Технико-экономическое обоснование использования биогазовой когенерационной установки

Работа выполнена на украинском языке. За отдельную доплату переведу на русский. Оценка комиссии за работу - 5 баллов по пятибальной системе.
...

ЗМІСТ
ВСТУП 7
1 АНАЛІЗ ОБ’ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ 9
1.1 Загальні відомості про крохмальний завод 9
1.2 Технологія виготовлення крохмалю 11
1.3 Енергетичний потенціал полігону ТПВ міста Чернігова 12
2 ВИБІР ВАРІАНТУ ЖИВЛЕННЯ КРОХМАЛЬНОГО ЗАВОДУ 13
2.1 Варіанти живлення 13
2.2 Вибір схем електричних з’єднань 15
3 ВИБІР БІОГАЗОВОЇ УСТАНОВКИ ТА ГЕНЕРАТОРІВ 17
3.1 Біогаз. Загальна характеристика 17
3.2 Мокра ферментація 18
3.3 Когенерація та іі переваги 21
3.4 Біогазова установка 22
3.5 Робота біогазової установки 25
3.6 Переваги використання біогазової установки 28
3.7 Вибір генераторів 29
4 ВИБІР СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ ТА ПЕРЕРІЗУ ЛІНІЙ 35
4.1 Вибір трансформаторів, розрахунок схеми заміщення 35
4.2 Вибір перерізу проводів 40
5 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КЗ 45
6 ВИБІР ОБЛАДНАННЯ 51
6.1 Вибір вимикачів 51
6.2 Вибір роз’єднувачів 58
6.3 Вибір трансформаторів струму 59
6.4 Вибір трансформаторів напруги 65
6.5 Вибір конденсаторних установок 66
6.6 Вибір автоматичних вимикачів 67
6.7 Вибір ОПН 69
6.8 Вибір шаф ЗТП 71
6.9 Результати вибору обладнання 72
7 РОЗРАХУНОК ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ КАПІТАЛЬНИХ ВКЛАДЕНЬ В БУДІВНИЦТВО БІОГАЗОВОЇ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ 74
8 РЕЛЕЙНИЙ ЗАХИСТ І АВТОМАТИКА 82
8.1 Основні вимоги до пристроїв релейного захисту 82
8.2 Захист трансформаторів ТМ 2500/10 на підстанції заводу 85
8.3 Газовий захист силового трансформатора 89
8.4 Захист генераторів та біогазової установки 90
8.5 Регулювання збудження синхронного генератора 92
8.6 Оцінювання стійкості роботи генераторів 95
9 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ПРАВИЛА БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК 100
9.1 Загальні положення 100
9.2 Вимоги техніки безпеки при роботі з генераторами 103
9.3 Вимоги техніки безпеки при роботі з комутаційними апаратами 104
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 107
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 109
Додаток А Перелік листів графічної частини……………………….…..………….112
Додаток Б Лістинг розрахунку струмів КЗ у програмі «Mathcad»……………......113
Додаток В Оцінювання стійкості роботи генераторів……………………………..118

Двадцяте століття було останнім століттям дешевої енергії. Наразі суспільство потребує нових досягнень науки і техніки, які одночасно будуть як екологічними, так і економічно доцільними.
Зараз все більше відчувається нестача енергетичних ресурсів. Тому подальший розвиток енергетики буде спрямований на зменшення втрат та використання відновлювальних джерел енергії.
Біогазова когенераційна установка (БГУ) – це станція, яка виробляє теплову і електричну енергію безпосередньо в місці її використання. Це забезпечує мінімізацію втрат енергії. Біогазові установки виробляють біогаз чи електроенергію з відходів сільського господарства, харчової промисловості, спеціально вирощених енергетичних культур та твердих побутових відходів. Це єдині очисні споруди виробляють, а не споживають енергію.
При пра вильному і об’єктивному виборі типу і встановленої потужності, БГУ з когенерацією здатні задовольнити потреби населення в енергії, використовуючи відходи.

