

При этом номинальная мощность должна быть не менее мощности, реально протекающей через блочный трансформатор (1033 МВА).

2. В справочниках для трансформаторов часто указывают не номинальное напряжение РУ, а среднеэксплуатационное напряжение, на (5-10)% превышающее номинальное.

Для рассматриваемой схемы выбираем следующие блочные трансформаторы:

- для РУ-330 ТЦН-1000000/330 с параметрами [1], стр.156:

Sном = 1000 МВА

Uвн = 330 кВ

Uнн = 24 кВ (см. выбор генератора в п.1)

Рхх = 480 кВт

Рк = 2200 кВт

- для РУ-750 ОРЦ-417000/750 с параметрами [1], стр.161:

Sном = 1251 МВА

Uвн = 750 кВ

Uнн = 24 кВ (см. выбор генератора в п.1)

Рхх = 320 кВт

Рк = 800 кВт

При этом формально номинальная мощность указанных трансформаторов выбрана неверно:

1000 < 1033. Другими словами, такой трансформатор будет работать с 3,3%-ной перегрузкой. Но такая перегрузка считается допустимой, поэтому можно считать, что трансформатор удовлетворяет условию выбора. В противном случае пришлось бы принимать следующий по мощности трансформатор – с Sном = 1250 МВА, что неэкономично, т.к. он будет загружен всего на 82%.

г) Выбор автотрансформатора.

Автотрансформатор для I варианта схемы выбирается по:

- номинальной мощности Sном (по перетоку мощности)

- высшему номинальному напряжению Uвн (по напряжению первого РУ)

- среднему номинальному напряжению Uсн (по напряжению второго РУ)

(к обмотке низшего напряжения, как правило, ничего не подключается, поэтому низшее напряжение Uнн не имеет значения)

Примечание:

Выбор производится с учетом фазности автотрансформаторов. Иногда вместо одного трехфазного трансформатора устанавливают 3 однофазных. Это отражено в буквенном обозначении трансформатора:

Т – трехфазный

О – однофазный

Для I рассматриваемой схемы выбираем 3 однофазных автотрансформатора:

АОДЦТН-333000/750/330 с параметрами [1], стр.162:

Sном = 3х333 = 999 МВА

Uвн = 750 кВ

Uсн = 330 кВ

Рхх = 217 кВт

Рк = 580 кВт

	Рис. 4

Рис. 5

Для II рассматриваемой схемы выбираем 3 однофазных автотрансформатора:

АОДЦТ-417000/750/330 с параметрами [1], стр.162:

Sном = 3х417 = 1251 МВА

Uвн = 750 кВ

Uсн = 330 кВ

Рхх = 267 кВт

Рк = 790 кВт

При этом формально номинальная мощность указанных автотрансформаторов выбрана неверно:

1251 < 1316. Другими словами, такой автотрансформатор будет работать с 5,2%-ной перегрузкой. Но такая перегрузка считается допустимой, поэтому можно считать, что автотрансформатор удовлетворяет условию выбора. В противном случае пришлось бы принимать большие по мощности автотрансформаторы, которые работают с большой недогрузкой, что является экономически не выгодно.

Приведенные затраты за год рассчитываются по формуле:

З = р_нК + И,

где р_н = 0,12 – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений.

К – капитальные затраты, тыс. руб.

И – годовые издержки, тыс. руб.

И = аК + βΔW,

где а = 0,08 – норма амортизационных отчислений

β = 50 коп/кВт∙ч – себестоимость электроэнергии на АЭС

β для других станций – см. в табл.

Себестоимость электроэнергии, коп/кВт∙ч

ГЭС	10
АЭС	50
ТЭС	100

ΔW – потери электроэнергии в трансформаторах, кВт∙ч

ΔW = Р_ххТ + Р_к τ,

где Р_хх – потери холостого хода трансформатора, кВт

Р_к – потери короткого замыкания трансформатора, кВт

Потери Р_хх, Р_к берутся из [1], стр.156-158.

Т = 8760 ч – количество часов в году

τ – время наибольших потерь, ч, зависит от Тmax – см. график на стр.546 [1],

где Tmax – продолжительности использования максимальной загрузки – см.табл.:

Тmax, ч

АЭС	7000
КЭС	7000
ТЭЦ	5000
ГЭС	4000

Для АЭС Тmax = 7000 ч. По графику находим τ = 5600 ч.

