Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ЭНИН Направление подготовки Электрические станции Кафедра Электроэнергетических систем БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Проектирование дизельной электростанции для энергокомплекса «Южно-Курильская» УДК Студент Группа ФИО Подпись Дата 5А0Б Дорошенко Александр Викторович Руководитель Должность ФИО Ученая степень, звание Доцент кафедры ЭЭС Космынина Нина Михайловна Кандидат технических наук Подпись Дата КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Старший преподаватель Потехина Нина Васильевна По разделу «Социальная ответственность» Должность ФИО Ученая степень, звание Доцент Романцов Иван Григорьевич Подпись Дата По разделу «Выбор дизельных генераторных установок для энергокомплекса «Южно Курильская», «Решения по размещению оборудования», «Разработка программного продукта для выбора количества и мощности дизельных генераторных установок». Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата Ассистент кафедры ЭПП Сарсикеев Ермек Жасланович звание ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Томск 2014г.
3 Приложение Г.1 (обязательное) Форма задания на выполнение выпускной квалификационной работы Министерство образования и науки Российской Федерациии Федеральное государстве енное автономное образовательное учреждение высшего образования я «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ЭНИН Направление подготовки (специальность) Электрические станции Кафедра Электроэнергетических систем УТВЕРЖДАУ АЮ: Зав. кафедрой (Подпись) (Дата) (Ф.И.О.)( ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационнойй работы В форме: Бакалаврской работы Студенту: Группа 5А0ББ (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской м диссертации) ФИО Дорошенко Александру Викторовичу Тема работы: Проектирование дизельной электростанции для энергокомплекса «Южно-Курильская» Утверждена приказом директора (дата, номер) ) Срок сдачи студентом выполненнойй работы: ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Исходные данные к работе (наименование объекта исследования или проектирования; производительность или нагрузка; режим работы (непрерывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функционирования (эксплуатации) объекта или изделия в плане безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономическийй анализ и т. д.).
Тема работы Анализ эксплуатационных характеристик газораспределительных ...
... эксплуатации МГ ООО «Газпром трансгаз Томск» СОГЛАСОВАНО: Зав. кафедрой Герасимов А.В. к.т.н, доцент г. ФИО Ученая степень, звание Подпись ТХНГ Рудаченко А.В. к.т.н, доцент г. Дата 8 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа ...
Дизельная электростанция для энергокомп плекса «Южно-Курильская» мощностью 2800 квт, режим работы непрерывный, топливо. вид сырья дизе ельное 2
4 Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов (аналитический обзор по литературным источникам с целью выяснения достижений мировой науки техники в рассматриваемой области; постановка задачи исследования, проектирования, конструирования; содержание процедуры исследования, проектирования, конструирования; обсуждение результатов выполненной работы; наименование дополнительных разделов, подлежащих разработке; заключение по работе).
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Выбор количества и мощности дизельных генераторов, выбор схемы электрических соединений распределительного устройства, выбор коммутационных аппаратов, токоведущих частей, проектирование измерительной подсистемы. Схема главных цепей 6,3 кв, схема главных цепей шкафов КРУ D-12P, план размещения оборудования в шкафах КРУ D-12P, схема расположения проектируемой ДЭС Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы (с указанием разделов) Раздел Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Социальная ответственность Потехина Нина Васильевна Романцов Иван Григорьевич Консультант Выбор дизельных Сарсикеев Ермек Жасланович генераторных установок для энергокомплекса «Южно Курильская». Решения по размещению оборудования. Разработка программного продукта для выбора количества и мощности дизельных генераторных установок. Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном языках: Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику Задание выдал руководитель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент кафедры ЭЭС Космынина Нина Михайловна Кандидат технических наук 3
5 Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО Подпись Дата 5А0Б Дорошенко Александр Викторович 4
6 Содержание Реферат 3 Введение 4 1 Анализ энергосистемы «Южно Курильская» Электростанции генерирующая часть энергосистемы Подстанции энергокомплекса «Южно-Курильская» Современное состояние и перспективы развития 8 2 Выбор дизельных генераторных установок для энергокомплекса 10 «Южно Курильская» 2.1 Оптимизация структуры и мощности ДЭС локальных систем 10 электроснабжения 2.2 Выбор расчетного графика нагрузки Выбор количества и мощности дизельных генераторов Расчет математического ожидания недоотпуска электроэнергии Определение годовых эксплуатационных затрат Технико экономическое сравнение вариантов Основные решения по проектированию 30 3 Определение расчетных условий для выбора аппаратуры и 34 токоведущих частей ДЭС 3.1 Определение расчетных условий по продолжительным режимам Определение расчетных условий по режимам трехфазных 35 коротких замыканий 4 Выбор схемы электрических соединений распределительного 41 устройства 4.1 Выбор вида схемы Выбор исполнения распределительного устройства 42 5 Выбор коммутационных аппаратов 54 6 Выбор токоведущих частей 58 5
Реконструкция участка существующей железнодорожной линии с анализом ...
... усиления мощности участка железнодорожной линии 1.1 Существующее техническое состояние. Объемы грузовых и пассажирских перевозок В соответствии с заданием на курсовое ... для достижения данных требований неотъемлемой частью является реконструкция пути, благодаря чему мы сможем добиться ... определенном техническом состоянии. При этом на всех этапах работы дороги должно обеспечиваться условие: Где Г в - ...