11) (4.12)Знайдемо опори ліній за приведеними вище формулами:Тоді параметри еквівалентної лінії будуть:Знайдемо втрати потужності в лінії за формулами: (4.13) (4.14) Знайдемо значення втрат потужності в лінії за наведеними формулами: Знайдемо потужність, яка витікає у енергосистему через дволанцюгову ліню:Виберемо переріз проводу повітряної лінії від заводу до ПС «Подусовка». Максимальний струм по формулі (4.10):Вибираємо для повітряної лінії 10 кВ мінімальний переріз 50мм². З [12] відомо, що для перерізу проводу АС-50, прокладеному зовні, допустимий струм становить 215А, що більше ніж 172А, а отже вибраний переріз та марка проводу задовольняє умови допустимого нагріву за умови аварійного режиму. У нормальному режимі струм буде у два рази менший – 86 А. Цей провід має наступні параметри з [12]:- погонний активний опір ro=0,595 Ом/км;- погонний реактивний опір Знайдемо опори ліній за приведеними вище формулами:Тоді параметри еквівалентної лінії будуть:Знайдемо значення втрат потужності в лінії за наведеними формулами: Знайдемо потужність, яка витікає у енергосистему через двухланцюгову ліню:РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КЗПри проектуванні складних електричних систем враховуються не тільки нормальні, тривалі режими роботи електричних установок, але і аварійні режими. Струм короткого замикання (КЗ) і характер його зміни залежить від багатьох чинників: потужності джерела живлення, опорів короткозамкнутого кола, виду КЗ, моменту виникнення КЗ і його тривалості, наявності автоматичних регуляторів збудження (АРЗ) на генераторах і т.п. Причинами КЗ є механічні пошкодження ізоляції, її пробій унаслідок перенапруг і старіння, обриви і переплетення проводів повітряних ліній, помилкові дії персоналу і т.д. Унаслідок КЗ в електричних колах виникають небезпечні для елементів мережі струми, які можуть вивести їх з ладу. Тому для забезпечення надійної роботи електричної мережі, електроустаткування, пристроїв релейного захисту виконують розрахунок струмів КЗ. В трифазних мережах і установках розрізняють трифазні (симетричні), двофазні і однофазні (несиметричні) КЗ. Можуть також мати місце двофазні КЗ на землю, КЗ з одночасним обривом фази. Найпоширенішими є однофазні КЗ на землю, значно рідше бувають двофазні КЗ на землю.Розрахуємо струми короткого замикання на шинах 10 та 0,4 кВ для подальшого вибору апаратури (рисунок 5.1). Рисунок 5.1 – Схема заміщення для розрахунку струму КЗОскільки розрахунок проводимо у відносних одиницях відповідно до методики наведеної в [13], то треба задатися базисною потужністю і базисною напругою: Sб = 10 МВА, , Uб1 = 10,5 кВ, Uном1 = 0,4 кВ. Відносний над перехідний опір генератора , потужність генераторів =3,75 МВА, потужність системи МВА . Відносний над перехідний опір системи приймається рівним опору обмотки низької сторони трансформатора ТДТН 40000/110/35/10 на ПС «Подусівка» , який приведений до напруги низької сторони 10 кВ: =0.098 (розрахунок наведений у Додатку Б). Параметри трансформатора ТДТН 40000/110/35/10 взяті з [11].З Додатку Б надперехідні параметри генератора та системи:=1.171 в.о.;= ;=Uc=1 в.о.;= Приведемо активні і реактивні опори ліній до базисних умов за формулами: ( LISTNUM \l 5 ) ( LISTNUM \l 5 )де – активний опір лінії у відносних одиницях; – індуктивний опір лінії у відносних одиницях.Опір трансформатора у відносних одиницях знаходимо по формулам (5.1-5.2): Перетворимо схему заміщення до вигляду, зображеного на рисунку 5.2.