Smax – максимальная мощность, проходящая по трансформатору в нормальном (не аварийном) режиме, МВА.

Sном – номинальная мощность трансформатора, МВА.

Примечание:

Необходимо учитывать количество трансформаторов. Иногда вместо одного трехфазного трансформатора устанавливают 3 однофазных. Это отражено в буквенном обозначении трансформатора:

Т – трехфазный

О – однофазный

Далее приводится расчет капитальных затрат на реализацию двух вариантов схемы. При этом учитываются лишь те капиталовложения, которые относятся к различающимся по вариантам элементам. Например, в I варианте предусмотрена установка трех трансформаторов Т2, а во II варианте – двух таких же трансформаторов. Это означает, что по капиталовложениям первый вариант отличается от второго на стоимость одного трансформатора Т2 – см. табл.

Цены в табл. указаны в относительных единицах, которые соответствуют тыс. руб. из справочника [1]. В дальнейшем все цены переводятся в тыс. руб. домножением на повышающий коэффициент 50.

Расчет капитальных затрат К

	Тип	Цена, о.е.	I вариант	II вариант
Т1	ТЦН-1000000/330	746	–	1
Т2	ОРЦ-417000/750	450	3	–
АТ	АОДЦТН-333000/750/330	411	3	–
АТ	АОДЦТ-417000/750/330	471	–	3
В1	330	80	–	1
В2	750	220	1	–
Итого, о.е.			2803	2239
Итого, тыс. руб.			140150	111950

В табл. не приведены различия в кап.затратах по ЛЭП. Это связано с тем, что в обоих вариантах в нормальном режиме по ЛЭП протекают одинаковые мощности. Соответственно, воздушные линии не отличаются по вариантам.

Примерная стоимость выключателей, о.е.

110 кВ	30
220 кВ	50
330 кВ	80
500 кВ	130
750 кВ	220

Потери электроэнергии

Трансформатор	I вариант	II вариант
Т1		ΔWТ1 = 480∙8760 + 2200∙ ∙5600 = = 17,351∙106 кВт∙ч
Т2	ΔWТ2 = 320∙8760 + 800∙ ∙5600 = = 5,858∙106 кВт∙ч
АТ	ΔWАТ = 3∙(217∙8760 + 580∙ ∙5600) = = 14,293∙106 кВт∙ч	ΔWАТ = 3∙(267∙8760 + 790∙ ∙5600) =21,704∙106 кВт∙ч
Итого:	ΔWI = 5,858+ 14,293= 20,151∙106 кВт∙ч	ΔWI = 17,351+ 21,704= 39,055∙106 кВт∙ч

З_I = 0,12∙140150 + 0,08∙140150 + 0,5∙10^–3∙20,151∙10⁶ = 38105,5 тыс. руб.

З_II = 0,12∙111950 + 0,08∙111950+ 0,5∙10^–3∙39,055∙10⁶ = 41917,5 тыс. руб.

Приведенные затраты по первому варианту минимальны.

Выбираем первый вариант схемы.

Замечание. Иногда затраты по двум вариантам различаются незначительно (на 5% и менее). В этом случае окончательный выбор оптимального варианта осуществляется по субъективным критериям:

- удобство эксплуатации;

- наглядность схемы;

- гибкость схемы.

Если З_I, З_II различаются более, чем на 5%, то выбор оптимального варианта делается однозначно в пользу варианта с минимальными приведенными затратами.

Пропускная способность воздушных ЛЭП:

U_ном=330кВ, n=750/350+1=3,14≈4 ЛЭП,

U_ном=750кВ, n=2349/2000+1=2,17≈3 ЛЭП.

Подбор трансформатора собственных нужд:

В данном примере на 1 генератор 2 ТСН.

ТРДНС 63000/35 с параметрами:

Sном = 63 МВА

Uвн = 24 кВ

Uнн = 6.3 кВ

Рхх = 50 кВт

Рк = 250 кВт

Подбор резервного трансформатора собственных нужд:

Т.к. ВВЭР-1000, то на 1 генератор – 2 РТСН. В данной работе 3 генератора, следовательно, 6 РТСН.

ТРДЦН-63000/330

Sном = 63 МВА

Uвн = 330 кВ

Uнн = 6.3 кВ

Рхх = 100 кВт

Рк = 230 кВт