Методы прогнозирования графиков электрических нагрузок. Анализ и синтез графиков

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕЕНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электроснабжение»

 

 

Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ. часть 1».

Рекомендуется для специальностей и направлений подготовки: 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»; 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

 

 

Орёл - 2013

 

 

УДК 621.313(07)

 

 

Рецензенты:

К.т.н., доцент, зам. директора НИПИ «Градоагроэкопром» Т.С. Шарупич,

К.т.н., доцент кафедры «Электроснабжение»Ю.Д. Волчков

 

 

Разработчик:

Ст. преподаватель кафедры «Электроснабжение» Орел ГАУ зам. генерального директора – начальник проектного отдела ООО «Информационно-энергетический центр «АВПС-Инновация» А.В. Виноградова.

 

Рекомендовано методическим советом ФГБОУ ВПО Орел ГАУ:

Протокол № 3 от «24» декабря 20 13 г.

 

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕЕНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электроснабжение»

 

Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ. часть 1».

Рекомендуется для специальностей и направлений подготовки: 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»; 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ………………………………………………………………….
Лабораторная работа 1. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ГРАФИКОВ ……. …………………………..………………………….
Лабораторная работа 2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ………….………………………………………………
Лабораторная работа 3. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ………
Лабораторная работа 4. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ТРАНСФОРМАТОРЕ……………………
Лабораторная работа 5. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХА. ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ПИТАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ...…………………………..
Лабораторная работа 6. ГАШЕНИЕ ДУГИ………………………..
Лабораторная работа 7. КОНСТРУКЦИЯ РАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ....
Лабораторная работа 8. ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ОБОРУДОВАНИЯ …….………………………………………………..
Лабораторная работа 9. ПОРЯДОК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ 0,4 – 10 кВ ….……………………………
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для выполнения лабораторно-практических заданий студентами Орловского государственного аграрного Университета, по направлениюбакалавриата «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Электроснабжение»; специалитета«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Целью дисциплины является изучение электрооборудования и схем электрических соединений электростанций и подстанций, подготовка обучающихся к проведению различных мероприятий, направленных на повышение надёжности их работы.

Задачами дисциплины являются:

– познакомить обучающихся с назначением, основными параметрами, конструкцией и принципами работы электротехнического оборудования электростанций и подстанций;

– познакомить обучающихся со схемами электрических соединений электростанций и подстанций, распределительных устройств, систем собственных нужд электроустановок;

– познакомить обучающихся с мероприятиями, направленными на повышение надёжности работы электрических станций и подстанций.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

· использовать нормативные правовые документы в своей профессиональной деятельности (ПК-4);

· работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);

· разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);

· готовностью к проверке технического состояния и остаточного ресурса оборудования и организации профилактических осмотров и текущего ремонта (ПК-48);

· способностью составлять схемы замещения элементов систем электроснабжения для последующих расчетов (ПСК-3);

· способностью рассчитывать токи короткого замыкания в электрических сетях (ПСК-5).

В результате изучения дисциплины обучающиеся должны:

Знать современное электрооборудование и его характеристики, основныесхемы электрических соединений электростанций и подстанций, особенности конструкций распределительных устройств разных типов.

Уметь использовать полученные знания при освоении смежных дисциплин и в работе по окончании вуза.

Владеть навыками проектирования и эксплуатации электрической частиэлектростанций и подстанций, а также исследований физических процессов, происходящих в электрооборудовании при его работе.

 

 

Лабораторная работа №1

Задача

Построить суточные графики Р= f(t) иQ = φ(t) в именованных единицах, по ним получить график S =ψ(t).

Построить годовые графики нагрузки по продолжительности Р= f₁(t),Q = φ₁(t), S =ψ₁(t).

Определить технико-экономические показатели графиков:

- максимумы и минимумы нагрузок за сутки: P_max, P_min, Q_max, Q_min,S_max, S_min.

- среднесуточные нагрузки: P_ср= W^a_сут/24, Q_ср= W^p_сут/24, S_ср= W_сут/24;

- коэффициенты заполнения K_зп=S_ср/S_max и неравномерности K_нр=S_min/S_max графиков полной мощности;

- коэффициент мощности средневзвешенный cosφ_ср.взв.= W^a_сут/W_сут;

- время использования максимума активной нагрузки

Т_а1= (W^a_сут ·365)/ Р_max.