Рисунок 5.2 - Схема заміщення мережі з розрахованими параметрами у відносних одиницяхРозрахуємо періодичну складову струму короткого замикання та ударний струм при трифазному короткому замиканні в точці К3. Після еквівалентування послідовних ділянок (рисунок 5.2) отримуємо: Періодична складова струму короткого замикання у відносних одиницях: Базисний струм: Періодична складова струму короткого замикання в іменованих одиницях: Постійна часу аперіодичної складової струму короткого замикання: Ударний струм короткого замикання дорівнюватиме:Лістинг програми розрахунку наведено в додатку Б. Результати зведено до таблиці 5.1Таблиця 5.1 – Результати розрахунків струмів КЗТочка КЗ [№]Вид КЗIп, кАiy, кAК1К(3)98,61199,1К2К(3)6,43510.39К3К(3)4,1976,297К4К(3)25,3365,19К5К(3)74,11128,7ВИБІР ОБЛАДНАННЯ Вибір вимикачівОсновні вимоги до вимикачів [9]:надійне відключення струмів різної величини, від десятків ампер до номінального струму відключення;швидкість дії, тобто найменший час відключення;придатність для автоматичного повторного включення, тобто швидке включення вимикача одразу після відключення;можливість пофазного (пополюсного) управління;простота ревізії і огляду контактів і механічної частини;вибухо- і пожежобезпечність;простота в транспортуванні і обслуговуванні.Умови вибору вимикачів [9]:за номінальною напругою: (6.1)де – номінальна напруга електроустановки, де передбачається установка комутаційного апарату; – номінальна напруга комутаційного апарату;по робочому струму: (6.2)де – максимальний струм, який може протікати через комутаційний апарат в нормальному режимі роботи; – номінальний струм комутаційного апарату;по комутаційній здатності на симетричний струм КЗ: (6.3)де – діюче значення періодичної складової струму КЗ в момент часу після початку розходження дугогасильних контактів вимикача; – номінальний струм при КЗ, який здатний вимкнути вимикач;по комутаційній здатності на асиметричний струм КЗ: (6.4)де – аперіодична складова струму КЗ в момент розходження контактів; – номінальне значення відносного вмісту аперіодичної складової в вимикаємому струмі КЗ; – найменший час від початку КЗ до моменту розходження дугогасильних контактів: (6.5)де – мінімальний час дії релейного захисту; – власний час відключення вимикача;по електродинамічній стійкості: (6.6)де – розрахунковий ударний струм при трифазному КЗ; – струм динамічної стійкості комутаційного апарату (граничний наскрізний струм КЗ згідно паспортних даних на комутаційний апарат);по термічній стійкості: (6.7)де – тепловий імпульс згідно з розрахунком, кА2·с; – граничний струм термічної стійкості, кА; – час протікання струму термічної стійкості.Розрахуємо максимальний робочий струм:для сторони 0,4 кВ ЗТП генераторів:для сторони 10 кВ ЗТП генераторів:для сторони 0,4 кВ ЗТП заводу:для сторони 10 кВ ЗТП заводу:На стороні 10 кВ ЗТП генераторів вибираємо вакуумні вимикачі Q1, Q2 марки BB / TEL-10-20-1000-УХЛ2 з такими технічними даними [14]:с;tрз.мин. = 0,65 с.Виконаємо перевірку вимикача:1) по номінальній напрузі:10 кВ = 10 кВ;2) по максимальному робочому струму:173 А < 1000 A3) по комутаційній здатності на симетричний струм КЗ (для цього розрахуємо час до розбіжності контактів вимикача):с;4) по комутаційної здатності на асиметричний струм КЗ:5) по електродинамічній стійкості:10,39 кА < 51 кА;6) по термічній стійкості:На стороні 10 кВ ЗТП заводу вибираємо вакуумні вимикачі Q5, Q6, Q7 такої самої марки BB / TEL-10-20-1000-УХЛ2, тому що вони підходять по параметрам мережі і характеристикам.