Проектирование электрической части атомных электростанций

Вариант первый:

Годовые эксплуатационные издержки:

И1 = (6,4+2,0 / 100) · 89267 + 0,15· 154.111 ·106 · 10-5 = 7729.595 тыс.грн.

Приведенные затраты:

З1 = 0,12 · 89267 + 7729.595 = 18441.635 тыс.грн.

Вариант второй:

Годовые эксплуатационные издержки:

И2 = (6,4+2,0 / 100) · 97438 + 0,15 · 163.22·106 · 10-5 = 8429.622 тыс.грн.

Приведенные затраты:

З2 = 0,12 · 97438 + 8429.622 = 20122.182 тыс.грн.

Вариант третий:

Годовые эксплуатационные издержки:

И3 = (6,4+2,0 / 100) · 93422 + 0,15 · 166.35·106 · 10-5 = 8096.973 тыс.грн.

Приведенные затраты:

З3 = 0,12 · 93422 + 8096.973 = 19307,613 тыс.грн.

По результатам расчета приведенных затрат каждого из вариантов видим, что наиболее выгодным и рациональным по технико-экономическим параметрам является первый вариант, т.к. для него приведенные затраты наименьшие среди представленных. Данный вариант принимается в качестве основного для дальнейших расчетов.

2. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РУ ПОВЫШЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 Порядок выбора схемы распределительного устройства

Схемы РУ повышенных напряжений электрических станций выбираются по номинальному напряжению, числу присоединений, назначению и ответственности РУ в энергосистеме, а также с учетом схемы прилегающей сети, очередности и перспективы расширения.

Выбор схемы ведется в следующей последовательности:

-    намечаются варианты схемы РУ в соответствии с исходными данными и нормами технологического проектирования АЭС;

-    вычисляются капитальные, эксплуатационные и приведенные затраты;

-    выбирается РУ, имеющее минимальные приведенные затраты.

2.2 Составление вариантов схемы РУ повышенного напряжения

Требования к блокам мощностью 440 МВт и более АЭС:

-    ремонт любого из выключателей напряжением 110 кВ и выше должен быть возможен без отключения присоединения;

 отключение повышающих трансформаторов, трансформаторов собственных нужд

-    и трансформаторов связи – не более, чем 3-мя выключателями;

-    отключение линии – не более, чем 2-мя выключателями;

-    при повреждении или отказе секционного или шиносоединительного выключателя, а также при повреждении (отказе) одного выключателя и ремонте другого допускается отключение двух реакторных блоков и такого числа линий, которое допустимо по условию устойчивости энергосистемы;

-    повреждение (отказ) любого выключателя, кроме секционного или шиносоединительного, не должно приводить к отключению более одного реакторного блока и такого числа линий, которое допустимо по условию устойчивости работы энергосистемы.

При наличии нескольких вариантов схем, предпочтение отдается:

-    более простому и экономичному варианту;

-    варианту, по которому требуется наименьшее количество операций с выключателями и разъединителями РУ при режимных переключениях, выводе в ремонт отдельных цепей и при отключении поврежденных участков в аварийных режимах.

«Нормы технологического проектирования АЭС» при составлении вариантов схемы РУ для сравнения, рекомендуют в РУ 330 – 750 кВ с большим количеством присоединений, применять схемы с подключением присоединений через два выключателя (схемы 4/3 и 3/2).

Схема с двумя системами шин и 3-мя выключателями на две цепи имеет на каждое присоединение «полтора» выключателя. Каждое присоединение включено через два выключателя.

В нормальном режиме все выключатели включены, обе системы шин находятся под напряжением. Достоинства данной схемы:

-    высокая надежность схемы;

-    при ревизии любого выключателя все присоединения сохраняются;

-    количество операций разъединителями минимально.

Недостатки схемы «3/2»:

-    относительно большое количество выключателей;

-    усложнение релейной защиты;

-    удорожание схемы РУ при нечетном количестве присоединений;

-    отключение к. з. на линии сразу двумя выключателями.

