Источники питания электроэнергией объектов

Стандарту

Дисциплина включает в себя следующие основные вопросы: источники питания электроэнергией объектов – ТЭЦ, главные понижающие подстанции; их структуры, схемы, основное электрооборудование, режимы работы и конструктивное выполнение; балансы активной и реактивной мощности электроэнергетических систем; регулирование частоты; основы компенсации реактивных нагрузок; проектирование электрических сетей питающих энергосистем, включая выбор схемных решений, параметров основного электрооборудования; расчёты основных режимов и регулирование напряжения.

3.2. Рабочая программа (объем дисциплины 200 часов)

Введение

[1], с. 5…8; [2], с 5…22

Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе. Основные понятия: энергетическая и электроэнергетическая системы, электропитающая система, электрическая система, электрическая сеть, система электроснабжения, потребители электроэнергии, источники питания объектов. Характеристика основных разделов дисциплины.

Источники питания электроэнергией объектов

[4] с. 48…59; [5], с. 431…433, 437…443, 474…477, 478…544

Основные источники питания электроэнергией объектов: ТЭЦ и главные понижающие подстанции ГПП. Основные схемы ТЭЦ: схемы с генераторным распределительным устройством. Блочные схемы. Область применения различных схем. Связь ТЭЦ с энергосистемой, схемы распределительных устройств высшего напряжения. Собственные нужды ТЭЦ, схемы питания собственных нужд.

Основные схемы ГПП. Конструкции и схемы распределительных устройств высшего, среднего и низшего напряжений: открытые, закрытые, комплектные, элегазовые распределительные устройства. Собственные нужды подстанций.

Основное электрооборудование источников питания

[4] с. 41…52; [5], с. 47…107, 212…379

Основное электрооборудование ТЭЦ: генераторы, трансформаторы и автотрансформаторы, токопроводы, реакторы. Конструктивное выполнение основного электрооборудования. Режимы работы генераторов и трансформаторов ТЭЦ.

 

 

Основное оборудование ГПП. Силовые трансформаторы. Коммутационные аппараты, измерительные трансформаторы, аппараты защиты от перенапряжений, молниезащита, заземляющие устройства.

Режимы работы трансформаторов: номинальный и нормальный режимы, повышение напряжения, параллельная работа трансформаторов, режим перегрузки. ГОСТ 14209-97 Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.

Режимы работы электроэнергетических систем

[2], с. 153…194; [3], с. 72…91

Баланс активной мощности в электроэнергетической системе. Характеристика составляющих баланса. Связь баланса активной мощности с частотой. Допустимые отклонения частоты. Автоматическая частотная разгрузка. Регулирование частоты в изолированной системе. Астатическое и статическое регулирование. Первичное и вторичное регулирование частоты. Регулирование частоты в объединенной энергосистеме. Станции, ведущие частоту. Основы оптимального распределения активной мощности в электроэнергетической системе.

Баланс реактивной мощности в электроэнергетической системе. Характеристика составляющих баланса. Связь баланса реактивной мощности с напряжением в узлах нагрузки. Лавина напряжения.

Основные средства компенсации реактивной мощности: синхронные машины, статические конденсаторы, статические регулируемые источники реактивной мощности. Основные сведения о размещении компенсирующих устройств в электроэнергетической системе. Компенсации реактивных нагрузок.

Расчет установившихся режимов сложных электрических сетей

[1], с. 248…291; [2], с. 454…478; [3], с. 62…71

Алгоритмы расчета установившихся режимов простейших
разомкнутых и замкнутых электрических сетей. Понятие о

сложнозамкнутой электрической сети. Уравнения узловых напряжений для сети постоянного и переменного тока. Балансирующий узел по току (мощности). Базисный узел по напряжению. Взаимные проводимости ветвей, собственные проводимости узлов. Матрица собственных и взаимных проводимостей.

Методы решения линейных уравнений узловых напряжений. Методы Гаусса, простой итерации, Зейделя. Методы решения нелинейных уравнений узловых напряжений. Метод Ньютона.

