Рабочая программа учебной дисциплины Электрические станции и подстанции

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ЭНИН

_____________

«___»________________2011 г

Рабочая программа учебной дисциплины

Электрические станции и подстанции

НАПРАВЛЕНИЕ – 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ – «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электрические станции», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника», «Электроэнергетические системы и сети»

СТЕПЕНЬ: Бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРСЫ – 3; СЕМЕСТРЫ – 6

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ – 6

ПРЕРЕКВИЗИТЫ – «Теоретические основы электротехники»,

КОРЕКВИЗИТЫ – «Электрические машины», «Электроэнергетические системы и сети»

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ – очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ – зачет, экз., диф. зачет

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ – кафедра электроэнергетических сетей и систем

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ к. т.н., доцент

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП – директор ЭНИН; к. т.н., доцент

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – , доцент каф. ЭСиС

2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

Основными целями дисциплины являются:

- формирование знаний по электрической части электростанций,

- знакомство с устройством и работой электрооборудования,

- получение глубоких знаний по физической сущности основных явлений и процессов в электрооборудовании.

Эти знания позволят выпускникам успешно решать задачи в профессиональной деятельности, связанной с проектированием, обслуживанием и эксплуатацией объектов электроэнергетики.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к профессиональному циклу базовой части модуля «Электроэнергетика»; профили – «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электрические станции», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника», «Электроэнергетические системы и сети».

Указанная дисциплина является одной из профилирующих; имеет как самостоятельное значение, так и является базой для ряда специальных дисциплин.

Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:

знать:

законы электротехники, методы расчета электрических цепей; конструктивное исполнение электрических машин и принцип их работы;

уметь:

составлять схемы замещения элементов энергосистемы;

иметь опыт:

расчета токов и напряжений для простейших схем в установившемся и переходном режимах.

Пререквизитами данной дисциплины являются: «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины».

Кореквизиты – «Электроэнергетические системы и сети».

3. Результаты освоения дисциплины

Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им выполнять работу по эксплуатации электрооборудования электростанций и подстанций, используя современные методы, проектировать новые электростанции и подстанции с использованием средств вычислительной техники, вести исследования в области электроэнергетики.

Уровень освоения дисциплины должен позволять обучающимся производить диагностику электрооборудования и организовывать его текущие ремонты.

В соответствии с поставленными целями в результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

- технологию производства электроэнергии,

- основное оборудование электрической части электрических станций,

- физические явления и процессы в электроэнергетических устройствах;

уметь:

- анализировать работу схем электрических соединений электростанций и подстанций в нормальном и аварийном режимах;

- осуществлять подготовку исходных данных для расчета режимов коротких замыканий по специализированным компьютерным программам;

владеть:

- навыками работы с промышленными энергетическими программами

- навыками работы со справочной литературой и нормативно–техническими материа­лами.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1. Общекультурные

–  способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

–  способность к письменной и устной коммуникации на государственном языке: умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; готовность к использованию одного из иностранных языков (ОК-2);

–  готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3).

2. Профессиональные

– готовность работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);

– способность разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9).

3. Профильно – специализированные:

– способность рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов.

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины (27 час.)

1. Введение (2 часа)

Краткие исторические сведения о развитии электроэнергетики России. Современное состояние, проблемы и текущие задачи энергетики в целом и Сибирского региона. Общие сведения об электроустановках. Понятие об электрической системе. Типы электростанций и их особенности. Принципиальная электрическая схема станции. Основное и вспомогательное оборудование и его назначение. Графики нагрузок электроустановок.

2.Основное электрооборудование электростанций (6 час.)

Синхронные генераторы: основные характеристики, системы охлаждения, системы возбуждения, автоматическое гашение поля.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы: основные характеристики, системы охлаждения, включение на параллельную работу, допустимые систематические и аварийные перегрузки. Способы заземления нейтрали основного электрооборудования.

Основные величины, характеризующие режимы заземления нейтрали электрических систем. Особенности электрических сетей с незаземленной (изолированной), резонансно-заземленной, резестивной и эффективно-заземленной нейтралью.

3.Токи короткого замыкания (4 час.)

Особенности расчетов токов короткого замыкания (КЗ) для выбора и проверки электрических аппаратов токоведущих частей. Электродинамическое и термическое действие токов КЗ Координация токов КЗ (способы и методы ограничения токов КЗ).

4.Шинные конструкции и токоведущие проводники в электроустановках (4 час.)