Схема с двумя системами шин и 4-мя выключателями на 3 присоединения требует «4/3» выключателя на присоединение. Наилучшие показатели схема имеет, если число линий в 2 раза меньше или больше числа трансформаторов. Достоинства схемы «4/3»:

-    имеет достоинства схемы «3/2»;

более экономична;

-    надежность схемы не снизится, если к одной цепочке будут присоединены две линии и один трансформатор вместо одной линии и двух трансформаторов;

-    секционирование сборных шин требуется при числе присоединений более 15. Недостатки схемы «4/3» аналогичны недостаткам схемы «3/2», но имеют некоторые особенности:

-    при ремонте любого из выключателей, примыкающего к шинам, отказ другого примыкающего к шинам выключателя той же цепочки приводит к потере 3-х присоединений, поэтому присоединения в одной цепочке следует делать разноименными;

-    при ремонте любого из выключателей, не примыкающего к шинам, отказ примыкающего к шинам выключателя соседней цепочки приводит к отключению двух присоединений (одноименных или разноименных), поэтому рекомендуется чередовать цепочки с подключением в их середины то трансформатора, то линии, но при этом в целом по РУ число разноименных присоединений должно быть одинаково;

-    при общем числе присоединений не кратном 3-м, увеличивается число выключателей, т. е. одну цепочку приходится включать по схеме «3/2» или даже «2/1»; номинальный ток выключателя определяется режимом ремонта одного из выключателей, примыкающих к шинам выключателю данной цепочки когда по второму протекает ток трех (двух) присоединений.

2.3 Определение капитальных, эксплуатационных и приведенных затрат

Капитальные затраты каждого варианта схемы РУ вычисляются по укрупненным показателям стоимости ячеек высоковольтных выключателей. В эксплуатационных затратах учитываются только амортизационные отчисления и отчисления на обслуживание.

Приведенные затраты определяются по формуле:

Зпр = (Ен + а + в) · К ,

где Ен – нормативный коэффициент эффективности, Ен = 0,12,

а – норма амортизационных отчислений, а = 0,064,

в – норма отчислений на обслуживание, в = 0,02,

К – капитальные затраты, тыс.грн.,

У – ущерб от недостатка электроэнергии (в курсовом проектировании не учитывается).

Выбор схемы РУ ВН:

Ранее определили, что к РУ ВН присоединено 4 генератора, дано 4 ЛЭП и 1 присоединение для АТ. Т.о., РУ ВН имеет 9 присоединений.

Рассмотрим схему 3/2 выключателя на присоединение.

Рис 4.1. Схема 3/2 выключателя на присоединение

Нетрудно заметить, что наиболее нагруженной по току в нормальном режиме будет цепочка, состоящая из одного генератора и одной ЛЭП и ток в ней будет равен:

Imax=IГ+Iлэп=0,809+0,924=1,733 кА

Для схемы необходимо 14 выключателей. Выбираем воздушные наружной установки выключатели типа ВНВ – 750А–63/3150 У1. Капитальные затраты: Стоимость ячейки - К = 1080,6 тыс.грн. Общая стоимость - КΣ = 14 · 1080,6 = 15128.4 тыс.грн. Приведенные затраты:  Зпр1 = (0,12 + 0,064 + 0,02) · 15128.4 = 3086.19 тыс.грн. Рассмотрим схему 4/3выключателя на присоединение.

Рис.4.2. Схема 4/3 выключателя на присоединение

Imax = IГ +2* Iлэп = 0.809 +2* 0.924 = 2,657 кА

Для схемы необходимо 12 выключателей. Выбираем воздушные наружной установки выключатели типа ВНВ – 750А–63/3150 У1

Капитальные затраты: Стоимость ячейки - К = 1080,6 тыс.грн.

Общая стоимость - КΣ = 12 · 1080,6 = 12967.2 тыс.грн.

Приведенные затраты:  Зпр2 = (0,12 + 0,064 + 0,02) · 12967.2 = 2645.3 тыс.грн. Т.о. исходя из полученных значений приведенных затрат очевидно, что для схемы РУ ВН более выгодной является схема 4/3,т.к. Зпр2 < Зпр1.

Выбор схемы РУ СН:

Ранее определили, что к РУ СН присоединено 5 генераторов, дано: 5 ЛЭП и 1 присоединение для АТ, а также РТСН 3 присоединения. Т.о., РУ СН имеет 14 присоединений. Такое количество присоединений требует секционирования сборных шин РУ.

Рассмотрим схему 3/2 выключателя на присоединение.

