Проектирование и эксплуатация сэс

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СЭС

 

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по курсу

«Проектирование и эксплуатация СЭС»

для студентов ФЭН направления

13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

Новосибирск

 

Содержание

Лабораторная работа №1

«Анализ режимов электропотребления Систем электроснабжения»

 

Лабораторная работа №2

«Компенсация реактивной мощности»

 

Лабораторная работа №3

«Определение оптимальных точек размыкания электрических сетей»

 

Лабораторная работа №1

Анализ режимов электропотребления Систем электроснабжения

Основные сведения

Принципы построения схемы электропитания объектов

Основными принципами построения схем электроснабжения промышленных предприятий являются:

· максимальное приближение источников высокого напряжения 35-330 кВ к электроустановкам потребителей с подстанциями глубокого ввода (ПГВ), размещаемых рядом с энергоемкими производственными корпусами;

· резервирование питания для отдельных категорий потребителей;

· секционирование всех звеньев системы электроснабжения с установкой на них системы автоматического ввода резерва для повышения надежности питания;

· применение закрытого, защищенного и комплектного оборудования;

· централизация и автоматизация управления.

Электроснабжение промышленного объекта может осуществляться:

· от энергетической системы, на напряжении 110-220 кВ (типовая схема);

· от собственной электростанции (ТЭЦ) на генераторном напряжении 6-10 кВ;

· от энергетической системы при наличии собственной электростанции (при этом последняя имеет связь с системой и работает с ней параллельно);

· от энергетической системы путем введения высокого напряжения, как можно ближе к потребителю (схемы глубоких вводов).

Выбор напряжения

Напряжение каждого звена системы электроснабжения должно выбираться с учетом напряжений смежных звеньев. Выбор напряжения питающей сети надлежит производить на основании технико-экономических сравнений вариантов.

При выборе предпочтение следует отдавать варианту с более высоким напряжением, даже при экономических преимуществах варианта с низшим из сравниваемых напряжений в пределах до 5-10 % по приведенным затратам.

Для питания больших предприятий на первых ступенях распределения энергии следует применять напряжения 110, 220 и 330 кВ.

Напряжение 35 кВ используется в следующих случаях:

· при наличии крупных электроприемников на напряжении 35 кВ;

· при схеме глубокого ввода для питания группы подстанций 35/0,4-0,66 кВ малой и средней мощности.

Напряжение 6 (10) кВ применяется при питании объектов от собственной электростанции на генераторном напряжении.

Описание программного комплекса

Интерфейс пользователя

Neplan – информационная система для планирования систем газо-, водо- и электроснабжения. Все части меню и модулей описаны детально далее.

Рис.1. Окно пользовательского интерфейса

 

1. Заголовок	5. Окно открытых файлов
2. Меню	6. Окно элементов
3. Панель инструментов	7. Окно сообщений
4. Рабочая область построения диаграмм и таблиц данных	8. Строка состояния

Панель инструментов

У всех командных кнопок имеется всплывающий текст помощи, который появляется при наведении мыши на кнопку без нажатия. Многие команды, которые размещены на панели инструментов, могут также находиться в соответствующем меню. Другие, преимущественно графические команды, могут быть только в панели инструментов.

Рабочая область

В рабочей области могут быть открыты различные диаграммы. Также диаграммы могут быть использованы для добавления сети, построения схем управления и т.д.

Окно открытых файлов

Окно открытых файлов дает возможность открытия проектов и вариантов. Новые проекты могут быть отредактированы, т.е. их можно удалить, добавить, активировать, деактивировать. Из Окна открытых файлов пользователь можно переключаться в Менеджер Диаграмм, который дает возможность открытия диаграмм с их графическими слоями.

Окно элементов

Окно элементов содержит все возможные символьные элементы. Кроме стандартного изображения, для некоторых элементов имеются другие символы, отличающиеся графически, но имеющие те же характеристики. Также могут быть созданы новые символы или изменены уже имеющиеся.

Окно сообщений

Это канал для связи с пользователем. Он содержит информацию о выполняющихся процессах, сообщения об ошибках и другую информацию.