На стороні 10 кВ ЗТП «Подусовка» вибираємо вакуумні вимикачі Q3, Q4 марки ВР3-10-40/2000 У2 з такими технічними даними [14]:с;;tрз.мин. = 0,65 с.Виконаємо перевірку вимикача:1) по номінальній напрузі:10 кВ = 10 кВ;2) по максимальному робочому струму:171 А < 1000 A;3) по комутаційній здатності на симетричний струм КЗ (для цього розрахуємо час до розбіжності контактів вимикача):с;4) по комутаційної здатності на асиметричний струм КЗ:5) по електродинамічній стійкості:65,19 кА < 102 кА;6) по термічній стійкості:Вибір роз’єднувачів Роз'єднувачі вибираються за такими умовами [9]:1) по номінальній напрузі: , (6.8)2) за конструктивним виконанням;3) по електродинамічної стійкості: , (6.9)4) по термічній стійкості:, (6.10)На стороні 0,4 кВ вибираємо роз’єднувачі-рубильники  SA1-SA17 серії РЕ19 з такими параметрами [15]:tт = 3 c;tвідкл = 1с.Виконаємо перевірку:1) по номінальній напрузі: 0,4 кВ ≤ 0,4 кВ;2) по електродинамічній стійкості: 199,1 кА < 200 кА;3) по термічній стійкості:Вибір трансформаторів струмуТрансформатори струму вибираються за такими умовами [9]:1) по номінальній напрузі: , (6.11)2) по робочому струму: , (6.12)3) за конструкцією і класу точності;4) по електродинамічної стійкості: , (6.13) де Iпр скв – амплітудне значення граничного наскрізного струму к.з. (по каталогу);5) по термічній стійкості: , (6.14)6) по опору навантаження: ; (6.15)де Z2ном – опір вторинної обмотки відповідно до каталожними даними, розраховується за формулою: (6.16) Z2 - розрахунковий опір вторинної обмотки трансформатора струму; Z2 ≈ r2, так як індуктивний опір вимірювальних ланцюгів невелика, в свою чергу r2 розраховується за формулою [9]: , (6.17)де rконт – опір контактів, приймається рівним 0,05 Ом [9]; rприб – опір приладів, яке розраховується за формулою:, (6.18)де Sприб – потужність споживана приладами (вибирається з таблиць). rпр – допустимий опір проводів, розраховується за формулою: . (6.19)Після розрахунку опору дроту, знаходиться його перетин за формулою: (6.20)де ρ – питомий опір матеріалу проводу Ом ∙ м, для алюмінію r = 0,0283 Ом ∙ м; L - довжина проводів від трансформаторів струму до приладів, м. З розрахованим перетину проводу, який не повинен бути менше 2,5 мм2 для міді і 4 мм2 для алюмінію, перераховуємо опір rпр. На стороні 10 кВ ПС «Подусовка» вибираємо трансформатори струму ТА5, ТА6 марки ТЛК-10 з такими параметрами [16]: кВ; А; Номінальне вторинне навантаження:S2ном з коефіцієнтом потужності 0,8; обмотки для вимірів 30 ВА; обмотки для захисту 15 ВА; час відключення tвідкл. = 0,775 с.Виконаємо перевірку:1) по номінальній напрузі:10 кВ = 10 кВ;2) по максимальному робочому струму:173А < 200А;3) по електродинамічній стійкості:65,19 кА < 120 кА;4) по термічній стійкості:5) по опору навантаження. Опір навантаження беремо рівною сумарному опору вторинних ланцюгів ТС:,,До трансформатора струму підключається, амперметр (Z=0,1Ом), ваттметр , пристрій релейного захисту МРЗС (Z=0,06Ом), амперметр (Z=0,09Ом) і лічильники енергії (Z=0,07Ом).Опір всіх приладів:.Опір контактів .Довжина проводів дорівнює L=5м (в одну сторону), провід алюмінієвий с=0,028Ом*мм2/м, переріз S=3,5мм2. Опір проводу:Трансформатори струму ТА3, ТА4, ТА7, ТА8, ТА9, ТА10, ТА11 10 кВ вибираємо такі самі, бо вони підходять по параметрам мережі і характеристикам. На стороні 0,4 кВ вибираємо трансформатори струму ТА1, ТА2 марки ТШЛ-0,66 У3 з такими параметрами [17]: кВ; А;А;кА;кА;с.