Рис 4.3 Схема 3/2 выключателя на присоединение

где Smax=Pmax/cosφн=4800/0,9=5333.33 BA Очевидно, что максимальный номинальный ток в этой схеме будет в цепи содержащей один генератор и одну ЛЭП. В этом случае максимальный ток будет равен:

Imax=IГ+Iлэп=1.839 + 1.86= 3.707 кА

Для схемы необходимо 23 выключателя. Выбираем воздушные наружной установки выключатели типа ВНВ-330А-63/4000У1

Капитальные затраты: Стоимость ячейки - К = 631.8 тыс.грн. Общая стоимость - КΣ = 23 · 631.8 = 14531.4 тыс.грн. Приведенные затраты:  Зпр1 = (0,12 + 0,064 + 0,02) · 14531.4 = 2964.405 тыс.грн. Рассмотрим схему 4/3 выключателя на присоединение. Номинальный ток выключателей определяется режимом ремонта одного из выключателей, примыкающего к шинам, когда возможно протекание по некоторым выключателям суммарного тока трёх присоединений, например, тока генератора и двух ЛЭП: Imax=IГ +2 IЛЭП где

Рис.4.4. Схема 4/3 выключателя на присоединение

где Smax=Pmax/cosφн=4800/0,9=5333.33 BA

Тогда Imax = IГ + IЛЭП+I АТ= 1.839 +1.86+1.043 = 4.74 кА

Так как современная промышленность производит выключатели данного напряжения только на номинальный ток до 4 кА, то целесообразно схему 4/3 дальше не рассматривать.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД БЛОКА

3.1 Характеристика потребителей собственных нужд

Характерная особенность схемы электроснабжения собственных нужд (с.н.) АЭС – повышенные требования к надежности питания приводов механизмов, обеспечивающих безопасность АЭС. Механизмы с.н. АЭС относятся согласно ПУЭ к потребителям 1-ой категории и делятся на три группы:

Потребители 1 группы – это потребители, не допускающие перерыва питания более чем на доли секунды во всех режимах и требующие обязательного наличия питания после срабатывания аварийной защиты реактора; к ним относятся:

а) потребители, допускающие перерыв питания не более чем на доли секунды и требующие длительное время надежного питания после срабатывания АЗ реактора (системы КИП и А, приборы технологического контроля, системы дозиметрии, потребители постоянного тока и постоянно - горящая часть аварийного освещения);

б) потребители, допускающие перерыв питания не более чем доли секунды, но не требующие длительное время питания после срабатывания АЗ реактора (электроприводы задвижек и отсечной арматуры, БРУ-К);

в) потребители, требующие при переходных режимах в энергосистеме гарантированного питания в течение 2-х секунд для предотвращения срабатывания АЗ реактора (электромагниты приводов СУЗ, удерживающие стержни управления в заданном положении).

Потребители 2 группы

– допускают перерыв питания на время, определяемое условиями безопасности (от десятков секунд до нескольких минут) и требуют обязательного наличия питания после срабатывания АЗ реактора (насосы аварийного охлаждения зоны, спринклерные насосы, маслонасосы турбины и уплотнения вала генератора). Для питания этих потребителей применяют дизель - генераторы.

Потребители 3 группы – не предъявляют к надежности более высокие требования, чем к питанию ответственных потребителей с.н. АЭС (конденсаторные и циркуляционные насосы).

3.2 Сети питания потребителей с.н.

На АЭС должны предусматриваться следующие сети электроснабжения потребителей с.н.:

а) Сети 6 кВ и 0,4 кВ, 50 Гц надежного питания потребителей 2 группы;

б) Сеть 0,4 кВ, 50 Гц надежного питания потребителей 1 группы;

в) Сеть 220 В, 110 В, 48 В, 24 В постоянного тока для питания потребителей, не допускающих перерыв питания или допускающих кратковременный перерыв в питании;

г) Сеть 6 кВ и 0,4 кВ, 50 Гц для питания потребителей, которые не предъявляют специальных требований к питанию, т. е. потребителей 3 группы.

3.3 Схемы электрических соединений с.н.

Для потребителей С.Н. АЭС должно предусматриваться нормальное рабочее и резервное питание от рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд и аварийных источников питания. В качестве аварийных источников питания применяются:

аккумуляторные батареи (АБ) и АБ со статическими преобразователями;

автоматизированные дизель – генераторы (ДГ) и газотурбинные установки.

