Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Челябинский энергетический колледж им. С.М. Кирова

Практические работы

по специальной дисциплине: «Электрооборудование электрических станций сетей и систем»

Выполнил студент группы

______________________

_____________________

Проверил преподаватель

________В.В. Николаева

2009

Тема: построение годового графика электрических нагрузок

Исходные данные индивидуальное задание № ,

построить годовой график электрической нагрузки подстанции и определить технико-экономические показатели работы потребителя, если наибольшая ступень потребляемой активной мощности в сутки составляет:

Р = МВт, а коэффициент спроса К =

%

100

80

60

40

20

0

0 4 8 12 16 20 24 час.

Рисунок 1.1- типовой график электрической нагрузки подстанции

Решение:

1 Определить максимальную потребляемую мощность:

, МВт; (1.1)

где - номинальная мощность, по заданию, мВт;

- коэффициент спроса потребителя.

2 Определить мощность каждой ступени графика:

, МВт; (1.2)

где - ордината соответствующей ступени типового графика в %.

Принять максимальную потребляемую мощность за 100%

2.1 Определить мощность каждой ступени летнего графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт , МВт

, МВт , МВт

2.2 Определить мощность каждой ступени зимнего графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт , МВт

, МВт , МВт

3 Определить постоянные потери:

, МВт; (1.3)

где - постоянные потери, не зависящие от нагрузки (потери в трансформаторах); Р_мах – максимальная мощность для летнего или зимнего графика (разные величины)

3.1 Определить постоянные потери для летнего графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт;

3.2 Определить постоянные потери для зимнего графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт;

4. Определить переменные потери для каждой ступени графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт; (1.4)

где - максимальные переменные потери, зависящие от потерь в обмотках транс­форма­торов и в линиях; (1.5)

- переменные потери;

- мощность ступени графика, МВт.

4.1 Максимальные переменные потери составят:

для летнего графика:

, МВт , МВт

, МВт , МВт

для зимнего графика:

, МВт , МВт

, МВт , МВт

4.2 Определить переменные потери для каждой ступени летнего графика,

результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт; , МВт;

, МВт; , МВт;

4.3 Определить переменные потери для каждой ступени зимнего графика, результаты расчета свести в таблицу 1.1

, МВт; , МВт;

, МВт; , МВт;

Таблица 1.1- результаты расчета электрической нагрузки подстанции

Лето

Зима

час МВт

5 Построить годовой график электрической нагрузки по графикам зимних и летних суток с учетом потерь электрической энергии (по таблице 1.1)

Р, МВт

0 4 8 12 16 20 24 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 час

6.1 Определить продолжительность использования мощности каждой ступени в год:

, час (1.6)

где: - продолжительность использования мощности в сутки, час;

- количество суток в году: зимних – 183, летних –182.

для летнего графика:

, час. , час.

, час. , час.

для зимнего графика:

, час. , час.

, час. , час.

6.2 Определить потребляемую мощность за год

, МВт×час (1.7)

где - мощность i-ой ступени графика, МВт;

- продолжительность ступени, час.

, МВт×час

6.3 Определить среднюю нагрузку потребителя за год:

, МВт (1.8)

где час, количество часов в год

, МВт

6.4 Определить степень неравномерности графика работы потребителя (коэффициент заполнения графика):

(1.9)

6.5 Определить продолжительность использования максимальной нагрузки:

, час (1.10)

, час

6.6 Определить коэффициент использования установочной мощности:

(1.11)

6.7 Определить продолжительность использования установочной мощности:

, час (1.12)

, час

Тема: расчёт токов трехфазного короткого замыкания

Исходные данные индивидуальное задание, вариант № ,

на станции установлены турбогенераторы типа:

блочные трансформаторы типа:

связь с системой осуществляется …… воздушными линиями напряжением

U= кВ; протяженностью L= км,

конструкция линии:……………………………….………………………………

S_ном.С = МВт; Х_*С1 = ; Х_*С2 = ; Х_*С0 = ;

потребители питаются с шин U = кВ, Р_max = МВт, Р_min = МВт;

связь между РУ разных напряжений осуществляется автотрансформаторами типа:

Рассчитать токи КЗ в точках: ………….

Рисунок 2.1 - расчетная схема ГРЭС

2.1 На расчётной схеме привести основные параметры электрооборудования, необходимые для расчёта токов короткого замыкания.