7 7 Проектирование измерительной подсистемы Выбор измерительных приборов Выбор измерительных трансформаторов тока Выбор измерительных трансформаторов напряжения 69 8 Размещение оборудования 72 9 Разработка программного продукта для выбора количества и 75 мощности дизельных генераторных установок 10 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 80 ресурсосбережение 10.1 Классификация методов экономических оценок Метод приведенных годовых затрат Расчет капиталовложений в оборудование Расчет годовых эксплуатационных затрат Расчет ущерба от недоотпуска энергии Технико экономическое сравнение вариантов Социальная ответственность Описание автоматизированного рабочего места оператора Анализ выделенных вредных факторов Анализ выявленных опасных факторов Охрана окружающей среды Защита в чрезвычайных ситуациях 99 Заключение 104 Список публикаций 106 Список литературы 107 Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г 6
8 Реферат Выпускная квалификационная работа 107с., 22 рис., 37 табл., 18 источников, 4 прил. Ключевые слова: дизельный генератор, дизельная электростанция, оптимизация структуры, КРУ D-12P. Объектом исследования является: энергокомплекс дизельных электростанций «Южно-Курильская». Цель работы проектирование дизельной электростанции мощностью 2800 квт, выбор основного оборудования, разработка основных решений по размещению оборудования. Выпускная квалификационная работа выполнена с помощью программ MS Excel, MS Visio, MATLAB в текстовом редакторе MS Word. 7
9 Введение Россия крупнейшая страна в мире по площади зон децентрализованного электроснабжения. К ним относятся около 70 % территории государства, на которых проживают по разным оценкам от 10 до 20 млн. человек. Большинство этих территорий расположены в районах с суровыми климатическими условиями Сибирь, Дальний Восток, Крайний Север. Для электроснабжения потребителей децентрализованных зон традиционно используются установки малой энергетики малые электростанции, работающие на автономную электрическую сеть одного или нескольких близлежащих населенных пунктов. Актуальность проектирования дизельной электростанции заключается в том, что они составляют основу малой энергетики России, общее количество превышает 47 тыс., а установленная мощность достигает 15 млн. квт. Широкое применение дизельных электростанций определяется рядом их преимуществ перед другими типами источников энергии: относительно высокий КПД, до 0,35 0,4; компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала; возможность блочно-модульного исполнения электростанций, сводящая к минимуму строительные работы на месте применения. Целью данной работы является проектирование дизельной электростанции для децентрализованного комплекса электроснабжения поселка Южно Курильск. В задачи работы входит: выбор количества и мощности дизельных генераторов, выбор схемы электрических соединений распределительного устройства, выбор коммутационных аппаратов, токоведущих частей, проектирование измерительной подсистемы. 8
10 1 Анализ энергосистемы «Южно-Курильская» 1.1 Электростанции-генерирующая часть энергосистемы Энергокомплекс дизельных электростанций (ДЭС) «Южно-Курильская» обеспечивает электроэнергией поселок городского типа Южно-Курильск, расположенный на полуострове Кунашир (на юге Курильских островов) с населением примерно 6500 человек. Структурная схема энергокомплекса ДЭС «Южно-Курильская» представлена на рисунке 1.1. Генерирующие мощности энергокомплекса ДЭС «Южно-Курильская» представлены двумя дизельными электростанциями ДЭС 1 «Русская» (2400 квт) и ДЭС 2 «Японская»(3200 квт) и двумя энергомодулями ГеоТЭС «Менделеевская(3600 квт)». ДЭС 1 «Русская» Количество и мощность источников энергии: три дизельных генератора ДГ-72М мощностью 800 квт. Основные характеристики генераторов приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 Генераторы ДЭС 1 «Русская» ДЭС Тип Количество U ном, кв Р ном, квт cosφ Русская ДГ-72М 2 6, ,8 9
Электроснабжение инструментального цеха
... Выбор вариантов электроснабжения Основной задачей курсового проекта является правильный подсчет электрических нагрузок и определение расчетных мощностей, а также выбор системы электроснабжения. Правильно спроектированная система электроснабжения ... работы. Для выбора и обоснования СЭС используются правила ПУЭ. СЭС - (система электроснабжения) ... цеха - чернозем с температурой +10°С. Каркас здания цеха ...
11 Рисунок 1.1 Структурная схема ДЭС «Южно-Курильская» 10
12 Краткое описание: 1. Синхронный генератор СГД2М , номинальная мощность 800 квт, частота вращения 375 об/мин, напряжение 6300 В, тип системы возбуждения статическая. 2. Дизель Четырехтактный, рядный, вертикальный, тронковый, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Номинальная мощность 800 квт. ДЭС 2 «Японская» Количество и мощность источников энергии: четыре дизельных генератора NTAKL мощностью 800 квт. Основные характеристики генераторов приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 Генераторы ДЭС 2 «Японская» ДЭС Тип Количество U ном, кв Р ном, квт cosφ Японская NTAKL 4 6, ,8 Краткое описание: 1. Синхронный генератор Тип NTAKL, количество полюсов-8, полная мощность 1000 кв А, 750 об/мин, напряжение 6300В, ток 91,7 А, частота 50 Гц, напряжение возбуждения 90 В, ток возбуждения 205 А, соединение Y, класс изоляции F, бесщеточный возбудитель: 30 кв А, 130 В, 133,3 А. Возбудитель: 120 В, 6,6 А. Защита JR20, охлаждение JCO. 2. Дизель 8ДК-20 ДК820Z0083 Скорость 750 об/мин, максимальная непрерывная мощность 860,5 квт. 1.2 Подстанции энергокомплекса «Южно-Курильская» 11
13 кв. ПС «Южно-Курильская» Подстанция «Южно-Курильская» повышает напряжение с 6,3 кв до 35 На подстанции имеется два распределительных устройства: ЗРУ 6,3 кв и ЗРУ 35кВ и два трансформатора ТМН 4000/35/6. Данные по трансформаторам приведены в таблице 1.3. Таблица 1.3 Трансформаторы ПС «Южно-Курильская» Тип S ном, ква U вн, кв U нн, кв Р хх, квт Р кз, квт I хх, % U кз, % Схема соединения ТМН- 4000/35/ ,3 5,6 33,5 0,9 7,5 Y/Δ кв. ПС «Менделеевская» Подстанция «Южно-Курильская» повышает напряжение с 10,5 кв до 35 На подстанции имеется два распределительных устройства: ЗРУ 10,5 кв и РУ 35кВ и 2 трансформатора ТМН 4000/35/11. Данные по трансформаторам приведены в таблице 1.4. Таблица 1.4 Трансформаторы ПС «Менделеевская» Тип S ном, ква U вн, кв U нн, кв ΔР хх, квт ΔР кз, квт I хх, U кз, Схема соединения ТМН- 4000/35/ ,6 33,5 0,9 7,5 Y/Δ ПС «Менделеевская» и ПС «Южно-Курильская» соединены между собой одноцепной линией электропередач, выполненной на напряжении 35 кв сталеалюминиевым проводом АС-120 длиной метров. 1.3 Современное состояние и перспективы развития 12
Судовые дизели и их эксплуатация
... Росси к системам автоматической работы дизель- генераторов 3. Пуск дизель - генераторов. Выбор схемы, регулирования скорости вращения. 4. Терморегулирование дизель-генераторов. Защита и сигнализация в ... регулируется уровень. Для измерения температур в системах автоматического регулирования судовых энергетических установок применяются термоманометрические, термоэлектрические и другие элементы. В ...
