Анализ проведенных расчетов

Лабораторная работа №7. Экономическое распределение электрической нагрузки между совместно работающими турбоагрегатами станции

Цель работы: изучить метод распределения нагрузки между турбоагрегатами электростанции.

Методика проведения лабораторной работы

Заданная тепловой электростанции электрическая нагрузка должна быть распределена между ее турбоагрегатами или энергоблоками таким образом, чтобы при полном выполнении поставленных перед нею производственно-технических задач расход станцией топлива и денежных средств был минимальным. Такое распределение нагрузки между агрегатами ТЭС и соответствующие режимы их совместной работы называются экономическими. Аналогично распределяется и нагрузка между отдельными котлами котельного цеха.

Экономичное распределение на­грузки между работающими агрега­тами, обеспечивающее минималь­ный расход тепла, производится на основе метода удельных (относи­тельных) приростов расхода тепла. Для применения этого метода необ­ходимо располагать энергетически­ми характеристиками агрегатов, устанавливающими зависимость расхода тепла Q от нагрузки агре­гата N3.

Относительным приростом расхо­да тепла агрегата называется изме­нение расхода тепла при измене­нии нагрузки на единицу. Относи­тельные приросты агрегатов в боль­шинстве случаев не являются постоянными, а зависят от нагрузки. Поэтому для решения вопроса о – распределении нагрузки между аг­регатами для каждого из них необ­ходимо строить кривую зависимости относительного прироста от нагруз­ки — характеристику относительных приростов.

Расчетная часть

В соответствии с вариантом состава работающих совместно агрегатов ТЭС (см. таблицу 7.1) и параметрами расходных энергетических характеристик турбин (см. таблицу 7.2) требуется выполнить расчеты в следующей последовательности:

1) Составить таблицу относительных приростов расхода условного топлива по зонам изменения нагрузки турбоагрегатов.

2) Составить таблицу шкалы приростов расхода условного топлива в соответствии с очередностью загрузки турбоагрегатов.

3) Составить таблицу распределения нагрузки ТЭС между агрегатами.

4) В системе координат построить эксплуатационную характеристику турбинного цеха ТЭС.

5) Определить поправочные коэффициенты на потери электроэнергии в сети и скорректировать величины относительных приростов расхода топлива по ТЭС.

Согласно варианту по данным таблицы 7.2, составляется вспомогательная таблица относительных приростов расхода тепла по зонам изменения нагрузки турбоагрегатов –таблица 7.3 (например № 1 – К-25, № 2 и № 3 – K-I50, № 4 – К-800).

 

Таблица 7.1 – Исходные данные

Вар-ты	Установленная мощность ТЭС, МВт	Число и тип агрегатов турбин- ного цеха ТЭС	Параметры сети выдачи мощности от ОРУ (средняя и предельная)
			Рабочее напряжение РУ, кВ	Длина ЛЭП до потреби-теля, км	Связь с системой по U и L
					Напряжение, кВ	длина ЛЭП, км
1	2	3	4	5	6	7
1	450	1 x BK-50 2 x K-100 1 x K-200	110	50/150	110	150
2	900	1 x K-100 1 x K-200 2 x K-300	220	100/400	330	300
3	1000	1 x BK-100 2 x K-200 1 x K-500	220	100/400	500	1200
4	300	1 x K-150 2 x K-25 1 x BK-100	35	30/60	110	150
5	950	1 x K-100 2 x K-200 1 x K-500	220	100/400	500	1200
6	1350	2 x K-150 2 x K-500 1 x K-50	220	100/400	500	1200
7	800	2 x K-50 2 x ВK-100 1 x K-500	110	50/100	330	300
8	1900	1 x K-200 2 x K-800 1 x BK-100	330	200/300	500	1200
9	650	1 x ВK-50 2 x K-150 1 x BK-300	110	50/150	110	150
10	725	1 x K-25 1 x K-100 2 x K-300	110	50/150	330	300

 

Таблица 7.2 – Расходные энергетические характеристики турбоагрегатов

Тип турбоаг регата	P, МВт	PЭК, МВт	Pмин, МВт	g’	g”	Охх
1	2	3	4	5	6	7
К-25	25	20	4	2,5	3,7	8,0
К-50	50	40	8	2,44	3,33	10
ВК-50	50	36	10	2,00	2,23	12
К-100	100	66	20	2,01	2,55	20
ВК-100	100	75	22	1,92	2,05	21,8
K-I50	150	125	34	1,88	1,97	28,0
К-200	200	175	45	1,81	1,85	29,5
К-300	300	250	56	1,69	1,8	38,0
К-500	500	420	78	1,62	1,78	40,6
К-800	800	700	105	1,58	1,77	45,0

Р - номинальная мощность, МВт;

Рэк- экономичная мощность, МВт;

Р_мин- минимальная мощность, МВт;

g^’- относительный прирост расхода тепла по экономичной нагрузке 4,19 ГДж/МВт×ч;

g^”_ относительный прирост тепла при повышении нагрузки 4,19 ГДж/МВт×ч;

О_хх- часовой расход тепла холостого хода 4,19 ГДж/ч.