2.2 Составить полную схему замещения [2, с.100]

Рисунок 2.2 – схема замещения

2.3 Определить параметры схемы замещения

За базисные условия принимаем: S_б=1000 МВА; U_б=U_ср.= кВ

Определяем сопротивление системы

(2.1)

Определяем сопротивление линий:

(2.2)

где Х_уд.=0,4 Ом*км – для напряжения 110-220кВ (один провод в фазе)

Х_уд =0,3 Ом*км – для напряжения 500 кВ

Определяем сопротивление блочных трансформаторов

(2.3)

Для трансформаторов Т1-Т……

Для трансформаторов Т……………

Определяем сопротивление генераторов

(2.4)

Для генераторов G1-G……

_{Для генераторов G……………}

Определяем сопротивление автотрансформаторов (для ГРЭС) или трехобмоточных трансформаторов (для ТЭЦ) Т…………

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Определяем сопротивление реакторов (для ТЭЦ)

2.4 Расчёт токов короткого замыкания в точке К–1

Преобразуем схему от источника к точке короткого замыкания, используя известные формулы ТОЭ, сопровождая действия пояснениями [2, с.106]

2.5 Определить токи КЗ в точке К-1 в начальный момент времени:

От энергосистемы:

;

_;

где Е^//=1 – сверхпереходная ЭДС источников для системы

; (2.8)

_; (2.9)

где i_а.о. – апериодическая составляющая тока короткого замыкания, кА; i_у – ударный ток, кА; k_у – ударный коэффициент [3, т.2.3]

От генераторов G1……..:

_;

;

;

От генераторов G……..:

_;

;

;

Е^//=1,13 – сверхпереходная ЭДС генераторов ;

2.6 Определяем токи короткого замыкания в точке К-1 в момент отключения

Предварительно выбираем выключатель [3, П. 6.1]

по напряжению типа:

Определяем полное время отключения короткого замыкания

(2.10)

где t_в –собственное время отключения выключателя; [3, П. 6.1]

t_р.з.=0,01сек. – время срабатывания основной релейной защиты;

Т =

Определяем значение токов по ветвям

От системы:

= кА (2.11)

(2.12)

где значение определяется по кривым [3, с.24]

От генераторов G1…….

Определяем приведённый ток генераторов к той ступени напряжения, на которой рассматривается короткое замыкание.

(2.13)

где ΣР_ном. – суммарная мощность генераторов;

COSφ – коэффициент мощности генераторов;

Определяем отношение периодической составляющей тока короткого замыкания к приведённому току генераторов

= кА (2.14)

Найти по кривым значение отношения [3, c.25]:

кА (2.15)

Определяем периодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

кА (2.16)

Определяем апериодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

_{; ; кА}

2.7 Производим расчёт токов короткого замыкания в точке К-2 аналогично расчёту к.з. в точке К-1

Преобразуем схему от источника к точке короткого замыкания К-2, используя некоторые преобразования выполненные при расчете токов в точке к-1

2.8 Определяем начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания

От энергосистемы

_{; ; кА}

_{; ; кА}

_;

; ; кА

От генераторов G1-…….

_{; ; кА}

; ; кА

; ; кА

От генераторов G……….

_{; ; кА}

; ; кА

; ; кА

2.9 Определяем токи короткого замыкания в точке К–2 в момент отключения

Предварительно выбираем выключатель по напряжению типа:

Определяем полное время отключения короткого замыкания

Определяем значение токов по ветвям

От системы:

_;

От генератора G………

Определяем приведённый ток генераторов к той ступени напряжения, на которой рассматривается короткое замыкание

Определяем отключение периодической составляющей тока короткого замыкания к приведённому току генераторов

Найти по кривым значение отношения:

Определяем периодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

I_п.t= …. * I_п.о.=

От генераторов

Определяем значение отношения:

Находим по кривым значение отношения:

I_п.t= …. * I_п.о.=

Полученные значения токов сносим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 Значения токов трехфазного короткого замыкания

Точки	Токи к.з. Источники	Iп.о., кА	iа.о., кА	iу, кА	Iп.t., кА	iа.t., кА
К-1	Система G G Суммарный
К-2	Система G G G Суммарный

Тема: Расчет токов одно- и двухфазного коротких замыканий на землю

Исходные данные практическая работа №2

Рисунок 3.1- расчетная схема

1 На расчетной схеме показать схемы соединения обмоток трансформаторов и режимы работы нейтрали. Определить (взять из практической работы №2) необходимые параметры схемы.

