Реконструкция системы электроснабжения ТЭЦ ВАЗа напряжением 6кВ

В данном дипломном проекте выполнялась реконструкция электроснабжения системы собственных нужд напряжением 6кВ теплоэлектроцентрали установленной мощностью 1172 МВт, которая является объектом централизованного снабжения потребителей тепло¬вой и электрической энергией. Источник исходных данных для дипломной работы ТЭЦ ВАЗа. Потребителями являются промышленные предприятие и жилые районы города. ТЭЦ выпускает следующую продукцию: электрическую энер¬гию, тепловую энергию (отопление, горячее водоснабже¬ние). Располагаемая тепловая мощность ТЭЦ составляет 3903 Гкал/ч.
В соответствии с технологической схемой ТЭЦ и нормами технологического проектирования тепловых электрических станций и тепловых сетей была составлена схема реконструкции электроснабжения системы собственных нужд напряжением 6кВ. ...

Содержание
стр.
Введение……………………………………………………………………….. 5
1. Характеристика объекта проектирования…………………………….….. 8
1.1. Общие сведения о ТЭЦ…………………………………………………… 8
1.2. Технологическая схема ТЭЦ……………………………………………... 11
1.3. Система собственных нужд электростанции……………………………. 15
2. Выбор схемы электроснабжения системы собственных нужд 6кВ ТЭЦ ВАЗа…………………………………………………………………………….. 17
2.1. Данные для реконструкции собственных нужд 6кВ……………………. 17
2.2. Состав и характеристика электроприемников собственных нужд…….. 19
2.3. Общие принципы построения схемы электроснабжения системы собственных нужд……………………………………………………………… 20
2.4. Выбор собственных нужд ТЭЦ………………………............................... 22
2.5. Распределение основных потребителей по секциям собственных нужд
……………………………………………………………………………………23
3. Расчет токов короткого замыкания в системе собственных нужд ТЭЦ
…………………………………………………………………………………… 28
3.1. Методика расчета токов короткого замыкания в системе собственных нужд……………………………………………………………………………... 28
3.2. Определение токов короткого замыкания……………………………….. 30
4. Выбор электрических аппаратов в системе собственных нужд…………. 35
4.1. Расчетные условия для выбора электрических аппаратов……............... 35
4.2. Выбор коммутационной аппаратуры…………………………………….. 36
4.3. Выбор трансформаторов тока……………………………………………. 39
5. Релейная защита и автоматика……………………………………………... 41
5.1.Требования к релейной защите и автоматики электродвигателей собственных нужд ……………………………………………………………. 41
5.2. Назначение и выполнение защит………………………………………… 41
5.3 Методика выбора уставок защит основных электродвигателей………. 44
5.4. Расчет уставок защит основных электродвигателей…………………… 45
5.5. Применение современных микропроцессорных защит………………... 48
5.6. Описание и работа устройства «Сириус 21-Д»………………………….. 50
5.6.1. Функции защиты, выполняемые устройством………………….. 53
5.6.2. Функции автоматики, выполняемые устройством……………... 54
5.6.3 Дополнительные сервисные функции…………………………... 54
5.7. Выбор микропроцессорных устройств РЗиА РУСН-6кВ………... 56
6 .Техника безопасности при эксплуатации электроустановок собственных нужд ТЭЦ………………………………………………………... 58
6.1. Опасные и вредные производственные факторы в РУСН-6кВ………… 58
6.2.Воздействие производственных факторов на организм человека……… 59
6.3. Электробезопасность……………………………………………………… 63
6.4 Противопожарные мероприятия на станции……………………………... 66
6.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях и авариях……………………. 70
6.6. Мероприятия по охране окружающей среды……………………………. 73
7. Расчет экономической эффективности реконструкции РУСН 6кВ ТЭЦ ВАЗа…………………………………………………………………………….. 74
7.1 Расчет капитальных затрат на реконструкцию………………………….. 74
7.2 Смета накладных расходов………………………………………………... 74
7.3. Эффективность реконструкции…………………………………………... 79
7.3.1. Снижение ущерба………………………………………………… 79
7.4. Срок окупаемости реконструкции……………………………………….. 81
Заключение……………………………………………………………………... 82
Список использованных источников…………………………………………. 83
Приложение А………………………………………………………………….. 85

Нормальная работа электростанции и безопасность ее обслуживания возможны только при условии надежной работы системы собственных нужд. Требования надежности регламентированы. Согласно ПУЭ [4] потребители системы собственных нужд электростанций отнесены к 1-й категории и их электроснабжение должно быть обеспечено по двум независимым электрическим цепям. Перерыв электроснабжения допускается лишь на время действия устройств автоматического ввода резерва (АВР).
