Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электри­ческих станций, сетей и систем

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ
Методические указанияи задания
к выполнению расчетно-графических работ
для специальности 6М071800-Электроэнергетика
(профильная магистратура)

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: С.Е. Соколов, Е.Г. Михалкова. Н.А. Генбач Эксплуатация электрических сетей и систем. Методические указания и задания выполнению расчетно-графическим работам (для магистрантов специальности 6М071800 - Электроэнергетика). - Алматы: НАО АУЭС, 2012.-16с. 

В представленной работе содержатся методические указания и варианты заданий для выполнения  расчетно-графических работ по дисциплине «Эксплуатация электрических сетей и систем».

Табл.5, библиогр.- 5 назв.

Рецензент: доцент Башкиров М.В..

Печатается по плану издания Некоммерческое Акционерное Общество   «Алматинского университета энергетики и связи» на 2012 г.

   ©НАО «Алматинский университет  энергетики и связи», 2012 г.

Введение

Предметом изучения курса «Эксплуатация электрических сетей и систем» являются проблемы, связанные с эксплуатацией электрических систем на всех иерархических уровнях управления энергетикой, включая методы совершенствования эксплуатации на основе применения автоматизированного управления и специальных устройств на базе микропроцессорной техники; эксплуатации больших систем и сложного технического оборудования.

В курсе рассматриваются: методы управления энергообъектами, ликвидации повреждений и ненормальных режимов в энергосистеме; основные проблемы в сфере эксплуатации основного и вспомогательного электрооборудования энергосистем и оперативного управления ими; основные  методы прогнозирования и управления режимами; навыки  действия диспетчера энергосистемы по ведению режима и действиях в аварийных ситуациях; закрепление, расширение и углубление знаний по эксплуатации электрических сетей и систем.

Методические указания состоят из трех расчетно-графических работ. РГР №1 и РГР №2  включают в себя задачи, РГР №3  -  два теоретических вопроса. 

1 Цель и задачи  расчетно-графических работ

Целью расчетно-графических работ является развитие навыков самостоятельного решения задач по основным разделам курса, умение отвечать на поставленные вопросы, а также развитие навыков работы с технической литературой.

2 Объем и содержание  расчетно-графических работ

Исходные данные для выполнения расчетно-графических работ строго индивидуальные. Исходные данные для выполнения РГР №1 и №2 представлены в таблицах, и каждый магистрант определяет свой вариант в зависимости от учебного года изучения дисциплины по первой букве фамилии согласно таблице 1. Варианты теоретических вопросов для выполнения РГР №3 определяются аналогично.

 

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения РГР

Учебный год

Первая буква фамилии

А,Д

В,Г,Я

Б,Е,Э

Ж,З,Л

К,И,Ю

М,Р,Н

П,Т,Ш

О,Р,У

С,Ч,Ф

Х,Ц,Щ

четный

6

4

8

7

9

10

3

2

5

6

нечетный

5

6

7

8

10

1

2

3

4

9

Пояснительная записка должна иметь титульный лист, введение, необходимый текстовой и цифровой информативный материал, список литературы и содержание. 

Расчетно-пояснительная записка в объеме 10 выполняется в ясной и сжатой форме на стандартных  листах форматом А-44 (210х297) с помощью применения ЭВМ. В записке должны быть приведены все расчеты и кратко изложены основные, принципиальные положения, поясняющие  принятые в работе решения.

3 Расчетно-графическая работа №1. Определение напряженности электрического поля.

3.1 Задание к расчетно-графической работе №1

При работе под проводами воздушной линии необходимо определить напряженность электрического поля на высоте h=2 м от земли на разных расстояниях от оси линии заданного напряжения в середине промежуточного пролета. Линия имеет горизонтальное расположение проводов с расстоянием между ними d, фазы- расщепленные, состоящие из n проводов заданной марки с шагом расщепления a=40см. Горизонтальные тросы изолированы от опор, т.е. влияние их на электрическое поле проводов не учитываем.