2 Преобразовать схему замещения прямой последовательности в точку короткого замыкания к-1 аналогично 3-х фазному КЗ (можно привести последнюю схему для точки к-1 из практической работы №2)

Рисунок 3.2- схема замещения прямой последовательности

2.1 Определить результирующие сопротивления прямой последовательности

, или (3.1)

(3.2)

3 Составить схему замещения обратной последовательности. , определить ее параметры

Рисунок 3.3- схема замещения обратной последовательности

3.1Для системы

, (3.3)

где - сопротивление обратной последовательности системы.

3.2 Для генераторов

, (3.4)

где - сопротивление обратной последовательности генератора [1, с.80]

Остальные параметры остаются без изменений.

3.3 Определить результирующее сопротивление обратной последовательности , преобразовав схему в точку К-1

Х_рез.2 =

Для упрощения расчетов можно принять Х_рез.2 = Х_рез.1 =

4 Составить схему замещения нулевой последовательности , определить ее параметры

4.1 Для системы:

, (3.5)

где - сопротивление нулевой последовательности

4.2 Для линии:

(3.6)

[3, с.28]

Выбрать (подчеркнуть): для одноцепных линий:

без троса ;

со стальным тросом ;

с алюминиевым тросом .

для двухцепных линий:

без троса ;

со стальным тросом ;

с алюминиевым тросом .

4.3 Для генераторов (при соединении обмоток трансформаторов

по схеме Y/Y):

; (3.7)

Если обмотки трансформаторов соединены по схеме Y/ , то генераторы из расчетной схемы исключаются

Определить результирующее сопротивление , преобразовав схему замещения в точку К-1

Рисунок 3.4 - схема замещения нулевой последовательности

Х_рез.0 =

5 Определить токи однофазного КЗ на землю

5.1 Принять базисную мощность:

мВ×А

5.2 Определить базисный ток:

, кА (3.8)

5.3 Определить результирующее сопротивление току однофазного КЗ на землю:

(3.9)

5.4Определить периодическую составляющую тока КЗ:

, кА, (3.10)

5.5Определить ударный ток однофазного КЗ на землю:

, кА, (3.11)

где - ударный коэффициент [3, т.2.3]

6 Определить токи двухфазного КЗ на землю

6.1 Определить результирующее сопротивление току двухфазного КЗ:

; (3.12)

6.2Определить периодическую составляющую тока КЗ:

, кА, (3.13)

где =

(3.14) = (3.15)

= - коэффициенты распределения тока

6.3 Определить ударный ток двухфазного КЗ на землю:

(3.16) Полученные расчетные данные свести в таблицу 3.1

Таблица 3.1 Расчетные данные несимметричных токов к.з.

токи вид КЗ	, кА	, кА
Однофазное на землю
Двухфазное на землю

Тема: Выбор линейного токоограничивающего реактора.

Исходные данные вариант № …..

Выбрать групповой реактор для ограничения тока короткого замыкания в цепях ……. линий питающих потребителей с шин 10 кВ генераторного распределительного устройства ТЭЦ. Максимальный рабочий ток для каждой линии I_max= …… А. Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах 10 кВ I_п0 = ….. кА. На линии установлен выключатель типа ………….

с I_{отк ном} = …… кА. Полное время отключения к.з. t_отк= 1,2 с.

U_ср

К-2 ЛЭП

G LR Q

Рисунок 4.1- Расчетная схема

1 Предварительно выбрать реактор [3, П. 4.1]

- по напряжению – U_ном= 10 кВ;

- по роду установки – внутренней;

- по конструкции – сдвоенный;

- по максимальному току нагрузки:

определить максимальный рабочий ток каждой ветви реактора, учитывая, что линии распределены по ….. на каждую ветвь реактора

I_{max р} = n*I_мах.; А (4.1)

где n – количество линий;

I_мах – максимальный ток линии

I_{max р} = ;А

Выбираю сдвоенный реактор серии ……….

Проверить условие I_ном.Р =……. А > I_{max р} =……. А;

где I_ном.Р – номинальный ток выбранного реактора.

2 Определить результирующее сопротивление цепи к.з. при отсутствии реактора

(4.2)

Х_рез=

3 Определить требуемое сопротивление короткозамкнутой цепи по условию обеспечения заданной величины отключающей способности выключателя

(4.3)

Ом

4 Определить требуемое для ограничения тока к.з. сопротивление реактора

X_р. ^треб. = Х^треб. – Х_рез.;Ом (4.4)

X_р. ^треб. = Ом

5 Выбрать окончательно реактор по каталогу, технические характеристики выбранного реактора занести в таблицу 4.1

Таблица 4.1 Технические характеристики реактора

Тип реактора	Uном. ( кВ)	Iном. ( А)	Хр ( Ом )	i дин ( кА )	Iтер. (кА)	tтер.(с)

6 Определить результирующее сопротивление цепи к.з. с учетом реактора

Х’_рез. =Х_рез. + Х_р;Ом (4.5)

Х’_рез. =

7 Определить фактическое значение периодической составляющей тока к.з. за реактором

(4.6)

8 Выполнить проверку выбранного реактора в режиме к.з.

