Электропитающие системы и электрические сети: Рабочая программа, задание на курсовой проект, методические указания к выполнению курсового проекта

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Западный государственный заочный технический университет

Кафедра электроснабжения

Электропитающие системы и электрические сети

Рабочая программа Задание на курсовой проект Методические указания к выполнению курсового проекта

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: направление 650900 – электроэнергетика специальность 100400 – электроснабжение (по отраслям) специализация 100401 – электроснабжение промышленных предприятий Направление подготовки бакалавра 511700 - электроэнергетика

Санкт-Петербург 2004 Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 621.311. Электропитающие системы и электрические сети: Рабочая программа, задание на курсовой проект, методические указания к выполнению курсового проекта. - СПб.: СЗТУ, 2004. - 29 с. Рабочая программа дисциплины соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650900 (специальность 100400 – «Электроснабжение», специализация 100401 – «Электроснабжение промышленных предприятий») и направлению подготовки бакалавра 551700. В методическом комплексе приводятся сведения об источниках питания электроэнергией, их основном оборудовании, его конструктивном выполнении и режимах работы. Рассматриваются режимы работы электроэнергетических систем, балансы мощности, регулирование частоты, напряжения и основы компенсации реактивных нагрузок. Даются методы расчета установившихся режимов сложнозамкнутых электрических сетей. Рассматриваются вопросы проектирования электрических сетей, конструктивной части воздушных линий электропередачи, выбора основного оборудования. Рассмотрено на заседании кафедры электроснабжения 21 мая 2004 года, протокол №9 Одобрено методической комиссией энергетического факультета 24 мая 2004 года, протокол №8. Рецензенты: кафедра электроснабжения (зав. кафедрой Г.З. Зайцев, канд. техн. наук, проф.), М.И. Божков, канд. техн. наук, директор НПЦ АПЭС © Составитель Костин В.Н., канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет 2004

2

1. Цели и задачи изучения дисциплины Подготовка специалистов в области электроэнергетики и электроснабжения предусматривает изучение основ производства, передачи и распределения электроэнергии. Поэтому в содержание рабочей программы включены сведения об источниках питания электроэнергией, их основном оборудовании, его конструктивном выполнении и режимах работы. Кроме того, рассматриваются режимы работы электроэнергетических систем, вопросы расчета установившихся режимов, регулирования параметров режимов и проектирования электрических сетей. Материал дисциплины базируется на знании основ «Математики», «Физики» и «Теоретической электротехники», имеет непосредственную связь со специальными дисциплинами: «Передача и распределение электроэнергии», «Производство электрической энергии», «Электроснабжение», «Системы электроснабжения» и другими. Учебный план по дисциплине предусматривает 36 часов лекционных занятий, 16 часов практических занятий, 8 часов лабораторных работ, выполнение курсового проекта и экзамен.

2. Структура дисциплины

3

Проектирование электрических сетей

Регулирование напряжения в электрических сетях

Расчет установившихся режимов электрических сетей

Режимы работы электроэнергетических систем

Основное электрооборудование ТЭЦ и подстанций

Источники питания объектов

Электропитающие системы и электрические сети

3. Содержание дисциплины 3.1 Содержание дисциплины по Государственному образовательному 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) 3.2.1. 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. 3.2.2. 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. 3.2.3. 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. 4

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. 3.2.4. 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. 3.2.5. 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.

5

3.2.6. 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. 3.2.7. 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.

6

3.3. Тематический план лекций, практических и лабораторных занятий для студентов очно-заочной формы обучения Темы лекций (36 часов) 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 4 4 4 4 4 4 4 4 4 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 4

4. Регулирование напряжения в электрических сетях

4

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

7

4

Объем, часы 4 4

4. 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 Р2, Р3 и Р4. 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 Р1+jQ1. Система является дефицитной по активной мощности (Р1 10,5.

(39)

Из последнего выражения

Uотв ж < U'i .Uн ном / 10,5. По полученному значению стандартного ответвления

(40)

Uотв

ж

подбирается

Uотв ст = Uв ном + n . Uст . Uв ном / 100,

напряжение (41)

где + n = + (0, 1, 2, … ) – номера ответвлений; Uст, % – напряжение одной ступени регулирования (см. табл. 6). Определяется напряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования:

U''i рег = U'i .Uн ном / Uотв ст.

(42)

Полученное значение должно удовлетворять требованиям ПУЭ. 5.3.10. Расчет конструктивной части ВЛ

Этот раздел включает в себя следующие вопросы: - выбор опоры; - расчет удельных нагрузок на провод; - определение исходного режима с проверкой прочности провода; - расчет монтажных стрел провеса провода; - проверку габарита ВЛ. Все указания по расчету конструктивной части ВЛ с приведением примера и необходимых справочных материалов даны в [4].

26

5.3.10.1. Графическая часть проекта

Графическая часть проекта включает в себя два чертежа формата А1. 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. 27

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? 47. 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? 28

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. Стр.

Содержание

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Цели и задачи изучения дисциплины ….……………………… 3 Структура дисциплины..………………………………………… 3 Содержание дисциплины ……………………………………….. 4 Библиографический список …………………………….………. 8 Задание на курсовой проект ..……………………………………8 Тестовые вопросы ………………………………………………..27

29

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение №78.01.07.953.П. 005641.11.03 от 21.11.2003 г. -----------------------------------------------------------------------------------------------Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Б.кн.-журн.

П.л.

Б.л.

РТП РИО СЗТУ

Тираж 100 Заказ -----------------------------------------------------------------------------------------------Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5

30