Свирен - Электрические станции, подстанции и сети (1962)
В книге рассмотрены вопросы, связанные с проектированием электрических станций, сетей, систем, подстанций и трансформаторных пунктов; даны краткие методические указания по расчету, технико-экономическому обоснованию и выбору теплотехнического и электротехнического оборудования; приведены примеры paсчетов и справочные технико-экономические данные современного энергетического оборудования.
Книга является учебным пособием по курсовому дипломному проектированию для учащихся энергетических и электротехнических техникумов и может быть использована в практической работе техников-электриков и инженеров-электриков.
ВВЕДЕНИЕ
Под руководством Коммунистической партии советский народ успешно осуществляет планы развития народного хозяйства СССР. Достигнуты значительные успехи в развитии всех отраслей народного хозяйства и особенно в развитии энергетики. За годы Советской власти резко возросла выработка электрической энергии, возникли крупные электроэнергетические объединения с высоковольтными линиями большой протяженности, мощными электрическими станциями и развитыми распределительными сетями высокого напряжения. Советский Союз вышел на второе место в мире по выработке электрической энергии, по суммарной мощности электрических станций и занимает ведущее место по темпам развития энергетики. В настоящее время разработаны, установлены и устанавливаются совершенные агрегаты теплового, электрического и гидротехнического оборудования.
По плану развития народного хозяйства на 1959—1965 гг. более чем в 2 раза увеличится суммарная мощность электрических станций, будут сооружены крупнейшие тепловые электрические станции мощностью 1200—2400 Мет с агрегатами 200, 300, 600 Мет, котлами большой производительности, с высокими параметрами пара, мощные и сверхмощные гидроэлектрические станции, среди которых будут станции с мощностью до 5000 Мет; в 2,5—3 раза возрастет протяженность электрических сетей высокого напряжения. .За время текущего семилетия среднегодовой прирост мощности составит примерно 11 000 Мет. Значительно возрастут единичная и общая мощности теплоэлектроцентралей. Наряду с общим повышением выработки электрической энергии возрастет и выработка тепла. XXII съезд КПСС наметил перспективы дальнейшего развития народного хозяйства на ближайшие 20 лет. За это время в нашей стране будет создана материально-техническая база коммунизма. Советская энергетика, оснащенная агрегатами и приборами новейших типов и конструкций, является ведущей в осуществлении современного технического прогресса. Поэтому Программой КПСС намечается опережающее развитие электроэнергетики по сравнению с другими отраслями народного хозяйства. К концу первого десятилетия намечено довести производство электроэнергии до900—1000, а к концу второго десятилетия до 2700—3000 млрд. квт-ч, что в 9—10' раз превышает современный уровень производства электроэнергии. Для обеспечения такого уровня производства электроэнергии за двадцатилетие потребуется ввести в строй колоссальные мощности на тепловых и гидравлических электростанциях.
Для успешного решения важных задач, поставленных XXII съездом партии, необходимо также развивать и совершенствовать подготовку кадров с высшим и средним специальным образованием. Особое внимание при этом должно уделяться подготовке специалистов средней квалификации. Одним из важных путей, связывающих подготовку и обучение техников с производством, в период учебного процесса являются практические задания, курсовое и дипломное проектирование, спецзадания. Курсовое проектирование считается первым шагом самостоятельной работы учащегося по своей специальности. Студент-энергетик знакомится с основными приемами и методами проектирования элементов электрической части станции и подстанции, приучается к обобщению теоретических сведений, полученных при изучении специальных курсов, к использованию директивных материалов, справочной литературы, результатов практики, учебной и периодической литературы для решения отдельных задач и выполнения проекта в целом. В связи с этим в книге приводится материал, позволяющий проектанту достаточно обоснованно разработать проект, соответствующий реальным условиям. Дипломный проект является завершающим этапом обучения техника. Поэтому целью дипломного проектирования является окончательное формирование молодого специалиста, способного в дальнейшем совершенствовать технику эксплуатации, монтажа и проектирования электрических станций и подстанций. Значительное место отводится вопросам экономики: в процессе дипломного проектирования дипломант должен экономически обосновать ряд принятых решений как по отдельным узлам, так и по всему проекту.
В соответствии с программой дипломного проектирования последовательно разрабатывается общая часть проекта, тепловая и электрическая части, вопросы экономики, техники безопасности и противопожарной техники. Именно в таком порядке расположен материал в книге. В общей части проекта разрабатываются вопросы, характеризующие район строительства объекта, технологические особенности потребителей, роль проектируемой станции или подстанции в системе.
