Управление режимами раб ЭЭС КРЗ. Методические указания по выполнению контрольной работы заочника по дисциплине (модулю) Управление режимами работы электроэнергетических систем
 Скачать 349.3 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» Институт Высокоточных систем им. В.П. Грязева Кафедра «Электроэнергетика» Утверждено на заседании кафедры «Электроэнергетика» « 23 » января 2020 г., протокол № 1 Заведующий кафедрой В.М. Степанов МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению контрольной работы заочника по дисциплине (модулю) «Управление режимами работы электроэнергетических систем» основной профессиональной образовательной программы высшего образования – программы магистратуры по направлению подготовки 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника с направленностью (профилем) Электроэнергетические системы и сети Форма(ы) обучения: заочная Идентификационный номер образовательной программы: 130402-05-20 Тула 2020 год 2 Разработчик методических указаний Базыль И.М. доцент, к.т.н. (ФИО, должность, ученая степень, ученое звание) (подпись 3 Введение Завершающим этапом изучения дисциплины «Управление режимами работы электроэнергетических систем» является выполнение контрольной работе заочника, цель которой закрепить теоретические знания магистранта. Каждый магистрант получает от преподавателя индивидуальное задание и, в соответствии с приведенными здесь методическими указаниями, решает вопросы по одному из разделов управления режимами работы электроэнергетических систем - контролю и управлению качеством электрической энергии. Контроль по контролю и управлению качеством электрической энергии состоит из двух разделов: - выбор мероприятий по контролю и управлению качеством электрической энергии; - расчет параметров устройства по контролю и управлению качеством электрической энергии. Контрольная работа заочника работа включает в себя расчетно- пояснительную записку и графическую часть. Объем расчетно-пояснительной записки 15 - 20 страниц на листах формата А4. Графическая часть контрольной работе заочника содержит схемы электросети и потребителей электроэнергии (два - три листа формата А4 в записке). Методические указания к выполнению контрольной работе заочника 1 Выбор мероприятий по обеспечению качества электроэнергии в электроэнергетической сети Контрольную работу следует начать с описания схемы электросети и потребителей электроэнергии, их технических и эксплуатационных характеристик. При этом необходимо учитывать виновников ухудшения качества электроэнергии (таблица 1), а также статистические данные, характеризующие провалы напряжения в электрических сетях (таблицы 2 – 5). Статистические данные, характеризующие провалы напряжения в электрических сетях России напряжением 6 - 10 кВ, и аналогичные данные по электрическим сетям стран Европейского Союза, приведены ниже. Соотношение характерных интервалов длительности и глубины провалов напряжения для крупных городских кабельных электрических сетей (в процентах к общему количеству провалов) приведено в таблицах 2 – 5. 4 Таблица 1 - Наиболее вероятные виновники ухудшения качества электроэнергии Свойства электрической энергии Показатель КЭ Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ Отклонение напряжения Установившееся отклонение напряжения U y Энергоснабжающая организация Колебания напряжения Размах изменения напряжения U t Доза фликера P t Потребитель с переменной нагрузкой Несинусоидальность напряжения Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения K U Потребитель с нелинейной нагрузкой Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения K U(n) Несимметрия трехфазной системы напряжений Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K 2U Потребитель с несимметричной нагрузкой Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K 0U Отклонение частоты Отклонение частоты f Энергоснабжающая организация Провал напряжения Длительность провала напряжения t п Энергоснабжающая организация Импульс напряжения Импульсное напряжение U имп Энергоснабжающая организация Временное перенапряжение Коэффициент временного перенапряжения К перU Энергоснабжающая организация Таблица 2 - Соотношение интервалов длительности провалов напряжения для крупных городских