Время действия заданного суточного графика принять равным 365 дней в году.

Задание

1. Пояснить принцип преобразования типового графика в гра­фик в именованных единицах. Например, два графики активной нагрузки 100%, Р_max,

P_i%→P_i= (P_i%· P_max)/100

2. Построить график мощности S =ψ(t) аналитическим методом S_i = √(P²_i + Q²_i), а также объяснить графический метод (метод прямоугольного треугольника, рисунок 1).

Q_m= P_mtgφ_max

 

 

Рисунок 1 - Графический метод получения полной мощности Sпо двум катетам Ри Q

3. Составить итоговую таблицу обработки графиков нагрузки по
образцу табл. 1. Данные табл. 1 удобно использовать при определении
технико-экономических показателей графиков.

4. Построить годовой график по продолжительности для раз-
личных видов нагрузок (рис. 2), также используя данные табл. 1.

Таблица 1 – Характеристика графиков электрических нагрузок

Длит.ступени	Р	Q	S, MB·A	W^p, MBAp·ч	W^а, MBт·ч	W, MBA·ч
%	МВт	%	МВАр
t1	P1	P1	Q1	Q1	S1 =	W^p1 = Q1 · t1	W^a1 = P1 · t1	W1 = S1 · t1
…	…	…	…	…	…	…	…	…
ti	Pi	Pi	Qi	Qi	Si =	W^pi = Qi · ti	W^ai = Pi · ti	Wi = Si · ti
…	…	…	…	…	…	…	…	…
tn	Pn	Pn	Qn	Qn	Sn =	W^pn = Qn · tn	W^an = Pn · tn	Wn = Sn · tn
Итого за сутки	W^pсут =	W^асут =	Wсут =
Итого за год при условии единого типового графика на все сутки года	W^pгод = 365W^pсут	W^агод = 365W^асут	Wгод = 365Wсут

Примечание. n – полное количество ступеней суточного графика нагрузки (t₁ + t₂ + t₃ + … + t_n) = 24 часа.

Рисунок 2 - Построение годового графика нагрузок по продолжительности:

Т, = 365 ti; Та - 365 t₂;....; Т„ = 365 t_n

 

Таблица 2 - Типовые графики нагрузки

Часы суток

№

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

16-17

17-18

18-19

19-20

20-21

21-22

22-23

23-24

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

P

Q

 

Контрольные вопросы:

1. Дать определение графику нагрузки.

2. Дать определение установленной мощности.

3. Рассказать классификацию графиков нагрузок.

4. Для чего необходимо знать графики нагрузок.

5. Дать определение ступени графика нагрузки.

 

Лабораторная работа № 2

Пояснения к работе

Рассчитать токи короткого замыкания (КЗ) – это значит:

– по расчетной схеме составить схему замещения, выбрать точки КЗ; рассчитать сопротивления;

– определить в каждой выбранной точке трехфазные, двухфазные и однофазные токи КЗ;

– заполнить «Сводную ведомость токов КЗ».

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи – электрическими. Точки КЗ выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике.

Точки КЗ нумеруются сверху вниз, начиная от источника.

Для определения токов КЗ используются следующие соотношения:

а) ток трехфазного короткого замыкания, кА:

I_к⁽³⁾ = V_к / √3 ·Z_к,

где V_к – линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_к – полное сопротивление до точки КЗ, Ом;

б) ток двухфазного короткого замыкания, кА:

I_к⁽²⁾ =√3/2 · I_к⁽³⁾= 0,87· I_к⁽³⁾,

в) ток однофазного короткого замыкания, кА:

I_к⁽¹⁾ = V _кф / (Z _n + Z _т⁽¹⁾/3),

где V_кф – фазное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_n – полное сопротивление петли фаза – нуль до точки КЗ, Ом;

Z_т⁽¹⁾ – полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, Ом;

г) ударный ток, кА:

i_у = √2 К_уI_к ⁽³⁾,

где К_у – ударный коэффициент, определяется по графику

Ку = F · (R _{к /} Х _к).

