ЗАДАЧА 2. ВЫБОР НЕИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ ЛЭП

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ

Методические указания к контрольной работе

для обучающихся направления подготовки

13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника,

всех форм обучения

Составитель Е.Н. Леонов,

Кандидат технических наук, старший преподаватель

Тюмень

ТИУ

2017

Электрические станции и подстанции: методические указания к контрольной работе для обучающихся направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», всех форм обучения / сост. Е.Н. Леонов; Тюменский индустриальный университет. – 1-е изд. – Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2017. – 40 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры электроэнергетики

«03» ноября 2017 года, протокол № 03.

Аннотация

Методические указания предназначены для обучающихся направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и содержат 4 задания, выполняемых ими в качестве контрольной работы по дисциплине «Электрические станции и подстанции». Также приведены методические указания по решению заданий и примеры выполненных заданий контрольной работы. Дисциплина «Электрические станции и подстанции» изучается в одном семестре.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Целью изучения дисциплины «Электрические станции и подстанции» является формирование у обучающихся знаний по электрооборудованию и схемам электрических соединений электрических станций и подстанций, подготовка обучающихся к проведению различных мероприятий, направленных на повышение надёжности их работы.

Целью контрольной работы по дисциплине «Электрические станции и подстанции» является овладение практическими методиками проектирования электрооборудования станций и подстанций систем электроснабжения, закрепление и расширение теоретических знаний обучающихся, умение пользоваться справочными и нормативными материалами для самостоятельного решения комплекса инженерных задач при проектировании.

Контрольная работа призвана подготовить обучающихся к выполнению выпускной квалификационной работы и привить им первые навыки инженерного подхода к решению задач. Качество и степень проработки заданий позволят судить о квалификации обучающихся по избранному им направлению подготовки.

Обучающийся после выполнения контрольной работы должен обладать следующими компетенциями, предусмотренными ФГОС:

Общепрофессиональной компетенцией:

1. способность использовать методы анализа и моделирования электрических цепей (ОПК-3);

Профессиональной компетенцией:

1. готовность определять параметры оборудования объектов профессиональной деятельности (ПК-5).

Каждая задача содержит 100 вариантов. Номер варианта для обучающегося очной формы определяются порядковым номером студента в общем списке группы. Номер варианта для обучающегося заочной формы определяются по двум последним цифрам зачётной книжки.

Многообразие условий, которые необходимо учитывать при выборе и проектировании электрооборудования электрических станций и подстанций, иногда не позволяет дать однозначные решения. Поэтому приведенные в настоящих указаниях рекомендации не следует рассматривать как единственно возможные. Иногда возможны и неизбежны отступления от них, вытекающие из местных условий и опыта проектирования в отрасли. В конце методических указаний приведен список литературы, где те или иные вопросы рассмотрены более подробно.

ЗАДАЧА 1. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Методика расчета

Для выбора трансформатора по справочнику нужно знать три параметра: полную расчетную мощность, высшее и низшее напряжение. Количество и мощность генераторов и трансформаторов выбирается с учетом норм технологического проектирования.

На электростанциях с распределением мощности на генераторном напряжении основная мощность идет к местным потребителям. Избыточная мощность с шин генераторного напряжения может передаваться в систему с одним или двумя повышенными напряжениями.

Установленная мощность генераторов электростанции должна быть такой, чтобы при выходе из работы одного генератора оставшиеся покрыли всю нагрузку, присоединенную к шинам генераторного напряжения (в том числе и нагрузку собственных нужд).

При выборе трансформаторов связи с системой с одним повышенным напряжением рекомендуется руководствоваться следующими положениями:

1. Если на повышенное напряжение трансформируется мощность более одного генератора, то необходимо установить два трансформатора.

2. При небольшой отдаче в систему можно установить один трансформатор, обеспечивающий покрытие нагрузки на генераторном напряжении при выходе из работы самого мощного генератора.

3. Если максимальная нагрузка на шинах генераторного напряжения превышает установленную мощность генераторов, то устанавливаются два трансформатора, суммарная мощность которых равна максимальной мощности, получаемой из системы. В аварийных случаях один трансформатор с допустимой аварийной перегрузкой должен обеспечить недостающую мощность на шинах генераторного напряжения при нормальной работе всех генераторов.

При отсутствии графиков электрической нагрузки для трансформаторов, подключенных к генераторному распределительному устройству (ГРУ), вычисляют мощности трёх режимов и выбирают наибольшую из них.

Режим 1. При минимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении ( , МВ^.А):

где  – активная мощность одного генератора и его собственных нужд, МВт;

   – реактивная мощность одного генератора и его собственных нужд, Мвар;

   – минимальная активная нагрузка на генераторном напряжении, МВт;

 – минимальная реактивная нагрузка на генераторном напряжении, Мвар;

   – число генераторов, подключенных к ГРУ.