14 ДЭС является основным источником электроснабжения поселка городского типа Южно-Курильск и с учетом перспективы присоединения к сетям Южно-Курильска военного городка «Лагунное» (1680 квт), аэропорта «Менделеево» (200 квт) роль ДЭС возрастает. Общая мощность нагрузки на ДЭС в зимний период может составить 5000 квт. На сегодняшний день потребность населенного пункта в электроэнергии поддерживается физически изношенным оборудованием двух дизельных электростанций энергокомплекса ДЭС «Южно-Курильская», работающего в параллельном режиме с геотермальной станцией. Из семи агрегатов базовой ДЭС энергокомплекса (корпус 1 «Русская») в настоящее время работоспособны только три. Дальнейшая эксплуатация ДЭС без капитальных ремонтов, реконструкции инженерных сооружений, замены изношенного вспомогательного оборудования и т.д. буде сопровождаться авариями и ограничениями в подаче электроэнергии потребителям. Во избежание перебоев в электроснабжении потребителей Южно- Курильска в результате возможного выхода из строя устаревшего оборудования, необходимо в кратчайшие сроки решить задачу пополнения существующего энергокомплекса новыми источниками электроэнергии. В данной работе предлагается строительство дизельной электростанции модульного типа, возведение которой и подключение ее к существующей энергосистеме Южно-Курильска может быть произведено в кратчайшие сроки. Предлагаемое решение обеспечит поддержание потребностей населенного пункта в электроэнергии и возможность вывода из эксплуатации изношенного, экономически неэффективного оборудования энергокомплекса. 13
15 2 Выбор дизельных генераторных установок для энергокомплекса «Южно-Курильская» 2.1 Оптимизация структуры и мощности ДЭС локальных систем электроснабжения Важнейшим техническим показателем автономной дизельной электростанции, обеспечивающей питание децентрализованных потребителей, является число и мощность установленных силовых агрегатов. Именно этот показатель определяет надежность электроснабжения потребителей и от него во многом зависит эффективность работы ДЭС. В соответствии с [1] суммарная мощность рабочих дизельных электроагрегатов должна покрывать максимальную расчетную нагрузку с учетом собственных нужд ДЭС и обеспечивать запуск электродвигателей. Количество рабочих агрегатов определяется в соответствии с графиком нагрузок и имеющейся номенклатурой электроагрегатов. Конкретных рекомендаций и методик по выбору числа и мощности дизель-генераторов нормативные документы не содержат. Между тем этот показатель чрезвычайно важен, так как от него во многом зависят технико-экономические характеристики электростанции. Выбор рационального числа рабочих дизельных электроагрегатов, обеспечивающих наилучшие технико-экономические характеристики ДЭС, связан с учетом большого количества весьма противоречивых факторов. Отметим основные проблемы, связанные с этим выбором: 1. Дизель-генераторы необходимо периодически выводить из работы для проведения необходимого сервисного обслуживания, текущего и капитального ремонтов. Надежность электроснабжения потребителей при этом снижается. Периодичность и продолжительность технического обслуживания зависит от типоразмера силового агрегата. 14
Системы регулирования частоты вращения генераторных агрегатов
... нагрузки на генератор и понижении частоты вращения -- в сторону увеличения подачи топлива. Для этой цели на приводной двигатель, работающий совместно с генератором, устанавливают регулятор, который может поддерживать один скоростной режим ... n= 100%) мощность дизеля N= 100%. При уменьшении частоты вращения (но неизменной подаче топлива) мощность дизеля уменьшается. На рис. 3.1, а при работе дизеля на ...
16 2. Состав потребителей, получающих питание от ДЭС, может значительно различаться по мощности, количеству и режимам работы. При этом неизбежно изменение нагрузки станции в значительном диапазоне, как в течение суток, так и по сезонам года. При этом желательно обеспечить загрузку дизель-генераторов в пределах от 25 до 80 % от номинальной нагрузки. Загрузка выше этих пределов приводит к снижению ресурса дизельного двигателя; при малых нагрузках значительно увеличивается удельный расход топлива и проявляется эффект карбонизации, вызванной скоплением в цилиндрах несгоревших фракций топлива, что также негативно влияет на ресурс двигателя. 3. Удельный расход топлива на выработку 1 квт ч электрической энергии зависит от типоразмера агрегата, у дизель-генераторов большой мощности он, как правило, ниже. Удельный расход топлива изменяется при работе дизель-генераторов на частичных режимах, с уменьшением нагрузки увеличивается. В данной работе предлагается методика оптимизации числа и типовой мощности рабочих дизельных электроагрегатов автономной ДЭС, используемой в качестве основного источника электроснабжения децентрализованных потребителей. В качестве критерия оптимизации используется минимум приведенных годовых затрат при заданном уровне надежности электроснабжения потребителей: где З приведенные годовые затраты, руб; З EН К И У min, (1) Е н нормативный коэффициент эффективности капиталовложений (в расчетах принимался равным 0.15, что соответствует сроку окупаемости 6.5 лет); К капитальные вложения в ДЭС, руб; И годовые расходы на эксплуатацию станции, руб; 15
17 руб. У экономический ущерб от нарушения электроснабжения потребителей, Основные технико-экономические показатели дизель генераторов и ДЭС приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 Основные технико-экономические показатели ДЭС Номинальная мощность силового агрегата, квт К ти Цена комплектной ДЭС, руб Удельный расход топлива, г/квт ч Номинальные мощности электроагрегатов и электростанций определены из государственных стандартов [2, 3] и соответствуют общепромышленным стационарным электроагрегатам и дизельным электростанциям трехфазного переменного тока. Усредненная стоимость ДЭС (на начало 2013 года) определена по прайслистам и каталогам известных отечественных производителей и поставщиков дизельных электростанций [4, 5]. В таблице 2.1 приведены цены полнокомплектных стационарных ДЭС контейнерного исполнения и под капотом. Выбор такого варианта исполнения станций обусловлен минимальными затратами на капитальное строительство и меньшими расходами на ввод в эксплуатацию. Удельный эффективный расход топлива определен по спецификациям на дизель-генераторные установки, выполненные на базе отечественных 16
18 силовых агрегатов серии АД Ярославского моторного завода и двигателей Volvo Penta (Швеция).
Коэффициент технического использования К ти для дизельных двигателей различных типоразмеров определен из [6].
К ти характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно общей (календарной) продолжительности эксплуатации: K i i 1 ти n m k n t t i i j i 1 i 1 j 1, (2) где t i — время сохранения работоспособности в i-м цикле функционирования объекта; τ i — время восстановления (ремонта) после i-го отказа объекта; τ j — длительность выполнения j-й профилактики, требующей вывода объекта из работающего состояния (использования по назначению); n — число рабочих циклов за рассматриваемый период эксплуатации; m — число отказов (восстановлений) за рассматриваемый период; k — число профилактик, требующих отключения объекта в рассматриваемый период. В теории надежности время нахождения объекта в неработоспособном состоянии характеризуется коэффициентом вынужденного простоя K в. Суммарное время вынужденного простоя объекта обычно включает в себя время на поиск и устранение отказа; на регулировку и настройку объекта после устранения отказа; простой из-за отсутствия запасных элементов; простой для проведения профилактических работ. Так как технический объект может находиться только в одном из двух возможных состояний сумма коэффициентов, характеризующих состояние объекта равна единице: K ти + K в = 1 (3) 17
Бензиновые и дизельные генераторы
... Необходимостью применения дизель-генераторов является резервирование мощностей для работы при ... резервного источника электроснабжения малой мощности в стационарном исполнении, ... арктическое) и газотурбинное топливо. Остаточные (тяжелые) топлива представляют топливо моторное для среднеоборотных дизелей (марки ДТ ... выработки электроэнергии, переключения нагрузки, синхронизации генераторов с сетью и ...
