СОДЕРЖАНИЕ

(20) 22

(21) 23

1,07 X Е < 0,9X Е₀ 38

t <V08 = 0,9 м. 52

ЗАДАНИЕ

Тии эл. станц.	Т оиливо	Рмин МВт	Рмакс. МВт	Cos ф	Т макс час	Заземля­ ющее устройство Р Ом м	U сист кВ	P н.с. МВт	L сист км
ДЭС	дизтоил.	0,7	0,8	0,85	1300	20	35	3	10

АННОТАЦИЯ

Объектом проектирования является дизель-электрическая станция ДЭС - 3 МВт, связь с энергосистемой по ВЛ 35 кВ. Выдаётся электроэнергия с шин 0,4 кВ, Рщщ = 700 кВт, P_max = 800 кВт, cos9 = 0,85; T_max = 1300 ч, Р _Н,_С = 3 МВт, L_{ЛЭП 35} = 10 км. Топливо - дизельное.

В процессе работы составляются два варианта структурных схем станции. Производится выбор основного оборудования: выбор генераторов, выбор блочных трансформаторов, выбор числа и мощности трансформаторов связи. Выбираются схемы распределительных устройств. Проводится технико-экономическое сравнение вариантов. Для выбранного, более экономично­го варианта проектируется схема собственных нужд. Выполняется расчёт токов короткого за­мыкания. По данным расчёта токов короткого замыкания производится выбор выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения, токоведущих частей. Выполняется полная принципиальная схема станции, а также конструктивный чертёж ячейки распределительного устройства.

ВВЕДЕНИЕ

Наряду с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энер­госистем в ряде случаев необходимо предусматривать местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные электростанции, которые также широко используются в качестве резервных установок, обеспечивающих электрической энергией потребителей при отключении питания в случае аварий на линиях энергосистемы. Для потребителей с повышенными требо­ваниями к бесперебойности электроснабжения установка резервных источников электроснаб­жения обязательна.

Дизельная электростанция — это стационарная или передвижная установка на базе ди­зель-электрического агрегата, которую применяют в качестве автономного, резервного или аварийного источника электропитания потребителей электроэнергии.

Как правило, такие электростанции объединяют в себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания, которые установлены на стальной раме, а также систему кон­троля и управления установкой. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение син­хронный или асинхронный электрический генератор. Соединение двигателя и электрического генератора производится либо напрямую фланцем, либо через демпферную муфту. В первом случае используется двухопорный генератор, то есть генератор, имеющий два опор­ных подшипника, а во втором — с одним опорным подшипником (одноопорный).

Помимо вышеперечисленных элементов ДЭС включает в себя:

а) систему охлаждения дизеля с насосами, баками и трубопроводами;

б) систему питания топливом дизеля с топливными баками, насосами и трубопроводами;

в) систему смазки дизеля с масляными баками, масляными радиаторами, насосами и маслопро­водами;

г) систему запуска дизеля с электрическим стартером, аккумуляторной батареей и зарядным генератором или воздушным с баллонами компрессором, пусковыми клапанами и трубопрово­дами;

д) системы подогреву дизеля с подогревателями, лампами и змеевиками для подогрева, отопи- тельно- вентиляционными установками;

е) щит управления, защиты и сигнализации дизель-генератора с комплектом соединительных кабелей;

ж) щиты распределения электроэнергии от ДЭС к потребителю;

з) аккумуляторную батарею с выпрямителями для ее подзаряда, которая служит для запуска дизеля и питания постоянным током схем управления, сигнализации, цепей возбуждения.

Дизельные электростанции различаются по выходной электрической мощности, ви­ду тока (переменный трёхфазный/однофазный, постоянный), выходному напряжению, а так­же частоте тока (например, 50, 60, 400 Гц).

Также дизельные электростанции разделяют по типу охлаждения дизельного двигате­ля, воздушному или жидкостному. Электростанции с дизельным двигателем жидкостного охлаждения — это агрегаты больших мощностей и размеров. Маломощные дизельные электро­станции вырабатывают, как правило, однофазный переменный ток напряжением 220 В и/или трёхфазный напряжением 380 В.

Трёхфазные электростанции имеют более высокий КПД за счёт более высоко­го КПД генератора переменного тока.

Первые передвижные дизельные электростанции в СССР были спроектированы в ПКБ Мосэнерго (Мосэнергопроект) для восстановления нарушенного электроснабжения и для энер­госнабжения перебазированных промышленных предприятий в новых районах во время Вели­кой Отечественной Войны 1941—1945 гг. Народный Комиссариат Электростанций СССР пре­дложил Мосэнерго изготовить передвижные тепловые электростанции, используя демонтируе­мое, бывшее в работе оборудование. Передвижные электростанции-энергопоезда собирались на Фрунзенской ТЭЦ. Готовые энергопоезда мощностью 500—1500 кВт отправлялись в осво­бождённые города, где они обеспечили электроснабжение аварийно-восстановительных работ.