 

Таблица 7.3 - Относительные приросты расхода тепла турбоагрегатов

Номер турбоагрегата	Тип турбоагрегата	Зона нагрузки PМИН-PЭК	g’	Зона повышения нагрузок PЭК-PН МВт	g”
1	2	3	4	5	6
1	К-25	4-20	2,5	20-25	3,7
2,3	К-150	34-125	1,88	125-150	1,97
4	К-800	105-700	1,58	700-800	1,77

На основании таблицы 7.3 составляется шкала относительных приростов расхода тепла в порядке их воздействия, и, следовательно, определяется очередность загрузки турбоагрегатов ТЭС, данные заносятся в таблицу 7.4.

Пересчет относительных приростов на условном топливе производился умножением относительных приростов тепла на удельный расход топлива 0,159 т у.т./4,19 ГДж.

Распределение возрастающей нагрузки ТЭС между параллельно работающими турбоагрегатами производится с одновременным определением расхода тепла по зонам нагрузки каждого агрегата в целом по турбинному цеху ТЭС. Относительным приростом станции на каждом этапа возрастания нагрузки является относительный прирост того агрегата, за счет которого этот рост нагрузки покрывается.

 

Таблица 7.4 - Очередность загрузки турбоагрегатов

Относительный прирост		Тип и номер агрегата	Зона нагрузки агрегата, МВт	Прирост нагрузки агрегата, МВт	Прирост расхода тепла агрегатов в зоне нагрузки, 4,19 ГДж/ч
тепла 4.19 ГДж/МВт	топлива т у.т./МВт×ч
1	2	3	4	5	6
1,58	0,25	№ 4(К-800)	105-700	595	943,1
1,77	0,28	№ 4 (К-800)	700-800	100	177,0
1,88	0,30	№ 2 (K-I50)	34-125	91	171,0
1,88	0,30	№ 3 (К-150)	34-125	91	171,0
1,37	0,31	№ 2 (K-I50)	125-150	25	49,26
1,97	0,31	№ 3-(К-150)	125-150	25	49,26
2,5	0,40	№1(К-35)	4-20	16	40,0
3,7	0,58	№1(К-25)	20-25	5	18,5

Первая возможная ступень нагрузки ТЭС определяется суммой величин технического минимума турбоагрегатов (из таблицы 7.4 графа 4), для которого поагрегатно находим часовой расход тепла.

1) При работе агрегатов с нагрузкой, соответствующей техническому минимуму:

Q=(Qxx+q’1× Pmin)× 4,19 ГДж/ч.

(7.1)

Подставляя значение в формулу (7.1) из таблицы 7.2, определяем величину расхода тепла (Q) соответствующего агрегата при работе агрегатов с минимальной технической мощностью Q_1min, Q_2min и т.д., получим:

Q₁ = 8 + 2,5 × 4 = 18,0 × 4,19 ГДж/ч;

Q₂ = 28 + 1,88 × 34 = 91,92 ×4,19 ГДж/ч;

Q₃=28+1,88×34= 91,92× 4,19 ГДж/ч;

Q₄ = 45 + 1,58 × 105 = 210,9× 4,19 ГДж/ч.

Рассчитывается величина расхода тепла по ТЭС при работе её агрегатов с технически ограниченной мощностью:

∑Qmin = 412,74 × 4,19 ГДж/ч.

Записываем полученные данные и соответствующие им нагрузки в первую строку таблицы 7.5. Далее по критерию минимума относительного прироста тепла при сопоставлении данных по агрегатам станции (в примере 1.58) догружается агрегат № 4 (см. строку 1 таблицы 7.4) до 700 МВт. Определяется расход тепла при данной нагрузке этого агрегата и в целом по турбинному цеху прибавляем прирост тепла 943,1 4,19 ГДж/ч, связанного с приростом нагрузки 595 МВт.

Работа остальных агрегатов остаётся на уровне минимальных мощностей до тех пор, пока возрастающая нагрузка потребителей не может быть покрыта без их участия. Так, после полной загрузки агрегата № 4 до его предельной мощности (800 МВт) возрастающая нагрузка переходит в зону относительного прироста тепла, равного 1,88 4,19 ГДж/МВт, или 0,25 т у.т./МВт, т.е. нагружается агрегат № 2 или № 3 от 34 МВт до 125 МВт (т.к. их относительные значения при росте тепла в зоне от 37 до 125 МВт одинаковы) в зоне нагрузки ТЭС 872-963 МВт. Прирост тепла 171,0 4,19 ГДж/ч, связанный с ростом нагрузки, например, агрегата № 2, равной 91 МВт (см. таблицу 7.4), прибавляем к расходу тепла агрегата №2 и суммарному по ТЭС - получим 260 и 1700 4,19 ГДж/ч.

