Введение
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) – это вид электростанций, предназначенных для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. В отличие от конденсационных электростанций (КЭС) на ТЭЦ тепло «отработавшего» в турбинах пара используется для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на КЭС и получением тепла от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах с большим потреблением тепла и электроэнергии. В целом на ТЭЦ производится около 25% всей вырабатываемой в стране электроэнергии.
ТЭЦ строятся как правило вблизи центров электрических нагрузок. Часть мощности при этом может выдаваться в местную сеть непосредственно на генераторном напряжении. С этой целью на электростанции создается генераторное распределительное устройство (ГРУ). Избыток мощности выдается в энергосистему на повышенном напряжении (как и в КЭС).
Существенной особенностью ТЭЦ является повышенная мощность теплового оборудования по сравнению с электрической мощностью станции, что предопределяет больший относительный расход электроэнергии на собственные нужды, чем на КЭС.
Также размещение ТЭЦ преимущественно вблизи крупных промышленных центров повышает требования к охране окружающей среды. Так, для уменьшения выбросов ТЭЦ целесообразно использовать в первую очередь газообразное или жидкое топливо, а также высококачественные угли.
1. Выбор и обоснование главной схемы электрических соединений и схемы электроснабжения потребителей собственных нужд
По справочнику Неклепаева определяем тип турбогенераторов:
ТГ ТВФ – 63 – 2УЗ ТГ ТВФ – 110 – 2ЕУЗ
Sполн = 78.75 МВА Sполн = 137.5 МВА
Sакт. = 63 МВт Sакт. = 110МВт
Uном = 10.5 кВ Uном = 10.5 кВ
Cosц = 0.8 Сosц = 0.8
Xdґґ= 0.1361 Xdґґ= 0.189
Цена 268 тыс. руб. Цена 350 тыс. руб.
В зависимости от количества подключенных турбогенераторов к ОРУ представляю два варианта главной схемы электрических соединений станции.
Выбор числа и мощности трансформаторов.
Расход мощности на собственные нужды для станции на газомазутном топливе равен 5–7%. Принимаем Pсн = 6 МВА.
P 
= 
·63=3.78 МВт
Рассчитаем мощность трансформаторов связи для двух вариантов предложенных схем:
Для схемы №1:
Sрасч1=(3· (Pг─Pсн)─Pмин)/0.8=(3·(63─3.78)─70)/0.8=134.6 МВА─режим мин. нагр.
Sрасч2=(3· (Pг─Pсн)─Pмакс)/0.8= (3· (63─3.78) 1─90)/0.8=132 МВА─режим макс. нагр.
Sрасч3=(2· (Pг─Pсн)─Pмакс)/0.8= (2· (63─3.78) /0.8=35.6 МВА ─ аварийный режим
Sном > 0.7 Sрасч.1 = 0.7·13.46 = 94.22 МВА
Для схемы №2:
Sрасч1=(2· (Pг─Pсн)─Pмин)/0.8= (2· (63─3.78)─70)/0.8=60.6 МВА ─режим мин. нагр.
Sрасч2=(2· (Pг─Pсн)─Pмакс)/0.8= (2· (63─3.78) 1─90)/0.8=35.6 МВА─режим макс. нагр
Sрасч3=(1· (Pг─Pсн)─Pмакс)/0.8= (1· (63─3.78) /0.8=38.5 ─ аварийный режим
Sном > 0.7 Sрасч.1 = 0.7·60.6 = 42.4 МВА
По справочнику выбираем трансформаторы связи:
ТДЦ-125000/220
Sном=125000 кВА
Uвн=242 кВ
Uнн=10.5 кВ
Pхх=120 кВт
Pк=380 кВт
Uк=11%
Iх=0.55%
Цена 186 тыс. руб.
ТД-80000/220
Sном=80000 кВА
Uвн=242 кВ
Uнн=10.5 кВ
Pхх=79 кВт
Pк=315 кВт
Uк=11%
Iх=0.45%
Цена 186 тыс. руб.
Рассчитаем мощность блочных трансформаторов для двух вариантов предложенных схем:
S 
= 
= 
=74 МВА.
S = = $IMAGE8$=129 МВА.
По справочнику выбираем блочные трансформаторы:
ТД-80000/220
Sном=80000 кВА
Uвн=242 кВ
Uнн=10.5 кВ
Pхх=79 кВт
Pк=315 кВт
Uк=11%
Iх=0.45%
Цена 186 тыс. руб.