Регулирование напряжения в электрических сетях

[1], с. 292…336; [2], с. 199…225; [3], с. 92…107

Основные показатели качества электроэнергии, ГОСТ 13109-97. Отклонения напряжения, нормально допустимые и предельно допустимые значения. Задачи регулирования напряжения в системообразующих, районных и местных распределительных сетях. Регулирование напряжения на электростанциях.

Регулирование напряжения на подстанциях. Трансформаторы и автотрансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Принципиальная схема РПН. Линейные регулировочные трансформаторы. Продольное и поперечное регулирование напряжения. Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов и автотрансформаторов.

Регулирование напряжения в местных распределительных сетях. Средства регулирования напряжения. Принцип встречного регулирования напряжения.

Основы регулирования напряжения в распределительных районных и системообразующих сетях.

Проектирование электрических сетей

[1], с. 380…494; [2], с. 237…321, 346…381; [4] с. 60-77

Основы развития схем электрических сетей. Выбор оптимальной схемы электрической сети. Области применения различных номинальных напряжений в электрических сетях. Исторически сложившиеся системы напряжений. Выбор напряжения линии электропередачи. Выбор напряжения электрической сети.

Выбор сечений проводников по экономическим критериям. Метод экономической плотности тока. Достоинства и недостатки метода. Метод экономических интервалов. Учет технических ограничений при выборе сечений проводников. Допустимые перегрузки кабельных линий.

Выбор сечений проводников по допустимой потере напряжения в местных распределительных сетях. Условия постоянства сечения, минимума расхода проводникового материала, минимума потерь мощности.

Проектирование конструктивной части воздушных линий электропередачи. Исходные климатические условия. Выбор опор. Расчет удельных нагрузок на провода и тросы. Исходный режим. Проверка проводов на прочность. Построение монтажного графика. Особенности расчета на прочность грозозащитного троса. Расстановка опор по профилю трассы. Ветровой и весовой пролеты. Проверка опор на прочность.

 

3.3. Тематический план лекций, практических и лабораторных занятий для студентов очно-заочной формы обучения

 

Темы лекций(36 часов)	Объем, часы
1. Введение. Основные источники питания. Схемы выдачи мощности ТЭЦ, схемы подстанций.
2. Основное оборудование, его конструктивное выполнение и режимы работы.
3. Режимы работы электроэнергетических систем. Баланс активной мощности. Регулирование частоты.
4. Баланс реактивной мощности. Компенсация реактивных нагрузок.
5. Расчеты установившихся режимов сложных электрических сетей
6. Регулирование напряжения в электрических сетях.
7. Проектирование электрических сетей. Выбор схем, напряжения и сечений проводников.
8. Проектирование конструктивной части воздушных линий электропередачи.
9. Основы расчета на прочность проводов и тросов

 

Темы практических занятий(16 часов)	Объем, часы
1. Составление уравнений узловых напряжений для расчета установившихся режимов электрических сетей
2. Подготовка исходной информации и расчет установившихся режимов электрических сетей на ПК
3. Выбор схем и основного оборудования электрических сетей
4. Регулирование напряжения в электрических сетях

 

Темы лабораторных работ(8 часов)	Объем, часы
1. Регулирование напряжения в электрических сетях
2. Регулирование частоты в электроэнергетической системе

Библиографический список

1. Электрические системы. Электрические сети: Учебник для электроэнерг. спец. вузов / В.А. Веников, А.А. Глазунов, Л.А. Жуков и др.: Под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1998.

2. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Костин В.Н., Распопов Е.В., Родченко Е.А. Передача и распределение электроэнергии: Учеб. пособие. - СПб.: СЗТУ, 2003

4. Костин В.Н. Системы электроснабжения. Конструкции и механический расчет: Учеб. пособие. - СПб.: СЗТУ, 2002.

5. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и
подстанций.-М.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.3. Производство, передача и распределение энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ.- 8-е изд.-М.: Издательство МЭИ, 2002.

7. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Задание на курсовой проект 5.1. Исходные данные

Проектируемая электроэнергетическая система представлена существующей районной подстанцией (узел 1) и тремя развивающимися узлами нагрузки (узлы 2, 3 и 4) с расчетными мощностями Р ₂, Р ₃ и Р ₄.

Из балансов активной и реактивной мощности электроэнергетической системы более высокого уровня известно, что в период максимальной нагрузки мощность, передаваемая через районную подстанцию к узлам нагрузки 2, 3 и 4, ограничена величиной Р ₁+ jQ ₁.

Система является дефицитной по активной мощности (Р ₁< Р ₂+ Р ₃+ Р ₄), поэтому в узле 2, где имеются мощные потребители тепловой энергии, планируется строительство ТЭЦ, от шин генераторного напряжения которой будет получать питание нагрузка узла 2, а избыточная мощность ТЭЦ через шины высшего напряжения может передаваться в систему.

Исходные данные для проектирования выбираются в соответствии с рис. 1 и табл. 1 и 2, в которых номера вариантов отвечают соответственно последней и предпоследней цифрам шифра студента.

 

 

Рис. 1. Схемы расположения узлов источников питания и нагрузок

Т а б л и ц а 1

Вариант
Рисунок	a	б	в	г	д	е	ж	з	и	к
К л и м а т и ч е с к и е у с л о в и я
Нормативное ветровое давление, Па (даН/м ^2 )	400 (40)	500 (50)	650 (65)	400 (40)	500 (50)	650 (65)	400 (40)	500 (50)	650 (65)	500 (50)
Толщина стенки гололеда, мм
Температура низшая, ^о С	-40	-35	-30	-25	-20	-20	-25	-30	-35	-40
Температура высшая, ^о С
Температура средняя, ^о С	-5								-5	-5

 

Т а б л и ц а 2

Вариант
Р 1, МВт
Q1 Мвар
Р 2, МВт
Р 3, МВт
Р 4, МВт
Масштаб 1см:... км

Общие для всех вариантов данные:

1. Во всех узлах нагрузки имеются электроприемники 1, 2 и 3-й категорий по надежности электроснабжения.

2. Номинальные напряжения на шинах районной подстанции (узел 1) U _1ном =110 и 220 кВ; уровень напряжения в период наибольшей нагрузки U ₁=1,05 U _1ном.

3. Мощность собственных нужд ТЭЦ Р _сн составляет 10% от мощности станции; коэффициент реактивной мощности нагрузки tgϕ_сн =1,0.

4. Продолжительность использования наибольшей нагрузки в узлах 2, 3 и 4 Т _max=5500 ч.

5. Коэффициенты реактивной мощности нагрузок в узлах 2, 3 и 4 соответственно составляют tgϕ₂ = 0,7; tgϕ₃ = 0,8; tgϕ₄ = 0,9.

Содержание проекта

1. Составление баланса активной мощности и выбор генераторов ТЭЦ.

2. Обоснование схемы и напряжения электрической сети.

3. Составление баланса реактивной мощности, выбор и размещение компенсирующих устройств.

4. Выбор и проверка сечений проводов линий электропередачи.

5. Выбор схемы выдачи мощности и трансформаторов ТЭЦ.

6. Выбор трансформаторов и схем подстанций в узлах нагрузки.

7. Приведение нагрузок узлов и мощности ТЭЦ к стороне высшего напряжения.

8. Расчет установившегося режима электрической сети.

9. Регулирование напряжения в узлах нагрузки.

10. Расчет конструктивной части ВЛ.

11. Графическая часть.