Примечание. График (рисунок 1) может быть построен при обратном соотношении,

Ку = F · (Х _к/R _к).

д) действующее значение ударного тока, кА:

I_у = q ·I_к⁽³⁾,

где q – коэффициент действующего значения ударного тока.

Рисунок1 - Зависимость К_у = F · (R _{к /} Х _к).

Q = √(1+ 2(К_у−1)²).

Сопротивления схем замещения определяются следующим образом:

1. Для силовых трансформаторов по таблице 1.

Таблица 1 - Сопротивление трансформаторов 10/0,4 кВ

Мощность, кВА	Rт, мOм	Xт, мОм	Zт, мОм	Zт^(0), мОм
	153,9	243,6
	31,5	64,7
	16,6	41,7
	9,4	27,2	28,7
	5,5	17,1
	3,1	13,6
		8,5	8,8
		5,4	5,4

 

Или расчетным путем из соотношений:

R_т = ΔР_к ; Z_т = U_к ; X_т = ;

 

где ΔР_к– потери активной мощности КЗ, кВт,

U_к – напряжение КЗ, %;

V_нн– линейное напряжение обмотки низкого напряжения (НН), кВ;

S_т – полная мощность трансформатора, кВА.

2. Для трансформаторов тока сопротивления схем замещения определяются по таблице 2.

Таблица 2 - Значение сопротивлений первичных обмоток катушечных трансформаторов тока 1кВ

Кn трансформатора тока	Сопротивление, мОм, класса точности
Хn	rn	Хn	rn
20/5
30/5				8.2
40/5			4.2	4.8
50/5			2.8
75/5	4.8		1.2	1.3
100/5	1.7	2.7	0.7	0.75
150/5	1.2	0.75	0.3	0.33
200/5	0.67	0.42	0.17	0.19
300/5	0.3	0.2	0.08	0.09
400/5	0.17	0.11	0.04	0.05
500/5	0.07	0.05	0.02	0.02

 

3. Для коммутационных и защитных аппаратов – по таблице 3. Сопротивления зависят от номинального тока аппарата I_на.

Примечание. Сопротивление предохранителей не учитывается, а у рубильников учитывается только переходное сопротивление контактов.

Таблица 3 - Значение сопротивлений автоматических выключателей, рубильников, разъединителей до 1кВ.

Iна, А	Автомат	Рубильник	Разъединитель
Ra, мОм	Xa, мОм	Rн,мОм	R, мОм	R, мОм
	5,5	4,5	1,3	-	-
	2,4			-	-
	1,3	1,2	0,75	0,5	-
	0,7	0,7	0,7	0,45	-
	0,4	0,5	0,6	0,4	-
	0,15	0,17	0,4	0,2	0,2
	11,12	0,13	0,25	0,15	0,15
	0,1	0,1	0,15	0,08	0,08
	0,08	0,08	0,1	-	0,06
	11,07	0,08	0,08	-	0,03
	0,06	0,07	0,07	-	0,03
	0,05	0,07	0,06	-	0,02
	0,04	0,05	0,05	-	-

 

Для ступеней распределения сопротивления схем замещения определяются по таблице 4.

Таблица 4 - Значение переходных сопротивлений на ступенях распределения

Сту- пень	Место	Rст, мОм	Дополнительные сведения
	Распределительные устройства подстанции		Используются при отсутст- вии достоверных данных т контактах и их переходных сопротивлениях в сетях, питающихся от цеховых трансформаторов мощ-ностью до 2500 кВт включительно
	Первичные распределительные цеховые пункты
	Вторичные распределительные цеховые пункты
	Аппаратура управления электроприемников, получающих питание от вторичных РП

 

8. Для линий электроснабжения кабельных, воздушных и шинопроводов из соотношений:

R_л = r₀ ∙ L_л; X_л = x₀ ∙ L_л;

где r_о и х_о – удельные активное и индуктивное сопротивления, мОм/м;

L_л – протяженность линии, м.

Удельные сопротивления для расчета трехфазных и двухфазных токов КЗ определяются по таблицам 6, 7, 8.