В последнее время все более широко начали применяться новые виды электротехнической аппаратуры: вакуумные и элегазовые выключатели, взамен масляных, микропроцессорные устройства релейной защиты, взамен релейно-ламповых и т.д. Эти устройства при большей стоимости, обеспечивают, однако и большую надежность, гибкость и в целом чаще всего ок азываются более предпочтительными.

5 Релейная защита и автоматика5.1 требования к релейной защите и автоматики электродвигателей собственных нуждВ процессе эксплуатации электродвигателей в них возможны повреждения различных видов. Повреждаемость электродвигателей вызывается старением изоляции обмоток, дефектами заводского изготовления, попаданием влаги и масла, коммутационными перенапряжениями, некачественным ремонтом, а так же неправильным обслуживанием.Междуфазные К.З. в обмотках статора электродвигателя являются основным видом повреждений электродвигателей переменного тока. Они сопровождаются большими токами, значительно превосходящими номинальный ток электродвигателя.Витковые замыкания – это замыкания между витками одной обмотки статора двигателя. Этот вид повреждения сопровождается также протеканием большого тока в месте повреждения, который в зависимости от числа замкнувших витков в обмотке двигателя может достигнуть значения тока при междуфазных коротких замыканиях.Ненормальные режимы работы электродвигателей. Основным видом ненормального режима работы для ряда электродвигателей собственных нужд является перегрузка их токами, превышающими нормальные токи электродвигателей. Длительное протекание значительных токов перегрузки в обмотке статора представляет опасность для двигателя, так как они вызывают нагрев его обмотки, что приводит к износу изоляции и к выходу его из строя. Поэтому для электродвигателей при повреждениях и ненормальных режимах работы предусматриваются различные виды защит с действием на отключение поврежденного электродвигателя, сигнал или разгрузку приводимого им механизма[10].5.2 Назначение и выполнение защитТоковая отсечка нашла наибольшее применение для защиты электродвигателей собственных нужд 6кВ от междуфазных к.з. в обмотках и на выводах электродвигателя. Она представляет собой максимальную токовую защиту без выдержки времени, действующую на отключение электродвигателей от сети только в случае возникновения в нем междуфазных к.з. Это достигается условием выбора тока срабатывания токовой отсечки, который должен быть больше пускового тока электродвигателя во избежание его отключения от защиты при включении в сеть. Дифференциальная защита по сравнению с токовой отсечкой обладает значительно большей чувствительностью к повреждениям в электродвигателе, так как по принципу своего действия она не реагирует на токи в электродвигателе в нормальном режиме работы или при пуске. Поэтому ток срабатывания дифференциальной защиты не должен отстраиваться от этих токов, что позволяет выбрать его меньшим, чем у токовой отсечки. Пример схемы дифференциальной защиты представлен на рис.5.2Рис.5.2-Устройство дифференциальной защиты электродвигателя.Защита от однофазных замыканий на землю в соответствии с ПУЭ[4] применяется для электродвигателей 6кВ в зависимости от их мощности и тока замыкания на землю в питающей сети. Она выполняется в виде токовой защиты нулевой последовательности, которая представляет собой максимальную токовую защиту, содержащую одно реле тока типа РТЗ-50, включенное на ТТ нулевой последовательности.Защита от перегрузки устанавливается на электродвигателях собственных нужд, которые могут подвергаться длительным перегрузкам по разным причинам(дымосос, дутьевой вентилятор). Она не устанавливается на электродвигателях собственных нужд не подверженных технологической перегрузке.Защита минимального напряжения электродвигателей собственных нужд предназначена для автоматического отключения неответственных электродвигателей при снижении напряжения на шинах до 70% и ниже номинального значения с целью успешного самозапуска ответственных электродвигателей. Пример схемы защиты минимального напряжения представлен на рисунке 5.3.