МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа энергетики Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: «Электроэнергетика и электротехника 13.03.02» ООП: «Электрические станции»
КУРСОВАЯ РАБОТА «Электрическая
часть электростанции»
|
по дисциплине: Электрические станции и |
||
|
|
подстанции |
|
Выполнил: |
|
|
|
: |
|
|
|
студент гр. 5А21 |
|
|
Филипенко Р.А. |
|
|
|
|
Проверил: |
Дата |
Подпись |
ФИО |
|
|
|
|
Доцент ОЭЭ |
|
|
Космынина Н.М. |
ИШЭ |
Дата |
Подпись |
ФИО преподавателя |
Томск – 2025
Оглавление |
|
Введение ........................................................................................................................ |
3 |
Исходные данные для курсового проекта ................................................................. |
4 |
Описание структурной схемы ..................................................................................... |
5 |
Выбор и описание турбогенераторов ......................................................................... |
6 |
Баланс мощностей ...................................................................................................... |
12 |
Описание продолжительных режимов ..................................................................... |
16 |
Выбор силовых трансформаторов (автотрансформаторов) по режимам |
|
максимальной нагрузки: нормальный и ремонтный .............................................. |
17 |
Полное описание варианта и выбранного расчётного присоединения ................ |
18 |
Расчётные условия для выбор аппаратуры и токоведущих частей выбранного |
|
присоединения по продолжительным режимам работы ........................................ |
20 |
Расчётные условия для выбор аппаратуры и токоведущих частей выбранного |
|
присоединения по режимам коротких замыканий ................................................. |
22 |
Выбор коммутационных аппаратов в цепях расчётного присоединения ............ |
38 |
Выбор токоведущих частей цепей расчётного присоединения ............................ |
51 |
Описание объёма измерений в цепях расчётного присоединения ....................... |
61 |
Выбор измерительных трансформаторов тока без проверки по вторичной |
|
нагрузке в цепях расчётного присоединения .......................................................... |
64 |
Выбор измерительных трансформаторов напряжения без проверки по |
|
вторичной нагрузке в цепях расчётного присоединения ....................................... |
66 |
Выбор и описание схем электрических соединений распределительного |
|
устройства расчётного присоединения .................................................................... |
68 |
Выбор трансформаторов собственных нужд .......................................................... |
70 |
Выбор шкафа ввода КРУ для рабочего питания системы собственных нужд |
|
электростанции ........................................................................................................... |
73 |
Анализ схемы управления и сигнализации выключателем ................................... |
74 |
Заключение .................................................................................................................. |
79 |
Список литературы ..................................................................................................... |
80 |
2
Введение
Электрические станции и подстанции играют ключевую роль в обеспечении стабильности и надёжности энергоснабжения как в промышленности, так и в быту. Электрическая часть электростанции является основным элементом, обеспечивающим преобразование, передачу и распределение электроэнергии от источника до потребителей. К числу основных задач электрической части электростанции относятся выработка электроэнергии, регулирование её параметров и доставка до трансформаторных подстанций для дальнейшего распределения.
Современные электростанции включают в себя сложные системы, состоящие из генераторов, трансформаторов, шин, распределительных устройств, а также систем автоматизации и защиты, которые обеспечивают безопасность и стабильную работу станции. Важным аспектом является интеграция новых технологий, таких как системы мониторинга и управления, что позволяет повысить эффективность работы станций и снизить эксплуатационные затраты.
Цель данной курсовой работы — рассмотреть основные компоненты электрической части электростанции, их функции и особенности работы, а также проанализировать современные подходы и технологии, применяемые для повышения надёжности и эффективности работы электростанций. В работе будут изучены основные типы генераторов и трансформаторов, их конструктивные особенности, а также системы управления и сигнализации, обеспечивающие безопасность работы электростанции.
Задачи исследования включают выбор силовых, измерительных и коммутационных аппаратов, описание электрических схем станций.