Создание сети

Добавление элемента:

1. Для добавления элемента из окна элементов, щелкнуть на нем левой кнопкой мыши, перенести элемент на диаграмму и отпустить кнопку мыши.

2. Появится диалоговое окно ввода данных для элемента.

3. Ввести название элемента.

4. Ввести параметры элемента.

5. Нажать кнопку ОК.

Рис.3. Добавление элемента

 

Добавление узла:

6. Для добавления узлов, необходимо щелкнуть на одной из кнопок в панели инструментов.

7. Нажать один раз на диаграмме правой кнопкой мыши. Для того, чтобы нарисовать шины, щелкнуть на диаграмме и, удерживая кнопку нажатой, двигать мышь, чтобы указать длину шины, отпустить кнопку мыши.

8. Появится диалоговое окно ввода данных для узла.

9. Для узла необходимо обязательно заполнить значения напряжения и частоты.

10. Нажать кнопку ОК.

Рис.4. Добавление узла

 

Добавление связи:

11. Для соединения элементов между собой или с узлами, необходимо использовать линии связи. Нажать на кнопку Link symbols.

12. Сначала кликнуть на элементе.

13. Щелкнуть на узле, чтобы завершить соединение

Рис.5. Соединение элементов с помощью линий связи

Построение полной сети (возможность добавления линий):

14. Построить сеть, как описано выше. Для добавления линий необходимы узлы, в которых будут соединения.

15. Для добавления линий нажать на кнопку Line.

16. Указать начальный узел.

17. Щелкнуть в области диаграммы, где должны быть дополнительные узлы.

18. Указать конечный узел.

19. Ввести параметры линии в появившемся диалоговом окне.

20. Нажать OK.

Добавление текстовой области:

21. Щелкнуть на кнопке Text

22. Щелкнуть на диаграмме. Появится текстовая область, в которой можно набрать текст.

 

 

Рис.6. Добавление линии

Рис.7. Добавление текста

Теория

Данный модуль позволяет выполнять единичный расчет установившегося режима или последовательность расчетов установившегося режима (моделирование во времени) электрической системы. Активная и реактивная мощность потребителей и генераторов с заданными типами графиков или данными измерений должна быть определена перед каждым новым расчетом.

Параметры расчета

Таблица 1

Однократный расчет установившегося режима	Фактическое время определено полями "Год", "Месяц", "День" и "Время суток".
Year	Год
Month	Месяц
Day	День
Daytime	Время суток
Расчет установившегося режима для временного диапазона	Соответствующие поля "от" и "до" определяют интервал для моделирования во времени.
Year	Диапазон лет
Month	Диапазон месяцев
Day	Диапазон дней
Daytime	Диапазон времени суток
Time increase	Увеличение времени в минутах, если поле "Time" активно

 

Возможно объединять несколько временных диапазонов («Год», «Месяц», «День» и «Время») в одну временную модель. Увеличение диапазонов («Год», «Месяц» и «День») составляет единицу, для диапазона «Время» увеличение определяется пользователем.

 

Таблица 2

Apply scaling factors	Определяет, применяется или нет масштабный коэффициент для увеличения (уменьшения) нагрузки
All nodes / Elements According to list	Определяет, если рассчитываются и сохраняются результаты всех элементов/узлов или элементов из выборочного списка.
Edit list…	Выбор элементов/узлов
Network: MW losses	Если активна ячейка, потери активной мощности в электрической сети рассчитаны и сохранены в течение времени моделирования
Network: Energy losses	Если активна ячейка, потери энергии в электрической сети рассчитаны и сохранены в течение времени моделирования. Возможно, только если активна предыдущая ячейка.
Nodes: U	Если активна ячейка, величины узловых напряжений рассчитаны и сохранены в течение времени моделирования.
Elements: P	Если активна ячейка, активная мощность элементов рассчитана и сохранена в течение времени моделирования.
Elements: Q	Если активна ячейка, реактивная мощность элементов рассчитана и сохранена в течение времени моделирования.
Elements: I	Если активна ячейка, величины токов рассчитаны и сохранены в течение времени моделирования.
Elements: Loading	Если активна ячейка, элементы нагрузки рассчитаны и сохранены в течение времени моделирования.