В тепловой части приводится материал по выбору основного и вспомогательного оборудования машинного зала и котельной. Электрическая часть проекта является основной. В этой части приводятся данные по составлению балансов электрической мощности, вариантов главных схем электрических соединений, схем питания собственных нужд, по экономическому сопоставлению вариантов по затратам и эксплуатационным расходам. Затем приводится расчет токов короткого замыкания, выбор аппаратуры, контрольно-измерительных приборов, элементов защиты и автоматики, конструкций распределительных устройств, защиты от перенапряжений, защитного заземления.
В экономической части определяются основные технико-экономические показатели: полная стоимость установки по укрупненным показателям и стоимость единицы установленной мощности, к. п. д. основных агрегатов и станции (подстанции) в целом, процент расхода электроэнергии на собственные нужды, себестоимость электрической энергии и тепла (для ТЭЦ). В заключительной части проекта рассматриваются вопросы охраны труда и противопожарной охраны предприятия.
В книге приводятся данные, необходимые для выполнения студентами практических заданий в процессе обучения, решения вопросов дипломного и курсового проектирования на уровне современного состояния техники.
Глава первая
ВЫБОР МЕСТА СТРОИТЕЛЬСТВА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ МЕСТА СТРОИТЕЛЬСТВА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Район размещения тепловой электростанции и ее мощность должны устанавливаться заданием на проектную работу, где указываются перспективы развития энергопотребителей, топливных ресурсов и данных по гидрологии районов. После сравнения стоимости перевозок топлива и передачи электроэнергии в район потребления выбирается вариант размещения электростанции. При выборе места строительства тепловой электростанции, работающей на твердом топливе, должна учитываться возможность увеличения грузопотоков по железным дорогам и водным путям сообщения. Для электростанций, работающих на жидком или газообразном топливе, учитывается развитие трубопроводного транспорта.
При выборе площадки строительства уточняется возможная конечная мощность электростанции по условиям водоснабжения, топливоснабжения и генерального плана площадки. Эффективность капиталовложений по сравниваемым вариантам расположения электростанций определяется при сопоставлении показателей по капитальным затратам и эксплуатационным расходам. Место для строительства электростанций, а также жилпоселка при ней должно выбираться в соответствии с имеющимся или разрабатываемым проектом планировки и застройки данного населенного места или схемой районной планировки данного промышленного района. При отсутствии схемы районной планировки или при уточнении ее в связи с размещением проектируемой электростанции должна разрабатываться схема планировки микрорайона, расположенного возле электростанции. Выбор площадки для тепловой электростанции необходимо производить с учетом следующих требований, предъявляемых к электростанциям в отношении их экономической эффективности:
1) электростанция должна быть максимально приближена к источникам топлива и расположена вблизи источника водоснабжения;
2) необходимо учитывать расположение потребителей тепла, имея в виду сокращение капитальных затрат и эксплуатационных расходов на тепловые сети;
3) подъездные пути следует присоединять к ближайшей железнодорожной станции или к подъездному пути другого предприятия;
4) грунты площадки должны допускать строительство зданий и сооружений без устройства дорогостоящих оснований; уровень грунтовых вод должен быть ниже глубины подвалов, тоннелей и т. п.; площадка не должна затапливаться паводковыми водами;
5) площадку нельзя располагать над залеганием полезных ископаемых или в зонах обрушения подземных выработок, а также на закаротованных или оползневых участках;
6) поверхность площадки должна быть ровной, с уклоном 0,5 — 1°, обеспечивающим отвод поверхностных вод; планировка не должна быть связана с выполнением земляных работ;
7) площадку следует располагать вблизи населенного пункта (с учетом необходимого санитарного разрыва), вблизи источников энергоснабжения и водоснабжения, необходимых в период строительства, а также вблизи других существующих или намеченных к строительству предприятий, с которыми целесообразно кооперировать устройство железнодорожных и автомобильных подъездных путей, систем водоснабжения, канализации и других инженерных сооружений и сетей," а также жилищного и культурно-бытового строительства;
8) площадка строительства и зона водохранилища должны располагаться по возможности на .незастроенных территориях или же территориях, требующих наименьших капитальных затрат по сносу и переносу жилых и промышленных зданий, сооружений и устройств;
9) по размерам и конфигурации площадка должна соответствовать конечной мощности электростанции и обеспечивать удобное расположение постоянных зданий и сооружений, а также временных сооружений.
При размещении ТЭЦ на территории промышленного предприятия необходимо предусматривать возможность выделения ТЭЦ в самостоятельный объект. Размеры территории электростанции должны приниматься минимально необходимыми, не допускающими наличия излишних площадок и завышенных разрывов между зданиями и сооружениями. Для вывода воздушных высоковольтных линий и теплопроводов следует предусматривать свободные от застройки полосы земли. Шлако-и золоотвалы необходимо располагать на непригодных или малопригодных для других целей земельных участках, по возможности ближе к площадке электростанции и на низких отметках. В случае возможности переработки золы и шлаков в районе электростанции следует предусматривать места для шлакозолоперерабатывающих предприятий.
