Графики электрических нагрузок промышленных предприятий

Цель работы

1. Построение суточных и годовых по продолжительности графиков активных и реактивных нагрузок промышленных предприятий по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии.

2. Определение коэффициентов и параметров, характеризующих графики электрических нагрузок

Необходимые исходные сведения

Электроприемники промышленных предприятий потребляют активную и реактивную мощность. Режим работы этих электроприемников зависит от их назначения и использования и изменяется в различные часы суток, дни, недели и месяцы года, изменяется и потребляемая ими электрическая мощность (электрическая нагрузка). Соответственно изменяется нагрузка всех звеньев передачи, распределения энергии и генераторов станций. Изменение нагрузок потребителей электроэнергии принято изображать графически в виде графиков нагрузок, которые строят в прямоугольной системе координат, откладывая по оси абсцисс время, в течение которого рассматривается изменение нагрузки, а по оси ординат – нагрузки.

Различают графики активных и реактивных нагрузок. В первом случае по оси ординат откладывают активную нагрузку в киловаттах (кВт) или мегаваттах (МВт), а во втором – реактивную нагрузку в киловольт-амперах (квар) или мегавольт-амперах реактивных (Мвар). По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок.

1. Суточные графики нагрузок

Значение активных нагрузок установки в различные часы суток (рис. 1.1) определяется в проектах соответствующим расчетом, а в эксплуатации – по показаниям измерительных приборов. Отдельные точки графика, соответствующие указанным нагрузкам, соединяют прямыми линиями, поэтому график имеет вид ломаной линии. Подобный график будет тем точнее, чем меньше принятые интервалы времени между двумя смежными нагрузками. На практике принято брать интервалы в 30 или 60 мин.

Площадь графика определяет расход электроэнергии, кВт× ч, поэтому для ее вычисления целесообразно строить графики ступенчатой формы (рис. 1.2). При построении ступенчатого графика принимают нагрузку установки неизменной (осредненной) в интервале времени осреднения (30 или 60 мин). Аналогично строят графики реактивных нагрузок.

Для характеристики работы установки в течение года достаточно иметь суточные графики для наиболее характерных суток года. Для большинства установок наиболее характерными суточными графиками нагрузок являются зимний (конец декабря) и летний (конец июня) суточные графики.

Зимний график обычно соответствует наибольшим нагрузкам установки в течение года (наибольший расход на электроосвещение, на отопление), а летний – наименьшим, хотя могут быть и исключения (водонасосные станции, холодильные установки и т.д.).

На действующих предприятиях суточные графики строят по записям показаний счетчиков активной и реактивной энергии, производимым через каждый час.

Для суточного графика (рис. 1.2) характерны следующие величины:

1) максимум активной P _м и Q _м реактивной мощности (это наибольшая по графику нагрузка длительностью не менее получаса);

2) коэффициент реактивной мощности максимума, соответствующий cosj_м:

;

3) суточный расход активной энергии W _сут, кВт× ч, и суточный расход реактивной энергии V _сут квар× ч (это площадь суточного графика в определенном масштабе);

4) средняя активная P _с и средняя реактивная Q _с мощности

; ;

5) средний за сутки коэффициент мощности:

; ;

6) коэффициент заполнения, коэффициент нагрузки суточного графика активной нагрузки

;

7) коэффициент заполнения суточного графика реактивной нагрузки

;

8) средняя активная и средняя реактивная мощности за наиболее загруженную смену

; ;

9) коэффициенты использования активной (реактивной) мощности

; ;

10) коэффициенты формы графика нагрузки

; ,

где P _э – среднеквадратичная или эффективная активная мощность за рассматриваемый период времени;

11) коэффициенты максимума нагрузки для активной и реактивной нагрузки:

; ;

12) T _м.а – число часов использования максимума активной нагрузки

.

При расчете электрических нагрузок за расчетную смену принимается максимально загруженная смена.

2. Годовые графики нагрузок

Особенности годового режима работы электроустановок выявляются с помощью годовых графиков нагрузок. В практике чаще всего пользуются годовыми графиками изменения максимальных суточных нагрузок (рис. 1.3) и годовым графиком по продолжительности (рис. 1.4). По оси абсцисс отложены сутки по месяцам года (с 1 января по 31 декабря), а по оси ординат – суточные максимумы нагрузок.

