Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра « Электрические станции, сети и системы»
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
(Силлабус)
Программа,
методические указания и контрольные задания
для студентов заочной формы обучения специальности 050718-«Электроэнергетика»
(по специализациям «Электрические станции» и « Электроэнергетические системы и сети»)
Алматы 2006
CОСТАВИТЕЛИ: С.Е.Соколов, Г.Х. Хожин, Р.М. Кузембаева, В.Н.Сажин. Электроэнергетика. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика заочной формы обучения.- Алматы: АИЭС, 2006. - 23 с.
Методическая разработка включает программу изучаемой дисциплины по
специализациям: электрические станции и электроэнергетические системы и сети
- методические указания для изучения
соответствующих разделов дисциплин и
варианты заданий контрольной
работы.
Ил.5,
табл.7, библиогр. -13 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, проф. В.Н. Борисов
С Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.
Введение
Дисциплина
«Электроэнергетика» включает пять разделов по специализациям: «Электрические
станции», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение», «Релейная
защита и автоматика» и «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».
Данная методразработка посвящена специализациям «Электрические станции» и «Электроэнергетические системы и сети»,
где студенты знакомятся с основными
задачами в области производства и передачи электроэнергии, с основными типами
электростанций, основным и вспомогательным оборудованием, коммутационным
оборудованием, распределительными устройствами электроустановок.
Рассматриваются основные
принципы работы и конструктивное исполнение основных элементов электроэнергетической
системы, характеристики и параметры элементов электрической сети, а также новые
способы передачи электроэнергии на расстояние.
В
результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о процессах,
протекающих при выработке и передаче энергии по электрическим сетям, изучить
конструктивные особенности оборудования электростанций и линий электропередачи,
представлять перспективы развития и основные проблемы проектирования электрических
станций и электрических сетей.
Программа
дисциплины разбита на ряд тем, для изучения которых даны методические указания.
В процессе изучения
указанных выше разделов выполняется одна контрольная работа, которая представляет собой типовые расчеты по
специализациям «Электрические станции»,
«Электроэнергетические системы и сети».
1 Содержание дисциплины
Специализация «Электрические станции »
1.1 Энергетические ресурсы
и способы получения электроэнергии
Состояние и основные
проблемы процесса производства, электроэнергии. Энергетические ресурсы Земли и их использование. Энергетика и экология. Состояние и перспективы развития мировой энергетики и энергетики Казахстана.
Понятие об энергосистеме.
Типы электростанций, классификация и особенности. Технологический процесс
получения электрической и тепловой энергии на
тепловых электрических станциях. Особенности технологического процесса
на конденсационных тепловых электрических станциях. Особенности получения
электроэнергии на атомных станциях.
Типы ядерных реакторов и технологические схемы атомных станций.
Гидроэлектростанции. Выбор места строительства и экологические аспекты. Перспективы развития малой энергетики.
Особенности технологического цикла
деривационных гидростанций и
области использования. Газотурбинные и парогазовые установки. Нетрадиционные способы получения
электроэнергии и перспективы их использования.
1.1.1 Методические указания
В
разделе «Энергетические ресурсы и
способы получения электроэнергии» необходимо обратить внимание на состояние
использования энергетических ресурсов мира, стран СНГ и Казахстана и оценить
перспективы развития атомной энергетики, гидроэнергетики и возобновляемых
источников электроэнергии. Особое внимание следует обратить на состояние и развитие рынка электроэнергии и
развитие электроэнергетики стран СНГ и Казахстана. Необходимо уяснить технологию процесса получения электроэнергии
различными способами и принципиальное
различие этих процессов на станциях различного типа. В частности,
необходимо понять принципиальную
разницу технологических схем ТЭЦ и КЭС,
АЭС и ГЭС и станций других типов, а также принципиальные особенности газотурбинных
станций и парогазовых установок.
1.2 Нагрузки электрических
станций и режимы работы электроустановок
Графики нагрузок,
классификация, назначение и построение. Собственные нужды электростанций и подстанций,
потери энергии и их учет при расчете
графиков нагрузки. Участие
электростанций в покрытии нагрузки энергосистемы.
Технико-экономические показатели работы электроустановок.
Режимы работы нейтрали
электрических сетей. Типы и краткая характеристика. Области использования. Особенности
режима работы электрических сетей с
изолированной нейтралью. Работа с резонансно- заземленной нейтралью,
основные достоинства и недостатки.