кабельных электрических сетей Интервал длительности провалов напряжения, с Доля интервалов данной длительности, % 3 - 6 20 6 - 15 60 15 - 21 16 21 - 30 4 3 - 30 100 П р и м е ч а н и е - Провалы напряжения длительностью до 3 с имеют место только в электрических сетях, где устройства АВР на трансформаторной подстанции выполнены на стороне 0,38 кВ (с временем срабатывания АВР, равным 0,2 с), что не является типичным для большинства электрических сетей 5 Таблица 3 - Соотношение характеристик провалов напряжения для городской кабельной сети 6 - 10 кВ, имеющей во всех РП и ТП устройства автоматического включения резерва (АВР) Глубина провала, % Доля интервала, %, при длительности провала, с Всего, % 0,2 0,5 - 0,7 1,5 - 3,0 3,0 - 30 1 - 35 - - 18 - 18 35 - 99 38 3 8 - 49 100 26 - - 7 33 Итого 64 3 26 7 100 П р и м е ч а н и я 1 45 % имеют индивидуальные реакторы на отходящих кабельных линиях, на 55 % установлены групповые реакторы. 2 25 % АВР выполнено на стороне 6 - 10 кВ с временем срабатывания от 3 до 30 с; 75 % АВР выполнено на стороне 0,38 кВ с временем срабатывания 0,2 с. 3 80 % от общего количества провалов напряжения вызваны повреждениями в электрических сетях 6-10 кВ (общая протяженность сети 30000 км); 20 % - повреждениями на ЦП и в электрических сетях напряжением 35 кВ и выше (городская сеть питается от 120 ЦП). 4 В среднем каждый потребитель испытывает провалы напряжения 12 раз в год Таблица 4 - Характеристики провалов напряжения для кабельных линий Глубина провала, % Доля интервалов, %, при длительности провала, с Всего, % 0,01 - 0,1 0,1 - 0,5 0,5 - 1,0 1,0 - 3,0 3 - 20 20 - 60 10 - 30 33,0 20,0 4,0 0,5 0,5 - 58,0 30 - 60 4,0 15,0 2,0 - - - 21,0 60 - 95 3,0 9,0 0,5 1,5 - - 14,0 100 0,5 0,5 1,0 - - 5,0 7,0 Итого 40,5 44,5 7,5 2,0 0,5 5,0 100 Таблица 5 - Соотношение характеристик провалов напряжения для различных по структуре электрических сетей Глубина провала, % Доля интервала, %, при длительности провала, с Всего 0,2 0,5 - 0,7 1,5 - 3,0 3,0 - 30 МКС ЛКС ЕКС МО МКС ЛКС ЕКС МО МКС ЛКС ЕКС МО МКС ЛКС ЕКС МО МКС ЛКС ЕКС МО 1 - 35 - - - - - - - - 18 14 - - - - - - 18 14 - - 35 - 99 38 - - - 3 9 45 4 8 39 20 66 - - - - 49 48 65 70 100 26 - - - - - - - - - - - 7 38 35 30 33 38 35 30 Итого 64 - - - - 9 45 4 26 53 20 66 7 38 35 30 100 100 100 100 П р и м е ч а н и е - МКС - Московская кабельная сеть; ЛКС - кабельная сеть Ленэнерго; ЕКС - кабельная сеть Екатеринбурга; МО - воздушно-кабельная сеть Московской области 6 Оценку соответствия длительностей провалов напряжения в точках общего присоединения потребителей к сети энергоснабжающей организации норме стандарта допускается проводить путем расчета по суммарной длительности выдержек времени устройств релейной защиты, автоматики и коммутационных аппаратов, установленных в соответствующих электрических сетях энергоснабжающей организации. 2 Расчет показателей качества электроэнергии При расчете показателей качества электроэнергии при проектировании используют ниже приведенные методики и формулы. 2.1 Измерение установившегося отклонения напряжения U y осуществляют следующим образом. 2.1.1 Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, измеряют значение напряжения, которое в электрических сетях однофазного тока определяют как действующее значение напряжения основной частоты U (1)i в вольтах, киловольтах, без учета высших гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока - как действующее значение каждого междуфазного (фазного) напряжения основной частоты U (1)i , а также как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты U 1(1)i , вычисляемое по формуле (1) где U AB(1)i , U BC(1)i , U CA(1)i - действующие значения междуфазных напряжений основной частоты в i-ом наблюдении, В, кВ. Допускается: 1) определять U 1(1)i методом симметричных составляющих; 2) определять U 1(1)i по приближенной формуле (2) При этом относительная погрешность вычисления значений U 1(1)i с использованием формулы (2) вместо формулы (1) не превышает 0,1 % при коэффициенте несимметрии напряжений по обратной последовательности, не превышающем 6 %; 3) измерять в электрических сетях однофазного и трехфазного тока вместо действующих значений фазных и междуфазных напряжений 7 основной частоты действующие значения соответствующих напряжений с учетом гармонических составляющих этих напряжений при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения не превышающем 5 %. 