Проектирование силовой части

Проектирование силовой части

Ведение.

Одна из старейших станций Казахстана Семипалатинская ТЭЦ была построена в 30-е годы. Ввод ее совпал со строительством Туркестано-Сибирской железной дороги и гиганта мясной индустрии - Семипалатинского мясокомбината. За долгие годы работы на станции проводились реконструкции, вводились новые мощности. Но в связи с экономическими трудностями в 90-е годы станция стала приходить в упадок. В октябре 1997г. Семипалатинскую ТЭЦ приобрела компания “Алтай – Пауэр”, которая выиграла тандер на приобретение электростанций Восточного - Казахстана. С этих пор станция именуется ТОО AES “Семипалатинские ТЭЦ”.

Первейшую и основную задачу компания AES видит в обеспечении населения чистой энергией, теплом, работой. Приступили к завершению строительства начатых объектов и разработке долгосрочных проектов переоборудования станции.

За небольшой отрезок времени повысилась культура производства, больше стали уделять внимания экологии. Компанией AES выделено 15млн. тенге на завершение строительства и пуск турбины с противодавлением на 12мгвт. В феврале турбина вступила в строй.

На ТЭЦ-1 прекрасно оборудована химлаборатория, в которой проводится хим. анализы топлива, пара, воды.

Компания продолжает большие работы, по вводу технологического оборудования химводоочистки с вводом которой исчезнут проблемы обеспечения станции хим. очищенной водой, увеличится срок работы котлоагрегатов без ремонтных работ. Компания AES отдала предпочтение улучшению производительности станции путём вложения инвестиций в строительство новых мощностей, обучение персонала, повышение производительности труда, безопасной работе на станции.

История AES Семипалатинские ТЭЦ.

Семипалатинская ТЭЦ. История и современность.

В тридцатых годах г. Семипалатинск был довольно крупным в условиях Казахстана городом с населением до 100 тыс. жителей. Но на весь город имелась только одна коммунально-локомобильная электростанция мощностью 250 кВт. Строительство Туркестано-Сибирской железной дороги дало сильный толчок развитию промышленности, начало осуществляться строительство ряда промышленных предприятий. Наиболее энергоемким из них был мясокомбинат, который и определил место строительства и тип электростанций – ТЭЦ.

Участок под строительство был выбран на левом берегу Иртыша, выше поселка Жана-Семей, на расстоянии 8 километров от Семипалатинска. По соседству с территориями строительства мясокомбината, суконного комбината, механической шерстомойки.

Пром. здание для строительства ТЭЦ было спроектировано Московским отделением энергетического института и утверждено 5 ноября 1931 года.

В этот момент была полная не ясность с финансированием поэтому пришлось заключать договора с потребителями энергии на выделение денег на строительство в счет отпускаемой в будущем электрической энергии и пара. Конец сентября 1931года можно считать началом строительства ТЭЦ-1.

Земляные работы велись в ручную, отвозку земли производили грабарками, зачастую на верблюдах или конной тяге. Строительство не имело ни одной авто машины. С некоторых участков землю отвозили на вагонетках, причем рельсами служили деревянные брусья, оббитые железом.

Но несмотря на не вероятные условия работы за срок 1.5 – 2 месяца были установлены опалубки для фундамента береговой насосной и главного здания.

Строительство велось в условиях полного отсутствия централизованного снабжения. Гвозди изготовлялись на месте из проволоки. Такие матерь ялы, как карбид, кислород поставлялись из Ташкента, Челябинска. И все же в октябре 1932 года основные строительные работы были закончены и приступили к монтажу оборудования. Из-за не комплексной отгрузки оборудования и некачественного изготовления значительной части оборудования монтаж был закончен в 1 квартале 1934 года вместо правительственного срока 3 квартал 1933 года.

Апрель месяц был периодом опробованного оборудования. В начале мая 1334 года был осуществлен пуск первого турбогенератора ОК – 30, мощностью 3 МВт. Второй турбогенератор '' Вуманг '' мощностью 6 МВт был пушен в декабре 1934 года. С первой очередью были установлены три котла ЛМЗ со слоевым сжиганием топлива на паромеры 18 атмосфер, 375С, 25 т/ч. Котлы № 1 и № 2 были оборудованные ручными топками, котел № 3 – механической решеткой.