 

Если расчеты верны, результаты возможно переносить в текстовый файл.

Таблица 3

File name	Имя файла
Build after calculation	Если активна ячейка, текстовый файл автоматически будет создан после успешного окончания расчета
Build Export file	Текстовый файл будет создан, если нажата эта кнопка

Результаты расчета

Описание результатов расчета будет показано, если выбрать в меню: «Calculation – Loadflow with Load Profiles – Summary...». Для получения доступа к графическим результатам выберите: «Analysis – Load Flow with Load Profiles – Results Charts...».

Исходные данные по вариантам

Таблица 4

№ п/п	Схема	U, кВ	Тип трансфор-маторов	Мощность трансформаторов, кВА
Т-1	Т-2	Т-3	Т-4	Т-5	Т-6
			ТДН
			ТРДНС
			ТСЗ
			ТМ
			ТДТН
			ТРДНС, ТДН
			ТРДНС, ТДН
			ТМ
			ТСЗ
			ТДТН

 

Таблица 5

№ п/п	Мощность нагрузки, МВА	Тип графика нагрузки
Н-1	Н-2	Н-3	П-1	П-2	П-3
P	Q	P	Q	P	Q
		10,9		23,5	14,25	7,03
	0,4	0,32	0,47	0,35	0,3	0,25
	0,22	0,13	0,64	0,52	0,28	0,22
	0,79	0,66	0,3	0,2	0,13	0,1
	0,73	0,62	0,25	0,19	0,14	0,11

 

Таблица 6

№ п/п	Длины линий, км	Сечения линий, мм^2
L1,2	L3,4	L5,6	L7,8	L9,10	L11,12	L13,14	S1,2	S3,4	S5,6	S7,8	S9,10	S11,12	S13,14
	6,5		3,6	1,8	2,3	1,5
		5,5		2,7	2,5	1,7	3,2
		6,3	5,8	2,5	1,8	1,2	1,5
	6,8	5,5	6,3	3,6	2,4	1,6	2,3
	7,3	6,6	5,4	2,3	2,5	1,6	4,8
	4,5	5,3	6,7	2,5	2,3	---	---						---	---
	5,8	6,3	7,1	3,2	2,8	---	---						---	---
		4,7	3,6	2,3	1,7	---	---						---	---
	6,2	5,7	6,8	1,3	1,7	---	---						---	---
	7,3	6,4	6,8	2,5	2,2	---	---						---	---

 

Таблица 7

Часы	Значения графиков нагрузки, %
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24

 

 

Рис.8. Схема электрической сети №1

 

 

Рис.9. Схема электрической сети №2

Порядок выполнения работы

Отчет

Сформировать отчет по выполненной работе:

Ø исходная схема электрической сети;

Ø результаты расчета исходного режима;

Ø графики электрической нагрузки и их параметры;

Ø результаты расчета режима для суточного интервала времени;

Ø результаты расчета режима для времени максимума нагрузок;

Ø описание мероприятия по вводу режима в допустимую область и результаты его применения;

Ø выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Пояснить принципы построения схем электропитания объектов.

2. Перечислить и привести характеристику основных классов напряжения питающих сетей?

3. Что такое график электрической нагрузки потребителей? Перечислить основные виды графиков.

4. Привести параметры графиков нагрузки потребителей.

5. Пояснить особенности основных видов графиков нагрузки энергосистем?

6. Привести параметры суточного графика нагрузки энергосистемы.

Лабораторная работа №2

Основные сведения

Описание программы

Определение мест размещения и мощности КУ производится с помощью программного комплекса NEPLAN. Описание интерфейса пользователя и основ работы с программой приведены в лабораторной работе №1.