По окончании загрузки агрегатов № 2 и № 3 загружаем агрегат №1, обладающий наименьшей экономичностью, и тогда ТЭС будет нести нагрузку, равную её установленной мощности (в примере 1125 МВт).

На основании данных таблицы 7.5 по экономичному распределению нагрузки ТЭС между турбоагрегатами строим эксплуатационные характеристики турбинного цеха:

b’=f(PТЭС);	(7.2)
PАГР=f(PТЭС);	(7.3)
B=f(PТЭС).	(7.4)

По горизонтальной оси (абсцисс) откладывается суммарная электрическая нагрузка ТЭС с указанием характерных зон ее изменения (из таблицу 7.5), а по осям координат, соответственно, относительные приросты расхода топлива b’, мощность P_АГР и расход топлива В.

Все три графика относительных приростов турбинного цеха (а): режимная карта (б) и расходная характеристика (в) - строятся на одной странице с целью удобства анализа эксплуатационных характеристик турбинного цеха станции. Для выполнения построения графика "а", "б" и "в" используются данные таблицы 7.4.

Учет потерь активной мощности в электрических сетях является существенным фактором, влияющим на оптимальное распределение нагрузки Энергосистемы между электростанциями. С целью упрощения расчетов ниже рассматривается действие этого фактора без учета влияния реактивных мощностей Q_p на распределение активной нагрузки между станциями.

Изменение нагрузки i -ой станции Р при неизменной мощности остальных вызывает изменение нагрузки в какой-либо точке сети, называемой балансирующей точкой. В этих условиях нагрузка балансирующей точки должна быть изменена, т.е. при этом произойдет изменение и потерь в сети на ΔР_сети. Тогда, соответственно, прирост расхода условного топлива на единицу полезно отпущенной мощности также изменится.

Таким образом, учет изменений потерь мощности в электрической сети сводится к умножению относительного прироста расхода топлива нетто на i -ой электростанции на поправку K_С:

КС= ,

(7.5)

где - производная суммарных потерь в сети на каждой ступени нагрузки станции.

При этом 0≤ ≤ 0, поэтому и 0 ≤K_C≤ 0.

Величина применительно к работе определяется, как:

= ,

(7.6)

 

где - суммарная мощность ТЭС или i- ой ступени загрузки, МВт;

- суммарные потери активной мощности при передаче i-ой мощности по ЛЭП и в трансформаторах сети, МВт.

Экономическое сечение проводов ЛЭП связи с системой определяются для заданных значений максимальных передаваемых мощностей по формуле:

 

S= ,

(7.7)

где cosφ - коэффициент мощности, находится в диапазоне значений 0,85-0,9;

Рм - передаваемая мощность, МВт;

U - напряжение сети, кВ;

n - число параллельных цепей;

j_ЭК - экономическая плотность тока, j_ЭК =1,3-1,5 А/мм2.

Значения экономических мощностей (в числителе) и предельных длительно допустимых по нагреву мощностей (в знаменателе) ЛЭП приведены в в таблице 3.6.

Активное сопротивление проводов ЛЭП определяется, как:

 

R=ρ× ,

(7.8)

где L - протяженность ЛЭП, км;

ρ - удельное сопротивление проводов, для учебных целей принять равным 31,7 ;

S - сечение провода, мм².

Расчетное значение тока по сети отОРУ для каждой ступени нагрузки электростанции находится, как:

 

IP= А,

(7.9)

где P_L - передаваемая мощность по отдельным открытым распределительный устройствам станции, заданного напряжения, МВт.

На каждой ступени нагрузки определение Р_L без учета потерь мощности на корону необходимо осуществлять в следующей последовательности:

1) Число линий связи и количество ЛЭП до потребителей принимается в расчетах по установленной мощности станции.

2) Всю мощность от станции распределить между сетями в следующих соотношениях: 20-35% в систему, 80-65% для покрытия нагрузки потребителей, питающихся от данной станции.

3) для каждой ступени нагрузки определить потери в сети по формуле:

 

, (7.10)

 

где - потери мощности в каждой отдельно взятой линии оизвестным сечением и заданной длиной, МВт.