Режим 2. при максимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении ( , МВ^.А):

где  – максимальная активная нагрузка на генераторном напряжении, МВт;

 – максимальная реактивная нагрузка на генераторном напряжении, Мвар.

Режим 3. При отключении одного генератора и максимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении ( , МВ^.А):

где  – новое число генераторов, подключенных к ГРУ:

Условие выбора мощности трансформаторов, подключенных к ГРУ ( ):

где  – максимальная расчётная мощность, МВ·А. Это мощность одного из рассчитанных выше режимов.

Для блочных генераторов на каждый генератор обычно устанавливается собственный повышающий трансформатор. Однако на электростанциях с генераторами относительно небольшой мощности к одному трансформатору (к обмотке низшего напряжения) можно подключить два или несколько генераторов по блочной схеме, если это допустимо по токам короткого замыкания (КЗ) на генераторном напряжении. Такие схемы рекомендуются в случаях, когда мощность трансформируется в сеть с очень высоким напряжением. Для уменьшения токов КЗ и при больших мощностях трансформаторов целесообразно применять их с расщепленными обмотками низкого напряжения. К каждой расщепленной обмотке через выключатель может быть подключен один или несколько генераторов.

При блочном подключении генераторов к трансформаторам:

Условие выбора мощности блочного трансформатора:

где  – полная расчётная мощность блочного трансформатора, МВ·А.

Низшее напряжение трансформатора ( , кВ) определяют из равенства

где  – напряжение генератора, указанное в задании, кВ;

Высшее напряжение трансформатора ( , кВ) ориентировочно определяют из соотношения

где  – напряжение линии электропередачи, кВ;

 – длина линии электропередачи, км;

 – активная мощность, передаваемая от электростанции в ЛЭП, МВт,

где  – общее количество генераторов на электростанции.

По полученному значению напряжения выбирается класс напряжения, соответствующий среднему номинальному значению по шкале напряжений:  Т.е. полученное расчётное значение округляется до ближайшего номинального напряжения.

Передаваемые полную мощность ( , МВ·А) и реактивную мощность ( , Мвар) без учета потерь определяют по формулам

,

где  – коэффициент мощности генераторов электростанции.

Передаваемую полную мощность с учётом потерь в трансформаторах ( , МВ·А) определяют как                                                         

где  – коэффициент потерь в трансформаторе.

Зависимость

	1	0,9	0,8	0,7	0,6
	1,02	1,06	1,08	1,085	1,09

Приближенно потери в трансформаторах можно определить из соотношений

Коэффициент загрузки трансформатора (К_з) определяется по формуле

где  – фактическая нагрузка на трансформаторы, МВ·А;

  – номинальная мощность трансформатора, МВ·А;

   n – число трансформаторов, на которые распределены фактическая нагрузка. Следует учитывать, что при выборе для установки группы из трёх однофазных трансформаторов их номинальная мощность умножается на три.

В конце задачи пишется ответ, где указываются:

- число и марка трансформаторов;

- значение их коэффициентов загрузки;

- полная передаваемая мощность .

Пример

Дано:                                                                                        

Тип генератора – ТВФ-63;

= 10,5 кВ;   = 0,8;

= 2;            = 1;

= 50 МВт; = 65 МВт;

 = 10 %;     = 100 км.

Требуется:                                             

- составить структурную схему электростанции;               

- рассчитать и выбрать трансформаторы электростанции;                        

- определить

Решение:

Составляется структурная схема ЭС и на неё наносятся данные (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема электростанции

Определяется расчетная мощность трансформатора ГРУ:

Примечание. Знак «минус» в первой скобке подкоренного выражения означает, что недостающая мощность потребляется из энергосистемы.

Определяется расчетная мощность блочного трансформатора

Определяется передаваемая мощность

Определяется напряжение передачи

Согласно шкале напряжений принимается

Выбираются трансформаторы согласно таблицам П.1, П.3. со следующими номинальными параметрами:

Для ГРУ- два ТРДЦН-63000/220/10,5	Блочный – один ТДЦ-80000/220/10,5

Определяются коэффициенты загрузки трансформаторов

Наносятся необходимые данные ( , ) на структурную схему электростанции.

Ответ: На электростанции выбраны трансформаторы связи для ГРУ – 2 х ТРДНЦ-63000/220/10; К_з.гру = 0,66; блочный трансформатор –           ТДЦ-80000/220/10,5; К_з.бд = 0,99; S_дэп = 139 МВ^.А.