Уже в 1935 – 36 г.г. была выполнена первая реконструкция котлов № 1 и № 2 с установкой воздухоподогревателей и механической цепной решетки.

В 1948 году была введена первая автоматизация на котлах установлены термостатные регуляторы питания, что позволило высвободить 4-х питальщиков.

В 1951 –53 г.г. силами персонала котельного цеха на котлоагрегатах были установлены фронтовые экраны, что увеличило производительность котлоагрегатов с 25 т/ч. до 33 т/ч.

В 1956 году началось строительство 2-й очереди ТЭЦ. Были выполнены следующие объемы работ:

Реконструкция котлов ЛМЗ с переводом на пылеугольное сжигания топлива.

Установка двух котлоагрегатов ТП – 35 на параметры 39 атмосфер, 450 С, 35 т/ч.

Установка турбогенератора АТ – 6 на 6 кВт.

Установка бойлеров.

Строительство топливо подачи.

Установка 10 аэроб ильных мельниц.

Одновременно со строительством котлов в турбинном цехе выполнялись своими силами реконструкция циркулярных вводов по рационализаторскому предложению начальника цеха Дервоедова Л.Т. с полным использованием тепла от конденсаторов всех трех турбин. В результате внедрения данного предложения удельный расход топлива на отпущенную электроэнергию снизился с 620 г/кВтч до 210 г/кВтч.

Со строительствам второй очереди появилась возможность начать работы по теплофикации. В отопительный сезон 1966 – 67 г.г. была подсоединена тепло магистраль протяженностью 1200 метров диаметром 500 мм.

Из-за возрастающих нагрузок и в связи со значительным дефицитом установленных мощностей в Семипалатинске были установлены энергопоезда. Для координации работ по энергоснабжению, объединению всех мощностей в единую сеть в 1958 году в городе был создан комбинат '' Семипалатинскэнерго '', куда были переданы ТЭЦ – 1.

Для решения проблем энергоснабжения была построена линия электропередачи, связывающая Семипалатинск и '' Алтайэнерго ''. Турбогенераторы ТЭЦ–1 остались в работе, а энергопоезда были демонтированы. В октябре 1964 года '' Семипалалатинскэнерго '' был расформирован, а ТЭЦ – 1 были переданы ''Алтайэнерго ''.

Семипалатинские ТЭЦ – 1 стала работать в основном на покрытие тепловых нагрузок. В 1070 году был демонтирован турбогенератор ТЭЦ 2ВВСN1, в 1974 году демонтирован турбогенератор ОК – 30 и в 1977 году турбогенератор N 2. Как физически и морально и физически устаревшее оборудование, хотя и все агрегаты работали на чисто тепловом режиме, были экономичными и могли бы нести нагрузки и сегодня с небольшими затратами на ремонт.

А тепловые нагрузки продолжали возрастать. Для покрытия в 1971 – 73 г.г. по проекту Алма-атинского ГСПИ '' Промэнергопроэкт '' были установлены на ТЭЦ-1 водогрейные котлоагрегаты ПТРМ – 50 N1 и N 2 общей мощностью 100 Гкал./час., с которыми были построено новое мазутное хозяйство с мазутными емкостями 4000 кубометров, новая дымовая труба и очистные сооружения.

Начали быстро развиваться тепловые сети, протяженность которых сейчас дошла до 25.9 км.

Установка водогрейных котлов не решила проблемы пароснабжения потребителей, тем более что в 1974 году на котлах ЛМЗ NN1,2,3 были по низины параметры до 10 атмосфер из-за появления трещин в клапанном днище барабана котла N2, что явилось результатом длительной эксплуатации 37 лет. Поэтому последующим расширением ТЭЦ – 1 было строительство энергетических котлов БКЗ – 75 N6 в июне 1981 года и N7 – в 1985 году на параметры 39 атмосфер, 450С, 75 т/ч. В комплекте с этими котлами были построены: Новый бытовой корпус, механическое разгрузустройство, мазутная емкость на 3000 кубометров. Одновременно велись работы по замене аэроб ильных мельниц котлов NN1 – 5 на молотковое строительство щита управления котлами NN1 – 5 с полной заменой устаревших приборов КИП и автоматики, а также реконструкция водогрейных котлов NN1,2 с переводом на П-образную компоновку.