3
Исходные данные для курсового проекта
по дисциплине "Электрические станции и подстанции"
Номер варианта 14
Таблица 1 Данные по турбогенераторам |
||
|
Тип 1 |
Тип 2 |
Число турбогенераторов |
1 |
1 |
Номинальная активная мощность, МВт |
32 |
63 |
Номинальное напряжение обмотки статора, кВ |
10.5 |
10.5 |
Коэффициент расхода на собственные нужды в %, К с.н. |
10 |
10 |
|
|
|
Таблица 2 Данные по нагрузке |
|
|
|
|
Нагрузка 1 |
Нагрузка 2 |
1. |
Напряжение, кВ U_нагр |
|
35 |
110 |
2. |
Максимальная мощность одной |
10 |
25 |
|
линии P max_нагр, МВт |
|
|
|
|
3. |
Число линий с Р max_нагр |
|
3 |
2 |
4. |
Коэффициент одновременности К |
1 |
1 |
|
одн_нагр |
|
|
|
|
5. |
Коэффициент мощности Cos F_нагр |
0.8 |
0.8 |
|
|
Таблица 3 Данные по линиям связи энергообъекта с энергосистемой |
|||
Напряжение, кВ, 110 |
Число линий связи объекта с энергосистемой |
|||
|
|
2 |
|
|
Длина одной линии связи, км, |
Сечение сталеалюминиевого провода, |
|||
80 |
мм*мм, 95/16 |
|
||
Количество проводов в фазе |
Отношение Х0 / Х1 для линии связи – нет |
|||
Дополнительные сведения: |
|
|
|
|
1.Для всех вариантов число линий связи объекта с энергосистемой принять равное двум.
2.Для всех вариантов число цепей в одной линии связи принять равное единице.
3.Для всех вариантов число нагрузки на РУ ВН принять равное 3
|
Таблица 4 Данные по энергосистеме |
Напряжение, кВ, 110 |
Мощность короткого замыкания |
1,6 |
МВ ∙ А, 700 |
Коэффициент ударный, о.е., |
энергосистемы, |
Дата выдачи задания |
10.09.2025г. |
Доцент ОЭЭ ИШЭ ТПУ |
Н.М. Космынина |
4
Описание структурной схемы
На рисунке 1 приведена структурная схема
Рисунок 1 Структурная схема 3 Тип электростанции компенсационная электростанция (КЭС).
На заданной электростанции располагаются распределительные устройства следующих классов напряжение: ВН 110 кВ, СН 35 кВ. К РУ СН подключены 2 генератора по схеме «Генератор Блочный трансформатор», G1 турбогенератор ТВС 32У3 номинальной активной мощностью 32 МВт, G2 турбогенератор ТВФ 63 2У3 номинальной активной мощностью 63 МВт.
Для повышения надёжности подачи электроэнергии со станции, распределительные устройства соединены между собой двумя трёхобмоточными трансформаторами связи с регулированием по напряжению
(РПН) ТДЦТН 80000/110. ЭлектростанцияМВдополнительно∙ А ударный коэфподсоедино ена к общей системе С 110 кВ, мощностью 700 , . 1,6 . .