Рисунок 5.3-Схема защиты минимального напряжения.5.3 Методика выбора уставок защит основных электродвигателейВыбор уставок релейных защит будет производиться для основных электродвигателей. Основными электродвигателями являются дутьевые вентиляторы и дымососы, работающие в двухскоростных режимах и подверженные перегрузкам, а также питательные электронасосы. К неосновным электродвигателям относятся различные пусковые насосы, маслонасосы, конденсатные и сетевые насосы и т.п.Расчет уставок релейных защит основных двигателей будет сводиться к выбору уставок токовой отсечки 1 и 2 скоростей и защите от перегруза 1 и 2 скоростей (для двухскоростных электродвигателей) а также выбору уставок дифференциальной защиты. Исходя из условий работы системы собственных нужд ТЭЦ ВАЗа, с незаземленной нейтралью, выбор уставок и расчет однофазных к.з. на землю не производиться, так как в этих сетях при замыкании одной фазы на землю через место повреждения будут проходить только емкостные токи, обусловленные напряжением сети и емкостью поврежденных фаз сети. При этом напряжение неповрежденной фазы по отношению к земле станет равным нулю, а напряжение двух других фаз увеличиться в √3 раз и станут равными междуфазным напряжениям сети, которые в свою очередь не изменяются, что обеспечивает нормальную работу потребителей в режиме замыкания одной фазы на землю[13]. Ток срабатывания реле отсечки определяется по выражениюIc.p=KcxIсзnт=КсхКнКпIном.двnт. (5.1)Где Kcx – коэффициент, учитывающий схему соединения трансформаторов тока защиты: Kcx=1 при включении реле на фазные токи, Kcx=√3 при включении реле на разность токов двух фаз;nT – коэффициент трансформации ТТ защиты;Iсз – первичный ток срабатывания защиты;Кн – коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя; для реле РТ-40 принимается равным 1,4 , а для реле РТ-80=1,8[12]Кп – кратность пускового тока электродвигателя.Чувствительность токовой отсечки проверяется при двухфазном к.з. на выводах электродвигателя при минимальном режиме питающей сети и оценивается коэффициентом чувствительностиКч=Ip(2)Icр=Ikmin(2) Icрnт. (5.2)Где Ip(2)- ток, протекающий в реле при двухфазном к.з. на выводах электродвигателя;I (2)kmin – минимальное значение тока двухфазного к.з., проходящего через ТТ защиты при повреждениях на выводах электродвигателя;Iср – ток срабатывания реле защиты.Ток срабатывания токовой защиты от перегрузкиIc.p=KcxIсзnт=КсхКнIном.двКвnт . (5.3)Где Кв – коэффициент возврата реле;Кн – коэффициент надежности, Кн=1,2.Ток срабатывания реле дифференциальной защиты определяется по выражению Ic.p=Iсзnт=2Iном.двnт. (5.4)Число витков насыщающегося трансформатора реле определяется по выражению ωрасч=FcpIcp=100Icp. (5.5)Где Fcp- минимальная магнитодвижущая сила реле РНТ-565, равная 100А.5.4 Расчет уставок защит основных электродвигателейРасчет защит дутьевого вентилятора и электропитательного насоса секции 6РБ выполним вручную. Схемы релейной защиты двухскоростного двигателя и мощного питательного насоса приведены на листах 4 и 5 графической части проекта соответственно. Полученные данные сведены в таблицу 5.4Ток срабатывания реле отсечки для первой скорости ДВ-6БIc.p(1)=KcxIсзnт=КсхКнКпIном.двnт = 1∙1,4∙5,5∙34150/5=9 А.Определяем коэффициент чувствительностиКч=Ip(2)Icр=Ikmin(2) Icрnт=11310 9∙150/5=41.8>2.Ток срабатывания защиты от перегрузки для первой частоты вращенияIc.p(1)=KcxIсзnт=КсхКнIном.двКвnт=1∙1,2∙340,8∙150/5=2 А.Ток срабатывания отсечки для второй скорости ДВ-6БIc.p(2)=KcxIсзnт=КсхКнКпIном.двnт = 1∙1,4∙5,8∙62150/5=17 А.Определяем коэффициент чувствительности Кч=Ip(2)Icр=Ikmin(2) Icрnт=11310 17∙150/5=22.2>2.Ток срабатывания защиты от перегрузки для второй частоты вращенияIc.p(2)=KcxIсзnт=КсхКнIном.двКвnт=1∙1,2∙640,8∙150/5=3,2 А.