 

Таблица 5 - Значения удельных сопротивлений кабелей, проводов

S, мм^2 жилы	r0, Oм/м при 20°С, жилы	х0, мOм/м
Al	Cu	Кабель с бумажной поясной изолюцией	Три провода в трубе или кабель, с любой изолюцией
	-	18,5	-	0,133
1,5	-	12,3	-	0,126
2,5	12,5	7,4	0,104	0,116
	7,81	4,63	0,095	0,107
	5,21	3,09	0,09	0,1
	3,12	1,84	0,073	0,099
	1,95	1,16	0,0675	0,095
	1,25	0,74	0,0662	0,091
	0,894	0,53	0,0637	0,088
	0,625	0,37	0,0625	0,085
	0,447	0,265	0,0612	0,082
	0,329	0,195	0,0602	0,081
	0,261	0,154	0,0602	0,08
	0,208	0,124	0,0596	0,079
	0,169	0,1	0,0596	0,78
	0,13	0,077	0,0587	0,077

 

Таблица 6 - Значения удельных сопротивлений троллейных шинопроводов до 1кВ

Тип	Iн, А	Сопротивление, Ом/м
r0	x0	Z0
ШТМ		0,315 0,197	0,18 0,12	0,36 0,23
ШТА		0,474 0,217	0,15 0,13	0,496 0,254

 

Таблица 7 - Значение удельных сопротивлений комплексных шинопроводов

Параметры	Тип комплексного шинопровода
ШМА	ШРА
Iн, А
r0, мОм/м	0,034	0,03	0,017	0,015	0,21	0,15	0,1
x0, мОм/м	0,016	0,014	0,008	0,007	0,21	0,17	0,13
r0 н(ф-о), мОм/м	0,068	0,06	0,034	0,03	0,42	0,3	0,2
x0 н(ф-о), мОм/м	0,053	0,06	0,075	0,044	0,42	0,24	0,26
z0 п(ф-о), мОм/м	0,086	0,087	0,082	0,053	0,59	0,38	0,33

 

Таблица 8 - Значение активных переходных сопротивлений неподвижных контактных соединений

S, мм^2 кабеля	Rн, мОм		Iн, А	Rн, мОм
	0.85 0.064 0.056 0.043 0.029 0.027 0.024 0.021 0.012		ШРА	0,009 0,006 0,0037
	ШМА	0,0034 0,0024 0,0012 0,0011

 

Таблица 9 - Значение Т_доп,^оС

Проводники	Тдл^оС (норм)	Тдоп^оС (при КЗ)
Шины: медные алюминиевые
Кабели, провода до 1 кВ
Кабели более 1 кВ

При отсутствии данных r_о можно определить расчетным путем:

r_о= 103/ γ S,

где S – сечение проводника, мм;

γ – удельная проводимость материала, м/(Ом мм).

Принимается: γ = 30 м /(Ом × мм2) – для алюминия,

γ = 50 м /(Ом × мм2) – для меди,

γ = 10 м /(Ом × мм2) – для стали.

При отсутствии данных х_о можно принять равным:

х_овл = 0,4 мОм/м – для ВЛ,

х_окл= 0,06 мОм/м – для КЛ,

х_опр = 0,09 мОм/м – для проводов,

х_ош = 0,15 мОм/м – для шинопроводов.

При расчете однофазных токов КЗ значение удельных индуктивных сопротивлений петли фаза–нуль принимается равным:

Х_{о п} = 0,15 мОм/м – для КЛ до 1 кВ и проводов в трубах,

Х_оп = 0,6 мОм/м – для ВЛ до 1 кВ,

Х_{о п} = 0,4 мОм/м – для изолированных открыто проложенных проводов,

Х_оп = 0,2 мОм/м – для шинопроводов.

Удельное активное сопротивление петли фаза–нуль определяется для любых линий по формуле:

r_оп = 2 r_о.

6. Для неподвижных контактных соединений значения активных переходных сопротивлений определяют по табл. И.8.