1 ВЫБОР ДВУХ ВАРИАНТОВ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

1. Первый вариант структурной схемы электростанции

РУ 6 кВ получает электроэнергию от трех высоковольтных дизель-генераторов с но­минальной мощностью каждого Р_нг = 1000 МВт.

2. Второй вариант структурной схемы электростанции

РУ 6 кВ получает электроэнергию от трех низковольтных дизель-генераторов через три блока «генератор - трансформатор» с номинальной мощностью каждого Р_нг = 1000 МВт.

В обоих вариантах выполняется соединение РУ 6 кВ и РУ 35 кВ посредством двух трансформаторов связи.

Варианты проектируемой структурной схемы электростанции изображены на рисунке

1. и рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 Структурная схема (вариант 1)

1. Выбор генераторов

В качестве источников электроэнергии в первом варианте проектируется высоковольт­ный дизель-генератор фирмы Cummins (Великобритания). Лучшим доказательством надежно­сти дизельных электростанций из Великобритании является их применение на особо ответ­ственных объектах Г азпрома (как основные источники энергоснабжения) и Центробанка. Важ­нейшим преимуществом для российского рынка является способность двигателей Cummins работать на дизельном топливе среднего качества, с относительно высоким содержанием серы. При этом у них малые расходы на ТО.

Во втором варианте проектируется дизель-генератор АД-1000 (номинальной мощ­ностью 1000 кВт и частотой 50 Гц). Это генератор российского производства, изготавли­ваемый с привлечением как отечественных дизельных моторов ЯМЗ (Ярославский мо­торный завод), ММЗ (Минский моторный завод), ТМЗ (Тутаевский моторный завод), так и на основе немецкого дизельного мотора MTU 12V4000G23R.

Технические данные для двух вариантов приведены в таблице 2.1, [1].

Таблица 2.1 - Технические данные генераторов

Тип генератора	кВ- А	Р А ном? кВт	ин, кВ	1н, А	cos ф	Цена, тыс. руб.
Cummins C1400D5 HV6.3	1250	1000	6,3	115	0,8	10200
АД-1000-Т400-1Р	1250	1000	0,4	1800	0,8	9155

2. Выбор блочных трансформаторов Условия выбора блочных трансформаторов:

где Uh,bh - номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора,

кВ;

Uh,hh- номинальное напряжение обмотки низкого напряжения трансформатора, кВ; U_H,r - номинальное напряжение на выводах генератора, кВ;

U_ycm - напряжение участка цепи, в котором установлен трансформатор, кВ;

S_h,_t - номинальная мощность трансформатора, МВА;

S_6jl,_mp - необходимая мощность блочного трансформатора, МВА;

1. Выбор блочного трансформатора в блоке генератора АД-1000-Т400-1Р Активная мощность потребителей собственных нужд

где n% - нормированный расход электроэнергии на собственные нужды (таблица , [2]); Р_нг - номинальная активная мощность генератора (таблица 2.1)

Номинальная реактивная мощность генератора

где COS^ - коэффициент мощности (таблица 2.1).

Реактивная мощность потребителей собственных нужд

Необходимая мощность блочного трансформатора

Согласно условиям выбора (1) принимаем трехфазные трансформаторы ТМ-1600/6 (таблица 4.1.7 [3]). Технические данные выбранных трансформаторов представлены в таблице 2.2.

2. Расчет параметров блока генератора C1400D5 HV6.3 Активная мощность потребителей собственных нужд согласно (2)

Номинальная реактивная мощность генератора согласно (3)

Реактивная мощность потребителей собственных нужд согласно (4)

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов связи Условия выбора трансформаторов связи:

где Smax выбирается среди значений Si, S₂, S₃ - перетоки мощности через трансформа­тор связи в трех режимах: максимальное потребление с шин СН, минимальное потребление с шин СН и аварийное отключение самого мощного блока на СН при максимальном потребление с шин СН соответственно.

2.3.1. Режим максимального потребления с шин СН

Максимальная реактивная мощность, снимаемая с шин СН

где Pmax - максимальная активная мощность, снимаемая с шин СН.

Переток мощности при максимальном потреблении мощности с шин 6 кВ

где ЕР_{н г} и ЕQ_{H г} - суммарная активная и реактивная мощность генераторов;

ЕР_{С н} и ZQ_{C н} - суммарная активная и реактивная мощности потребителей собственных

нужд.