2.1.2 Вычисляют значение усредненного напряжения U y в вольтах, киловольтах как результат усреднения N наблюдений напряжений U (1)i или U 1(1)i за интервал времени 1 мин по формуле (3) где U i - значение напряжения U (1)i или U 1(1)i в i-ом наблюдении, В, кВ. Число наблюдений за 1 мин должно быть не менее 18 . 2.1.3 Вычисляют значение установившегося отклонения напряжения U y в процентах по формуле (4) где U ном - номинальное междуфазное (фазное) напряжение, В, кВ. 2.1.4 Качество электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения в точке общего присоединения к электрической сети считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если все измеренные за каждую минуту в течение установленного по пункту 5.1 периода времени (24 ч) значения установившегося отклонения напряжения находятся в интервале, ограниченном предельно допустимыми значениями, а не менее 95 % измеренных за тот же период времени значений установившегося отклонения напряжения находятся в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями. Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые пределы. При этом качество электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения - 0 % от этого периода времени. 8 Рисунок 1- Отклонение напряжения, колебание наряжения, провал напряжения, перенапряжение Рисунок 2 – несинусоидальность напряжения, импульсы напряжения 2.2 Колебания напряжения 2.2.1 Размах изменения напряжения U t в процентах (в соответствии с рисунком 1) вычисляют по формуле (5) где U i , U i+1 - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом 9 полупериоде основной частоты, В. Рисунок 3 - Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б) Допускается при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5 %, определять размах изменения напряжения U t в процентах по формуле (6) где U ai , U ai+1 - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ. 2.2.2 Частоту повторения изменений напряжения F Ut , с -1 , мин -1 , при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле (7) где m - число изменений напряжения за время Т; Т - интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин. П р и м е ч а н и е - Значение частоты повторения изменений напряжения, равное двум изменениям напряжения в секунду, соответствует 1 Гц. 2.2.3 Интервал времени между изменениями напряжения t i, i+1 в секундах 10 или минутах (в соответствии с рисунком 1) вычисляют по формуле t i, i+1 = t i+1 - t i , (8) где t i , t i+1 - начальные моменты следующий один за другим изменений напряжения, с, мин. Если интервал времени между окончанием одного изменения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 30 мс, то эти изменения рассматривают как одно. 2.2.3 Качество электрической энергии в точке общего присоединения при периодических колебаниях напряжения, имеющих форму меандра, считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если измеренное значение размаха изменений напряжения не превышает значений, определяемых по кривым рисунка 1 для соответствующей частоты повторения изменений напряжения F Ut или интервала между изменениями напряжения t i, i+1 Определение соответствия качества электрической энергии требованиям настоящего стандарта для периодических и непериодических колебаний напряжения, имеющих форму, отличную от меандра, осуществляют в соответствии с приложением. 2.3 Дозу фликера (кратковременную и длительную) при колебаниях напряжения любой формы определяют следующим образом. 2.3.1 Измеряют с помощью фликерметра за интервал времени Т sh , равный 10 мин, уровни фликера Р, (%) 2 , соответствующие интегральной вероятности, равной 0,1; 0,7; 1,0; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 13,0; 17,0; 30,0; 50,0; 80,0 %. 2.3.2 Определяют с помощью фликерметра или вычисляют сглаженные уровни фликера P s , (%) 2 , по формулам: (9) где P 1s , P 3s , P 10s , P 50s - сглаженные уровни фликера при интегральной вероятности, равной 1,0; 3,0; 10,0; 50,0 соответственно. 