Файл: Методические указания по выполнению контрольной работы заочника по дисциплине (модулю) Управление режимами работы электроэнергетических систем.pdf

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