2. Режим минимального потребления с шин СН. Минимальная реактивная мощность, снимаемая с шин СН

Где Pmin - минимальная активная мощность, снимаемая с шин сн.

Переток мощности при минимальном потреблении мощности с шин СН

Для 1-го и 2-го варианта:

2. Переток мощности в режиме аварийного отключения самого мощного блока на СН при максимальном потреблении с шин СН

где £Р_{н г} (_n-1) и £Q_{H г} (_п__Г) -суммарная активная и реактивная мощности генераторов,

работающих на шины СН при отключении самого мощного из них.

Для 1-го и 2-го варианта:

По условиям выбора (6) для первого и второго варианта принимаем два параллельно рабо­тающих трансформатора ТМН-2500/35/6,3 (таблица 4.1.8 [3]).

Так как для обоих вариантов выбрана схема с двумя параллельно работающими транс­форматорами, необходимо произвести проверку режима аварийного отключения одного из них.

2. Проверка на перегрузку при отключении одного из параллельно работающих тран­сформаторов

Выбранная мощность трансформатора удовлетворяет всем условиям и принимается к

проектированию.

Технические данные трансформаторов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Технические данные проектируемых трансформаторов

Тип	Sном,	Напряжение обмотки, кВ		Потери, кВт		Ик, %		Цх^		Цена,
	кВ- А	ВН	НН	Ркз	Рх.х		ВН-НН		%		тыс. руб
ТМ-1600/6	1600	6	0,4	18,0	2,35		6,5		1,3		350
ТМН-2500/35	2500	35	6,3	23,5	3,9		6,5		1,0		670

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СХЕМ

Технико-экономическое сравнение вариантов производится по методу приведенных за­трат, которые определяются по формуле:

где Р_н - нормативный коэффициент эффективности, для энергетики Р^ = 0,12 [ ],

К - капитальные затраты (таблица 3.1),

С - эксплуатационные расходы.

1. Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты состоят из стоимости оборудования, затрат на монтаж, наладку, эксплуатацию и пуск оборудования. Для подсчета капитальных затрат составляем таблицу (3.1), в которой учитывается только то оборудование в котором заключается отличие вариантов схемы.

Для подстанционного оборудования доля затрат на сооружение проектируемого объе­кта составляет [ ]:

• строительные работы - 30%;

• монтаж - 11%;

• оборудование - 53%;

• прочие затраты - 6%.

На примере трансформатора ТМ-1600/6:

Капиталовложения в новое оборудование

Из них:

- затраты на строительные работы:

- затраты на монтажные работы:

- величина прочих затрат:

Зпр = 0,06-Кно = 0,06-2170 = 130,2 тыс. руб

Таблица 3.1. Расчет капитальных затрат

Наименование и тип оборудования	Стоимость единицы, тыс. руб.	Вариант 1		Вариант 2
		количес­тво, шт	суммарная стоимость, тыс. руб		количес­тво, шт	суммарная стоимость, тыс. руб
Г енераторы
Cummins C1400D5 HV6.3	10200*	3	84871,6		-	-
АД-1000-Т400-1Р	9155	-	-		3	76176,0
Трансформаторы
ТМ-1600/6	350	-	-		3	3190,0
Остальное электрооборудование
Выключатель автомати­ческий, !ном = 1800 A.	160	-	-		3	1323,0
Капитальные затраты		84871,6		80689,0

* Примечание: стоимость зарубежного дизель-генератора приведена на момент курса доллара на уровне 34 руб./$. Это дает возможность сравнить 2 варианта в конкурентной борь­бе, без влияния враждебной политики стран Запада на ценообразование.

1. Расчет эксплуатационных расходов

Эксплуатационные расходы определяются по формуле

С=С₁+С₂+С₃ , (14)

где Ci - стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах,

С₂+С₃ - расходы на амортизацию, ремонт, содержание персонала.

1. Расчет стоимости потерь электроэнергии в трансформаторах Для группы трансформаторов потери электроэнергии составляют

где n -количество трансформаторов;

t - время работы трансформатора за год, для блочных двухобмоточных трансформаторов при­нимается t = 8000 ч; т max - время максимальных потерь, ч.

Время максимальных потерь вычисляется по эмпирической формуле

где T_max- число часов использования максимума нагрузки в год T_max = 1300 ч/год. Потери активной электроэнергии в трансформаторах за год

- ТМ-1600/6

ТМН-2500/35

Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах - для первого варианта:

Сг= 2,66-70730,6 = 188143,4 руб. = 188,143 тыс.руб. для второго варианта:

Сг = 2,66-(70730,6 + 58385,8) = 343449,62 руб. = 343,449 тыс.руб.