5
|
|
Выбор и описание турбогенераторов |
|
|
||||
|
Выбор турбогенераторов выполняется по заданным исходным данным: |
|||||||
по напряжению и по активной мощности. |
|
|
|
|
|
|||
|
Дополнительным условием является то, что можно выбрать любую |
|
||||||
серию машины, которая выпускается промышленностью. |
|
|
|
|||||
|
По заданным условиям, произведём следующий выбор |
|
|
|||||
турбогенераторов по данным напряжения и по активной мощности: для |
|
|||||||
генератора 1 (G1) ТВC 32УЗ и для генератора 2 |
(G2) ТВФ 63 2У3 по [2, |
|||||||
с.78 |
80] |
|
|
|
|
|
|
|
Характеристики турбогенераторов: |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Таблица 1.1 Характеристики турбогенераторов |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Маркировка |
Пояснение |
Пояснение |
|
Sном, |
Pном, |
Uном, |
cosφ |
|
|
|
буквенной части |
цифровой части |
|
МВ∙А |
МВт |
кВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТВС 32У3 |
Турбогенератор(Т) |
32 – активная |
|
40 |
32 |
10,5 |
0,8 |
|
|
|
с водородным |
мощность |
|
|
|
|
|
|
|
охлаждением(В) |
3 – для работы в |
|
|
|
|
|
|
|
специального |
|
|
|
|
|
|
|
|
закрытых |
|
|
|
|
|
|
|
|
исполнения(С) для |
|
|
|
|
|
|
|
|
помещениях с |
|
|
|
|
|
|
|
|
работы в районах |
|
|
|
|
|
|
|
|
естественной |
|
|
|
|
|
|
|
|
с умеренным |
|
|
|
|
|
|
|
|
вентиляцией |
|
|
|
|
|
|
|
|
климатом(У) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Турбогенератор(Т) |
63 – активная |
|
78,75 |
63 |
10,5 |
0,8 |
|
ТВФ |
63 |
|
|
|
|
|
|
|
2У3 |
|
с водородный |
мощность |
|
|
|
|
|
|
|
форсированным |
2 – количество |
|
|
|
|
|
|
|
охлаждением(ВФ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
полюсов |
|
|
|
|
|
|
|
|
для работы в |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 для работы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
районах с |
в закрытых |
|
|
|
|
|
умеренным |
помещениях с |
|
|
|
|
|
климатом(У) |
естественной |
|
|
|
|
|
|
вентиляцией |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
Каталожные данные генераторов |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Маркировка |
|
Схема |
|
I_ном,кА |
|
|
X” d |
|
Xd |
X2 |
|
Ta_3, c |
||||||
|
|
|
|
|
соединения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
обмоток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
статора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
|
12 |
|
|
13 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
звезда |
|
2,2 |
|
0,153 |
|
2,648 |
|
0,187 |
|
|
0,212 |
|||
|
ТВС |
32У3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ТВФ |
|
63 |
|
|
|
|
|
4,33 |
|
0,153 |
|
1,199 |
|
0,248 |
|
|
0,24 |
|
|
|
|
|
Звезда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2У3 |
|
|
|
треугольник |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Таблица 1.3 |
Описание систем охлаждения и возбуждения генераторов |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Описание системы охлаждения |
|||||||
|
Маркировка |
|
Виды систем возбуждения |
|
|
|
(охлаждаемая среда) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Статора |
|
Ротора |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обмотки |
Стали |
|
Обмотки |
|
Бочки |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ТВС 32У3 |
|
|
ТС |
|
КВ |
НВ |
|
КВ |
|
Водород |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ТВФ 63 2У3 |
|
|
ВЧ |
|
КВ |
НВ |
|
НВ |
|
Водород |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Системы возбуждения выбранных турбогенераторов
Система возбуждения генератора ТВФ 63 2У3
В генераторах ТВФ 63 2У3 используется тиристорная система самовозбуждения источником возбуждения является цепь статора главного генератора. Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от
7
выводов статора Г через понижающие трансформаторы и группы управляемых вентилей – тиристоров.
Рисунок 2 – схема тиристорной системы самовозбуждения
Основные элементы схемы:
выпрямительный трёхфазный трансформатор (ВТ), подключенный к выводам обмотки статора генератора,
последовательный трансформатор (ПТ), первичная обмотка включена последовательно в цепь статора со стороны нулевых выводов генератора,
рабочая группа вентилей (ВР), обеспечивает основное возбуждение в нормальном режиме,
форсировочная группа вентилей (ВФ), обеспечивает возбуждение при
форсировке и гашение поля в аварийных режимах.
Тиристоры группы ВР получают питание от ВТ, который используется для подачи переменного тока в сеть меньшего напряжения, U2ВТ ~ UГ . Мощность тиристоров группы ВР рассчитывают так, чтобы она была достаточна для возбуждения генератора на холостом ходу и для регулирования
8
возбуждения в нормальном режиме, которое осуществляется с помощью АРВ. В номинальном режиме тиристоры обеспечивают (70 80)% от Uв ном. Остальное возбуждение обеспечивают с помощью группы ВФ.