Исходные данные для выполнения РГР представлены в таблице 2. Каждый магистрант (как уже говорилось выше) сначала определяет свой вариант (см. таблицу 1), и в зависимости от принятого варианта  по таблице 2 принимаются исходные данные для решения РГР №1.

Таблица 2 – Исходные данные для РГР №1

Номер варианта

Марка провода

Напряжение ВЛ, кВ

Количество расщеплений в фазе, n

1

АСО-500

500

4

2

АСО-500

500

3

3

АСО-300

500

3

4

АСО-500

750

5

5

АСО-600

750

6

6

АС-240

220

1

7

АС-240

220

1

8

АС-95

110

1

9

АС-120

110

1

10

АСО-300

500

1

3.2 Методические указания к выполнению работы

В различных точках пространства, вблизи электроустановок промышленной частоты, напряженность электрического поля имеет разные значения. Оно зависит от  ряда факторов: номинального напряжения электроустановки; расстояния между точкой, в которой определяется напряженность электрического поля и токоведущими частями; высоты размещения над землей токоведущих частей и интересующей нас точки и т. д.

Напряженность может быть измерена с помощью специальных приборов, а в некоторых случаях вблизи воздушных линий электропередачи определяется расчетом.

Предварительно определяется емкость фазы относительно земли

                               (3.1)

где -радиус провода, мм;

       -расстояние между осями соседних проводов линии, м;

      -средняя высота подвеса проводов над поверхностью земли, м:

                                 (3.2)

где- высота крепления провода на опоре, м;

      -стрела провеса провода;

      -габарит линии, м.

Теперь по уравнению находится напряженность поля в интересующих точках. При этом, поскольку напряженность поля требуется определить в середине пролета, высоту H принимают равной габариту линии, т. е. 8,65 м.

 

А, В, С-фазы (провода) линии; А/, В/, С/-зеркальное изображение фаз;

mА, mВ,  mК - кратчайшие расстояния от точки Р до фазы линий; nА, nВ,  nС- кратчайшие расстояния от точки Р до зеркальных изображений фаз.

Рисунок 1

Вначале определяется напряженность Е в точке Т, находящейся под средней фазой на высоте 2 м от земли (см. рисунок 1).

Рисунок 2 - Определение напряженности в точке Т

Для этой точки Х=0 (см. рисунок 1), а отрезки m и n равны:

                               (3.3)

Коэффициенты  для этой точки Т будут:

 

                                        (3.4)

 

Подставив численные значения величин, входящих в выражение, получим значение напряженности электрического поля в точке Т:

Аналогичным путем определяется напряженность поля в других точках (при разных значениях Х). Результаты расчета изображаются в виде кривой  на рисунке 3 на линии 500 кВ.

Рисунок 3 - Напряженность электрического поля, полученная расчетным путем на ВЛ-500 кВ

4 Расчетно-графическая работа №2. Определение потерь электроэнергии на трансформаторной подстанций

4.1 Задание к расчетно-графической работе №2

На понижающей подстанции установлены два двухобмоточных трансформатора типа (тип и мощность трансформаторов выбираются согласно  исходным данным) с параметрами, соответствующими данным трансформаторам. В течение времени ∆t1 ч/год нагрузка подстанции на шинах 10 кВ максимальна Р1 МВт. В течение времени ∆t2 =8760-∆t1 ч/год нагрузка подстанции минимальна:  (см. рисунок 4). Нагрузка характеризуется коэффициентом мощности cosφ=0,9, который принимают неизменным в течение года.

Рисунок 4 - Условный двухступенчатый график

активной нагрузки подстанции

Определить потери электроэнергии на трансформаторных подстанциях в двух случаях:

а) параллельная работа трансформаторов в течение всего года;

б) отключение одного из трансформаторов в режиме минимальной нагрузки.

Выяснить, при каких значениях αр  экономически целесообразно отключение одного из трансформаторов при минимальной нагрузке (случай Б).

При решении задачи принять, что коэффициент попадания максимума нагрузки подстанции в максимум нагрузки энергосистемы kм=1, а значение αр меняется в диапазоне 0,3-0,6.

Номер варианта для задачи РТР № 2 определяется по таблице 1, а данные по таблице 3.