Типы проводников, применяемых в электроустановках. Выбор сечения жестких, гибких проводников, сборных шин и их проверка.

5.Гашение дуги в электрических аппаратах (4 час.)

Процесс отключения электрической цепи выключателем. Физические явления при гашении дуги постоянного и переменного тока. Отключение цепи переменного тока при индуктивной нагрузке. Способы гашения дуги в электрических аппаратах.

6.Электрические аппараты и их выбор (8 час.)

Классификация аппаратов высокого напряжения. Основные характеристики и конструктивные элементы выключателей. Типы выключателей, область применения. Классификация разъединителей, типы и область применения разъединителей. Основные характеристики измерительных трансформаторов тока и напряжения. Типы трансформаторов тока и напряжения, применяемых в электроустановках разных напряжений. Условия выбора и проверки электрических аппаратов: выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов, токоограничивающих реакторов.

7.Схемы электрических соединений станций и подстанций (6 час.)

Основные требования к главным схемам электроустановок. Особенности главных схем ТЭЦ, КЭС, подстанций. Схемы электрических соединений, применяемых в распределительных устройствах 6-500 кВ электростанций и подстанций, их преимущества и недостатки. Работа схем в нормальных, ремонтных и аварийных режимах.

8.Собственные нужды электрических станций и подстанций (6 час.)

Основные характеристики механизмов собственных нужд. Типы приводов, применяемых для этих механизмов. Источники питания собственных нужд и их резервирование. Схемы питания собственных нужд ТЭЦ, КЭС и подстанций.

9.Источники оперативного тока, управление и сигнализация на электростанциях и подстанциях (4 час.)

Источники оперативного тока (аккумуляторы и преобразователи), область их применения. Режимы работы аккумуляторных установок на электростанциях и мощных подстанциях. Дистанционное управление выключателями. Виды сигнализации: положения коммутационных аппаратов, аварийная, предупреждающая.

4.2. Содержание практического раздела дисциплины

4.2.1. Тематика практических занятий (36час.)

1.  Построение вариантов структурных схем электростанций и подстанции (4 час.).

2.  Выбор трансформаторов связи на электростанциях и подстанциях (4 час.) (4 час.).

3.  Расчет токов продолжительных режимов и короткого замыкания для выбора и проверки проводников и аппаратов (4 час.) (4 час.).

4.  Выбор средств ограничения токов КЗ на электростанциях и подстанциях (4 час.) (4 час.).

5.  Выбор электрических аппаратов: выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения (4 час.).

6.  Выбор жестких, гибких шин и силовых кабелей (4 час.).

7.  Выбор распределительных устройств: ЗРУ, ОРУ, КРУ(Н) (4 час.) (4 час.).

8.  Примеры построения главных схем электростанций и подстанций (6 час.).

9.  Выбор источников оперативного тока (2 час.).

4.2.2. Тематика лабораторных работ (9 час.)

1.  Подготовка базы данных для ПК «Мустанг» и отладка расчета установившегося режима электростанции (2 час.).

2.  Расчет перетоков мощностей в трансформаторах (автотрансформаторах) связи при различных режимах работы электроустановки. Расчет токов трехфазного КЗ на шинах распределительных устройств электростанции (2 час.).

3.  Расчет токов несимметричного КЗ на электростанции (2 час.).

4.  Влияние статических характеристик нагрузок на параметры установившегося режима (2 час.).

5.  Моделирование трехфазного КЗ на выводах генератора, работающего в режиме холостого хода (2 час.).

4.3 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Таблица №1

5. Образовательные технологии

В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:

·  опережающая самостоятельная работа;

·  методы IT;

·  междисциплинарное обучение;

·  проблемное обучение;

·  обучение на основе опыта;

·  исследовательский метод.

Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, практические занятия, лабораторные работы, курсовое проектирование, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации,

Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в матрице (табл. 2).

Таблица 2.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

6. Организация и учебно-методическое обеспечение СР студентов

Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения. Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно – ориентированная.

6.1. Текущая самостоятельная работа, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений включает:

– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию;

– опережающую самостоятельную работу;

– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;

– подготовку к лабораторным работам, к практическим занятиям;

– подготовку к контрольным работам, зачету, экзамену.

6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) предусматривает:

– выполнение курсового проекта;

– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях, и олимпиадах;

– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;

– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.

6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

6.3.1. С целью развития творческих навыков у студентов при изучении настоящей дисциплины определен перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана (выдаются наиболее одаренным студентам ):

– Технические средства на электростанциях для перераспределения реактивной нагрузки между генераторами и изменения перетоков реактивной мощности по обмоткам автотрансформаторов связи.