3.3.1 Схема электрических соединений 6 кВ для потребителей 3 группы надежности

Сборные шины 6 кВ для потребителей 3 группы разделены на секции, количество которых выбирается, в зависимости от количества ГЦН первого контура и от количества трансформаторов с.н. (ТСН). Каждая секция присоединяется к рабочему источнику через свой выключатель. Для реакторной установки ВВЭР – 1000 устанавливают 4 таких секции – ВА, ВВ, ВС, ВД. Рабочее питание этих секций осуществляется от ТСН, в качестве которых целесообразно использовать трансформаторы с расщепленными обмотками низкого напряжения. На каждую из этих секций предусматривается ввод от магистралей резервного питания BL, BM, BN, BP, подключенных к резервным ТСН.

3.3.2 Схема электрических соединений 0,4 кВ для потребителей 3 группы надежности

Потребители секции 0,4 кВ 3 группы надежности получают питание от шин 6 кВ 3 группы надежности через понижающие трансформаторы 6,3 / 0,4 кВ. Мощность этих трансформаторов не должна превышать 1000 кВ*А при Uк = 8%. Каждая из секций 0,4 кВ должна иметь два источника питания: рабочий и резервный. В качестве рабочего источника используется отдельный трансформатор или общий для двух секций. В качестве резервного источника – либо отдельный резервный трансформатор, либо взаимное резервирование 2-х рабочих трансформаторов. В последнем случае между секциями должен быть предусмотрен секционный автомат с АВР.

3.3.3 Схемы электрических соединений 6 кВ и 0,4 кВ для потребителей 2 группы надежности

На АЭС должны быть предусмотрены автономные системы безопасности в технологической части и автономные системы надежного питания на напряжениях 6 кВ и 0,4 кВ, включающие распределительные устройства и автономные источники питания (ДГ).

Питание потребителей 6 кВ второй группы надежности (система безопасности)

Для питания потребителей 6 кВ и трансформаторов 6 / 0,4 кВ, 6 / 0,23 кВ 2 группы надежности предусмотрены секции 6 кВ, количество которых должно соответствовать числу каналов системы безопасности: для ВВЭР – 1000 – 3 секции (BV, BW, BX). Каждая из этих секций подключается к рабочему источнику питания (блочной секции 6 кВ 3 группы надежности) через два выключателя. Основные потребители секций BV, BW, BX: насосы аварийного охлаждения зоны, аварийные питательные насосы, спринклерные насосы и т. п.

В случае исчезновения напряжения на этих секциях, питание на них подается от ДГ мощностью 5600 кВт каждый. Между тремя секциями 6 кВ надежного питания и ДГ не предусматривается взаимное резервирование. Каждая из секций способна по мощности обеспечить аварийное расхолаживание при любой аварии. При возникновении аварийной ситуации сигнал на запуск ДГ должен подаваться независимо на каждый из них; набор нагрузки осуществляется автоматически, ступенями. ДГ постоянно находятся в режиме «горячего резерва».

Питание общеблочных потребителей 6 кВ 2 группы надежности

Для обеспечения надежным питанием механизмов, отвечающих за сохранность основного оборудования машинного зала и реакторного отделения, энергоблоки оснащаются системой надежного питания общеблочных потребителей 2 группы в режиме обесточения. В составе системы надежного питания общеблочных потребителей 6 кВ:

две общеблочные секции 6кВ BJи BK, связанные перемычкой c 2 выключателями;

автономный ДГ с системами питания его собственных нужд.

При нарушении электроснабжения шин надежного питания 6кВ общеблочных потребителей предусмотрены следующие режимы:

при обесточении 1-ой секции – включаются секционные выключатели;

при обесточении 2-х секций – запускаются два ДГ (своего и соседнего блоков).

Питание потребителей 0,4 кВ второй группы надежности (система безопасности)

От каждой секции надежного питания 6 кВ питаются две секции 0,4 кВ через понижающие трансформаторы. Состав механизмов, подключенных к секциям 0,4 кВ и мощность трансформаторов, должны быть рассчитаны на 100% нагрузку потребителей 0,4 кВ в одной системе безопасности.

Питание общеблочных потребителей 0,4 кВ 2 группы надежности

Потребители этой группы получают питание от секций CJ, CK, каждая из которых питается через понижающий трансформатор 6,3 / 0,4 кВ от секций BJ и BK. Секции CJ, CK связаны перемычкой с 2-мя выключателями вводов резервного питания, на которые должна быть предусмотрена подача напряжения от резервного трансформатора 6,3 / 0,4 кВ от секции CR. Секции CJ, CK секционированы. При нарушении электроснабжения секций должна быть предусмотрена возможность подачи питания от резервного трансформатора 6,3 / 0,4 кВ соседнего блока.