8.1 Электродинамическая стойкость

О пределить величину ударного тока при КЗ за реактором

(4.7)

где I_по- фактическое значение периодической составляющей тока к.з, кА,

k_у - ударный коэффициент [3, т.2.3]

Проверить выполнение условия электродинамической стойкости:

I_у ≤ I_дин. (4.8)

I_ДИН – электродинамическая стойкость реактора, гарантируемая заводом изготовителем, кА [3, П.4.1]

I_у =…………..≤ I_дин.=……………;кА

Условие электродинамической стойкости выполняется

9 Произвести проверку реактора на термическую стойкость

_(4.9)

9.1 Завод- изготовитель гарантирует время термической стойкости t_ТЕР,с;

при квадратичном токе термической стойкости I_ТЕР² , кА [3, П.4.1]

,кА² *с (4.10)

_{; кА}²_*с

9.2 Определить расчётный импульс квадратичного тока к.з. за реактором

(4.11)

_{; кА}²_*с

где I_ПО – фактическое значение периодической составляющей тока к.з., кА

T_А =0,23 с – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з. при замыкании за реактором;

t_ОТКЛ= 1,0 с – полное время отключения короткого замыкания, в данной цепи; определенное по расчетной зоне при к.з. за реактором [2, с.153-154]

Условие термической стойкости выполняется.

10 Определить остаточное напряжение на шинах при к.з. за реактором

_{; % (4.12)}

_%

Значение U_ОСТ по условиям работы потребителей должно быть не менее 65-70 %.

Выбранный реактор удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.

Тема: Выбор сборных шин и ошиновки в цепи трансформатора

Исходные данные практическая работа № 2; (точка короткого замыкания к-1)

U_ном = ; кВ S_ном.Т = ; кВ*А

Решение:

1 Произвести выбор сечения сборных шин по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равному току наиболее мощного трансформатора (автотрансформатора)

I _max = , А (5.1)

I _max = , А

где S_н.т. – номинальная мощность трансформатора; кВ*А

U_ном. – номинальное напряжение на шинах; кВ

2 Выбрать марку провода по каталогу [3, П.5.1]

согласно условию

I_мах ≤ I _доп. (5.2)

Токоведущие части в РУ – 35 к В и выше выполняют сталеалюминевыми проводами марки АС

Выбираю провод марки…..

I_мах =………. ≤ I _доп. = …………..;

Условие выполняется.

3 Проверить выбранный провод по условию коронирования

1,07*Е ≤ 0,9* Ео (5.3)

3.1 Определить начальную критическую напряженность:

Ео = 30,3 (1+ ), кВ/см (5.4)

Ео = 30,3* 0,82*(1+ ) = кВ/см где r ₀ – радиус провода; m – Коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m = 0,82)

Напряженность электрического поля около поверхности провода определяется по одной из формул – 3.2 или 3.3 (определить), в зависимости от количества проводов в фазе (один провод в фазе – провод нерасщепленный; два и более проводов в фазе – провод расщепленный).

3.2 Определить напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода

Е = , к В/см (5.5)

Е = ; кВ/см

где U – линейное напряжение, к В

на шинах электростанции U = 1,1* Uном = 1,1* = ; кВ

D ср = 1,26* D = 1,26*……..= ;м – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см, при горизонтальном расположении фаз;

D – расстояние между соседними фазами, см. (выбрать)

для ОРУ U = 35 кВ – 150 см

110 кВ – 300 см

220 кВ – 400 см

500 кВ – 600 см

3.3 Напряженность электрического поля вокруг расщепленных проводов Е = k* ; кВ/см (5.6)

Е = * ; кВ/см

где k – коэффициент, учитывающий число проводов в фазе [3, с. 56]

n – число проводов в фазе

r экв – эквивалентный радиус расщепленных проводов [3, с. 56]

D ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см

Проверяем выбранный провод на коронирование:

1,07*………=……… ≤ 0,9*……….=

Условие выполняется.