При размещении электростанции у водных источников отметка территории, на которой располагаются производственные здания, сооружения и внутриплощадочные железнодорожные и автомобильные подъездные пути, должна быть не менее чем на
§ 2. ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Генеральный план электростанции должен предусматривать удобный подход железнодорожных и автомобильных подъездных путей и должен быть увязан с генеральными планами соседних предприятий, планировкой магистралей и населенных пунктов. Расположение основных производственных зданий и сооружений должно соответствовать минимальной протяженности железнодорожных и автомобильных подъездных путей, коммуникаций охлаждающей воды, сетей водопровода и канализации, выводов линий электропередачи, сетей теплофикации и золопроводов, трасс топливоподачи. Здания и сооружения, которые обслуживаются рельсовым транспортом (материальный склад, склады реагентов водоочистки, разгрузочная площадка для оборудования и материалов, склады горюче-смазочных материалов и др.), должны располагаться у одного пути, с максимальным приближением к парку путей углеразгрузочной станции.
Связь прирельсовых складов с производственными цехами и устройствами электростанций должна осуществляться трубопроводным и безрельсовым транспортом. Монтажные постоянные пути подводятся только к монтажной площадке машинного и котельного отделений и при обосновании — к месту открытой установки трансформаторов. Прочие монтажные и строительные пути могут сооружаться как временные.
Железнодорожный ввод на территорию электростанций должен, как правило, располагаться с временного торца электростанции по ходу грузопотоков. ГРЭС следует располагать непосредственно у водного источника.
Подсобно-производственные здания следует располагать у постоянного торца электростанции. Протяженность ограды должна быть минимальной с вынесением за ее пределы объектов, не требующих ограждения. В пределах ограждаемой территории располагаются главный и вспомогательный корпуса, пылезавод, растопочное мазутное и масляное хозяйство, дробильный корпус, открытая установка ресиверов, ацетилено-кислородная установка, открытая установка трансформаторов, главный щит управления, закрытое распределительное устройство, пиковые котлы, градирни и газораспределительный пункт. Открытые распределительные устройства, насосные циркуляционного, противопожарного и питьевого водоснабжении и брызгальные бассейны располагаются в пределах ограждаемой территории или вне ее, но с обязательным местным сетчатым ограждением. Вне пределов ограждаемой территории, электростанций располагаются золоотвал, резервный и расходные склады торфа, склады угля, железнодорожный парк приемоотправочных путей и связанные с ними разгрузочные устройства для топлива, мазутное хозяйство емкостью более
Глава вторая
ВЫБОР ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА ТУРБИНЫ
Тип парового котла и турбины выбирается после приближенного определения расхода пара. Для теплоэлектроцентралей приближенно расход пара на турбины равен расходу отборного пара на технологические нужды предприятий и хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды.
Для конденсационных станций расход пара на турбины определяется по удельным расходам на вырабатываемый киловатт-час или по справочным данным. Расход тепла на технологические нужды предприятий устанавливается по графикам тепловых нагрузок, по проектным данным или по данным задания. Расход тепла на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды определяется по укрупненным показателям потребления тепловой энергии (табл. 1, 2).
§ 4. ВЫБОР ТУРБИН И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Турбины выбираются по мощности станции (предусмотренной заданием), расходу и параметрам пара на теплоснабжение (см. приложение 1—5). По мощности турбины выбирают наиболее крупными, так как они экономичнее. В крупных и объединенных энергосистемах конденсационные турбоагрегаты устанавливаются преимущественно мощностью 200— 300 Мет. На ТЭЦ, в основном, применяются турбоагрегаты мощностью 25—100 Мет с начальными параметрами пара 130 ата и 565°.
Для изолированных электростанций агрегаты выбираются так, чтобы при выходе из строя одного из них оставшиеся обеспечили покрытие электрических нагрузок с учетом допускаемого регулирования потребителем. Конденсаторы выбираются по поверхности охлаждения, числу ходов воды в них и кратности охлаждения на основании соответствующих технико-экономических расчетов в соответствии с условиями . водоснабжения электростанций, а при оборотной системе водоснабжения — в соответствии с типом водоохлаждающего устройства.
Подогреватели сетевой воды выбираются по производительности, определяемой тепловой нагрузкой. На ТЭЦ резервные подогреватели сетевой воды не устанавливаются, общая паровая магистраль с давлением 0,7—1,2 ата для сетевых подогревателей не предусматривается. При установке на ТЭЦ пиковых водогрейных котлов пиковые подогреватели сетевой воды, как правило, не устанавливаются.