У схемы есть недостаток зависимость работы возбудителя от режима внешней сети. При к.з. вблизи генератора напряжение на его выводах IГ падает, а вслед за ним уменьшается значение U2 ВТ. Это нарушает работу системы возбуждения, которая должна обеспечивать форсировку тока возбуждения в ОВ. Но при к.з вблизи генератора увеличивается IГ, а I2 ПТ ~ IГ. Поэтому используется группа ВФ, при форсировке эта группа полностью открывается и даёт весь ток форсировки. Такое сочетание ПТ и ВТ повышает надёжность схемы. При гашении поля группа ВФ переводится в инверторный режим.
Схема проста, широко применяется, экономичнее независимой СВ, также имеет высокую кратность форсировки и быстродействие, которое ограничено лишь инерционностью системы управления тиристорами. Но схема не лишена недостатков: первоначальный пуск генератора осуществляется от дополнительного источника (а дальше перевод на самовозбуждение), работа системы возбуждения зависит от режима работы внешней сети.
Описание систем охлаждения
Система охлаждения генератора ТВФ 63 2У3
Обмотки статора охлаждаются КВ охлаждением, где К – косвенное, а В
– водородное. [1, стр. 80 81] Сталь статора и обмотки ротора охлаждается НВ охлаждением, где Н –
непосредственное, а В – водородное. [1, стр. 80 81]
В генераторах серии ТВФ применяется косвенное охлаждение обмоток статора водородом и непосредственное (форсированное) охлаждение обмотки ротора. Вентиляция турбогенератора осуществляется по замкнутому циклу. Циркуляция водорода обеспечивается двумя вентиляторами, установленными
9
на валу ротора. Водород охлаждается газоохладителями, горизонтально встроенными в корпусе статора. Тепловой контроль всех основных узлов турбогенератора производиться установленными в них термометрами сопротивления, подключёнными к контролирующим приборам. [2, стр. 56]
Водородное охлаждение очень эффективно, так как водород имеет большой коэффициент теплоотдачи, высокую теплопроводность, что предопределяет малое тепловое сопротивление прослоек водорода в изоляции и зазорах пазов. За счёт невысокой плотности водорода уменьшаются вентиляционные потери, в результате чего К.П.Д. генератора увеличивается. Отсутствие окисления изоляции в среде водорода повышает надёжность работы генератора и увеличивает срок службы изоляции обмоток. К достоинствам водорода относится и то, что он не поддерживает горения, поэтому в генераторах с водородным охлаждением можно отказаться от устройства пожаротушения. [2, стр. 54].
Косвенное охлаждение обмотки и сердечника статора осуществляется по радиальной многоструйной схеме. При этом отсеки горячего и холодного водорода совпадают с местами забора и выхода газа у ротора. Циркуляция водорода осуществляется вентиляторами, насаженными на вал машины с обоих ее торцов (рисунок 2). Водород охлаждается в газоохладителях, встроенных в корпус генератора. [3]
Рисунок 3 Схема водородного охлаждения турбогенератора серии ТВФ
10
Система вентиляции роторов генераторов серии ТВФ представлена на рисунке 3 [2, стр. 57].
Рисунок 4 Конструкция вентиляционного канала в обмотке ротора с непосредственным охлаждением:
а) продольный разрез; б) и в) поперечные косые разрез по пазу ротора.
При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (газ или жидкость) соприкасается с проводниками обмоток генератора, минуя изоляцию и сталь зубов, т.е. непосредственно.
Охлаждающий газ забирается из зазора с последующим выбросом нагретого газа обратно в зазор. При этом проводники 1 обмотки ротора выполняются сплошными прямоугольного сечения, на боковых поверхностях из фрезеруются косые вентиляционные каналы 2. При работе генератора (вращении ротора) водород поступает в заборное отверстие 3 и, проходя по косому вентиляционному каналу до дна паза 4, выходит уже с другой стороны паза (катушки) в другой канал и через выпускное отверстие 5 попадает снова в зазор. Давление водорода в корпусе генератора поддерживается 0,2 – 0,4 Мпа. [3].
11