2.3.3 Определяют с помощью фликерметра или вычисляют кратковременную дозу фликера Р St , отн. ед., на интервале времени Т sh по формуле (10) 11 Кратковременная доза фликера при периодических колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра, может быть определена путем расчета. 2.3.4 Определяют с помощью фликерметра или вычисляют длительную дозу фликера P Lt , отн. ед., на интервале времени T L , равном 2 ч, по формуле (11) где Р stk - кратковременная доза фликера на k-ом интервале времени T sh в течение длительного периода наблюдения T L 2.4 Качество электрической энергии по дозе фликера считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если каждая кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 ч или расчета по приложению, не превышают предельно допустимых значений. 2.5 Несинусоидальность напряжения 2.5.1 Измерение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K (n)i осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений. 2.5.2 Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, определяют действующее значение напряжения n-ой гармоники U (n)i в вольтах, киловольтах. 2.5.3 Вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K U(n)i в процентах как результат i-го наблюдения по формуле (12) где U (1)i - действующее значение напряжения основной частоты на i-ом наблюдении в вольтах, киловольтах. Допускается вычислять данный показатель КЭ по формуле (13) 2.6 Измерение коэффициента временного перенапряжения K перU в относительных единицах (рисунок 4) осуществляют следующим образом: 12 Рисунок 4 - Временное перенапряжение 2.6.1 Измеряют амплитудные значения напряжения U а в вольтах, киловольтах на каждом полупериоде основной частоты при резком (длительность фронта до 5 мс) превышении уровня напряжения, равного 1,1 U ном. 2.6.2 Определяют максимальное из измеренных амплитудных значений напряжения U a max С целью исключения влияния коммутационного импульса на значение коэффициента временного перенапряжения определение U a max осуществляют через 0,04 с от момента превышения напряжением уровня, равного 1,1U ном 2.6.3 Фиксируют момент времени t н пер превышения действующим значением напряжения уровня, равного 1,1U ном , и момент времени t к пер спада напряжения до уровня 1,1U ном 2.6.4 Вычисляют t к пер в секундах по формуле t пер U = t к пер t н пер (14) 3 Оформление контрольной работы заочника Расчетно-пояснительная записка должна быть напечатана на бумаге формата А4 (297 Х 210 мм), должна быть оформлена с применением ЭВМ. Сложные рисунки допускается рисовать черными чернилами или тушью и далее сканировать. Записка должна быть изложена логично, кратко, техническим языком и удовлетворять всем требованиям правописания. Не допускается произвольное сокращение слов. Расчетно-графическая работа с грамматическими ошибками к защите не допускается. Оформление записки должно быть по ГОСТ 2.105-95. Все расчеты в пояснительной записке приводят так: дают расчетную формулу с пояснениями входящих в нее величин, затем подставляют их 13 численные значения и получают результат. При необходимости расчет должен быть проиллюстрирован эскизом. Расчеты должны быть выполнены в Международной системе единиц (СИ). При использовании номограмм, графиков и эмпирических формул, которые основаны на внесистемных единицах, окончательные результаты должны быть переведены в систему СИ. Необходимо давать ссылки на используемую литературу при описании схем и использовании расчетных формул. Ссылки даются в квадратных скобках, где проставляются порядковый номер данного источника и страницы, например: [6, с. 138] . Список литературы 1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: учеб. пособие.- 5-е изд., стер. М.: Высш. шк., 2004.- 752 с. 2. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 2013-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2012.- 31 с. 3. Электрические системы и сети: учебное пособие / А.В.Лыкин. – М.: Логос, 2007. – 254 с. 4. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии / Ю.С.Железко – М.: Энергоатомиздат, 1985.- 224 с. 5. Правила устройства электроустановок.- 6-е и 7-е изд. с изм. и доп.- Новосибирск: Сибирское университет. изд-во, 2007.- 854 с 6. Центр электромагнитной безопасности [интернет ресурс]. - режим доступа - http://www.tesla.ru - Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ. |