4.2 Методические указания к выполнению работы

Потери электроэнергии в трансформаторах складываются из потерь в обмотках («в меди»), зависящих от нагрузки (), и потерь в магнитопроводе («в стали»), принимаемых условно-постоянными ():

                                                  (4.1)

Рассмотрим случай А, когда оба трансформатора включены параллельно в течение всего года. Потери ЭЭ на нагрев обмоток на каждой () ступени графика нагрузки определяем по известному выражению:

                     (4.2)

 

где  - потери в меди при нагрузке  

      - число параллельно работающих трансформаторов;

       - номинальная мощность трансформатора.

          Тогда годовые потери электроэнергии на нагрев обмоток в случае А составят

 

                               (4.3)

 

С учетом (4.2) и того, что из (4.3), получим:

               (4.4)

 

 

Номер варианта

 

 

Тип и мощность трансформатора

Параметры трансформатора

 

 

Время максимальной нагрузки ∆t1, ч/год

 

 

Коэффициент мощности cosφ

 

Коэффициент

отношения максимальной нагрузки к минимальной

αр

 

Потери короткого замыкания  ∆Рк, кВт

 

Потери холостого хода  ∆Рхх, кВт

1

ТД Н -16000/110

 

85

19

2200

0,9

0,3

2

ТРДН-25000/110

 

120

27

3000

0,9

0,25

3

ТРДН-40000/110

 

172

36

2500

0,9

0,2

4

ТРДЦН63000/110

260

59

3000

0,85

0,3

5

ТРДЦН-80000/110

310

70

5000

0,9

0,2

6

ТРДЦН-125000/110

400

100

4500

0,9

0,35

7

ТДЦ-200000/110

 

550

170

5500

0,85

0,4

8

ТДЦ-400000/110

 

900

320

4000

0,85

0,3

9

ТРДН-250000/110

640

200

5300

0,9

0,3

10

ТДЦ-80000

 

310

70

3500

0,85

0,2

Таблица 3 – Исходные данные для  РГР №2

Выражение перед квадратной скобкой представляет собой потери мощности на нагрев обмоток в режиме наибольшей нагрузки подстанции, т.е. . Следовательно, выражение в квадратных скобках есть не что иное, как время наибольших потерь мощности:

 

                (4.5)

 

          Теперь рассмотрим случай Б, когда в течение времени  работают два трансформатора, а в течение времени  - один. В соответствии с выражением (4.3), где индекс А заменен на Б, имеем

 

                (4.6)

 

          При этом

 

.                 (4.7)

 

Потери электроэнергии в стали трансформаторов в случае Б:

 

.       (4.8)

 

          В (4.8) выражение в квадратных скобках представляет собой эквивалентное время включения двух трансформаторов в режиме использования Б:

 

 ч/год.

 

          При этом

 

, тыс. кВт·ч/год.

 

          Потери мощности в обмотках трансформаторов при наибольшей нагрузке

 

 кВт,

 

а при наименьшей нагрузке                                                 

 

.                                                      (4.9)

 

          Удельные затраты на компенсацию потерь () определяем по [5] кривой 3 рисунка 6, по значениям  и  Значение  при  ч/год равно 2,85 уе (кВт·ч) а  при  ч/год – 2,9 уе/(кВт·ч).

          Суммарные затраты на компенсацию потерь вычисляем по выражению

 

                (4.10)

 

          Результаты определения составляющих потерь электроэнергии и затрат на них компенсацию следует свести в таблицу 4,  

 

где

                                          100                           (4.11)

 

Таблица 4 - Результаты расчета потерь электроэнергии и затрат на их компенсацию

Вариант

ч/год

уе/

(кВт·ч)

тыс.

кВт·ч/

год

тыс.

кВт·ч/

год

тыс.