Компенсирующих устройств

Баланс реактивной мощности, составляемый для режима наибольшей нагрузки, представляет собой равенство генерируемой и потребляемой реактивных мощностей в электрической системе

(8)

где Q _i = Р_i tg φ _i реактивные мощности нагрузок в узлах, i=2, 3, 4;

k_Q=0,9-коэффициент разновременности максимумов реактивной нагрузки;

Q ₁ - реактивная мощность, передаваемая через районную подстанцию;

∆Q_л и ∆Q_т - потери мощности в линиях и трансформаторах;

 

Q_тэц,Q_сн - реактивная мощность ТЭЦ и ее собственных нужд;

Q_c - зарядная мощность линий электропередачи.

Q_ку- требуемая суммарная мощность компенсирующих устройств;

В предварительных расчетах можно принять

∆Q _л 0,l(S₃ + S₄ + S_{тэц с}); (9)

Q_с U² 2,6 ^.10 ^-6 L_∑, Мвар; (10,а)

Q_л (5...25)10 ^-3 L_∑, Мвар - для линий 110 кВ; (10,б)

∆Q_л (10...50) 10^-3 L_∑, Мвар - для линий 220 кВ, (10,в)

где L_∑- суммарная длина линий в одноцепном исполнении, км.

Из уравнения баланса реактивной мощности определяется требуемая суммарная мощность компенсирующих устройств Q _ку.

Распределение мощности Q _ку между потребителями представляет собой достаточно сложную оптимизационную задачу. В курсовом проекте эта задача решается упрощенно:

в узле 2 компенсирующие устройства не размещаются (Q_ку2 = 0), поскольку в этом узле находится ТЭЦ, генераторы которой являются мощным источником реактивной мощности;

распределение мощности Q _ку между узлами 3 и 4 выполняется по равенству коэффициентов реактивной мощности в этих узлах:

 

, (11)

 

Искомые мощности компенсирующих устройств в узлах составят , i = 3, 4(12)

Если для какого-то узла выражение (12) даст отрицательный результат, то для этого узла следует принять Q _{ку i} =0.

После определения мощностей Q _{ку i} расчетные нагрузки в узлах составят

Р _рi = P_i, Q_рi = Q_i – Q_{ку i} , i = 3, 4. (13)

Регулирование напряжения

Цель регулирования напряжения - обеспечение требуемого ПУЭ уровня напряжения на шинах 10 кВ подстанций в узлах нагрузки 3 и 4. В режиме наибольшей нагрузки это напряжение должно быть не ниже 1,05 U _ном (10,5 кВ). Средством регулирования напряжения в выполняемом проекте являются трансформаторы с РПН.

Пусть при расчете установившегося режима в некотором узле i получено напряжение U _i (рис. 10). Напряжение U '_i (напряжение на вторичной обмотке трансформатора, приведенное к первичной обмотке) отличается от напряжения U _i на величину потерь напряжения в трансформаторе

U '_i = U _i - ∆ U _т = , (36)

Рис. 10. Регулирование напряжения трансформатором с РПН

где n – количество трансформаторов на подстанции.

Активное и индуктивное сопротивления трансформатора вычисляются по его паспортным данным (табл. 5)

R _т = ∆ Р _к U _вн² 10³ / S _ном², Ом; Х _т = u _к% U _вн² 10³ / 100 S _ном, Ом. (37)

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет

U ''_i = U '_i / k _т = U '_i U _{н ном} / U _{в ном} = U '_i U _{н ном} / U _{отв о}, (38)

где k _т= U _{в ном} / U _{н ном} = U _{отв о}/ U _{н ном} - номинальный коэффициент трансформации; U _{отв о} – напряжение нулевого ответвления РПН.

Если напряжение U ''_i отличается от требуемого ПУЭ, необходимо переключить РПН c нулевого ответвления U _{отв о} на желаемое ответвление U _{отв ж}, обеспечивающее на вторичной обмотке трансформатора напряжение не ниже 10,5 кВ:

U '_i U _{н ном} / U _{отв ж} > 10,5. (39)

Из последнего выражения

U _{отв ж} < U '_i. U _{н ном} / 10,5. (40)

По полученному значению U _{отв ж} подбирается напряжение стандартного ответвления

U _{отв ст} = U _{в ном} + n. U _ст. U _{в ном} / 100, (41)

где + n = + (0, 1, 2, …) – номера ответвлений;

U _ст, % – напряжение одной ступени регулирования (см. табл. 6).