Таблица 1

Индивидуальные задания для задачи 1

ЗАДАЧА 2. ВЫБОР НЕИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ ЛЭП

Методика расчета

Рассчитать линию электропередачи (ЛЭП) – это значит определить:

- сечение и марку провода;

- потери мощности;

- потери напряжения.

Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии, называют экономическим.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют для определения расчетного экономического сечения ( ) метод экономической плотности тока.

где  – экономическое сечение провода, мм²;

– максимальный расчётный ток в линии при нормальном режиме работы, А. Для трёхфазной сети

 – экономическая плотность тока, А/мм², принимается по ПУЭ на основании опыта эксплуатации.

(T_м, вид проводника),

где Т_м – число часов использования максимальной нагрузки за год, час.

Таблица 2

Экономическая плотность тока неизолированных проводов ЛЭП

Полученное расчетное экономическое сечение (S_эк) приводят к ближайшему стандартно­му значению.

Если получено большое сечение, то на одну фазу берется несколько параллельных проводов стандартного сечения так, чтобы суммарное сечение было близко к расчётному.

Формируется марка провода, указывается допустимый ток ( ). Производится проверка выбранного провода по нагреву.

Если провод не проходит проверку по нагреву, то его сечение увеличивают.

Потери полной мощности в ЛЭП определяются по формуле

где – потери активной мощности в ЛЭП, МВт;

 – потери реактивной мощности в ЛЭП, Мвар;

где  – активное и индуктивное сопротивления ЛЭП, соответственно, Ом;

 – число параллельных линий.

Сопротивления в ЛЭП определяются из соотношений

где  – погонные сопротивления провода ЛЭП, Ом/км.

Значение погонного активного сопротивления определяется для воздушных линий по таблице П.5.

Значение погонного индуктивного сопротивления воздушной линии с достаточной точностью при­нимается равным:

 Ом/км при напряжении до 220 кВ;

   0,325 Ом/км при напряжении 330 кВ;

   0,307 Ом/км при напряжении 500 кВ и выше.

Потери напряжения в ЛЭП (в процентном отношении к номинальному напряжению) определяются из соотношения

.

Для перевода процентов в кВ применяется соотношение

Наибольшая допустимая потеря напряжения в ЛЭП ( ) не должна превышать 10 % от номинального значения.

В конце задачи пишется, ответ, где указывается:

- марка и сечение провода ЛЭП, его допустимый ток;

- потери полной мощности ( );

- потери напряжения ( ).

Пример

Дано:

139 МВ·А (из задачи 1);

 220 кВ (из задачи 1);

Марка провода – А;

;

ч.

Требуется:

- составить структурную схему ЛЭП;

- рассчитать и выбрать проводники;

- определить потери .

Решение:

Составляется структурная схема ЛЭП и наносятся данные (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема ЛЭП

По экономической плотности тока определяется расчетное сечение проводов и приво­дится к стандартному значению.

По таблице П.5 для ВЛ с наружной прокладкой выбирается провод

Производится проверка выбранного провода по нагреву.

Провод прошёл проверку по нагреву.

Определяется сопротивление ЛЭП

Определяются потери мощности в ЛЭП:

С учетом найденных потерь мощность, приходящая на узловую подстанцию, составит

Определяются потери напряжения в ЛЭП

При

Наносятся необходимые данные (параметры провода, , , ) на структурную схему ЛЭП.

Ответ: Провод ВЛ , ; .

Таблица 3

Индивидуальные задания для задач 2 и 3

Вариант	Задача №2			Задача №3
	ЛЭП			Потребитель 1			Потребитель 2
	марка провода		Тм, ч	, МВт	, кВ		, МВт	, кВ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 / 26 / 51 / 76	АСКП	0,9	1000	63	6,3	0,8	25	35	0,95
2 / 27 / 52 / 77	АСК	0,85	1500	125	10	0,81	400	20	0,94
3 / 28 / 53 / 78	АС	0,8	2000	250	6,3	0,82	63	10	0,93
4 / 29 / 54 / 79	А	0,9	2500	200	35	0,83	80	6,3	0,92
5 / 30 / 55 / 80	АСКП	0,85	3000	200	6,3	0,84	40	35	0,91
6 / 31 / 56 / 81	АСК	0,8	3500	250	10	0,85	630	20	0,9
7 / 32 / 57 / 82	АС	0,9	4000	125	6,3	0,86	125	10	0,89
8 / 33 / 58 / 83	А	0,85	4500	250	35	0,87	80	6,3	0,88
9 / 34 / 59 / 84	АСКП	0,8	5000	125	6,3	0,88	63	35	0,87
10 / 35 / 60 / 85	АСК	0,9	5500	125	10	0,89	630	20	0,86

Продолжение табл. 3