Области применения режима работы с заземленной нейтралью
1.2.1 Методические указания
В разделе «Нагрузки электрических станций и режимы работы электроустановок» особое внимание необходимо обратить на типы графиков
нагрузки и методику их построения. Уяснить основные технико-экономические
показатели, характеризующие графики нагрузки и методику построения годового
графика по продолжительности.
Необходимо уяснить
классификацию режимов работы электроустановок с точки зрения работы нейтрали и иметь четкое представление об использовании
того или иного способа в электрических
сетях различных напряжений. Четко представлять
особенности работы сетей с изолированной, компенсированной и
глухозаземленной нейтралью.
1.3 Оборудование
электрических станций и подстанций
Основное и вспомогательное
оборудование электрических станций. Классификация, назначение и особенности использования. Синхронные генераторы.
Особенности конструкции гидро- и турбогенераторов. Шкала мощностей и
номинальные напряжения синхронных генераторов. Силовые трансформаторы,
назначение, классификация, особенности производства и конструкции мощных
трансформаторов. Проблемы создания и
особенности эксплуатации оборудования предельных мощностей.
Коммутационное оборудование,
классификация, назначение. Измерительные трансформаторы, принцип действия и
назначение. Современные конструкции и особенности эксплуатации современных
выключателей. Состояние и перспективы
развития. Электродвигатели СН,
оборудование вторичных схем.
1.3.1 Методические указания
При изучении раздела
«Оборудование электрических станций и
подстанций» необходимо четко представлять, что относится к основному и что к
вспомогательному оборудованию. Нужно знать основные особенности конструкции
турбогенераторов, гидрогенераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и их
параметры. Нужно знать классификацию
коммутационного оборудования, его назначение и возможности использования, а
также представлять структуру оборудования системы собственных нужд электростанций.
1.4 Схемы электрических станций и подстанций
Общие сведения о схемах электрических
соединений. Классификация схем. Понятие о структурных и принципиальных
схемах. Методика выбора структурных схем
станций различного типа. Баланс нагрузок и выбор количества и мощности
силовых трансформаторов.
1.4.1 Методические указания
При
изучении раздела «Схемы
электростанций и распределительных
устройств» нужно обратить внимание на классификацию схем электрических станций
и подстанций и области их использования. Иметь понятие о структурных схемах, методике их построения и технико-экономической оценке. На основании баланса нагрузок необходимо
уметь выбрать количество и мощность трансформаторов связи.
1.5
Распределительные устройства электрических станций и подстанций
Распределительные устройства электроустановок. Определение и назначение. Оборудование распределительных устройств (коммутационные аппараты, измерительные трансформаторы, шины, провода и кабели). Принципы построения и классификация ( ОРУ, ЗРУ, КРУ, КРУН). Схемы распределительных устройств с одним выключателем на присоединение, с двумя выключателями на присоединение и дробные схемы. Области применения схем распределительных устройств в зависимости от напряжения и количества присоединений.
Перспективы развития,
основные проблемы проектирования электрических станций и подстанций и особенности
эксплуатации и ремонта электрооборудования.
1.5.1 Методические указания
Необходимо
уяснить понятие «присоединение» и
обратить внимание на классификацию схем распределительных устройств и
области их применения в зависимости от напряжения и надежности
электроснабжения.
Специализация ««Электроэнергетические системы сети»
1.6 Общие понятия об
электроэнергетических системах и электрических сетях
Электроэнергетические системы как совокупность взаимосвязанных элементов, предназначенных для производства, преобразования передачи, распределения и потребления электроэнергии. Технические и экономические преимущества энергосистем. Назначение электрических сетей и их характерные особенности.
Классификация электрических сетей. Требования,
предъявляемые к электрическим сетям.
1.6.1 Методические указания
При изучении этого раздела необходимо
обратить внимание на терминологию, приводимую в данном разделе, усвоить основные преимущества объединенных энергосистем, обратить внимание на основные признаки, по которым классифицируются электрические сети,
изучить требования, предъявляемые к электрическим сетям, а также знать шкалу
стандартных номинальных напряжений и знать, какие существуют режимы работы
электрических сетей.
1.7 Основные принципы работы и конструктивное исполнение основных элементов электроэнергетической системы.