Ток срабатывания реле токовой отсечки электропитательного насосаIc.p=KcxIсзnт=КсхКнКпIном.двnт = 1∙1,4∙5,5∙440600/5=29 А.Определяем коэффициент чувствительности Кч=Ip(2)Icр=Ikmin(2) Icрnт=11310 29∙600/5=3,25>2.Определяем ток срабатывания защиты от перегрузки электропитательного насоса Ic.p=KcxIсзnт=КсхКнIном.двКвnт=1∙1,2∙4400,8∙6005=6 А.Ток срабатывания реле дифференциальной защиты для электронасоса определяется по выражению Ic.p=Iсзnт=2Iном.двnт=2∙440600/5=8 А.Число витков насыщающегося трансформатора реле определяется по выражению ωрасч=FcpIcp=1008=13.Таблица 5.4 - Уставки релейной защиты.Наименование электрооборудованияУставки релейной защитыIc.p диф.(А)Ic.p отс.(А)Ic.p перегруз.(А)ДВ-1А-7/151,8/2,6ДВ-1Б-7/151,8/2,6Д-1А-9/172/3,2Д-1Б-9/172/3,2ПЭН-16244ДВ-2А-9/172/3,2ДВ-2Б-9/172/3,2Д-2А-10/192,8/4Д-2Б-10/192,8/4ПЭН-27255ДВ-3А-7/151,8/2,6ДВ-3Б-7/151,8/2,6Д-3А-9/172/3,2Д-3Б-9/172/3,2ПЭН-36244ДВ-4А-9/172/3,2ДВ-4Б-9/172/3,2Д-4А-10/192,8/4Д-4Б-10/192,8/4ПЭН-46244ДВ-5А-10/192,8/4ДВ-5Б-10/192,8/4Д-5А-12/203/4,2Продолжение таблицы 5.4Д-5Б-12/203/4,2ПЭН-58296РПЭН-18296ДВ-6А-10/192,8/4ДВ-6Б-10/192,8/4Д-6А-12/203/4,2Д-6Б-12/203/4,2ПЭН-68296РПЭН-28296ДВ-7А-9/172/3,2ДВ-7Б-9/172/3,2Д-7А-10/192,8/4Д-7Б-10/192,8/4ПЭН-77255ДВ-8А-9/172/3,2ДВ-8Б-9/172/3,2Д-8А-10/192,8/4Д-8Б-10/192,8/4ПЭН-872555.5 Применение современных микропроцессорных защитПерспективным направлением в теории и практике релейной защиты стало использование цифровых микроЭВМ и разработка на их основе, так называемых программных защит. Такая возможность объясняется тем, что релейную защиту можно представить как систему арифметико-логического преобразования информации, содержащейся в воздействующих величинах, а сам процесс преобразования описать аналитическими выражениями, являющимися алгоритмом функционирования защиты. В микроЭВМ арифметико-логическое преобразование выполняет микропроцессор, который преобразует информацию о воздействующих величинах в цифровой код, поэтому программную защиту называют также микропроцессорной или цифровой релейной защитой. Поскольку воздействующими величинами являются синусоидальные напряжения и ток, то они предварительно должны быть преобразованы с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Для исполнительных органов защиты необходимы аналоговые сигналы, поэтому внешние элементы защиты содержат цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)[20].В современных цифровых реле может быть записано большое количество программ для работы защиты с различными функциями и характеристиками (алгоритмами). Алгоритмы работы защиты выполняются в реальном масштабе времени. При этом компьютерные программы используются не только для обеспечения функционирования цифровых реле, но и для дистанционного их обслуживания (выставления и изменения параметров срабатывания), а также для их изучения.С начала 1980-х годов цифровая аппаратура релейной защиты во всех странах мира стала вытеснять с рынка традиционные электромеханические реле и полупроводниковые аналоговые реле. В России этот процесс начался с небольшой задержкой, но сейчас набирает темпы: в разных регионах страны выполнено несколько крупных проектов оснащения электростанций и подстанций серийными цифровыми реле, освоен промышленный выпуск отечественных цифровых реле, накоплен небольшой положительный опыт в эксплуатации этих реле в нескольких энергосистемах.