Основные сведения

Распределительная сеть обеспечивает электроэнергией нагрузки различного типа. Активные нагрузки не требуют реактивной мощности, в то же время индуктивные нагрузки потребляют как активную, так и реактивную мощность. В сети всегда присутствуют нагрузки такого типа, поэтому ток всегда содержит активную и реактивную составляющие, причем как та, так и другая вносят свой вклад в потери активной мощности, потери напряжения и загрузку линии. Активная составляющая тока не может быть уменьшена, тогда как реактивная составляющая может быть снижена за счет установки КУ непосредственно у потребителей. Эффективное размещение КУ может улучшить как качество напряжения, так и значительно снизить потери мощности и загрузку линий.

Данная программа позволяет определить мощность и места размещения КУ. При этом критерием является максимальное снижение потерь при установке КУ. Для установки в программе может быть выбран список узлов, в которых возможна установка КУ. Кроме того, программа позволяет вводить ограничения как по максимальному числу устанавливаемых КУ, так и по максимальной суммарной мощности КУ.

Параметры расчета

Таблица 8

Primary Feeder Bus	Питающий узел
Switch off existing capacitors	Отключение существующих КУ
Suppress LF Output	Вывод сообщений при расчете установившегося режима
Check Overcompensation	Проверка перекомпенсации реактивной мощности
Max. number of installations	Максимальное число КУ. Если «0», то максимальное количество не ограничено.
Increment size (kVar)	Шаг изменения мощности КУ
Max. tot. kVar installed	Максимальная суммарная мощность КУ. Если «0», то максимальный предел не установлен
Variable Slack Voltage	Устанавливает различное напряжение питающего узла для минимальных (максимальных) нагрузок
Min. Load Factor	Коэффициент для режима минимальных нагрузок
Slack voltage	Напряжение питающего узла
Max. Load Factor	Коэффициент для режима максимальных нагрузок
Create Capacitors	Учет установленной мощности БК в дальнейших расчетах
Min. Load Factor	БК учитываются исходя из результатов режима максимальных нагрузок
Max. Load Factor	БК учитываются исходя из результатов режима минимальных нагрузок

Результаты расчета

Результаты анализа расположения КУ могут быть просмотрены опцией меню «Analysis – Capacitor Placement – Select Result s» или нажатием кнопки «Select Results»

Таблица 9

Load factor	Режим нагрузок
ID узла	Номер узла
Bus Name	Название узла
Size	Мощность КУ в кВАр
Losses	Потери активной мощности в МВт. В первой строке – потери в исходном режиме
Additional MW loss reduction	Уменьшение потерь в процентах.

Таблица 10

ID узла	Номер узла
Bus Name	Название узла
u(LF,Min)	Напряжение в % от номинального в исходном режиме при минимальных нагрузках
u(CP;Min)	Напряжение в % от номинального после КРМ при минимальных нагрузках
u(LF,Max)	Напряжение в % от номинального в исходном режиме при максимальных нагрузках
u(CP;Max)	Напряжение в % от номинального после КРМ при максимальных нагрузках

Исходные данные по вариантам

Таблица 11

№ п/п	Схема	U, кВ	Провод	Тип трансфор-маторов	Мощность трансформаторов, кВА
Т-2	Т-3	Т-4	Т-5	Т-6
			АС-70	ТСЗ
			АС-50	ТМ
			АС-70	ТСЗ
			АС-70	ТСЗ
			АС-50	ТМ
			АС-35	ТСЗ
			АС-70	ТМ
			АС-35	ТМ
			АС-35	ТСЗ
			АС-35	ТМ

Таблица 12

№ п/п	Мощность нагрузки, кВА
Н-2	Н-3	Н-4	Н-5	Н-6
P	Q	P	Q	P	Q	P	Q	P	Q

 

Таблица 13

№ п/п	Длины линий, км
Л1	Л2	Л3	Л4	Л5
	1,5	1,2	1,8		2,1
	1,2	2,7	1,5	2,8	2,4
	1,8	2,6	1,5	1,9	1,5
	1,9	2,4	1,2	1,4	1,7
	1,8	2,4	1,3	2,1	2,3
	1,1	2,7	2,4	2,6	1,9
	1,3	2,8	2,3	1,5	1,5
	1,4	2,9	2,5	1,3
	1,5	1,2	1,8		2,1
	1,4	2,8	2,5	2,7	1,7

 

 

Рис.10. Схема электрической сети №1

 

Рис.11. Схема электрической сети №2

Порядок выполнения работы

Отчет

Сформировать отчет по выполненной работе:

Ø исходная схема электрической сети;

Ø результаты расчета исходного режима;

Ø результаты расчета для задачи компенсации реактивной мощности в трех постановках;

Ø выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое реактивная мощность? В чем состоит ее физический смысл?