Если известны число и мощность установленных агрегатов станции или подстанции (генераторов или трансформаторов), то, пользуясь подобным графиком, можно установить, сколько агрегатов должно находиться в работе в различные периоды года. Это позволяет использовать такой график для установления возможных сроков ремонта агрегатов и числа агрегатов, которые можно одновременно ремонтировать.

Годовой график по продолжительности (рис. 1.4) показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси абсцисс отложены часы года от 0 до 8760 ч, а по оси ординат нагрузка, МВт.

В процессе эксплуатации годовые графики строятся по часовым записям нагрузок в течение года, но приближенно годовой график по продолжительности можно построить по двум характерным суточным графикам нагрузок электроустановки (за зимние и летние сутки), как показано на рис. 1.5. При этом условно принимают, что продолжительность зимнего периода 213 суток (7 месяцев), а летнего – 152 дня (5 месяцев). Построение годового графика по продолжительности начинают с максимума и выполняют в порядке постепенного снижения мощностей, для чего через оба суточных графика проводят ряд горизонтальных линий, расстояние между которыми выбирают в соответствии с желаемой точностью построения.

Рассмотрим пример определения годовой продол-жительности мощности P ₁: по зимнему графику ; по летнему – нуль; годовая .

Откладывая полученное значение по оси абсцисс годового графика, находим точку " А". Годовая продолжительность мощности P ₂: по зимнему графику ; по летнему – ; годовая . На годовом графике это соответствует точке " В". Выполнив все построения, получаем годовой график в виде ступенчатой ломаной линии. Можно привести и кривую годового графика (пунктир на рис. 1.5), но так, чтобы площадь, ограниченная этой кривой, была равной площади, ограниченной ступенчатой линией.

Для годовых графиков (рис. 1.4 и 1.5) характерны следующие величины:

1) годовой расход активной энергии , кВт× ч изображенный площадью годового графика активной энергии по продолжительности: ;

2) годовой расход реактивной энергии (квар× ч), изображаемый площадью годового графика реактивной энергии: ;

3) среднегодовая активная нагрузка

;

4) среднегодовая реактивная нагрузка

;

5) максимум активной энергии P _м и реактивной энергии Q _м (это наибольшая ордината наибольшего в году суточного графика, например зимнего);

6) число часов использования максимума активной нагрузки

;

7) число часов использования максимума реактивной нагрузки

,

где V _г – годовой расход реактивной энергии;

8) средневзвешенный за год коэффициент мощности

,

где W _г, V _г – годовой расход активной и реактивной энергии;

9) коэффициент сменности по энергоиспользованию

.

Построение суточных и годовых графиков активной и реактивной нагрузок является необходимым для выбора питающих предприятие генераторов ТЭЦ или трансформаторов ГПП, для подсчетов годового потребления активной и реактивной энергий и регулирования напряжения.

Описание схемы установки

Нажатием кнопки SB1 (рис. 1.6) включается реле KL1, которое через контакты KL1.1 остается во включенном положении, а контактами KL1.2 включается реле времени KT2. По истечении установленной выдержки времени (1 мин) контактом KT2.1 включается реле KL2, которое своим контактом KL2.1 прекращает питание блока управления БУ. В этот момент нагрузка отключается и записываются показания счетчиков. Запись показания производится после того, как загорится сигнальная лампочка HL5. Через 1 мин 30 с замыкаются контакты KT2.2 реле KT2 и шаговый искатель ШИ подключает следующую ступень нагрузки. Далее через 1 мин 30 с замыкаются контакты KT2.3 реле KT2, включается реле времени KT1, разрывая цепь питания реле KT2, чем обеспечивается возврат схемы в исходное положение.

Снятие графика нагрузок на протяжении всего цикла происходит автоматически.

Рис. 1.6. Принципиальная схема установки

Подготовка к работе

1. Ознакомиться с описанием и схемой установки, проработать рекомендуемую литературу [1. С. 34-64]; [3. С. 20-42]; [4. С. 57-79]; [6. С. 182-216], [7. С. 148-160].

2. Ответить на вопросы:

2.1. С какой целью снимаются графики нагрузок промышленных предприятий?

2.2. Что такое коэффициент использования, для чего и как он определяется?

2.3. Чему равны коэффициенты нагрузки, формы, максимума для рассматриваемого графика?

2.4. Число часов использования максимума актив­ной (реактивной) нагрузки и его определение.

2.5. Как определяется средневзвешенный коэффициент мощности при максимуме нагрузки?