19 2.2 Выбор расчетного графика нагрузки Решим оптимизационную задачу по выбору дизель-генераторов стационарной ДЭС, предназначенной для электроснабжения автономного объекта. Данный объект имеет различные графики нагрузок по месяцам. Нагрузки по месяцам представлены на рисунках Рн, квт Т, ч Рисунок 2.1 Суточный график нагрузок за январь 18
20 Рн, Вт Т, ч Рн, Вт Рисунок 2.2 Суточный график нагрузок за июль Т, ч Рисунок 2.3 Суточный график нагрузок за октябрь Так как наиболее высокая нагрузка приходится на зимние месяцы, принимаем в качестве расчетной нагрузки нагрузку за январь. 19
21 Рн, квт Т, ч Рисунок 2.4 Расчетный суточный график нагрузки Выбор числа и мощности электроагрегатов ДЭС будем проводить с учетом следующих положений: 1. Суммарная мощность агрегатов должна быть на 25 % больше суточного максимума нагрузки: Р сумм 1,25 Р макс (4) Выполнение этого условия обеспечит загрузку дизелей в режиме максимальных нагрузок не более чем на 80 %. 2. Для удобства сервисного обслуживания все дизель генераторы должны быть одного типоразмера. 3. Максимальное количество агрегатов ДЭС не должно быть больше восьми. 2.3 Выбор количества и мощности дизельных генераторов Максимальная активная мощность по графику: 1863,68 квт. Максимальная полная мощность: 1996,96 кв А. 20
22 Р сумм =1,25*Р мах =1,25*1863,6826=2329,6 квт. Для приведенного на рисунке 2.4 суточного графика нагрузки возможны следующие варианты конструктивного исполнения ДЭС: 4 агрегата Р ном = 700 квт; 5 агрегатов Р ном = 500 квт; 8 агрегатов Р ном = 315 квт; Для оценки уровня надежности генерирующих агрегатов системы электроснабжения в электроэнергетике обычно используют биноминальный закон распределения вероятностей, согласно которому коэффициент готовности (одновременного рабочего состояния) m элементов из n: m m (n m) г(м) C n ти в K K K (5) где C m n! 0 n n ; n 1; n 1 (6) m!( n m)! C C По выбранной мощности дизель-генераторов по [6] можно определить коэффициент технического использования K ти, из выражения (3) найти коэффициент вынужденного простоя K в и по выражениям (5), (6) рассчитать ряд распределения коэффициентов мощностей электроагрегатов, находящихся в рабочем состоянии K Р г гi, где индекс P гi соответствует мощности ДЭС при i работающих агрегатах. Нагрузку станции также можно представить в виде ряда коэффициентов K Р н нj, характеризующих относительную длительность потребляемой мощности P нj и вычисляемых по формуле: Р P t( ) нj нj K н (7) 24 где t(p нj ) длительность потребления мощности P нj по заданному суточному графику, ч; j количество ступеней суточного графика нагрузки. При мощности нагрузки, большей суммарной мощности работающих генераторов ДЭС (P нj > P гi ), в системе будет иметь место дефицит мощности 21
Генератор по схеме Хартли
... трансформаторной обратной связью. — Прим. ред.] Генераторы звуковых и радиочастотных сигналов широко применяют Генератор, построенный по схеме Армстронга, иногда используется в смесительных каскадах связных ... или радиочастотных) используются два транзистора, включенных на балансной схеме. Выходная мощность двухтактного усилителя более чем в два раза вы Операционные усилители — специальные ...
23 Тогда вероятность дефицита мощности: P дk =P нj — P гi. (8) Р P K K K Р ДК Гi Нj (9) Д Г Н где k число вариантов, когда P нj > P гi Расчет математического ожидания недоотпуска электроэнергии Математическое ожидание недоотпуска электроэнергии за год вследствие дефицита мощности составит: Р ДК (10) Э 365 PДК KД к где ΔЭ математическое ожидание недоотпуска энергии за год, квт ч; Математическое ожидание ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям составит: У = Э у 0, руб (11) где у 0 удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии, руб/квт ч. Проиллюстрируем последовательность выполнения вычислений по определению математического ожидания ущерба от недоотпуска электроэнергии на примере ДЭС, состоящей из четырех агрегатов с номинальной мощностью 700 квт. Для данных дизель-генераторов коэффициент технического использования K ти равен 0,87. Найдем значение коэффициента вынужденного простоя: K в = 1 — K ти = 1 0,87 = 0,13 Результаты расчета коэффициента готовности представлены в таблице
24 Таблица 2.1 Вероятность нахождения электроагрегатов ДЭС в рабочем состоянии i (m) Р гi, квт Р Гi K Г 0,1131 0,4524 0,6786 0,4524 0,1131 Общее количество возможных состояний системы равно пяти i = n + 1. Каждое состояние характеризуется определенной величиной располагаемой мощности Р гi. Суточный график нагрузки, представленный на рисунке 2.4, имеет 48 ступеней, длительностью по 0,5 часа каждая (j = 48).
Вероятность работы ДЭС на каждую ступень графика определим по (7): Р P t( Нj) Нj K Н Ряд мощностей нагрузки представлен в таблице 2.2. Таблица 2.2 Вероятность работы ДЭС на нагрузку, создаваемую потребителем j P нj, МВт 0,64 0,62 0,58 0,56 0,49 0,44 0,49 0,51 0,54 0,56 0,56 0,55 0,54 0,6 0,66 0,64 Р Hj K 0,02083 H Продолжение таблицы 2.2 j P нj, MВт 0,65 0,66 0,67 0,66 0,55 0,53 0,48 0,64 0,49 0,51 0,52 0,49 0,65 0,64 0,77 1,62 Р Hj K 0,02083 H 23
25 P нj, Продолжение таблицы 2.2 j MВт 1,71 1,72 1,81 1,86 1,6 1,7 1,73 1,74 1,68 1,66 1,58 1,53 1,3 1,19 1,12 1,06 Р Hj K 0,02083 H Для электроэнергетической системы с параметрами, представленными в табл. 2.2, всего возможно сорок шесть состояний, когда имеет место дефицит мощности (k = 46).