Воздушные линии электропередачи, область применения, условия работы. Провода воздушных линий, опоры, линейная арматура. Основные типы изоляторов. Краткие сведения об эксплуатации воздушных линий.
Конструкции кабельных линий. Способы прокладки кабелей. Соединение и оконцевание кабелей. Краткие сведения об эксплуатации кабельных линий.
1.7.1 Методические указания
При изучении данного раздела необходимо обратить внимание на конструкционные особенности основных элементов линии электропередачи: проводов, опор, изоляции, линейной арматуры, силовых кабелей.
1.8 Характеристики и параметры элементов электрической сети
Схемы замещения воздушных и кабельных линий. Активные и реактивные сопротивления. Проводимости воздушных линий. Учет потерь на корону. Характерные соотношения между параметрами районных и местных сетей и их упрощенные схемы замещения.
Схемы замещения, параметры трансформаторов и автотрансформаторов. Потери мощности и энергии в элементах электрических сетей.
1.8.1 Методические указания
В данном разделе необходимо изучить схемы замещения воздушных линий, уметь определять их параметры. Иметь представление о схемах замещения двух-, трехобмоточных трансформаторов и их параметрах, а также обратить внимание на особенности. автотрансформаторов. Научиться определять потери мощности и энергии по графику по продолжительности и по времени максимальных потерь
1.9 Проблемы, связанные с передачей электроэнергии
Устойчивая работа линий электропередачи, передача энергии на большие расстояния. Проектирование и разработка новых способов передачи энергии на основе создания совершенных материалов и конструкций. Основные понятия о передачах постоянного тока, компактных линий с большой пропускной способностью, беспроводных передач энергии.
Состояние и перспективы развития электроэнергетических систем и электрических сетей в Республике Казахстан и за рубежом.
1.9.1 Методические указания
Линии, предназначенные для распределения электроэнергии между отдельными потребителями в некотором районе и для связи энергосистем, могут выполняться как на большие, так и на малые расстояния и предназначаться для передачи различных мощностей. Для дальних передач большое значение имеет пропускная способность, т.е. та наибольшая мощность, которую можно передавать по линии с учетом всех ограничивающих факторов. Повышение пропускной способности линий достигается в основном за счет увеличения напряжения, однако существенное значение имеет также изменение конструкции линий, введение различных дополнительных компенсирующих устройств, при которых влияние параметров, ограничивающих передаваемую мощность, оказывается уменьшенным.
Следует обратить внимание на разработку новых способов передачи электроэнергии, а также рассмотреть основные схемы передачи электроэнергии постоянным током.
2 Методические указания с вариантами заданий для контрольной
работы № 1
Задача № 1 (по специализации «Электрические станции»).
2.1 Цель и задачи работы
Целью контрольной работы является развитие самостоятельности в решении задач по выбору структурных схем и составлению баланса нагрузок, а также развитию навыков работы с технической литературой.
Контрольная работа представляет собой типовой расчет, основными задачами которого являются выбор типа генераторов, выбор вариантов структурных схем электростанции и составление баланса нагрузок в нормальном режиме работы. Контрольная работа выполняется по вариантам, приведенным ниже.
2.2 Объем и содержание контрольной работы
2.2.1 Исходные данные
Исходные данные для
выполнения работы принимаются согласно вариантам, где задаются:
- тип станции и вид топлива;
- число и мощность
генераторов на станции;
- наличие электрических
нагрузок, их напряжение и мощность;
- число и напряжение линий электропередачи, связывающих станцию с
энергосистемой;
Графики нагрузок принимаются одинаковыми
для всех вариантов и приведены в
примере расчета.
2.2.2 Содержание контрольной работы
Выбор типа генераторов с
указанием всех параметров и данных о системе возбуждения и охлаждения
[2,3,4].
Составление 2-3 вариантов
структурных схем электростанции. Сравниваемые
варианты должны быть сопоставимы и могут отличаться количеством
трансформаторов связи.
Построение суточных графиков нагрузки и определение баланса мощностей.
2.3
Методические указания к выполнению типового расчета
2.3.1 Построение графиков нагрузок и составление баланса мощностей
Для выбора числа и мощности трансформаторов
(автотрансформаторов) и выполнения технико-экономических расчетов по
определению наиболее целесообразного варианта структурной схемы необходимо построение суточных графиков нагрузки трансформатора.