В 1993 году на ТЭЦ – 1 введен водогрейный котел КВГМ – 100, работающий на мазуте. Был выполнен водогрейный котел КВГМ-100 , работающий на мазуте. Был выполнен проект установки котла КЕ-160 № 8, чтобы иметь возможность демонтировать котлы №№ 1,2,3 . По этому проекту воздвигнута дымовая труба высотой 80 м., построены фундаменты под котел, строится новая химводоочистка.

Но из-за отсутствия средств работы приостановлены.

В турбинном цехе ТЭЦ-1 смонтирован новый турбогенератор с противодавлением типа АР-12 на 12 МВт. Но из-за отсутствия трубопроводов ввод в эксплуатацию очевидно будет сложен.

В октябре 1984 году в состав Семипалатинских ТЭЦ была переданная котельная завода '' Казак кабель '', где были установлены паровые котлы ДКВР и КЕ – 25 общей мощностью 65 т/ч., а также водогрейный котел ЭУМ – 60 на 60 Гкал/ч., работающий на угольной пыли. В 1985 – 86 году производилась здесь наладка установленного оборудования, окончание монтажа водогрейного катла ЭЧМ – 60.

В 1985 году в состав Семипалатинских ТЭЦ была передана котельная поселка Шульбинск, находящееся на расстоянии 60 километров от города с установлиными четырьмя котлоагрегатами КЕ – 25.

Таким образом, Семипалатинские ТЭЦ представляют собой крупное теплоснабжающее предприятие с общей тепловой мощностью 708 Гкал/ч., с коллективом 857 человек, от работы которого зависит последнее, что еще стабильно – это тепло в наших квартирах.

1.1. Расчет электрических нагрузок.

Определение расчетных электрических нагрузок цеха.

Расчет электрических нагрузок цеха производим методом у порядочных диаграмм. Результаты расчета сведены в таблицу № 1.

Для каждого электроприёмника определяем активную, реактивную и полную мощность.

Определяем сменную нагрузку каждого электроприёмника :

Рсм = ( å Рном ) Ки

где,

Рсм – сменная, активная нагрузка электроприёмника.

Рном – номинальная мощность оборудования.

Ки – коэффициент использования.

Рсм1= 800 * 0.72 = 576 кВт

Рсм2= 800 * 0.6 = 480 кВт

Рсм3= 1000 * 0.7 = 700 кВт

Рсм4= 500 * 0.6 = 300 кВт

Рсм5= 500 * 0.6 = 300 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность:

Qмах= Рмахtg j ,

где,

tgj - значение соответствующее средневзвешенному коэффициенту cosj , характерному для электроприемников данного режима работы и определяется по формуле:

tgj = sinj / cosj

sinj - определяется по формуле:

sinj = Ö 1-cos2j

Qмах – реактивная максимальная мощность.

tgj - значение соответствующее средневзвешенному коэффициенту cosj , характерному для электроприемников данного режима работы.

Qмах1 = 800 0.6 = 480 кВар.

Qмах2 = 800 0.75 = 600 кВар.

Qмах3 = 1000 0.75 = 750 кВар.

Qмах4 = 500 0.75 = 375 кВар.

Qмах5 = 500 0.75 = 375 кВар.

Определяем суммарную, активную нагрузку.

Sмах= Ö Pмах2+ Qмах2

где,

Sмах – полная мощность.

Sмах1= Ö 5762 + 4802 = 749 кВА.

Sмах2= Ö 4802 +6002 = 768 кВА.

Sмах3= Ö 7002 +7502 = 1025 кВА.

Sмах4= Ö 3002 +3752 = 480 кВА.

Sмах5= Ö 3002 +3752 = 480 кВА.

Определяем нагрузку на цех БКЗ - 75 :

Sр = Sмах1+ Sмах2+ Sмах3 + Sмах4 + Sмах5 + Sтр

где,

Sр – полная нагрузка.