2. Пояснить принципы составления баланса реактивной мощности в энергосистеме.

3. В чем состоит цель мероприятия по компенсации реактивной мощности?

4. Какие используются основные источники реактивной мощности? Провести сравнительный анализ компенсирующих устройств.

5. Какие существуют основные потребители реактивной мощности в промышленности?

6. Пояснить способ выбора мощности и мест размещения компенсирующих устройств.

Лабораторная работа №3

Основные сведения

Постановка задачи определения точек размыкания

Городские сети проектируется замкнутыми, но работают в разомкнутом режиме. Это связано с увеличением потерь мощности при наличии неоднородных контуров и с существующими в городских сетях устройствами релейной защиты и автоматики, непредназначенными для работы по замкнутой схеме. Поэтому для получения экономичных разомкнутых режимов работы необходимо решить задачу по определению точек размыкания контуров, соответствующих минимуму потерь мощности.

Описание программы

Расчет и определение оптимальных мест размыкания электрических сетей производится с помощью программного комплекса NEPLAN. Описание интерфейса пользователя и основ работы с программой приведены в лабораторной работе №1.

Основные сведения

Цель применяемой процедуры состоит в снижении числа замкнутых контуров сети при помощи изменения топологии сети. Обычно существует большое количество возможных состояний сети. Данная процедура выбирает одно из таких состояний, при котором потери активной мощности минимальны. При этом учитывается ограничения по режиму работы сети.

В исходном состоянии все элементы находятся во включенном состоянии, после этого запускается итерационный процесс, который включает в себя следующие:

· расчет режима;

· определение элемента из числа способных к отключению с наименьшей протекаемой мощностью по элементу;

· найденный элемент отключается;

· если нарушаются системные ограничения или создаются изолирующие части сети, элемент обратно включается и обозначается как не используемый в дальнейшем расчетах.

Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока не будут рассмотрены все элементы, обычно в результирующей системе не будет замкнутых контуров. Если этого не происходит, необходимо добавить дополнительные элементы в список элементов возможных к отключению.

Если включена опция «Контроль за перегрузкой» (Prevent overloaded elements), то модуль выполняет дополнительную проверку линий электропередачи по пропускной способности. Элемент отключается, если только не увеличится число перегруженных элементов.

Если включена опция «Контроль за диапазоном напряжения» (Prevent limit violations of node voltages), то модуль выполняет проверку, не выходит ли напряжения в узлах за границы заданного диапазона.

Если процедура не способна уменьшить число замкнутых контуров, то скорее всего существует большое количество наложенных ограничений. Оптимизационная задача содержит следующие ограничения:

· максимальная загрузка элементов;

· диапазон изменения напряжения;

· количество не отключаемых элементов.

 

Параметры расчета

Таблица 14

Voltage Level	Номинальное напряжение сети в кВ.
Switchable elements	Указываются элементы, которые могут быть отключены.
Switch off lines / cables	Указываются возможные места размыкания линий (с обеих сторон, в конце линии, в начале или в конце линии).
Consider ‘switchable’ option of lines / cables	Если включена опция, в расчете рассматриваются только отключаемые линии.
Set optimal values	Если опция включена, то результаты расчета отображаются на схеме.
Prevent overloaded elements	Если опция включена, то осуществляется контроль, за перегрузкой линий.
Prevent limit violations of node voltages	Если опция включена, то контроль, за допустимым диапазоном напряжений.

Результаты расчета

Расчетные оптимальные результаты показаны в таблице. Чтобы посмотреть таблицу результатов, необходимо зайти в меню («Analysis – Optimal Separation Points - Results Tables – Elements…»).