Эти графики строятся для каждого варианта структурной схемы, для зимнего и
летнего периодов. График выдачи мощности в энергосистему
получают как разность генерируемой мощности
и потребляемой мощности с шин станции
с учетом потребления на собственные нужды 
, (2.1)
где 
.
При переменном графике выработки электроэнергии электростанцией расход мощности на ее собственные нужды можно определить из [4] по выражению
, (2.2)
где 
- мощность, отдаваемая с шин
станции за время t,
МВт:
- установленная
мощность станции (блока), МВт;
- максимальная
мощность собственных нужд, определяемая из [5, таблица 5.2] с учетом типа станции
и вида топлива.
Cуточные графики либо вычерчиваются в масштабе на миллиметровой бумаге, либо приводятся в табличной форме.
После расчета суточных графиков необходимо выполнить баланс нагрузок нормального режима, в котором определяются перетоки мощности через трансформаторы с учетом нагрузки на собственные нужды станции в режимах максимума и минимума мощности зимой и летом в соответствии с графиками нагрузок ( рисунок 2.1.,2.2.). Форма баланса может быть любой. Удобно воспользоваться табличной формой баланса, как это показано в примере расчета.
Баланс нагрузок нормального режима с учетом возможных аварийных режимов является основой для выбора мощности трансформаторов, что будет выполняться в последующей курсовой работе.
2.4 Пример расчета
для ТЭЦ установленной мощностью 250 МВт
Исходные данные: число генераторов – 4; единичная мощность – 63 МВт; нагрузка на генераторном напряжении – 10 линий по 7 МВт; нагрузка на 35 кВ – 6 линий по 8 МВт; связь с системой на напряжении 110 кВ двумя линиями длиной 30 км; расход мощности на собственные нужды 10% от установленной мощности (для пылеугольной ТЭЦ); график местной нагрузки на генераторном напряжении постоянный в течение суток: зимой-100%, летом –70%; графики выработки мощности генераторами и графики нагрузки на генераторном напряжении и на напряжении 35 кВ приведены ниже.
|
100 |
|
|
|
|
|
||
|
80 |
|
|
|
|
1 |
||
|
60 |
|
|
|
|
2 |
||
|
40 |
|
|
|
|
|
||
|
20 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0 4 8 12 16 20 24
Рисунок 2.1 - График
выработки мощности генераторами ТЭЦ
1- зима, 2 – лето
|
100 |
|
|
|
|
|
||
|
80 |
|
|
|
|
1 |
||
|
60 |
|
|
|
|
2 |
||
|
40 |
|
|
|
|
|
||
|
20 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0 4 8 12 16 20 24
Рисунок 2.2 - График нагрузки
на напряжении 35 кВ,
1- зима , 2 - лето.
В
соответствии с исходными данными принимаются к
установке турбогенераторы ТВФ-63-2УЗ [3, таблица 2.1] со следующими
характеристиками
.
В соответствии с количеством генераторов и состава нагрузок
могут быть предложены варианты
структурной схемы, приведенные на рисунках 2.3 и 2.4.
нагр
С
|
нагр |
|
С |
110 кВ
35 кВ
зима
Т2
Т1
Т3
Т4
с. н с. н
нагр G2 G3 G4
Рисунок 2.3 –Вариант 1
нагр С
35 кВ
110 кВ
с. н с. н с. н нагр
нагр
G1 G2 G3
G4
Рисунок2.4 – Вариант 2
Баланс мощностей для нормального режима варианта 1 представлен в таблице 2.1.