Номінальне вторинне навантаження:S2ном з коефіцієнтом потужності 0,8; обмотки для вимірів 30 ВА; обмотки для захисту 15 ВА; час відключення tвідкл. = 0,775 с.Виконаємо перевірку:1) по номінальній напрузі: 0,4 кВ ≤ 0,66 кВ;2) по максимальному робочому струму:4510А < 5000 А;3) по електродинамічній стійкості:199,1 кА < 200 кА;4) по термічній стійкості:.5) по опору навантаження. Опір навантаження беремо рівною сумарному опору вторинних ланцюгів ТС:До трансформатора струму підключається прилад амперметр (Z=0,1Ом), ваттметр (Z=0,09Ом) і лічильники енергії (Z=0,07Ом).Опір всіх приладів .Опір контактів .Довжина проводів дорівнює L=5м (в одну сторону), провід алюмінієвий с=0,028Ом*мм2/м, переріз S=3,5мм2. Опір проводу:Вибір трансформаторів напругиТрансформатори струму вибирають за такими умовами [9]:1) по номінальній напрузі: , (6.21)2) по конструкції і схемі з'єднання обмоток;3) по класу точності;4) по вторинному навантаженню: , (6.22)де S2ном – номінальна потужність вторинної обмотки, ВА (по каталогу); S2 – навантаження всіх вимірювальних приладів, приєднаних до трансформатора напруги, ВА.На стороні 10 кВ вибираємо групові масляні триобмоткові трансформатори ТV1, ТV2, ТV3, ТV4 марки НАМИ-10 [16]:1) номінальна фазна напруга: кВ;2) клас точності: 0,5;3) номінальне вторинне навантаження S2ном з коефіцієнтом потужності 0,8а) обмотки для вимірювань (основної)50,75 и 200 ВА;б) обмотки для захисту (додаткової)200 ВА.Робимо перевірку трансформатора напруги:1) по номінальній напрузі:2) за номінальним вторинним навантаженням умова виконується тому, що ми задаємося потужністю приладів, які приєднуються, рівною сумарній фазної потужності вторинного ланцюга трансформатора напруги.Вибір конденсаторних установокКомпенсацію реактивної потужності будемо проводити на стороні низької напруги, оскільки такі установки дозволяють забезпечити регулювання компенсованій реактивної потужності в широких межах, що забезпечить неможливість генерації реактивної енергії в енергосистему при зміні величини реактивної енергії, що генерується цеховими приймачами. Приймемо, що завод отримує заявлену потужність 2 МВт, тоді повна потужність буде складати 2,5 МВА. Так як на підстанції заводу встановлено два однакових трансформатори з рівномірним розподілом навантаження, через кожен трансформатор протікає потужність 1,25 МВА. З формули (3.3) визначимо реактивну потужність, що протікає через один трансформатор, величина якої Q1=750 кВАр. Для оцінки пропускної здатності трансформатора по реактивної потужності розрахуємо величину реактивної потужності, що виділяється енергосистемою в мережу споживача, за формулою [10]: (6.23)де – значення розрахункового навантаження по активної потужності вузла.Таким чином, реактивна потужність, яку необхідно компенсувати:Вибираємо низьковольтну конденсаторну установку КРМ 0,4-450/50 [16]. Установка захищена автоматичним вимикачами Qf12, Qf20 марки ВА 5543.За формулою (4.10) повна потужність на шинах НН 1044 кВА.Вибір автоматичних вимикачівВибираємо автоматичні вимикачі за такими умовами [9]:1) по номінальній напрузі: Uа ном ≥U роб max; (6.24)2) по номінальному струму автомата: Iа. ном ≥ Iном; (6.25)2) по граничному відключаємому автоматом струму: Iгр.