ТРДЦН-160000/220
Sном=160000 кВА
Uвн=230 кВ
Uнн=11 кВ
Pхх=155 кВт
Pк=500 кВт
Uк=22%
Iх=0.6%
Цена 269 тыс. руб.
Расчёт экономической целесообразности вариантов схемы.
Экономическую целесообразность схемы определяют минимальными приведёнными затратами:
З = рнК+И+У
где К ─ капиталовложения на сооружение электроустановки, тыс. руб.
рн ─ нормативный коэффициент экономической эффективности, рн=0.15
И ─ годовые эксплуатационные издержки, тыс. руб./год
У ─ ущерб от недоотпуска электроэнергии, тыс. руб./год
Технико-экономическое сравнение
| Оборудование | Стоимость единицы, тыс. руб. | Варианты |
| І | ІІ |
| число единиц | общая стоимость | число единиц | общая стоимость |
| Трансформаторы: ТДЦ─125000/220 ТД─80000/220 ТРДСН─160000/220 Турбогенераторы: ТВФ63–2УЗ ТВФ110–2ЕУЗ Ячейки ОРУ: 220 кВ | 186 186 269 268 350 33.7 | 2 ─ 1 3 1 9 | 372 ─ 269 804 350 303.3 | ─ 3 1 3 1 10 | ─ 558 269 804 350 337 |
| Итого: | | | 2098 | | 2313 |
Годовые эксплуатационные издержки определяют по формуле:
$IMAGE9$
где а ─ отчисления на амортизацию и обслуживание, а=9%
в ─ средняя себестоимость потерь электроэнергии, в=1 коп/кВт·ч
∆Wгод ─ годовые потери энергии в электроустановке, кВт·ч.
Потери электроэнергии в двухобмоточном трансформаторе:
$IMAGE10$ $IMAGE11$
где Рх, Рк ─ потери мощности холостого хода и короткого замыкания, кВт
Sном ─ номинальная мощность трансформатора, МВ·А
Sмакс ─ расчётная максимальная нагрузка трансформатора, МВ·А
Т ─ продолжительность работы трансформатора в году
ф ─ продолжительность максимальных потерь
Т = 8760 ч – для трансформаторов связи
Т = 8760 – Тр=7160 ч. – для блочных трансформаторов
Тр – продолжительность ремонта блока, Тр = 600 ч
ф=4700 – для трансформатора связи;
ф=4000 – для блочного трансформатора.
Рассчитаем потери ДW:
Для варианта 1.
Трансформатор ТДЦ-125000/220 (Рх=120кВт, Рк=380кВт)
ДW=120·8760+380· (134,6/125)2·4700=31·106кВтч;
Трансформатор ТРДЦН – 160000/220 (Рх=155, Рк=500кВт)
ДW=155·8160+500· (137,5/160)2·4000=2,7·106кВтч;
Суммарные потери в трансформаторах для варианта 1:
ДW=2·3,1·106+2,7·106 =8,9·106 кВтч.
Для варианта 2.
Трансформатор ТД-80000/220 (Рх=79 кВт, Рк=315 кВт)
ДW=79·8760+315· (60,6/80)2·4700=1,5·106 кВтч;
Трансформатор ТД-80000/220 (Рх=79 кВт, Рк=315 кВт)
ДW=79·8160+315· (78,75/80)2·4000=1,87·106 кВтч;
Трансформатор ТРДЦН – 160000/220 (Рх=155, Рк=500 кВт)
ДW=155·8160+500· (137,5/160)2·4000=2,7·106 кВтч;
Суммарные потери в трансформаторах для варианта 1:
ДW=2·1,54·106+1,87·106 +2,74·106 =7,7·106 кВтч.
Приведённые затраты для варианта 1:
З1=рнК1+И1=рнК1+ $IMAGE12$=0,15·2098,3+(9·2098,3)/100+1·10--5·8,9·106=593 руб./год.
Приведённые затраты для варианта 2:
З2=рнК2+И2=рнК2+ $IMAGE13$=0,15·2318+(9·2318)/100+3·10-4·1·10--5·7,7·106=633. руб./год.
Окончательно выберем наиболее экономичный вариант 1. Разность затрат двух вариантов составляет 6%.
Выбор схем РУ и СН.
На генераторном напряжении ТЭЦ применим схему с двумя системами шин, одна из которых секционирована. Рабочая система шин секционируется, резервная не секционирована. В нормальном режиме станция работает на рабочей системе шин, шиносоединительные выключатели В4 и В5 отключены. Резервная система шин используется для восстановления электроснабжения после к.з. на сборных шинах и для замены любой выводимой в ре