Таблица 7.5 – Распределение нагрузки между турбоагрегатами

Зона суммарной нагрузки ТЭС, МВт	Относительные приросты			Турбоагрегат № 1		Турбоагрегат № 2		Турбоагрегат № 3		Турбоагрегат № 4		Всего по турбинному цеху
	тепла 4.19 ГДж /МВт×ч		топлива т.у.т. /МВтч	МВт	4.19 ГДж/ч	МВт	4.19 ГДж/ч	МВт	4.19 ГДж/ч	МВт	4.19 ГДж/ч	МВт		4.19 ГДж/ч	т у.т./ч
1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12		13	14
177				4	18	34	91,8	34	91,8	105	210,9	177		412,5	65,5
177-772	1,58		0,25	4	18	34	91,8	34	91,8	700	1150	772		1351,6	214,2
772-872	1,77		0,28	4	18	34	91,8	34	91,8	800	1327	872		1528,6	243,0
872-963	1,88		0,30	4	18	125	260	34	91,8	800	1327	963		1700	270,0
963-1054	1,88		0,30	4	18	125	260	125	260	800	1327	1054		1871	298,0
1054-1120
1120-1125		3,7	0,58	25	76,5	150	312,5	150	312,5	800	1327		1125	2027,9	327,0

4) Определяют суммарные потери активной мощности во всех линиях сети:

,

(7.11)

где I - число ЛЭП в сети (i = 1,...,N).

Потери мощности в трансформаторах определяются по формуле:

 

(7.12)

где – потери холостого хода, кВт;

– потери короткого замыкания, кВт;

– величина полной мощности нагрузки трансформатора, кВА;

– номинальная мощность трансформатора, кВА.

В работе величина потерь мощности в трансформаторах учитывается с помощью поправочного коэффициента δ, принятого в расчетах равным δ = 1,2 - 1,3.

Таким образом, суммарные потери мощности в элементах сети определяются, как:

 

.

(7.13)

В результате поправочный коэффициент, корректирующий относительный прирост топлива, определится, как:

 

.

(7.14)

 

Данные расчетов заносим в таблицу 7.6.

Таблица 7.6 - Корректировка относительного прироста топлива

 

Нагрузка ТЭС ∑PТЭС, МВт	Рабочий ток, IРАБ, КА	Потери активной мощности ΔP,МВт	Доля потерь	Попра­вочный коэффи­циент KС	Относительный прирост топлива т у.т./МВт×ч
					Расчет- ный	Откоррек- тированый
1	2	3	4	5	6	7
177	0,39	3,9	0,022	1,03	0,25	0,26
772	1,6	73,43	0,095	1,14	0,25	0,285
872	1,9	92,4	0,106	1,16	0,28	0,325
963	2,0	100,2	0,104	1,16	0,31	0,356
1125	2,49	159,5.	0,142	1,23	0,58	0,711

 

Таблица 7.7 - Экономическая и предельная мощность ЛЭП 35-500 кВ с алюминиевыми и стале-алюминиевыми проводами при Т_м = 3000-5000 ч, cosφ = 0,9, МВт

U, кВ

Сечение провода

25

35

50

70

95

120

150

185

240

300

400

500

35

2.22/ 9.52

3.17/ 11.4

4.44/ 14.4

6.0/ 17.8

7.6/ 20.6

7.6/ 20.6

9.5/ 24

11.8/ 27.6

15.2/ 32.8

19.0/ -

-

-

110

10.0/ 35.5

13.9/ 44.8

18.8/ 55.9

23.8/ 64.2

29.7/ 75.2

36.7/ 86.2

47.5/ 102

59.5/ 117

79.3/ -

-

220

57.9/ 172

80.0/ 205

118/ 236

158/ 280

197 320

330

143/ 330

178/ 382

237/ 470

294/ 518

500

290/ 590

362/700

453/ 750

 

 

Анализ проведенных расчетов

1. Построить совмещенную эксплуатационную характеристику ТЭС при определенном составе совместно работающих турбоагрегатов:

а) определить экономичное распределение нагрузки между турбоагрегатами;

б) построить характеристику относительных приростов расхода топлива от нагрузки агрегатов турбинного цеха ТЭС b¹=f(Р_тэс);

в) построить режимные характеристики турбоагрегатов в зависимости от нагрузки РОП =f(P_тэс);

г) построить расходную характеристику ТЭС (без учета расхода топлива на холостой ход турбины) B=f(P_тэс);

2. Построить шкалу относительных приростов расхода условного топлива при заданных нагрузках с учетом компенсации потерь активной мощности в электрических сетях при покрытии графика нагрузки потребителей.

 

Контрольные вопросы

1. Какой метод лежит в основе распределения нагрузки между турбоагрегатами?

2. Какие факторы влияют на величину потерь активной мощности в электрических сетях?

3. Что такое относительный прирост расхода тепла турбоагрегата?

4. Теплотворная способность условного топлива и ее величина.

5. Как рассчитывается коэффициент пересчета относительных приростов условного топлива?