відкл ≥ I кз. (6.26) Для захисту на стороні 0.4 кВ підстанції генераторів вибираємо автоматичні вимикачі Qf7, Q f8, Qf9 серії Э40С з такими параметрами [18]: Виконаємо перевірку:1) по номінальній напрузі:0,4 кВ≥0,4 кВ;2) по номінальному струму автомата:6300 А≥ 4510 А;2) по відключаємому автоматом струму:115 кА ≥98.61 кА.Для захисту ліній 0,4 підстанції заводу вибираємо автоматичні вимикачі Qf10, Q f11 такої самої марки Э40С, тому що вони підходять за своїми параметрами до характеристик мережі. Для захисту відходящих ліній на ЗТП заводу вибираємо автомати Qf13, Qf14, Qf15, Qf16, Qf17, Qf18, Qf19 марки ВА 5543 з такими параметрами [18]:По одній лінії живлення з урахуванням компенсації буде протікати такий струм:Il=3483∙0,4=502 А.Виконаємо перевірку:1) по номінальній напрузі:0,4 кВ ≥0,4 кВ;2) по номінальному струму автомата:1600 А ≥502А;3) по граничному відключаємому автоматом струму: 74,11 кА ≥80 кА.Вибір ОПНОПН вибираються за умовами [9] :1) по номінальній напрузі;2) по найбільшій робочій напрузі:, (6.27)де – найбільша допустима напруга ОПН; – найбільша робоча напруга мережі.3) по рівню тимчасових перенапружень:, (6.28)де – максимальне значення напруги промислової частоти, яке витримує ОПН; – рівень тимчасових перенапружень.4) по координаційному інтервалу для грозових перенапружень:(6.29)де – координаційний інтервал, – рівень грозової випробувальної напруги, – напруга на ОПН при номінальному розрядному струмі.5) по координаці2йному інтервалу для внутрішніх перенапружень:,(6.30)де – координаційний інтервал, – рівень грозової випробувальної напруги, – напруга на ОПН при номінальному розрядному струмі.Виберемо обмежувачі перенапруження FV1, FV2 на номінальну напругу 0,4 кВ марки ОПН-КР/TEL – 0,4/0,46 УХЛ1 з такими параметрами [19]:– номінальна напруга 0,4 кВ;– номінальний розрядний струм 10 кА;– постійна робоча напруга 0,46 кВ;– грозова випробувальна напруга 2 кВ;Перевіримо за умовами:найбільша допустима напруга ОПН, найбільша робоча напруга мережі .0,46 >0,4.Вибір шаф ЗТПНизьковольтні та високовольтні розподільчі пристрої призначені для приймання та розподілу електричної енергії трифазного змінного струму частотою 50 та 60 Гц у мережах з ізольованою або заземленою нейтраллю, керуванням та захистом електрообладнання від коротких замикань та перевантажень. Пристрої мають модульну архітектуру, яка дозволяє комплектувати їх функціональними блоками апаратури, і, за потреби, розширювати та додавати нові функції. Шафи призначені для установки на промислових, громадських, комунально-побутових та житлових об'єктах у спеціальних приміщеннях. Електричні шафи можуть збиратися будь-якої фірмою-виробником (комплектними) за типовими або індивідуальними схемами і встановлюватися на місці вже готовими (так зазвичай виконуються ввідно-розподільні пристрої), або збиратися монтажниками на місці установки. орпуси випускаються промисловістю як готовими, певних серій, так і у вигляді різних деталей для зборки корпуса індивідуальної конструкці Параметри вибраних шаф представлені в таблицях 6.1 та 6.2.На стороні 0.4 кВ вибираємо шафу NorPower 0,4 - 5000 [20] з такими параметрами: Таблиця 6.1 – Параметри NorPower 0,4 - 5000Номінальна напруга  (В)380/220Частота50 ГцНомінальний струм вводу  (А)до 5000Номінальний струм  відхідних ланцюгів (А)до 630Номінальна напруга ізоляції (В)660Номінальний ударний струм, не більше (кА)220Номінальний короткочасний струм (кА)100На стороні 10 кВ вибираємо шафу ШВВ-6(10) – 1000 [20] з такими параметрами:Таблиця 6.