Sр =749+768+1025+480+480+800 = 4302 кВА

1.2. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов.

Количество трансформаторов должно удовлетворять условию надежности электроснабжения, капитальным минимальным затратам и наиболее экономичному режиму загрузки и трансформатора. Для нашего цеха, мы рассматриваем двух трансформаторное питание с раздельной работой трансформатора. С неявным резервом из-за неравно мерной нагрузки по времени года.

Вариант № 1.

Два трансформатора по 2500 кВА. В номинальном режиме трансформаторы будут работать с неполной нагрузкой. Коэффициент загрузки в часы максимума.

Кз.т.=Sр / 2Sн ,

где,

Кз.т. - коэффициент загрузки трансформатора.

Sмах – полная нагрузка.

Sн – номинальная мощность трансформатора.

Кз.т.=4300 / 2 2500 = 0,86

Допустимая перегрузка в послеаварийный период одного трансформатора до 140 % , продолжительность 5 суток и не более 5 часов.

1.4 Sн > 0,86 Sр = 1.4 2500 кВА > 0,86 4300кВА

что приемлемо .

1.3. Расчет токов короткого замыкания.

Основные понятия в отношении токов короткого замыкания.

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, должно быть устойчивым к током короткого замыкания и выбирается с учетом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий:

Трехфазное или симметричное, - три фазы соединяются между бабой;

Двухфазное, - две фазы соединяются между собой без соединения землей;

Однофазное, - одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

Двойное замыкание на землю, - две фазы соединяются между собой и с землей.

Основными причинами возникновения коротких замыканий в сети могут быть:

Повреждение изоляции отдельных частей электроустановки;

Неправильные действия обслуживающего персонала;

Перекрытия токоведущих частей электроустановки.

Короткое замыкание в сети может сопроваждатся :

Прекращением питания потребителя, присоединенного к точкам, в которых прошло короткое замыкание.

Нарушением нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках.

Нарушением нормального режима работы энергетической системы.

Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их последствий необходимо:

Устранить причины, вызывающие короткие замыкания;

Уменьшить время действия засчиту, действующей при коротких замыканиях;

Применить быстродействующие выключатели;

Применить АРН для быстрого восстановления напряжения генераторов;

Правильно вычисть величины токов короткого замыкания и по ним выбрать необходимую аппаратуру, засчиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

Существует несколько способов расчета токов короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах;

Расчет токов короткого замыкания в именованных единицах;

Расчет токов короткого замыкания от источника неограниченной мощности;

Расчет токов короткого замыкания по расчетным кривым и т.д.

Мы рассматриваем первый способ.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах:

При этом методе все расчетные данные подводим к базисному напряжению и базисной мощности. За базисное напряжение равно Uб = 6.3 кВ.

Базисная мощность равна Sб = 100 МВА.

Составляем расчетную и схему замещения.

Однолинейная схема электроснабжения.

Схема замещения.

Рассчитываем реактивное и активное напряжение кабельной линии от ГПП до ЦТП.

а) реактивное сопротивление:

X1 = X0 L

где,

X1 – индуктивное сопротивление первой кабельной линии.

X0 – удельное индуктивное сопротивление кабельной линии.

L – длина кабельной линии от ГТП до ЦТП.

Х1 = 0.35 0.08 = 0.028 Ом.

б) активное сопротивление:

rn = ro L

где,

rn – активное сопротивление первой кабельной линии.

rо – удельное активное сопротивление кабельной линии.

L – длина кабельной линии от ГПП до ЦТП.

r =0.21 0.35 = 0.0735 Ом.

Рассчитываем индуктивное сопротивление трансформатора.

Хтр =

где,

Хтр – активное сопротивление трансформатора.

Uк – напряжение короткого замыкания.

Sб – полная нагрузка цеха.

Sном – номинальная мощность трансформатора.

Хтр = = 0.0946 Ом.

Рассчитаем реактивное и активное сопротивление кабельной линии от ЦТП до цеха.