2.6. Как определить среднюю мощность?

2.7. Какая смена считается наиболее загруженной?

2.8. Что характеризует коэффициент сменности по энергоиспользованию?

2.9. Что называется коэффициентом спроса и как он определяется?

3. Ознакомиться с лабораторной установкой и порядком проведения замеров показаний счетчиков.

4. Приготовить бланки для записей показаний счетчиков (табл. 1.1).

Порядок проведения работы

1. Собрать схему установки для проведения испытаний. Сборку схемы производить только при выключенных автоматах QF1 и QF2.

2. При включении автоматов QF1 и QF2 загораются нижние сигнальные лампочки, расположенная справа от автомата, и должна загораться лампа HL6, сигнализируя о готовности схемы к работе. Если HL6 не горит, то нажатием кнопки SB3 возвращают схему в исходное положение.

3. Произвести запись нулевых показаний счетчиков активной и реактивной энергии.

4. Нажатием кнопки SBI запустить схему.

Таблица 1.1

5. После погасания лампы HL6 показания счетчиков записывать при включении лампы HL5.

6. Загоревшаяся лампа HL7 сигнализирует о начале замеров для построения суточных графиков нагрузок за зимний день.

7. Вновь загоревшаяся лампа HL7 сигнализирует о прекращении замеров.

8. Запись показаний счетчиков за летний день выполняется в положении переключателя SA в положении «Л».

9. Отключить автоматы, записи показать преподавателю.

10. Разобрать схему, стенд привести в порядок.

Рабочее задание

1. Снять показания счетчиков активной и реактивной энергии за зимний и летний день.

2. Построить суточные графики активной и реактивной нагрузок за зимний и летний дни.

3. Определить:

3.1. Максимум активной и реактивной нагрузок – P _м и Q _м.

3.2. Среднесуточные нагрузки за зимний и летний дни и нагрузки за максимально загруженную смену.

3.3. Коэффициенты формы всех графиков.

3.4. Коэффициенты использования по активной и реактивной мощности для летнего и зимнего дня k _и.а и k _и.р.

3.5. Коэффициенты заполнения и коэффициенты максимума для всех графиков.

3.6. Коэффициенты мощности в момент максимума и среднесуточные.

3.7. Коэффициенты спроса активной мощности за летний и зимний дни.

4. Построить годовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

5. Определить:

5.1. Годовое потребление активной и реактивной энергии W _г, V _г.

5.2. Среднегодовые нагрузки P _сг, Q _сг.

5.3. Число часов использования максимумов активной и реактивной нагрузок.

5.4. Средневзвешенное значение коэффициента мощности cosj_свг.

5.5. Коэффициент сменности по энергоиспользованию для активной нагрузки a.

Указания к выполнению

1. Отчет составляется студентом индивидуально после изучения описания установки и рекомендуемой литературы. Отчет должен быть составлен на отдельных листах писчей бумаги с одной стороны листа.

2. Показания счетчиков снимаются через каждую минуту, что соответствует 1 часу работы предприятий. Нулевые показания записываются при горящей лампе HL6.

3. К п. 2 задания. Обмотки счетчиков подключены через трансформаторы ТН (к_тн = 10000/100) и ТТ (к_тт = 1000/5).

4. К п. 3.2 задания. Длительность смен принять равной 6 часам, начиная с 6 часов. Наиболее загруженной сменой является смена с наибольшим потреблением электроэнергии предприятием для характерных суток. Обычно наиболее загруженной сменой является смена, в которой используется наибольшее количество агрегатов (дневная).

5. К п. 3.3 задания. Среднеквадратичная активная мощность за рассматриваемый период времени определяется по формуле

,

где n – число замеров; D t – длительность интервала времени между замерами. Аналогично определяется Q _скв.

6. К п. 3.7 задания. Установленная мощность принимается равной P _н = 1, 2 P _м, где P _м – максимальная мощность, определенная по летнему и зимнему графику нагрузки.

7. Определение коэффициентов и параметров, характеризующих графики электрических нагрузок при выполнении отдельных пунктов рабочего задания производится на компьютере с использованием стандартной программы «GRAF».

Содержание отчета

1. Титульный лист (приложение).

2. Таблица замеров нагрузок за зимний и летний дни.

3. Суточные и годовые графики активной и реактивной нагрузок предприятия.

4. Результаты анализа графиков согласно рабочего задания.

5. Выводы по работе.