Примечание 1. При расчетах можно использовать следующие значения К_у:

К_у = 1,2 – при КЗ на ШНН трансформаторов мощностью до 400 кВА;

К_у = 1,3 – при КЗ на ШНН трансформаторов мощностью более 400 кВА;

К_у = 1 – при более удаленных точках;

К_у = 1,8 – при КЗ в сетях ВН, где активное сопротивление не оказывает существенного влияния.

Сопротивления элементов на высоком напряжении приводятся к низкому напряжению по формулам:

R_нн = R_вн ; Х_нн = Х_вн

где R_нн и Х_нн – сопротивления, приведенные к НН, мОм;

R_вн и Х_вн – сопротивления на ВН, мОм;

V_нн и V_вн – напряжение низкое и высокое, кВ.

Примечание 2. На величину тока КЗ могут оказать влияние АД мощностью более 100 кВт с напряжением до 1 кВ в сети, если они подключены вблизи места КЗ. Объясняется это тем, что при КЗ резко снижается напряжение, а АД, вращаясь по инерции, генерирует ток в месте КЗ. Этот ток быстро затухает, а поэтому учитывается в начальный момент при определении периодической составляющей и ударного тока.

ΔI_по(ад) = 4,5 · I_н(ад); Δi_у = 6,5· I_н(ад),

где I_н(ад) – номинальный ток одновременно работающих АД.

3. Пример

Дано: расчетная схема (рисунок 2а).

L_ВН = 3 км;

L_кл1 = 5м (длина линии электроснабжения от ШНН до ШМА1);

L_ш = 2 м (участок ШМА1 до ответвления);

L_кл2 = 20 м (длина линии ЭСН от ШМА1 до потребителя).

Требуется:

– составить схему замещения, пронумеровать точки КЗ;

– рассчитать сопротивления и нанести их на схему замещения;

– определить токи КЗ в каждой точке и составить «Сводную ведомость токов КЗ».

Решение. Составляется схема замещения (рисунок 2б) и нумеруются точки КЗ в соответствии с расчетной схемой.

а) Расчетная схема б) Схема в) Упрощенная

электроснабжения замещения схема

замещения

Рисунок 2 - Схемы электроснабжения

Вычисляются сопротивления элементов и наносятся на схему замещения (рисунок 2б).

Для системы: I_c = = = 23,1А

Воздушная линия электропередач выполнена голым проводом марки

АС-3 × 10 / 1,8; I_доп = 84 А; х₀ = 0,4 Ом/км;

х'_с= х_о L_с = 0,4 · 3 = 1,2 Ом;

r₀ = 103 / γS = 103 / 30·10 = 3,33 Ом/км;

R’_c = r_oL_c= 3,33·3 = 10 Ом.

Сопротивления приводятся к НН:

R_c = R’_c(V_нн/ V_вн)² = 10 · (0,4 / 10)² ·10³ = 16 мОм;

Х_с = Х’_c(V_нн / V_вн)² = 1,2 · (0,4 / 10)² ·10³ = 1,9 мОм.

Для трансформатора по таблице 1 определяем:

R_т = 5,5 мОм, Х_т =17,1 мОм; Z ⁽¹⁾_т = 195 мОм.

Для автоматов – по таблице 3:

1SF R_1SF = 0,11 мOм, Х_1SF = 0,12 мOм; Rн_1SF = 0,2 мОм

SFl R_SF1 = 0,15 мОм; Х_SF1= 0,17 мОм; Rн_SF1 = 0,4 мОм;

SF R_SF = 2 мОм; X_SF = 1,8 мОм; Rн_SF = 0,9 мОм.

Для кабельных линий – по таблице 5:

КЛ1:

r₀’ = 0,33 мОм/м; х₀ = 0,08 мОм/м.

Так как в схеме три параллельных кабеля, то

r₀ = (⅓) · r₀' = (⅓)· 0,33 = 0,11 мОм/м;

Rкл1 = r₀ Lкл1 = 0,11· 5 = 0,55 мОм;

Х кл1 = х₀Lкл1 = 0,08 · 5 = 0,4 мОм.

КЛ2:

_r0 = 0,63 мОм/м; х₀ = 0,09 мОм/м.'

Rкл2 = 0,63· 20 = 12,6 мОм;