Результаты расчета математического ожидания дефицита мощности в системе электроснабжения приведены в таблице
26 Таблица 2.3 Результаты расчета математического ожидания дефицита мощности в системе электроснабжения Математическое ожидание дефицита мощности P P Дk KД, MВт Дk i K Р Г Гi Р гi, МВт 1,86 1,81 1,74 1,73 1,72 1,71 1,69 1,68 1,67 1,62 1,6 1,59 1,53 1,3 1,19 1,12 0 0, ,45 0,7 2 0,68 1,4 3 0,45 2,1 4 0,11 2,8 0,0044 0,0043 0,0041 0,0041 0,004 0,004 0,0040,0039 0,0039 0,0038 0,0038 0,0037 0,0036 0,0030,0028 0,0026 0,01 0,01 0,0098 0,00970,0096 0,0095 0,00930,0092 0,0091 0,0086 0,0084 0,0083 0,0078 0,00560,0046 0,0039 0,0065 0,0058 0,0049 0,00470,0045 0,0044 0,0042 0,004 0,0038 0,003 0,0028 0,0027 0,
Коленчатый вал дизеля д
... к 1-й. Фланец отбора мощности соединяется пластинчатой муфтой с тяговым генератором; к фланцу с противоположной стороны крепится комбинированный антивибратор. Рис. 1 - Коленчатый вал дизеля 1А-5Д49: 1 – ... при учете работы под высоким давлением, неисправности могут вызвать полный выход из строя запчастей без возможности восстановления, или даже взрыв дизеля. Число цилиндров в дизеле Д49 различно. ...
27 Продолжение таблицы 2.3 Математическое ожидание дефицита мощности P P Дk KД, MВт Дk i K Р Г Гi Р гi, МВт 1,06 0,77 0,67 0,66 0,66 0,66 0,65 0,65 0,64 0,64 0,64 0,64 0,62 0,6 0,58 0,56 0 0, ,45 0,7 2 0,68 1,4 3 0,45 2,1 4 0,11 2,8 0,00250,0018 0,0016 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0016 0,0015 0,0015 0,0015 0,0015 0,0014 0,0014 0,0013 0,00340,
28 Продолжение таблицы 2.3 Математическое ожидание дефицита мощности P P Дk KД, MВт Дk i K Р Г Гi Р гi, МВт 0,56 0,56 0,55 0,55 0,54 0,54 0,53 0,52 0,52 0,51 0,5 0,5 0,5 0,5 0,47 0,44 0 0, ,45 0,7 2 0,68 1,4 3 0,45 2,1 4 0,11 2,8 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0013 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012 0,0011 0,
29 Определив по выражению (9) математическое ожидание дефицита мощности в системе электроснабжения, из выражения (10) найдем математическое ожидание недоотпуска электроэнергии за год вследствие дефицита мощности: Р Э 365 PДК KД К ДК =108,801 тыс. квт ч Определение годовых эксплуатационных затрат Для определения годовых эксплуатационных затрат на обслуживание ДЭС удобнее всего воспользоваться типовой структурой затрат, индивидуальной для каждого предприятия. Существенную долю в структуре этих затрат составляют затраты на топливо: И = И т + И обсл (12) где И годовые эксплуатационные затраты, руб; И т годовые затраты на топливо (цена плюс доставка), руб; И обсл затраты на обслуживание (зарплата персоналу, расходные материалы и т.д.), руб. Если известна доля затрат на топливо в общей структуре затрат, то по известным затратам на топливо можно определить годовые эксплуатационные издержки на обслуживание ДЭС: D т = И т /И (13) где D т доля затрат на топливо в общей структуре затрат на эксплуатацию и обслуживание ДЭС. Расход топлива ДЭС зависит от типоразмера используемых дизельгенераторов, их загрузки и износа. Для рационального расхода топлива в режиме малых нагрузок ненагруженные дизели должны выводиться из работы. При этом для максимального сохранения моторесурса агрегатов и необходимого запаса по 28
30 мощности их загрузка на каждой ступени суточного графика не должна превышать 80 % от номинальной. Соответственно, выбор числа работающих агрегатов m из n возможных для каждого типа ДЭС в расчетах производился из условия: m min 0,8 m Pном Рпотр (14) Расход топлива дизель-генераторами определен согласно [7].
Согласно этой методике абсолютный расход топлива дизельгенератором на отпуск электроэнергии на каждой i-ой ступени суточного графика определяется по формуле: 3 GТi g Т(ном) Kизн Kрежi Эвырi 10 (15) где G Ti абсолютный расход топлива, тонн; g т(ном) — удельный расход топлива дизелем при номинальной мощности (по паспортным данным), г/квт ч; K изн — коэффициент износа. Для дизель-генераторов, прошедших капитальный ремонт или с истекшим сроком службы принимается равным 1,05; K режi режимный коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива при работе дизель-генератора с нагрузкой, меньшей номинальной K g Тi режi (16) gт(ном) где g тi — удельный расход топлива на рассматриваемом долевом режиме, г/квт ч. Определяется по нагрузочной характеристике дизеля, которая приводится в технической документации или принимается по справочным данным. При отсутствии расходной характеристики и при равномерной загрузке дизель-генераторов коэффициент K режi может быть рассчитан по эмпирической формуле: K режi ном mp (17) P потрi 29
31 где Р ном номинальная мощность дизель-генератора, квт; m количество работающих агрегатов на i-ой ступени суточного графика; Р потрi потребляемая мощность на i-ой ступени суточного графика, квт; Вырабатываемая одним дизель-генератором электрическая энергия на i- ой ступени суточного графика при равномерной загрузке дизель-генераторов ДЭС равна: Э вырi P t потрi i (18) m где Э вырi вырабатываемая одним дизель-генератором электрическая энергия на i-ой ступени суточного графика, квт ч; t i продолжительность работы ДЭС на i-ой ступени суточного графика, ч. Суточный расход топлива ДЭС определяется по формуле: G Т m (19) i Выражения (13)-(18) позволяют рассчитать режимные показатели ДЭС с разным типоразмером силовых агрегатов на каждой ступени суточного графика нагрузки. Результаты расчетов режимных показателей ДЭС приведены в таблице 2.4. G Тi 30