Определяется напряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования:

U ''_{i рег} = U '_i. U _{н ном} / U _{отв ст}. (42)

Полученное значение должно удовлетворять требованиям ПУЭ.

Графическая часть проекта

Графическая часть проекта включает в себя два чертежа формата А 1.

На первом чертеже изображается однолинейная схема проектируемой системы с выбранными схемами подстанций и ТЭЦ. На чертеже должны быть нанесены обозначения выбранного оборудования (трансформаторов, генераторов, линий электропередачи), показаны напряжения в узлах, полученные при расчете установившегося режима, напряжения на вторичной стороне трансформаторов до и после регулирования напряжения.

На втором чертеже приводятся результаты расчета конструктивной части ВЛ. Здесь должны быть приведены: фрагмент ВЛ с указанием геометрических характеристик линии, сборочный чертеж крепления провода к траверсе опоры, монтажный график провода.

6. Тестовые вопросы

1. Дайте определения энергетической и электроэнергетической системы, электропитающей системы, электрической сети.

2. Назовите основные источники питания объектов электроэнергией.

3. Определите область использования ТЭЦ с генераторным
распределительным устройством.

4. Определите область использования ТЭЦ с блочными схемами.

5. Приведите одну из схем выдачи мощности ТЭЦ в
электроэнергетическую систему.

6. Назовите основных потребителей собственных нужд ТЭЦ.

7. На каком напряжении работают потребители собственных нужд ТЭЦ?

8. Какова ориентировочная мощность собственных нужд ТЭЦ?

9. Приведите типовые схемы ГПП и ПГВ.

 

10. Какие типы распределительных устройств подстанций Вы знаете?

11. Назовите основных потребителей собственных нужд подстанций.

12. Назовите основное электрооборудование ТЭЦ.

13. Назовите основное электрооборудование подстанций.

14. Дайте краткую характеристику режимов работы трансформатора.

15. Как выбираются трансформаторы связи ТЭЦ с энергосистемой?

16. Как выбираются количество и мощность трансформаторов подстанций?

17. Напишите уравнение баланса активной мощности.

18. Назовите последствия нарушения баланса активной мощности.

19. Каковы допустимые отклонения частоты в энергосистеме?

20. Как работает автоматическая частотная разгрузка?

21. Что такое астатическое и статическое регулирование частоты?

22. Что такое первичное и вторичное регулирование частоты?

23. Сформулируйте принцип оптимального распределения активной
мощности между агрегатами электростанции.

24. Запишите уравнение баланса реактивной мощности.

25. Каковы последствия нарушения баланса реактивной мощности?

26. Назовите причину «лавины напряжения».

27. Перечислите основные средства компенсации реактивной мощности.

28. Поясните понятие «сложнозамкнутая электрическая сеть».

29. Какой основной метод используется для расчета установившихся
режимов сложных электрических сетей?

30. Поясните термин «базисный узел по напряжению».

31. Поясните термин «балансирующий узел по мощности»

32. Как определяется собственная проводимость узла?

33. Запишите уравнения узловых напряжений.

34. В каком случае система узловых уравнений является линейной?

35. В каком случае система узловых уравнений является нелинейной?

36. Поясните суть метода Гаусса.

37. Поясните суть метода простой итерации.

38. Поясните суть метода Зейделя.

39. Поясните суть метода Ньютона.

40. Назовите основные показатели качества электроэнергии.

41. Каковы нормально допустимые и предельно допустимые отклонения напряжения?

42. Сформулируйте задачи регулирования напряжения в сетях различного назначения.

43. Какова приблизительно величина потери напряжения при одной
трансформации?

44. Назовите основные средства регулирования напряжения.

45. Приведите принципиальную схему РПН и поясните принцип ее работы.

46. В какой обмотке и какой ее части устанавливается РПН трансформаторов и автотрансформаторов?