3.3.4 Схемы для потребителей 1 группы надежности

Для питания потребителей этой группы используются сети постоянного тока и сети переменного тока 0,4 кВ.

Схемы для потребителей 1 группы системы безопасности

Система постоянного тока должна быть разделена на отдельные установки, число которых равно числу каналов системы безопасности. Каждая установка постоянного тока состоит из АБ, зарядного и подзарядного устройств и распределительного щита. АБ должна работать в режиме постоянного подзаряда через выпрямительные устройства, подключенные через понижающие трансформаторы к секциям потребителей 2 группы надежности.

АБ каналов системы безопасности выбираются из условия их автономной работы в режиме обесточения по допустимому уровню напряжения при максимальной толчковой нагрузке, включая суммарную нагрузку сети потребителей переменного тока 1 группы надежности, с учетом пускового тока двигателей.

Зарядное и подзарядное устройства могут быть совмещены в одном устройстве (ТППС - 800). Для питания потребителей переменным током заряда и подзаряда, используются агрегаты бесперебойного питания (АБП), состоящие из выпрямителя и инвертора. Число АБП должно быть не меньше числа каналов системы безопасности.

Схемы для общеблочных потребителей 1 группы

Система постоянного тока питания общеблочных потребителей 1 группы разделена на 3 установки (2 общеблочных и 1 – для питания информационно – вычислительного комплекса).

Каждая установка постоянного тока состоит из АБ, зарядного и подзарядного устройства и распределительного щита. Постоянный подзаряд АБ осуществляется через выпрямительные устройства и понижающие трансформаторы от блочных секций 6 кВ потребителей 2 группы, и от секций 0,4 кВ 3 группы. АБ выбираются по 2-м показателям:

допустимому уровню напряжения при максимальной толчковой нагрузке в начале аварии;

величине разрядной емкости в 30-минутном режиме разряда.

АБ оборудуется элементным коммутатором. Для питания потребителей 1 группы переменным током, а также заряда и подзаряда, используются АБП, которые должны обеспечить питание КИП и А машинного зала, автоматики системы управления турбиной (АСУТ), управляющей вычислительной системы.

Схемы для приводов системы управления и защиты (СУЗ)

Среди потребителей 1 группы существуют потребители, требующие при переходных режимах в энергосистеме гарантированного питания в течение 2-х секунд (для предотвращения срабатывания АЗ реактора), но не требующие питания в режиме обесточения и после срабатывания АЗ реактора. Это электромагниты приводов СУЗ, удерживающие стержни управления в заданном положении.

В нормальном режиме электромагниты привода СУЗ должны получать питание от секции 0,4 кВ через трансформаторы 6,3 / 0,4 кВ. В схеме электроснабжения с.н. устанавливается не менее 2-х таких секций и трансформаторов для взаиморезервирования питания нагрузки СУЗ – это секции CE и CF. Во избежание погашения реактора при посадках напряжения до 2-х секунд на шинах 6 кВ 3 группы надежности, должно предусматриваться переключение приводов СУЗ на специально установленную АБ напряжением 110 В. Батарея должна работать в режиме постоянного подзаряда от подзарядного агрегата. Подзарядный агрегат получает питание от шин 0,4 кВ нормальной эксплуатации (3 группы надежности)

4. ВЫБОР МОЩНОСТИ ТСН АЭС

4.1 Выбор мощности рабочих ТСН блока ВВЭР – 1000

Мощность рабочих ТСН выбирается по расчетной нагрузке секций. При выборе мощности ТСН необходимо иметь в виду, что многие механизмы являются резервными, часть потребителей работает периодически, а также то, что мощность электродвигателей завышается из-за ухудшения условий пуска, а выбор мощности по каталогу также приводит к завышению мощности электродвигателей. При проектировании электрической части АЭС, определение расчетной нагрузки основного ТСН на напряжении 6 кВ целесообразно проводить в табличной форме (таблица 4.1). Распределение потребителей по секциям необходимо производить равномерно, чтобы расщепленные обмотки и сами ТСН были нагружены примерно одинаково.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5