32 Таблица 2.4 Результаты расчета режимных показателей ДЭС mxp ном, шт.x квт 8×315 4 x x 500 Р потрi, MВт 0,64 0,62 0,58 0,56 0,5 0,44 0,5 0,51 0,54 0,56 0,56 0,55 0,54 0,6 0,66 0,64 m К режi 1,06 1,06 1,08 1,08 1,03 1,05 1,03 1,1 1,1 1,08 1,08 1,09 1,09 1,07 1,05 1,06 Э вырi, квт ч 107,42 104,07 96,87 94, ,4 124,62 85,81 90,9 93,76 93,2 92,98 90,47 100,51 109,9 107,4 G тi, тонн 0,02 0,02 0,02 0,018 0,02 0,02 0,02 0,017 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,02 0,02 0,02 m G тi, тонн 0,06 0,06 0,058 0,05 0,047 0,043 0,047 0,052 0,055 0,056 0,056 0,056 0,055 0,06 0,064 0,06 m К режi 1,01 1,01 1,02 1,03 1,05 1,07 1,05 1,05 1,04 1,03 1,03 1,03 1,03 1,02 1 1,01 Э вырi, квт ч 322,26 312,21 290,63 282, ,78 249,25 257,45 272,68 281,3 279, ,43 301,53 329,75 322,21 G тi, тонн 0,06 0,059 0,055 0,054 0,049 0,044 0,048 0,05 0,052 0,053 0,053 0,053 0,052 0,058 0,057 0,061 m G тi, тонн 0,06 0,059 0,055 0,054 0,049 0,044 0,048 0,05 0,052 0,053 0,053 0,053 0,052 0,058 0,057 0,061 m К режi 1,12 1,13 1,15 1,16 1,03 1,05 1,03 1,18 1,17 1,16 1,16 1,16 1,17 1,14 1,12 1,12 Э вырi, квт ч 161,13 156, ,31 141, ,78 249,2 128,7 136,34 140,65 139,79 139,47 135,7 150,7 164,87 161,1 G тi, тонн 0,03 0,03 0,03 0,028 0,044 0,040 0,044 0,026 0,027 0,028 0,028 0,028 0,027 0,029 0,032 0,031 m G тi, тонн 0,062 0,060 0,057 0,056 0,044 0,040 0,044 0,052 0,055 0,056 0,056 0,056 0,054 0,059 0,063 0,062 31
33 Продолжение таблицы 2.4. mxp ном, шт.x квт 8×315 4 x x 500 Р потрi, MВт 0,65 0,66 0,67 0,66 0,55 0,53 0,48 0,64 0,5 0,52 0,52 0,49 0,65 0,64 0,77 1,62 m К режi 1,05 1,05 1,05 1,05 1,09 1,1 1,04 1,06 1,03 1,1 1,1 1,03 1,06 1,06 1,08 1,04 Э вырi, квт ч 109, ,92 110,05 91, ,67 107,03 123,57 86,13 86,64 124,35 108,56 106,11 97,17 115,62 G тi, тонн 0,02 0,02 0,02 0,02 0,018 0,018 0,023 0,021 0,023 0,017 0,017 0,024 0,021 0,021 0,019 0,02 m G тi, тонн 0,064 0,064 0,065 0,064 0,055 0,054 0,046 0,063 0,047 0,053 0,053 0,047 0,064 0,06 0,07 0,15 m К режi ,04 1,04 1,06 1,01 1,05 1,04 1,04 1,05 1 1,01 1,1 1,04 Э вырi, квт ч 327, ,77 330,16 274, ,34 321,1 247,14 258, ,71 325,7 318,34 194,34 269,78 G тi, тонн 0,061 0,061 0,062 0,062 0,052 0,051 0,047 0,06 0,048 0,05 0,05 0,048 0,06 0,06 0,04 0,05 m G тi, тонн 0,061 0,061 0,062 0,062 0,052 0,051 0,047 0,06 0,048 0,05 0,05 0,048 0,06 0,06 0,08 0,15 m К режi 1,12 1,12 1,11 1,12 1,17 1,18 1,04 1,12 1,03 1,18 1,18 1,03 1,12 1,13 1,08 1,07 Э вырi, квт ч 163,61 164,98 167,88 165,08 137, ,34 160,55 247,14 129,2 129,96 248,72 162,85 159,17 194,34 202,34 G тi, тонн 0,03 0,03 0,03 0,03 0,027 0,027 0,043 0,031 0,044 0,026 0,026 0,044 0,031 0,031 0,036 0,037 m G тi, тонн 0,063 0,063 0,064 0,063 0,055 0,053 0,043 0,062 0,044 0,052 0,053 0,044 0,062 0,061 0,072 0,15 32
34 Продолжение таблицы 2.4. mxp ном, шт.x квт 8×315 Р потрi, MВт 1,71 1,72 1,81 1,86 1,6 1,7 1,7 1,74 1,68 1,69 1,59 1,53 1,3 1,18 1,12 1,06 m К режi 1,037 1,036 1,05 1,04 1,05 1,04 1,035 1,03 1,04 1,042 1,05 1,057 1,06 1,04 1,05 1,06 Э вырi, квт ч 122, ,19 116,48 114,26 121,1 123,7 124,7 120,16 119,21 113,53 109,46 108,02 118,94 112,18 105,85 G тi, тонн 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,023 0,023 0,024 0,023 0,023 0,022 0,021 0,021 0,023 0,022 0,021 m G тi, тонн 0,16 0,16 0,17 0,18 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,15 0,15 0,12 0,11 0,11 0,1 Расход топлива, тонн Сутки Год x x 500 m К режi 1,03 1,03 1,02 1,01 1,04 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,04 1,05 1,01 1,02 1,03 1,04 Э вырi, квт ч ,85 310,61 266,6 282,58 288, ,37 278,15 264,9 255,4 324,07 297,36 280,45 264,64 G тi, тонн 0,054 0,054 0,057 0,058 0,05 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054 0,05 0,05 0,06 0,055 0,05 0,05 m G тi, тонн 0,16 0,16 0,17 0,17 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,15 0,15 0,12 0,11 0,1 0,1 m К режi 1,06 1,06 1,05 1,046 1,075 1,063 1,059 1,058 1,065 1,066 1,076 1,084 1,060 1,077 1,09 1,1 Э вырi, квт ч 213,74 215,26 226,38 232,96 199,96 211,93 216,5 218,25 210,28 208,61 198,68 191,55 216, ,24 186,96 176,43 G тi, тонн 0,039 0,039 0,041 0,042 0,037 0,039 0,039 0,039 0,038 0,038 0,037 0,035 0,039 0,036 0,035 0,033 m G тi, тонн 0,15 0,15 0,16 0,16 0,14 0,15 0,15 0,16 0,15 0,15 0,14 0,14 0,12 0,11 0,1 0,
35 2.3.3 Технико-экономическое сравнение вариантов Результаты технико-экономического расчета представлены на рисунке З, тыс. руб К И У З n, штук Рисунок 2.5 Составляющие приведенных годовых затрат К капиталовложения; И годовые издержки эксплуатации; У материальный ущерб от недоотпуска электроэнергии; З приведенные годовые затраты Анализируя кривые на рисунке 2.5, можно сделать вывод о том, что минимум приведенных затрат рассматриваемой дизельной электростанции соответствует ее составу из четырех дизель-генераторов мощностью по 700 квт каждый. Более подробно технико-экономический расчет представлен в разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение». Предлагаемая в настоящей работе методика достаточно универсальна и может быть рекомендована для оптимизации состава автономных дизельных электростанций, работающих в конкретных условиях эксплуатации. 2.4 Основные решения по проектированию 34
36 Проектируемая ДЭС является автономным источником электроснабжения потребителей 2 ой категории и относится к обеспечивающей системе энергобезопасности. Структурная схема энергокомплекса ДЭС «Южно-Курильская» с учетом включения в его структуру проектируемой ДЭС представлена на рисунке
37 РУ 10,5 кв ЗРУ 35 кв ЗРУ 6,3 кв РУ 6,3 кв Рисунок 2.6 Структурная схема ДЭС «Южно-Курильская» с проектируемой ДЭС 36
38 Предполагается работа проектируемой электростанции в параллельном режиме с существующей энергосистемой посредством технических решений, обеспечивающих работу ее дизель-генераторных установок в режиме деления мощности с дизель-генераторными установками существующей ДЭС 2 «Японская». Этим обстоятельством обусловлены выбор площадки и характер размещения на ней оборудования проектируемой станции модульного типа на территории, непосредственно прилегающей к зданию существующей ДЭС 2. Требуемая мощность станции для распределительной сети системы напряжением 6 кв обеспечивается четырьмя модулями дизельных генераторных установок (ДГУ) единичной мощностью 700 квт. Суммирование мощностью ДГУ осуществляется на сборных шинах проектируемого модуля КРУ 6,3 кв. Подключение генераторных установок к шинам обеспечивается посредством вакуумных выключателей ячеек ввода генераторного напряжения распределительного устройства. С целью сохранения существующих силовых соединений энергокомплекса и во избежание перегрузки отходящих линий ДЭС 2 «Японская» подключение проектируемой ДЭС к системе выполнено прокладкой двух силовых линий от проектируемого КРУ 6,3 кв ДЭС к ЗРУ 6,3 кв подстанции «Южно-Курильская». Принятые решения обеспечивают:
- возможность выдачи в распределительную сеть системы суммарной мощности проектируемой ДЭС и ДЭС 2 «Японская»;
- возможность выдачи в распределительную сеть системы мощности любой из двух станций при выключенной второй;
— возможность вывода из сети любого из двух полукомплектов проектируемой ДЭС с сохранением возможности выдачи в сеть 50% номинальной мощности электростанции. Такое решение позволяет обеспечить планомерность проведения технических мероприятий по обслуживанию оборудования станции и, как следствие, улучшить качество технического обслуживания. 37
39 3 Определение расчетных условий для выбора аппаратуры и токоведущих частей ДЭС 3.1 Определение расчетных условий по продолжительным режимам Продолжительный режим работы электротехнического устройства это режим, продолжающийся не менее, чем необходимо для достижения установившейся температуры его частей при неизменной температуре охлаждающей среды. Продолжительный режим работы электротехнического устройства имеет место, кода энергосистема или установка находится в одном из следующих режимов: нормальном, ремонтном, послеаварийном [8].
Цепь генератора. Наибольший ток нормального режима принимается при загрузке генератора до номинальной мощности Р ном, при номинальном напряжении и cosφ ном : I норм Рном Iномг (20) 3U cos Наибольший ток послеаварийного или ремонтного режима определяется при условии работы генератора при снижении напряжения на 5%: I норм I номг 3U ном ном Р ном ном 0,95cos Цепь сборных шин. Ток нормального режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме. Такими режимами являются: отключение части генераторов, перевод отходящих линий на одну систему шин, а источников питания на другую. На практике принято принимать за расчетный ток максимальный ток присоединения. ном (21) 38
40 Таблица 3.1 Расчетные условия для присоединений и сборных шин Присоединение, сборные шины Генератор I норм, А I макс, А P I HOM HOM 3 U HOM cos HOM Сборные шины I I I MAX IHOM 0,95 HOM GHOM I HOM I GMAX Продолжение таблицы 3.1. Присоедине ние, сборные Развернутая шины формула Генератор ,3 0,8 Нормальный режим I норм, А Утяжеленный режим Развернутая I макс, А формула 84,4 80, ,3 0,8 0,95 Сборные шины ,3 0,8 80, ,3 0,8 0,95 84,4 3.2 Определение расчетных условий по режимам трехфазных коротких замыканий Расчетные условия (ток КЗ, длительность его протекания) должны быть определены с достаточной точностью и с учетом реальных условий, в которых работает данная цепь. Для выбора выключателей рассмотрим присоединение генератора. При КЗ на выводах генератора (рисунок 3.1) по его цепи протекает ток от всех источников энергосистемы I kσ, за вычетом собственного тока генератора I kg. При КЗ на сборных шинах по цепи потечет только ток генератора I kg [8].
39
41 Рисунок 3.1 Короткие замыкания на присоединении генератора Рассмотрим 1 случай: КЗ на выводах генератора Пусть трехфазное КЗ произошло на шинах одного из четырех генераторов проектируемой ДЭС. ПС «Южно-Курильская» ДЭС «Русская» K1 Проектируемая ДЭС ДЭС «Японская» X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 EG1 EG2 EG3 EG4 EG5 EG6 EG7 EG8 Рисунок 3.2 Схема замещения для расчета токов трехфазного короткого замыкания Расчет параметров схемы замещения. -параметры дизель-генераторов ДЭС «Японская», ДЭС «Русская» 40
42 S ном Pном кВ А cos 0,8 2 2 // // Uном 6,3 3 г d Sном 1000 X X 0,19 7, ком 2 // 2 г г г ном г E (U cos ) (U sin I X ) (6,3 0,8) (6,3 0,6 91,64 7, ) 6,737кВ Проектируемая ДЭС S ном Pном кВ А cos 0,8 2 2 // // Uном 6,3 3 г d Sном 875 X X 0,18 8, ком 2 // 2 г г г ном г E (U cos ) (U sin I X ) (6,3 0,8) (6,3 0,6 80,2 8, ) 6,713кВ Заменим генераторы всех ДЭС одним эквивалентным: ДЭС «Русская» // // 3 экв1 г X X / 3 2, ком E экв1 6,713кВ ДЭС «Японская» // // 3 экв2 г X X / 4 2,04 10 ком E экв2 6,713кВ 3 оставшихся генератора проектируемой ДЭС // // 3 экв3 г X X /3 2, ком E экв3 6,713кВ 41
43 ПС «Южно-Курильская» ДЭС «Русская» K1 Проектируемая ДЭС ДЭС «Японская» X1 Xэк3 Xэк2 EG1 EGэк3 EGэк2 Рисунок 3.3 Схема замещения после преобразований Объединим параллельные ветви ДЭС «Японская» и ДЭС «Русская» // // // Xэкв1 Xэкв2 2,513 1, // // Xэкв1 Xэкв2 2,513 1,885 X 1, ком E // // Eэкв1 Xэкв2 Eэкв2Xэкв1 12 // // Xэкв1 Xэкв2 6,737кВ Xэк12 EGэк12 Рисунок 3.4 Схема замещения после преобразований 42
44 Объединим параллельные ветви эквивалентной ДЭС и 3 генераторов проектируемой ДЭС // // // Xэкв3 X12 2,721 1, // // Xэкв3 X12 2,721 1,077 X 0, ком E // // Eэкв3 X12 E12Xэкв3 13 // // Xэкв3 X12 6,73кВ Рисунок 3.5 Схема замещения после преобразований Значения токов по ветвям: -со стороны генератора, на выводах которого произошло КЗ I Е 6,713 G1 ПО(G1) 3 Х 38,165 G1 0,475кА -со стороны других генераторов системы I Е 6,73 G ПО(G) 3 Х 3 0,772 G 5,033кА Определение ударного тока КЗ Максимальное значение полного тока ударный ток имеет место обычно через 0,01 с после начала процесса. При определении ударного тока условно считают, что к этому времени периодическая составляющая тока не претерпевает существенных изменений и равна, как и в начальный момент I П,М. Учитывается лишь затухание апериодической составляющей, максимальное 43
45 значение которой принимается также I П,М [8].