а) реактивное сопротивление:

Х3 = Х0 L

где,

Х3 – индуктивное сопротивление второй кабельной линии.

Х0 – удельное индуктивное сопротивление К.Л.

L – длина кабельной линии.

Х3 = 0,08 0.1 = 0.021 Ом.

б) активное сопротивление:

r3 = r0 L

где,

r3 – активное сопротивление второй кабельной линии.

r0 – удельное активное сопротивление кабельной линии.

L – длина кабельной линии.

r3 = 0.21 0.1 = 0.021 Ом.

Рассчитываем базисные токи.

Iб1 = Sб / Ö 3 Uб1

где,

I – базисные токи.

S – базисная мощность.

Uб1 – базисное напряжение.

Iб = 100 / Ö 3 6.3 = 9.1 кА.

Рассчитываем токи короткого замыкания:

1) В точки К1

Iк1 = Iб / Ö x12 + r12

где,

Iк1 – токи короткого замыкания

Iб – базисный ток

x12 – удельное индуктивное сопротивление К.Л.

r12 – удельное активное сопротивление К.Л.

Iк1 = 9.1 / Ö 0.08 2+ 0.212= 40.6 кА.

Рассчитываем ударный ток для точки К1 .

iу1 = Ö 2kуIк1

где,

iу1 – ударный ток короткого замыкания в точке К1

kу – ударный коэффициент

Iк1 – ток короткого замыкания в точке К1

Iу1 = ·Ö 2 + 1,8 40.6 = 130.4 кА.

Sk1 = Ik1 U1

где,

Sk1 – мощность короткого замыкания первой точки.

U1 – напряжение на кабельной линии.

Sк1 = 40.6 6 = 243.6 кВА.

2) В точки К2.

Iк2 = 9.1 / Ö ( 0.08 + 0.0946 )2 + 0.212 = 33.7 кА

iу2 = 108.3 кА.

Sк2 = 108.3 6 =649 кВА

3) В точки К3.

Iк3 = Iб / Ö ( x1 + x2 + x3 )2 + ( r1 + r3 )2

Iк3 = 9.1 / Ö ( 0.08 + 0.094 + 0.021 )2 + ( 0.21+ 0.021)2 = 30.3 кА

iу3 = 97.3 кА

Sк3 = 97.3 6 = 584.3 кВА

Выбор токоведущих частей.

Провода и кабели выбирают по экономической плотности тока.

При выборе сечения кабеля необходимо учесть допустимую перегрузку на период ликвидации после аварийного режима, величина которой зависит от вида прокладки кабеля, длительности максимума и предварительной нагрузки.

Определить сечение кабелей для присоединения цеховой подстанции мощностью Рн = 4300 кВА. Кабели проложены под землёй на расстоянии 100 м. Время действия, основной релейной зашиты 1.2 с., полное время отключения выключателя 0.12 с.

Определяем токи продолжительного режима.

Iн = Sн / nÖ 3Uн

где,

Iн – ток номинальный.

Sн – номинальная мощность.

n – число линий.

Uн – номинальное напряжение.

Iн = 4300 / 2 Ö 36 = 207 А.

Определяем ток максимальный.

Iмах=Sн / ( n-1 )Ö 3Uн

где,

Iмах – ток максимальный.

Iмах= 4300 / ( 2 - 1 )Ö 36 = 413,8 А.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Fэ =Iн / jэ

где,

Fэ – экономичное сечение кабеля, мм2

jэ – плотность тока, А/мм2

Fэ = 207 / 1.2 = 172.5 мм2

Принимаем два кабеля сечением ( 3 185 ) при допустимом токе Iдоп=440 А. Так как Iмах=413.8 А., то выбранный кабель подходит по длительному перегреву.

1.4. Выбор оборудования на стороне высшего напряжения.

Выбор выключателя.

Выключатель предназначен для включения, отключения и переключения электрических цепей под нагрузкой. Выключатель должен включать и отключать токи как в нормальном так и в аварийных режимах работы электроустановки, которые сопровождаются обычно большим увеличением токов. Следовательно, выключатель является наиболее ответственным элементом распределительного устройства.

Берем выключатель типа С6М – 630 – 10У1.