Исходные данные по вариантам

Таблица 15

№ п/п	Тип провода	Длины линий, км
Л1	Л2	Л3	Л4	Л5	Л6	Л7	Л8	Л9
	АС-35	1,5	1,5	0,8	0,95	1,5	0,4	0,5	0,7	0,3
	АС-35	1,5	1,5	0,8	0,95	1,5	0,4	0,5	0,7	0,3
	АС-50	1,5	1,5	0,8	0,95	1,5	0,4	0,5	0,7	0,3
	АС-70	1,5	1,5	0,8	0,95	1,5	0,4	0,5	0,7	0,3
	АС-70	1,5	1,5	0,8	0,95	1,5	0,4	0,5	0,7	0,3
	АС-35		1,85			2,75	1,75		-	-
	АС-50		1,85			2,75	1,75		-	-
	АС-35		1,75			2,75	1,75		-	-
	АС-50		1,75			2,75	1,75		-	-
	АС-70		1,75			2,75	1,75		-	-

 

 

Таблица 16

№ п/п	Мощность нагрузки, МВА
Н-1	Н-2	Н-3	Н-4	Н-5	Н-6	Н-7
Р	Q	Р	Q	Р	Q	Р	Q	Р	Q	Р	Q	Р	Q
	0,7	0,6	0,72	0,56		0,6	0,6	0,5	0,8	0,7	0,9	0,76	0,1	0,1
		0,95	1,35	0,9	1,4	0,9	1,25	0,8	1,3	0,9	0,95	0,6	0,7	0,5
	1,2		1,5	1,1	1,5	1,2	1,3	0,9	1,4			0,8	0,9	0,7
	1,4	1,1	1,8	1,3	1,9	1,5	1,5	1,3	1,7	1,2	1,6	1,35	1,5	1,1
	1,6	1,1	1,1		1,4	0,9		0,95	1,2		1,44	0,8	1,5	0,6
	0,4	0,15	0,4	0,2	0,5	0,3	0,5	0,2	0,2	0,18	0,4	0,3	-	-
	1,6	0,9	1,3	0,8	0,9	0,7		0,75	0,95	0,6	1,2	0,75	-	-
	2,1	1,7	1,5	1,2	1,3	1,1	1,8	1,5		0,9		1,75	-	-
	2,1	1,5	1,9	1,3	1,4		1,6	1,2	1,2	0,8		1,6	-	-
	2,2			1,6	1,6	1,5	1,9	1,7	1,35	1,2	2,3	2,0	-	-

 

Таблица 17

№ п/п	Схема	Мощность трансформаторов, МВА
Т1 (110)	Т2 (110)	Т3 (110)	Т4 (110)	ТП1 (10)	ТП2 (10)	ТП3 (10)	ТП4 (10)	ТП5 (10)
				-	-
				-	-	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
				-	-	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
				-	-	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
				-	-
										-
										-
						2,5	2,5	2,5	2,5	-
						2,5	2,5	2,5	2,5	-
						2,5	2,5	2,5	2,5	-

Рис.12. Схема электрической сети №1

Рис.13. Схема электрической сети №2

 

Порядок выполнения работы

Отчет

Сформировать отчет по выполненной работе:

Ø исходная схема сети;

Ø результаты расчета исходного режима;

Ø оптимальная схема сети;

Ø результаты оптимизации;

Ø выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит цель мероприятия по поиску оптимальных точек размыкания электрических сетей?

2. Поясните основные особенности городских питающих сетей?

3. Поясните основные особенности городских распределительных сетей?

4. Приведите классификацию схемных решений городских электрических сетей?

5. В чем состоят особенности выполнения и эксплуатации петлевых замкнутых и полузамкнутых электрических сетей?

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СЭС

 

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по курсу

«Проектирование и эксплуатация СЭС»

для студентов ФЭН направления

13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

Новосибирск

 

Содержание

Лабораторная работа №1

«Анализ режимов электропотребления Систем электроснабжения»

 

Лабораторная работа №2

«Компенсация реактивной мощности»

 

Лабораторная работа №3

«Определение оптимальных точек размыкания электрических сетей»

 

Лабораторная работа №1