46. Определите область использования линейных регулировочных трансформаторов.

48. Как выбирается требуемое регулировочное ответвление
трансформатора?

49. Сформулируйте принцип встречного регулирования напряжения.

50. Сформулируйте задачу регулирования напряжения в
распределительных районных и системообразующих электрических сетях.

51. Приведите шкалу номинальных напряжений электрических сетей.

52. В каких случаях для электрических сетей используются номинальные напряжения 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330 кВ и выше?

53. Какие две системы напряжений исторически сложились в нашей
стране?

54. Как определяется номинальное напряжение линии электропередачи?

55. Что такое экономическая плотность тока?

56. Как выполняется выбор сечений по экономической плотности тока?

57. Какова в соответствии с ПУЭ область применения метода
экономической плотности тока?

58. Поясните суть метода экономических интервалов тока и мощности.

59. Какие технические ограничения существуют при выборе сечений проводников?

60. Каковы минимальные сечения проводов по условиям ограничения потерь на корону?

61. Какова допустимая перегрузка кабелей в послеаварийных режимах?

62. Какие дополнительные условия принимаются при выборе сечений проводников в местных распределительных сетях?

63. Для каких местных распределительных сетей принимается условие постоянства сечения?

64. Для каких местных распределительных сетей принимается условие минимального расхода цветного металла?

65. Для каких местных распределительных сетей принимается условие минимума потерь мощности?

66. Дайте понятие исходного режима.

67. Какой исходный режим принимается для расчета на прочность грозозащитного троса?

68. Каково назначение монтажного графика?

69. Какие расчетные климатические условия принимаются при расчете проводов и тросов на прочность?

70. Дайте определение стрелы провеса провода.

 

 

Содержание Стр.

1. Цели и задачи изучения дисциплины ….……………………… 3

2. Структура дисциплины..………………………………………… 3

3. Содержание дисциплины ……………………………………….. 4

4. Библиографический список …………………………….………. 8

5. Задание на курсовой проект..……………………………………8

6. Тестовые вопросы ………………………………………………..27

 

Редактор И.Н. Садчикова

Сводный тематический план 2010 г.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Подписано в печать Формат 60х84 1/16

Б.кн.-журн. П.л. Б.л. РТП РИО СЗТУ

Тираж 100 Заказ

---------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова

308012, Белгород, ул. Костюкова 46

 

 

Стандарту

Дисциплина включает в себя следующие основные вопросы: источники питания электроэнергией объектов – ТЭЦ, главные понижающие подстанции; их структуры, схемы, основное электрооборудование, режимы работы и конструктивное выполнение; балансы активной и реактивной мощности электроэнергетических систем; регулирование частоты; основы компенсации реактивных нагрузок; проектирование электрических сетей питающих энергосистем, включая выбор схемных решений, параметров основного электрооборудования; расчёты основных режимов и регулирование напряжения.

3.2. Рабочая программа (объем дисциплины 200 часов)

Введение

[1], с. 5…8; [2], с 5…22

Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе. Основные понятия: энергетическая и электроэнергетическая системы, электропитающая система, электрическая система, электрическая сеть, система электроснабжения, потребители электроэнергии, источники питания объектов. Характеристика основных разделов дисциплины.

Источники питания электроэнергией объектов

[4] с. 48…59; [5], с. 431…433, 437…443, 474…477, 478…544

Основные источники питания электроэнергией объектов: ТЭЦ и главные понижающие подстанции ГПП. Основные схемы ТЭЦ: схемы с генераторным распределительным устройством. Блочные схемы. Область применения различных схем. Связь ТЭЦ с энергосистемой, схемы распределительных устройств высшего напряжения. Собственные нужды ТЭЦ, схемы питания собственных нужд.

Основные схемы ГПП. Конструкции и схемы распределительных устройств высшего, среднего и низшего напряжений: открытые, закрытые, комплектные, элегазовые распределительные устройства. Собственные нужды подстанций.