Электрическая часть КЭС-3200МВт

Введение

Современная электроэнергетика Российской Федерации развивается в условиях растущего спроса на электроэнергию, обусловленного ускоренной индустриализацией, цифровизацией производственных процессов и общим повышением уровня электрификации хозяйства. В соответствии с Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики на период до 2035 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации, предусматривается ввод значительных объемов новых генерирующих мощностей, в том числе крупных конденсационных электростанций, работающих на природном газе. Конденсационные электростанции мощностью свыше 3000 МВт играют ключевую роль в обеспечении базовой нагрузки Единой энергетической системы и формировании надежности энергоснабжения крупных промышленных регионов [1].

Актуальность темы курсовой работы определяется тем, что проектирование электрической части крупных конденсационных электростанций, работающих на газовом топливе, представляет собой комплексную инженерную задачу, требующую согласования технических, экономических и эксплуатационных требований. Газ как топливо обладает рядом преимуществ: высокая теплота сгорания, низкая зольность продуктов сгорания, возможность применения парогазовых установок с повышенным КПД. Энергоблоки единичной мощностью 800 МВт, освоенные отечественным энергомашиностроением начиная с 1970-х годов, остаются востребованной типоразмерной единицей при сооружении новых станций и модернизации действующих объектов [2]. Грамотное проектирование электрической части КЭС-3200 МВт обеспечивает надежность выдачи мощности, экономичность капитальных и эксплуатационных затрат, безопасность персонала и оборудования.

Цель курсовой работы заключается в разработке проекта электрической части конденсационной электростанции мощностью 3200 МВт с четырьмя газовыми энергоблоками по 800 МВт, включая обоснованный выбор основного оборудования и главной схемы электрических соединений.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

— изучение теоретических основ проектирования электрической части конденсационных электростанций большой мощности и анализ исходных данных;

— разработка структурной схемы КЭС и обоснование выбора основного электрического оборудования: турбогенераторов и силовых трансформаторов;

— выполнение расчета токов короткого замыкания в характерных точках электрической схемы станции;

— выбор коммутационной аппаратуры, токоведущих частей и проектирование схемы собственных нужд КЭС.

Объектом исследования является электрическая часть конденсационной электростанции мощностью 3200 МВт, работающей на природном газе и состоящей из четырех энергоблоков единичной мощностью 800 МВт.

Предметом исследования выступают методики выбора и расчетной проверки основного и вспомогательного электрооборудования, а также схемные решения главной электрической схемы и схемы собственных нужд станции, обеспечивающие требуемый уровень надежности и экономичности.

Работа состоит из введения, одиннадцати разделов, заключения и списка использованных источников. В первых разделах рассматриваются теоретические основы и анализируются исходные данные, далее формируется структурная схема и выбирается основное оборудование. Последующие разделы посвящены расчетам токов короткого замыкания, выбору коммутационной аппаратуры, токоведущих частей и проектированию схемы собственных нужд. Полученные результаты обобщаются в заключении.

Теоретические основы проектирования электрической части конденсационных электростанций

Конденсационные электростанции относятся к тепловым электростанциям, преобразующим химическую энергию органического топлива в электрическую энергию посредством термодинамического цикла Ренкина с промежуточным перегревом пара. Отличительной особенностью КЭС является отсутствие отпуска тепловой энергии внешним потребителям, что определяет их назначение как генераторов базовой и полупиковой электрической нагрузки в энергосистемах [1]. Высокая единичная мощность энергоблоков, достигающая 800-1200 МВт, обеспечивает удельные показатели расхода топлива на уровне 290-320 г условного топлива на киловатт-час и относительно низкие удельные капитальные затраты.

Применение природного газа в качестве основного топлива на КЭС обусловлено его высокими экологическими и эксплуатационными характеристиками. По сравнению с твердыми и жидкими топливами газ обеспечивает практически полное отсутствие золовых выбросов, меньшие концентрации оксидов серы и азота при использовании современных горелочных устройств с поэтапным сжиганием, упрощение системы топливоприготовления и сокращение объема вспомогательного оборудования. Для газовых КЭС характерны меньшие площади генерального плана, отсутствие топливных складов и устройств золоулавливания, что положительно отражается на капиталовложениях [3].

Электрическая часть КЭС включает основное оборудование, обеспечивающее преобразование, передачу и распределение электроэнергии: турбогенераторы, силовые трансформаторы, распределительные устройства, токоведущие части, коммутационную и измерительную аппаратуру. Кроме того, в ее состав входят системы собственных нужд, оперативного тока, релейной защиты и автоматики. Проектирование электрической части осуществляется в соответствии с Правилами устройства электроустановок [4], нормами технологического проектирования тепловых электростанций и комплексом отраслевых стандартов.

Классификация электрических схем КЭС производится по типу связи генераторов с распределительными устройствами. Различают блочные схемы, при которых каждый турбогенератор подключается к повышающему трансформатору без коммутации на генераторном напряжении, и схемы с генераторным распределительным устройством. Для крупных КЭС с энергоблоками мощностью 200 МВт и выше применяется исключительно блочный принцип, исключающий короткие замыкания на сборных шинах генераторного напряжения и упрощающий релейную защиту [2].

Принципы проектирования электрической части базируются на обеспечении надежности выдачи мощности при отказах элементов, экономичности по приведенным затратам, простоте эксплуатации, ремонтопригодности и возможности поэтапного ввода энергоблоков. При выборе схемных решений учитывается категория станции по выдаче мощности в энергосистему, схема прилегающей сети, перспективы развития нагрузок и требования к режимам работы.

Таким образом, теоретическая база проектирования электрической части КЭС формируется на пересечении электротехнических, термодинамических и системных требований, что определяет необходимость комплексного подхода к выбору оборудования и схемных решений.

Анализ исходных данных и обоснование основных проектных решений

Исходные данные для проектирования электрической части КЭС-3200 МВт включают установленную мощность станции, состав и единичную мощность энергоблоков, вид топлива, напряжения распределительных устройств, характеристику прилегающей электрической сети и графики нагрузок собственных нужд. В рассматриваемом проекте принимается полная установленная мощность 3200 МВт, формируемая четырьмя энергоблоками единичной электрической мощности 800 МВт. В качестве топлива используется природный газ, поступающий по магистральному газопроводу с гарантированным давлением на узле подключения не ниже 1,2 МПа.