Таблица
2.1 – Баланс мощностей для варианта 1
|
Определяемый параметр |
период года/ часы |
0-8 |
8-18 |
18-24 |
|
1
Выработка мощности Г-1 и Г-2, МВт |
зима лето
|
113,4 88,2 |
126 100,8 |
113,4 88,2 |
|
2
Нагрузка с.н. Г-1 и Г-2, МВт |
зима
лето |
11,85 10,3 |
12,6 11,0 |
11,85 10,3 |
|
3
Нагрузка с.н. каждого из генераторовГ-3 и Г-4, МВт |
зима
лето |
5,92 5,15 |
6,3 5,55 |
5,92 5,15 |
|
4
Нагрузка на 10 кВ, МВт |
зима
лето |
70 49 |
70 49 |
70 49 |
|
5
Загрузка Т-1 и Т-2, МВт (суммарная) |
зима
лето |
31,55 28,9 |
43,4 40,7 |
31,55 28,9 |
|
6
Загрузка каждого из трансформаторов Т-1 и Т-2,
МВт |
зима
лето |
15,78 14,45 |
21,7 20,35 |
15,78 14,45 |
|
7
Нагрузка на 35 кВ, МВт |
зима
лето |
38,4 28,8 |
48 33,6 |
38,4 28,8 |
|
8
Загрузка обмоток 10 кВ Т-3
и Т-4, МВт |
зима
лето |
50,78 38,95 |
56,7 44,85 |
50,78 38,95 |
|
9
Загрузка обмоток 35 кВ Т-3
и Т-4, МВт |
зима лето |
3,42 -0,05 |
2,3 -3,35 |
3,42 -0,05 |
|
10
Загрузка обмоток 110 кВ Т-3 и Т-4, МВт |
зима
лето |
49,4 38,9 |
54,4 41,3 |
49,4 38,9 |
Примечания
1 Загрузка
трансформаторов Т-1 и Т-2 определяется как разность между выработкой
генераторов Г-1 и Г-2 и нагрузкой на 10 кВ и расходом на собственные нужды Г-1
и Г-2.
2 Загрузка обмотки
35 кВ каждого из трансформаторов Т-3 и Т-4 определяется как половина разности
между нагрузкой 35 кВ и загрузкой Т-1 и Т-2.
3 Загрузка обмоток
110 кВ каждого из трансформаторов Т-3 и Т-4 определяется как разность между
выработкой генератора и расходом на с.н. генератора и загрузкой обмотки 35 кВ
трансформатора Т-3 или Т-4.
Для варианта 2 баланс мощностей нормального режима представлен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Баланс мощностей для варианта 2
|
Определяемый параметр |
часы |
0-8 |
8-18 |
18-24 |
|
1
Выработка мощности Г-1 и Г-2, МВт |
зима лето |
113,4 88,2 |
126 100,8 |
113,4 88,2 |
|
2
Нагрузка с.н. Г-1, Г2, МВт |
зима лето |
11,85 10,3 |
12,6 11,1 |
11,85 10,3 |
|
3 Нагрузка с.н. каждого из генераторов Г-3 и Г-4., МВт |
зима лето |
5,92 5,15 |
6,3 5,55 |
5,92 5,15 |
|
4
Нагрузка на 10 кВ, МВт |
зима лето |
70 49 |
70 49 |
70 49 |
|
5
Загрузка Т-1 и Т-2, МВт (суммарная) |
зима лето |
31,55 28,9 |
43,4 40,7 |
31,55 28,9 |
|
6
Загрузка каждого из трансформаторов Т-1и Т-2, МВт |
зима лето |
15,78 14,45 |
21,7 20,35 |
15,78 14,45 |
|
7 Нагрузка на 35 кВ, МВт |
зима лето |
38,4 28,8 |
48 33,6 |
38,4 28,8 |
|
8 Переток мощности со 110 кВ каждого из трансформаторов Т-1 и Т-2 на 35 кВ, МВт |
зима лето |
3,42 -0,05 |
2,3 -3,35 |
3,42 -0,05 |
|
9 Загрузка обмоток 35 кВ каждого из трансформаторов Т-1 и Т-2, МВт |
зима лето |
17,16 14,5 |
24 23,9 |
17,16 14,5 |
Примечания
1 Переток мощности через обмотку 110 кВ
каждого из трансформаторов Т-1 и Т-2
определяется как половина разности между нагрузкой 35 кВ и суммарной
загрузкой обмоток 10 кВ Т-1 и Т-2.
2 Загрузка обмоток 35 кВ каждого из трансформаторов Т-1 и Т-2 определяется как сумма мощностей обмоток 10 кВ и 110 кВ, направленных в РУ 35 кВ.
Варианты заданий для выполнения задачи №1 приведены в таблице 2.4.3. Вариант задания выбирается по порядковому номеру в соответствии с порядковыми номерам студента в списке группы. Если групп больше одной, а в первой группе число студентов 20, то они выбирают первые 20 вариантов Студенты второй группы выбирают варианты с 21 по порядку следования в списке группы и т.д.