кВт·ч/

год

уе/год

уе/год

уе/год

%

0,3

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.6

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

На рисунке 5 показаны зависимости суммарных потерь ЭЭ и их составляющих от соотношения минимальной и максимальной нагрузок (). Их анализ показывает, что при параллельной работе двух трансформаторов в течение года (случай А) нагрузочные потери меньше, чем в случае Б (). Обратное соотношение характеризует потери ЭЭ в стали трансформаторов (). Эти обстоятельства имеют следствием то, что зависимости суммарных потерь ЭЭ имеют точку пересечения при значении . При  и наоборот.

Аналогичный характер имеют зависимости суммарных затрат на компенсацию потерь и их составляющих, показанные на рисунке 6. Вместе с тем значение , соответствующее точке пересечения зависимостей  и  от , несколько отличается от определенного по рисунку 2 10.3, что объясняется различием значений удельных затрат  и  для случаев А и Б.

 

Рисунок 5 – Зависимость суммарных годовых потерь электроэнергии в трансформаторах подстанции от соотношения их минимальной и максимальной  нагрузки

Рисунок 6 – Зависимость суммарных приведенных затрат на компенсацию потерь мощности и электроэнергии в трансформаторах подстанции от соотношения их минимальной и максимальной нагрузки

 

В соответствии с критерием минимума приведенных затрат при  экономически целесообразно отключение одного трансформатора в режиме минимальной нагрузки  а при , т.е. при более плотных графиках нагрузки, выгоднее использовать вариант параллельной работы трансформаторов в течение года.

 

          5 Расчетно-графическая работа №3. Теоретические вопросы по курсу «Эксплуатация электрических сетей и систем»

 

5.1 Задания к расчетно-графической работе №3

 

Расчетно-графическая работа №3 включает в себе два теоретических вопроса. Согласно таблице 5, принимается вариант, который  устанавливается с учетом учебного года изучения данной дисциплины и первой букве фамилии. Варианты теоретических вопросов приведены ниже.

 

 

 

 

Таблица 5 –Варианты  выполнения  расчетно-графической работы №3

Учебный год

Первая буква фамилии

А,Д

В,Г,Я

Б,Е,Э

Ж,З,Л

К,И,Ю

М,Р,Н

П,Т,Ш

О,Р,У

С,Ч,Ф

Х,Ц,Щ

четный

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

нечетный

5

4

7

8

9

10

1

3

2

6

 

Вариант 1

 

1.    Нагрузки электроэнергетической системы. Прогнозирование нагрузок. Управление нагрузками.

2.     Эксплуатация электрических систем. Лавина асинхроных режимов.

 

Вариант 2

 

1.    Эксплуатация силовых трансформаторов.

2.    Управление режимом напряжения распределительной сети.

 

Вариант 3

 

1.    Оперативная подготовка ремонтных работ и организация ремонта распределительной сети.

2.    Расход энергии на передачу.

 

Вариант 4

 

1.    Роль человеческого фактора в эксплуатации.

2.    Эксплуатация электрических систем. Лавина напряжения.

 

Вариант 5

 

1.    Эксплуатация распределительных устройств.

2.    Эксплуатация распределительных сетей. Управление компенсацией нейтрали в нормальном режиме.

 

Вариант 6

 

1.    Эксплуатация электрических систем. Лавина перегрузки и отключений линий электропередачи.

2.    Эксплуатация генераторов.

 

Вариант 7

 

1.    Эксплуатация электростанций. Надежность электроснабжения собственных нужд.

2.    Эксплуатация электрических систем. Лавина частоты.

 

Вариант 8

 

1.    Эксплуатация электрических систем. Ликвидация лавинных аварийных процессов.

2.    Эксплуатация распределительных сетей. Управление компенсацией нейтрали в нормальном режиме.

 

Вариант 9

 

1.    Эксплуатация распределительных сетей. Нессиметрия параметров напряжения распределительной электрической сети.

2.    Ремонт элементов электрической системы.

 

Вариант 10

 

1.    Надежность работы распределительных сетей.

2.    Эксплуатация электрических систем. Структура управления  энергосистемами.

 

 

5.2 Методические указания к выполнению работы

 

Энергетическое производство охватывает широкую совокупность процессов, связанных с использованием энергетических ресурсов, производством и распределением электрической энергии и теплоты. Ведущим звеном энергетического производства является электроэнергетика.