4 Выбранный провод на термическую стойкость не проверяется так как находится на открытом воздухе в нормальных условиях охлаждения

5 Если iy ≥ 50 кА, то провод проверяют на схлестывание фаз

I_у = кА

5.1 Определить усилие от длительного протекания тока двухфазного кз, Н/м

; Н/м (5.7)

f = Н/м

где I _по = √3/2*I⁽³⁾ _по – среднеквадратичное значение тока двухфазного кз;

I⁽³⁾ _по – суммарное значение периодической составляющей тока

трехфазного КЗ (из пр.р. №2);

D – расстояние между фазами, м;

подставляя эти величины, получаем усилие, Н/м

_(5.8)

5.2 Определить силу тяжести 1 метра токопровода, Н/м

g = 1,1* 9,8 * m, (5.9)

g = 1,1* 9,8 * = ;Н/м

где m – масса одного метра токопровода, кг [3, П.5.1]

5.3 Определить отношения

и (5.10)

где h = 2-2,5 м – максимальная расчетная стрела провеса провода для ОРУ;

t _экв. = 0,06, с – время действия защиты [2, с.188]

5.4 Определить отклонение провода b, м и угол α по диаграмме [3, с.58]

b /h = м;

5.5 Найденное значение b сравнивают с максимально допустимым

b < bдоп = ; (5.11)

b_доп. =

где d = ……..м, – диаметр токопровода

a_доп – наименьшее допустимое расстояние между соседними фазами в момент их наибольшего сближения, для ОРУ U = 110 кВ – 0,45 м;

220 кВ – 0,95 м;

330 кВ – 1,4 м;

500 кВ – 2 м;

если окажется, что b≥b_доп., то необходимо уменьшить стрелу провеса или увеличить расстояние между фазами.

6 Выбрать ошиновку в цепи трансформатора

6.1 Ошиновка выполняется таким же проводом, что и сборные шины ОРУ Выполняем ошиновку таким же проводом, что и сборные шины т.е……………………..

Тема: Выбор выключателей и разъединителей

Исходные данные принять из практической работы №2

S_Н.Т = кВА; U_ном = кВ

Решение

1 Предварительно выбрать выключатель и разъединитель в цепи самого мощного трансформатора (автотрансформатора), присоединенного к распределительному устройству высокого напряжения, на сборных шинах которого, были рассчитаны трехфазные токи короткого замыкания в точке к-1

2 Произвести выбор выключателя и разъединителя

2.1 по напряжению:

; (6.1)

где - установленное на шинах РУ напряжение;

- номинальное напряжение выключателя и разъединителя

2.2 по току:

; (6.2)

, А (6.3)

, А

где - номинальная мощность трансформатора

2.3 По отключающей способности:

(6.4) - для выключателя;

- для разъединителя

где - номинальный ток отключения выключателя (разъединителя);

- периодическая составляющая тока КЗ в момент отключения (из п.р.№2)

Выбираю выключатель типа [3, П.6.1]

и разъединитель типа [3, П.6.2]

3 Проверить возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ

; (6.5)

- для выключателя

где - номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени ;

- нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % [3, с.62]

- апериодическая составляющая тока КЗ в момент отключения (из п.р.№2)

4 Если: , а , (6.6)

то произвести проверку по отключающей способности по полному току КЗ:

; (6.7)

- для выключателя

5 Проверить выключатель и разъединитель на электродинамическую стойкость:

; , кА (6.8)

……. …….., кА; ……. …….., кА; - для выключателя;

……. …….., кА; ……. …….., кА; - для разъединителя

где - действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока кз. [3, П.6.1; 6.2]

- наибольший ток электродинамической стойкости [3, П.6.1; 6.2]

6 Проверить выключатель и разъединитель на термическую стойкость по тепловому импульсу:

, кА² ×с; (6.9)

, кА² ×с

где , определить с учетом расчетной зоны по токам КЗ [2, с.153-154] - время отключения выключателя с приводом, с;

= 0,01 с – время срабатывания релейной защиты; - постоянная времени затухания [3, т. 2.3]

, кА² ×с (6.10)

, кА² ×с - для выключателя;

, кА² ×с - для разъединителя

где _тер- ток термической стойкости, кА [3, П.6.1; 6.2]

_тер- время термической стойкости, с [3, П.6.1; 6.2]

7 Полученные данные занести в таблицу 6.1, расчетные данные токов короткого замыкания привести из практической работы №2

Таблица 6.1- расчетные и каталожные данные аппаратов

Расчетные данные	Каталожные данные
	Выключатель:	Разъединитель:
		-
		-
		-

Тема: Выбор трансформаторов тока и напряжения