Цифровые реле защиты обладают многими замечательными свойствами, которые и определяют их преимущества в сравнении с традиционными аналоговыми реле, электромеханическими и полупроводниковыми. К этим достоинствам в первую очередь следует отнести:Самодиагностика. Непрерывная автоматическая самопроверка цифровых реле позволяет персоналу быть уверенными в их исправном состоянии и в надёжности срабатывания при коротких замыканиях;Совмещение функций управления, контроля и защиты электроустановок в каждом микропроцессорном блоке позволяет создавать на их основе нижний уровень АСУ – автоматизированной системы управления технологическими процессами энергетического или другого объекта;Ускорение отключения коротких замыканий, которое достигается использованием различных времятоковых характеристик, трёх ступеней токовых защит, минимальной ступени селективности (0,15 – 0,2 с), «ускорения защиты после АПВ», а также двух различных наборов уставок, автоматически сменяемых при изменении режима питания электроустановки;Сокращение расходов при сооружении энергетических объектов и при их обслуживании;Обеспечение безопасности оперативного и релейного персонала за счёт возможности дистанционного обслуживания.Из этого, далеко неполного, перечня достоинств цифровой техники защиты и управления видно, на сколько желательны и важны практические освоения новейшей техники релейной защиты и автоматики (РЗА) и её программного обеспечения.Принимая во внимание стоимость и многофункциональность новейших защит, выбор предпочтительнее отнести к отечественным микропроцессорным блокам защит серии «Сириус», выпускаемых фирмой ЗАО «РАДИУС Автоматика». 5.6 Описание и работа устройства «Сириус 21-Д»Устройство предназначено для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации синхронных и асинхронных электродвигателей напряжением 3–35 кВ. Устройство устанавливается в релейных отсеках КРУ, КРУН и КСО, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 6–35 кВ[7]. Внешний вид панели управления устройства представлен на рисунке 5.6.Рисунок 5.6-Внешний вид МУРЗ «Сириус»Устройство является комбинированным микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики. Применение в устройстве модульной мультипроцессорной архитектуры наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивают высокую надежность, большую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения электрических величин и временных интервалов, что дает возможность снизить ступени селективности и повысить чувствительность терминала. Схема подключения к блоку управления выключателя BB/TEL приведена на листе 6 графической части проекта.Реализованные в устройстве алгоритмы функций защиты и автоматики, а также схемы подключения устройства разработаны по требованиям к отечественным системам РЗА в сотрудничестве с представителями энергосистем и проектных институтов, что обеспечивает совместимость с аппаратурой, выполненной на различной элементной базе, а также облегчает внедрение новой техники проектировщикам и эксплуатационному персоналу. Структурная схема устройства представлена на рисунке 5.7Рисунок 5.7-Структурная схема устройства «Сириус»Устройство может применяться для защиты элементов распределительных сетей, как самостоятельное устройство, так и совместно с другими устройствами РЗА (например, дуговой защитой, защитой от однофазных замыканий на землю, защитой шин и т.д.).Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности:выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит и автоматики, выбор защитных характеристик и т.д.);ввод и хранение уставок защит и автоматики;контроль и индикацию положения выключателя, а также контроль исправности его цепей управления;определение вида повреждения;передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи;непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы;блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний;получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд управления, аварийной и предупредительной сигнализации;гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности;высокое сопротивление и прочность изоляции входов и выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях КРУ.5.6.1 Функции защитытрехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) от междуфазных повреждений с контролем двух или трех фазных токов (любая ступень может быть выполнена направленной, а также может иметь комбинированный пуск по напряжению);защита