На блочных электростанциях устанавливаются сетевые подогреватели к первому и второму блоку. Насосы подогревателей сетевой воды подразделяются на конденсатные, сетевые и подпиточные. Конденсатные насосы при наличии пиковых подогревателей выбираются без резерва по максимальному количеству конденсата. При этом количество насосов должно быть не менее двух. При покрытии пиковой нагрузки водогрейными котлами устанавливается резервный конденсатный насос.
Сетевые и подпиточные насосы выбираются в соответствии с гидравлическим расчетом и режимом работы тепловых сетей с учетом летнего режима работы. На ТЭЦ устанавливается резервный сетевой и подпиточный насосы. Питательные насосы выбираются по производительности. Для электростанций с общими питательными трубопроводами суммарная производительность всех питательных электронасосов при установке барабанных котлов должна быть такой, чтобы в случае остановки одного из насосов, оставшиеся обеспечили работу котельной при максимально длительной производительности всех котлов. На тепловых электростанциях, имеющих связи с энергосистемой, резервные питательные турбонасосы или комбинированные насосы с электро- и турбоприводом не устанавливаются. Если электростанции не связаны с энергосистемой или не работают параллельно с другой постоянно работающей электростанцией, то помимо насосов с электроприводом должны быть установлены два резервных насоса с паровым приводом.
Резервные насосы с паровым приводом устанавливаются также для питания всех паровых котлов со слоевым сжиганием топлива. Суммарная производительность резервных питательных насосов должна обеспечить 50% номинальной производительности всех рабочих котлов. Турбонасосы можно использовать в качестве основных постоянно работающих. В этом случае их количество и производительность должны соответствовать количеству и производительности электронасосов. При этом количество питательных турбонасосов выбирается с учетом возможности использования отработанного турбоприводом пара.
Для прямоточных котлов питательные насосы могут иметь электрический или паровой привод, причем суммарная производительность этих насосов должна обеспечивать не менее 115% максимально длительной производительности всех котлов и в случае остановки одного из насосов оставшиеся должны обеспечить работу всех котлов с максимально длительной их производительностью. Для электростанций с блочными схемами на каждый блок устанавливается самостоятельная группа питательных насосов с одним резервным насосом в группе. При этом производительность резервного насоса принимается не менее 50% от необходимой для блока. Питательные насосы с электроприводом должны иметь регулирование числа оборотов. Резервные питательные насосы должны иметь электрический привод. Для блоков с предвключенными турбинами резервные насосы не устанавливаются. На блоках мощностью 300 Мет и более, а также с турбинами СКР-ЮО применяются рабочие питательные насосы с турбоприводом.
Суммарная производительность деаэраторов выбирается по максимальному расходу питательной воды. Количество деаэраторов на неблочной станции должно быть не менее двух. При числе деаэраторов, меньшем числа турбин, должна быть обеспечена возможность ремонта любого деаэратора при ремонте одной из присоединенных к нему турбин. Суммарный запас питательной воды в баках основных деаэраторов для конденсационных электростанций рассчитан на 10 мин. работы и для ТЭЦ — на 20 мин.; при блоках 300 Мет этот запас принимается не менее 5 мин. Емкость воды в деаэраторных баках равна 85% от их геометрического объема. Запас питательной воды в баках без давления предусматривается на 20 мин.
В случае применения блочных электростанций без деаэраторов (с деаэрацией воды в конденсаторах турбин) емкость баков деаэрированной воды перед конденсатными насосами рассчитана на 5-минутный запас.
Редукционно-охладительные установки, предназначенные для резервирования производственных регулируемых отборов пара, устанавливаются по одной для каждого параметра пара производительностью, равной отбору от одной турбины, независимо от числа устанавливаемых турбин соответствующего типа. Редукционно-охладительные установки для резервирования отопительного отбора не устанавливаются, если при выходе из работы одной турбины остальные турбины, пиковые котлы и РОУ для пиковых сетевых подогревателей и производства могут обеспечить тепловую отдачу на отопление и горячее водоснабжение не менее 80% от максимальной.
Главные паропроводы для неблочных электростанций
выполняются по схеме с переключательной перемычкой, секционированной задвижками. Переключательная перемычка для неблочных электростанций без промежуточного перегрева пара выполняется также и в тех случаях, когда все устанавливаемые котлы соединяются непосредственно с турбинами.
При давлении пара выше 60 ата котлы, турбины и турбонасосы от работающей системы отключаются двумя последовательно установленными запорными органами. Для блочных электростанций с моноблоками запорные задвижки в системе промежуточного перегрева не устанавливаются, а с дубль- блоками в системе промежуточного перегрева устанавливаются на каждой нитке по одной задвижке и одному фланцевому соединению для проглушки. Для неблочных электростанций всасывающая и напорная магистрали питательных насосов перед подогревателями высокого давления и напорная питательная магистраль в котельной выполняются одинарными с секционирующими задвижками. Справочные данные для всех типов турбин приведены в приложениях 1—5.
...