Отличительными особенностями электроэнергетического производства являются: совпадение во времени выработки электроэнергии и ее потребления, непрерывность и автоматическое протекание всего технологического процесса; тесная связь электроэнергетических предприятий с промышленностью, транспортом, сельским и коммунальным хозяйством.

Совпадение во времени процессов производства и потребления электрической энергии требует постоянного поддержания равенства между суммарной генерируемой и потребляемой мощностями. Небаланс между этими величинами невозможен. В электроэнергетическом производстве нет складов готовой продукции из-за отсутствия достаточно мощных средств ее аккумулирования. Реализовать электроэнергию можно, только отпуская ее потребителям, присоединенным к электрической сети. Поэтому всякое изменение режима производства электроэнергии автоматически отражается на ее распределении и дальнейшем преобразовании.

Эксплуатация энергосистемы организуется в двух направлениях: технической эксплуатации оборудования и сооружений и оперативного управления работой энергосистемы в целом.

Решение этих задач требует постоянного пополнения и углубления знаний об особенностях эксплуатации электрических сетей и систем.

При выполнении расчетно-графической работы №3 магистранты должны изучить   вопросы функционирования электроэнергетических систем, связанные с потреблением электроэнергии; рассмотреть методы прогнозирования и управления графиками нагрузок, а также подготовки оборудования к ремонту;  изучить вопросы эксплуатации элементов электроэнергетических сетей и систем; уделить внимание требованиям  к эксплуатации распределительных сетей в аварийных режимах, определяющих надежность электроснабжения; уяснить аспекты эксплуатации распределительных устройств и электрических станций, а также задачи, связанные с уменьшением расхода энергии на передачу и действия персонала при эксплуатации электрических сетей и систем.

Для выполнения расчетно-графической работы необходимо пользоваться указанной  в списке литературой, современной отечественной и зарубежной периодикой, а также интернет ресурсами.

 

 

Список литературы

 

1 Соколов С.Е., Михалкова Е.Г. Эксплуатация электрических сетей и систем. Конспект лекций (для магистрантов специальности 6М071800 – «Электроэнергетика». – Алматы: НАО АУЭС, 2013. – 63 с.

2 Ерошенко Г.П., Коломиец А.П., Кондратьева Н.П. Эксплуатация электрооборудования: Учебное пособие.- М.: КолосС, 2005, -344 с.

3 Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях / Под ред. В.А. Строева.-М.: Высшая школа, 1999.-352 с.

5 Баркан Я.Д. Эксплуатация электрических систем: Учебное пособие.- М.: Высшая школа, 1990.-302 с.

6 Электротехнический справочник / Под ред. Герасимова В.Г.  9-изд. Т3. - МЭИ, 2004 – 967 с.

 

Содержание

Введение

1 Цель и задачи расчетно-графических работ

2 Объем и содержание расчетно-графических работ

3 Расчетно-графическая работа №1. Определение напряженности электрического поля

3.1 Задание к расчетно-графической работе №1

3.2 Методические указания к выполнению работы

4 Расчетно-графическая работа №2. Определение потерь электроэнергии на трансформаторной подстанции

4.1 Задание к  расчетно-графической работе №2

4.2 Методические указания к выполнению работы

5 Расчетно-графическая работа №3. Теоретические вопросы по курсу «Эксплуатация электрических сетей и систем»

5.1 Задания к расчетно-графической работе №3

5.2 Методические указания к выполнению работы

Список литературы

Сводный план 2012 г., поз 7

Сергей Евгеньевич Соколов
Елена Григорьевна Михалкова
Наталья Алексеевна Генбач

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ
Методические указания и задания
к выполнению расчетно-графических работ
для специальности 6М071800-Электроэнергетика
(профильная магистратура)

Редактор Л.Т. Сластихина

Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

Подписано в печать «___»____2013 г.
Формат 60х84 1/16
Тираж 20 экз.
Бумага типографская №1
Объем 1,1  уч.-изд.л.
Заказ 20   Цена 110 тенге

Копировально-множительное бюро
некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы,ул. Байтурсынова, 126