от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ);защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по сумме высших гармоник;защита от однофазных замыканий на землю по току основной частоты (может быть выполнена направленной);защита синхронных двигателей от асинхронного хода в ступени МТЗ-2;минимальная токовая защита;защита минимального напряжения (ЗМН);защита от перегрева электродвигателя;защита от затянутого пуска;защита от блокировки ротора;защита обратной мощности;выдача сигнала пуска МТЗ для организации логической защиты шин.5.6.2 Функции автоматикиоперации отключения и включения выключателя по внешним командам с защитой от многократных включений выключателя;возможность подключения внешних защит, например, дуговой, или от однофазных замыканий на землю;формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя;АПВ после срабатывания ЗМН;запрет включения выключателя при превышении допустимого числа запусков или при перегреве;исполнение команд АЧР от внешнего источника (с возможностью ЧАПВ).5.6.3 Дополнительные сервисные функцииопределение вида повреждения при срабатывании МТЗ;фиксация токов и напряжений в момент аварии;измерение времени срабатывания защиты и отключения выключателя;встроенные часы-календарь;возможность встраивания устройства в систему единого точного времени станции или подстанции;измерение текущих фазных токов, напряжений, мощности;дополнительные реле и светодиоды с функцией, заданной пользователем;цифровой осциллограф;регистратор событий.Устройство производит измерение электрических параметров входных аналоговых сигналов фазных токов и напряжений IА, IВ, IС, UА, UВ, UС и тока нулевой последовательности 3I0. При измерениях осуществляется компенсация апериодической составляющей, а также фильтрация высших гармоник входных сигналов. Для сравнения с уставками защит используется только действующее значение первой гармоники входных сигналов.Для устранения существенного изменения тока срабатывания защиты при насыщении первичных трансформаторов тока в устройстве предусмотрено восстановление синусоидальной формы тока вплоть до 50% погрешности ТТ. На основании измеренных параметров производится расчет следующих величин:линейных напряжений UАВ, UВС, UАС;активной и реактивной мощности;составляющих прямой и обратной последовательности I1, U1, I2. и U2.Элементная база входных и выходных цепей обеспечивает совместимость устройства с любыми устройствами защиты и автоматики разных производителей - электромеханическими, электронными, микропроцессорными, а также сопряжение со стандартными каналами телемеханики. Схема внешних соединений устройства «Сириус-21-Д» приведена на листе 7 графической части проекта.Устройство имеет каналы связи для передачи на компьютер данных аварийных отключений, просмотра и изменения уставок, контроля текущего состояния устройства, а также дистанционного управления выключателем.Устройство может поставляться самостоятельно для использования на действующих объектах при их модернизации или реконструкции. Кроме того, устройство может входить в комплектные поставки при капитальном строительстве электроэнергетических объектов.Устройства изготавливаются в климатическом исполнении УХЛ3.1 по ГОСТ 15543.1 и ГОСТ 15150:верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации +55° С;нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации -0 20° С;нижнее предельное рабочее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации минус 40° С (при снижении температуры ниже минус 20°С основные функции защиты сохраняются, но информация, отображаемая на жидкокристаллическом индикаторе, становится нечитаемой);относительная влажность при +25°С – до 98%.5.7 Выбор микропроцессорных устройств РЗиА в РУСН-6кВТак как потребители системы собственных нужд 6кВ оказывают существенное влияние на работу станции в целом, возрастает необходимость обеспечить надежную защиту основных электродвигателей собственных нужд, в соответствии с современными требованиями.