На основании принятых допущений ударный ток определится как 0,01 0,01 i I I e Ta I (1 e Ta у П,М П,М П,М ) 2IП,0 ky (22) Для маломощных генераторов значение ударного коэффициента принимается таким же, как и для двигателей эквивалентной мощности. Принимаем k y =1,5 [9].
Значение ударных токов по ветвям: -со стороны генератора, на выводах которого произошло КЗ iу(g1) 2 kу IП0(G1) 2 1,5 0,475 1,007кА -со стороны других генераторов системы iу(g) 2 kу IП0(G1) 2 1,5 5,033 10,667кА Результаты расчетов сводим в таблицу 3.2: Таблица 3.2 Результаты расчета токов КЗ Обозначение точки КЗ, описание места повреждения К1, КЗ на выводах генератора Расчетный режим КЗ I ПО, ка I уд, ка t откл =0,16 0,2 сек Со стороны генератора 0,475 Со стороны других генераторов системы 5,033 Со стороны генератора 1,007 Со стороны других генераторов системы 10,667 44
46 устройств 4 Выбор схемы электрических соединений распределительных 4.1 Выбор вида схемы Опишем возможные схемы электрических соединений. Результаты сведены в таблицу 4.1. Таблица 4.1 Возможные схемы электрических соединений Напряжение, кв Полное название схемы Требования по числу присоединений 6 10 кв Схема с одной системой сборных шин Схема с одной системой сборных шин секционированной выключателем Схема с двумя системами сборных шин Выбираем схему с одной секционированной системой шин. Данная схема представлена на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 Схема с одной секционированной системой шин Наиболее простой и надежной схемой электроустановок на стороне 6 10 кв является схема с одной секционированной системой сборных шин. Схема сохраняет все достоинства схем с одиночной системой шин, кроме того, 45
47 авария на сборных шинах приводит к отключению половины потребителей, вторая секция и все присоединения остаются в работе. Достоинствами схемы являются простота, наглядность, экономичность, достаточно высокая надежность. Однако схема обладает и рядом недостатков. При повреждении и последующем ремонте одной секции ответственные потребители, питающиеся с обеих секций, остаются без резерва, а потребители, нерезервированные от сети, отключаются на время ремонта. При необходимости отключения линии достаточно отключить выключатель. Если выключатель выводится в ремонт, то после его отключения отключают разъединители: сначала линейный, а затем шинный. Схема с одной системой шин позволяет использовать комплектные распределительные устройства (КРУ), что снижает стоимость монтажа, позволяет широко применять механизацию и уменьшить время сооружения электроустановки [8].
4.2 Выбор исполнения распределительного устройства В настоящее время распределительные устройства напряжением 6 10 кв выпускаются комплектными. КРУ получили широкое распространение и развитие в связи с их преимуществами в монтаже и обслуживании. КРУ предназначены для работы в распределительных устройствах сетей трехфазного переменного тока с изолированной или заземленной через дугогасительный реактор нейтралью. КРУ набираются из отдельных камер, в которые встроены электротехническое оборудование, устройства релейной защиты и автоматики, измерительные приборы и т. п. Камеры определенной серии независимо от схемы электрических соединений главной цепи имеют аналогичную конструкцию основных узлов и, как правило, одинаковые габаритные размеры. В зависимости от конструктивного исполнения все КРУ можно разбить на следующие группы: 46
48 стационарного исполнения; выкатного исполнения; моноблоки, заполненные элегазом. В КРУ стационарного исполнения коммутационные аппараты, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд небольшой мощности устанавливаются в камерах неподвижно. В КРУ выкатного исполнения вышеперечисленное оборудование устанавливается на выкатных тележках. Моноблок представляет собой компактное распределительное устройство на три пять присоединений, заполненное элегазом (выпускаются моноблоки с возможностью расширения), предназначенное для небольших распределительных пунктов и РУВН трансформаторных подстанций 6 20 кв. Моноблоки имеют принципиально новую конструкцию, использующую современные технологии й аппараты. В России первый элегазовый моноблок «Ладога» выпускается с 2004 г. предприятием ПО «Элтехника». Комплектные распределительные устройства выпускаются для внутренней (внутри здания, в том числе модульного) и наружной установки. Предприятия электротехнической промышленности выпускают различные серии комплектных распределительных устройств, в том числе КРУ целевого назначения, с различными техническими характеристиками, габаритными размерами, параметрами оборудования, схемами первичных соединений. Для каждой серии комплектных распределительных устройств заводомизготовителем предлагается сетка схем первичных соединений камер (схемы электрических соединений главах цепей).
Для комплектных распределительных; устройств принципиально новой модульной конструкции серии КРУ/TEL схемы первичных соединений приводятся не для камеры, а для модуля, а предприятие-изготовитель предлагает варианты схем типовых камер, составленных из отдельных модулей. 47
49 Схемы первичных соединений камер подразделяются на следующие виды: с высоковольтным выключателем (вводы, отходящие линии, секционирование); с выключателем нагрузки или с выключателем нагрузки и предохранителем (вводы, отходящие линии, секционирование); с разъединителями (секционирование); с измерительным трансформатором напряжения и др. На схеме первичных соединений камер показываются все основные элементы установленного электротехнического оборудования. В камерах, предназначенных для среднего расположения в РУ, т. е. такого, при котором с обеих сторон камеры установлены смежные камеры, сборные шины проходят в обе стороны, что и отображается в схеме. При крайнем положении камеры в распределительном устройстве у сборных шин ставится вертикальная линия, показывающая, что в этом месте сборные шины кончаются. В камерах выкатного исполнения отсек сборных шин в этом месте закрывается металлической заглушкой или перегородкой. Такая же линия ставится при наличии в схеме камер секционирования. Камеры на напряжение 6 и 10 кв комплектуются электрооборудованием на номинальное напряжение 10 кв, трансформаторы напряжения, разрядники, силовые предохранители, трансформаторы собственных нужд устанавливаются на напряжение 6 и 10 кв. По новым правилам в КРУ должна предусматриваться защита от дуговых коротких замыканий. Существует два наиболее распространенных типа дуговой защиты, которыми оснащаются производимые в России КРУ: фототиристорная и клапанная. Принцип действия первой основан на контроле светового потока, появляющегося в момент возникновения дуги, с помощью фототиристоров. Фототиристорная дуговая защита обладает хорошей чувствительностью и быстродействием, позволяет локализовать повреждение в начальный момент возникновения дуги, но имеет существенный недостаток низкую надежность фототиристоров. С развитием производства волоконной оптики стало возможным применение волоконно-оптических кабелей в 48