– Оборудование на электростанции для изменения загрузки генераторов по активной мощности.

– Конструктивные факторы, ограничивающие единичные мощности турбогенераторов. Технические меры для увеличения единичной мощности современного синхронного генератора без нарушения конструктивных ограничений.

6.3.2. Тема курсового проекта – «Проектирование электрической части станций».

Тематика курсового проекта связана с выбором вариантов схем электрических соединений станции и расчетом токов КЗ. Графическая часть проекта представляет собой главную схему электрических соединений проектируемой станции или подстанции в соответствии с требованиями ГОСТов и ЕСКД на электрооборудование. Все графические материалы: главная схема, планы и разрезы ячеек распределительных устройств, схемы управления и сигнализации и др. выполняются в виде электронных файлов.

Курсовой проект позволяет проявить творческие навыки, приобрести практический опыт решения инженерной задачи, закрепить и усвоить теоретический материал. Во­просы курсовой работы охватывают 70-75% теоретического лекционного мате­риала и практических занятий.

6.3.3. Темы индивидуальных заданий для реферативных работ:

– конструкции и типы высоковольтных выключателей;

– типы и конструкции распределительных устройств в электроустановках высокого напряжения;

– классификация разъединителей, типы и область применения разъединителей;

– типы проводников, применяемых в электроустановках. Выбор сечения жестких, гибких проводников, сборных шин и их проверка;

– основные требования к главным схемам электроустановок. Особенности главных схем ТЭЦ, КЭС, подстанций;

– режимы сети с изолированной нейтралью и выбор дугогасящих реакторов;

– устройства ограничения токов короткого замыкания и особенности их применения;

– представление параметров электрической схемы замещения в именованных единицах;

– система возбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения синхронной машины;

– средства ограничения токов короткого замыкания и их сравнительная эффективность.

1.3.4.  Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

– Характеристики водородной системы охлаждения для турбогенераторов.

– Характеристики воздушной системы охлаждения для турбогенераторов.

– Характеристика электромашинной системы возбуждения турбогенераторов.

– Характеристика высокочастотной системы возбуждения турбогенераторов.

– Способы прохождения максимума нагрузки энергосистемы.

6.4. Контроль самостоятельной работы студентов

Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных модулей дисциплины осуществляется посредством:

– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;

– защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям;

– представления выполненного материала по курсовому проекту;

– результатов ответов на контрольные вопросы (вопросы предоставляются в электронной форме);

– опроса студентов на практических занятиях;

Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной деятельности.

6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированными источниками, учебно-методическими материалами и Internet-ресурсами (представлены в разделе 9).

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных модулей разработаны и используются следующие средства:

– список контрольных вопросов по отдельным темам и разделам (приведен в Приложении 1);

– комплект заданий по теоретическим и практическим вопросам в тестовой форме (40 шт. по 10 вопросов в тесте);

– перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (представлены в п. 6.3);

– комплект задач для закрепления теоретического материала;

– методические указания к лабораторным работам и отчеты по результатам их выполнения;

– задания по курсовому проекту.

Для промежуточной аттестации подготовлен комплект билетов – 25 шт.; билеты содержат два теоретических вопроса и задачу. Для защиты курсового проекта имеется перечень вопросов; защита осуществляется в форме собеседования.

8.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература:

1.Ополева и подстанции электроснабжения: Справочник;: Учебное пособие.- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006.-480 с.-(Высшее образование).

2. , , Шунтов схем электроустановок: учебное пособие для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 288 с.

3. Электрическая часть станций и подстанций. , , и др. - М.: Энергоатомиздат, 19с.

4. Пособие для изучения правил технической эксплуатации электрических станций и сетей. Тепломеханическая часть. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2007. – 416 с.

5. Электрическая часть электростанций. , , и др. - Л.: Энергоатомиздат, 19с.

6. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник / и др.-М.: Академия, 2004.-448 с.

Дополнительная литература:

1. , Козулин станций и подстанций.-2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.

2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М-во топ­лива и энергетики РФ, РАО " ЕЭС России ": РД34.20.е изд., перераб. и доп. – Спб.:Деан, 2000.-325 с.

3. Правила устройства электроустановок / Министерство энергетики Российской Федерации.-М.: НЦ ЭНАС, 2003.-176 с.

4. , Крючков часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 198с.:ил.

5. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. - М.: Энергоиздат, 19с.:ил.

6. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения / Под ред. .- М.: Энергоиздат, 19с.:ил.

7. Электротехнический справочник. Т2: Электротехнические изделия и устройства / Под ред. .- М.:Изд-во МЭИ, 2001.-517 с.

8. Электротехнический справочник. Т3: Производство, передача и распределение электрической энергии / Под ред. .- М.:Изд-во МЭИ, 2002.-964 с.

9. , , Коломиец комплексы в учебном проектировании электрической части станций: учебное пособие (гриф УМО). – Томск: Изд-во ТАУ, 2010. – 123 с.

10. , , Коломиец работы нейтрали в электрических системах (гриф УМО): учебное пособие. – Томск: Изд-во ТАУ, 2010. – 115 с.

11. , , Пономарчук часть электростанций и подстанций: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 143 с.

Программное обеспечение и Internet-ресурсы:

1. Профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов и переходных процессов «Мустанг».

2. Профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов «РАСТР».

3. Программные комплексы общего назначения: «Mathcad», «Electronics Workbench».

4. Internet-ресурсы:

4.1. , Шестакова учебник. «Управление нормальными и аварийными режимами электроэнергетических систем»

http://e-le. lcg. *****/public/URS_iep8/index. html

4.2. Сайт компании "Силовые машины" http://www. *****/

4.3. Сайт НПП «ТестЭлектро» http://*****/

9. Материально – техническое обеспечение дисциплины

– лабораторные работы проводятся в специализированных учебных лабораториях; компьютеры подключены к сети учебного корпуса ЭНИН с выходом в Internet; при выполнении лабораторных работ используются профессиональные программные комплексы;

– практические занятия проводятся в компьютерных классах;

– лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств; материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки бакалавров; профили: «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электрические станции», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Высоковольтные электроэнергетика и электротехника», «Электроэнергетические системы и сети».

Программа одобрена на заседании кафедры «Электроэнергетических сетей и систем».

(протокол № __ от «__» ______ 2010 г.)

Автор _____________ , к. т.н., доцент кафедры ЭСиС.

Рецензент __________________ , к. т.н., доцент кафедры ЭСиС.

Приложение 1

Вопросы текущего контроля

1.  Особенности технологических процессов ТЭЦ, КЭС, ГЭС, ГАЭС, АЭС.

2.  Пояснить какие шины – трехполосные или коробчатого сечения – при одинаковой затрате металла будут обладать большей нагрузочной способностью.

3.  При каких условиях электрические сети выполняются с резонансно-заземленными нейтралями?

4.  Особенности отключения цепи переменного тока по сравнению с цепью постоянного тока.

5.  Назначение шунтирующих резисторов в выключателях.

6.  Чем определяется тип и конструкция высоковольтного выключателя?

7.  Назовите достоинства и недостатки вакуумных и элегазовых выключателей.

8.  Определение собственного и полного времени отключения выключателя.

9.  Укажите назначение и область применения автоматических выключателей, контакторов и магнитных пускателей.

10.  Понятие класса точности. Классы точности, установленные для ТА и ТV.

11.  Физическая величина, определяющая погрешности ТА и ТV.

12.  сравнению с косвенным.

13.  Агенты (вещества), применяемые для охлаждения турбогенераторов.

14.  Как обеспечивается независимость работы электромашинных систем возбуждения от напряжения на выводах генератора?

15.  Вид (закон) изменения тока возбуждения при срабатывании АГП с активным гасительным сопротивлением и дугогасительной решеткой воздушного автомата. При каком способе время гашения магнитного поля меньше.

16.  Назначение обходной системы сборных шин. В РУ какого напряжения применяются схемы с обходной системой шин и при каких условиях?

17.  Достоинства и недостатки схем 3/2, 4/3 выключателя на присоединение (цепь), укажите область их применения.

18.  Преимущества схем 3/2, 4/3 выключателя на присоединение по сравнению со схемой – две рабочих системы шин с обходной.

Приложение 2

Итоговый контроль

Билет № 1

1.  Описать технологический процесс производства электроэнергии на ГРЭС (КЭС).

2.  Описать принцип действия синхронного генератора.

3.  Пояснить требования к надежности электроснабжения потребителей 1 категории.

Билет № 2

1.  Описать технологический процесс производства электро - и теплоэнергии на ТЭЦ.

2.  Описать принцип действия силового трансформатора.

3.  Пояснить требования к надежности электроснабжения потребителей 2 категории.

Билет № 3

1.  Участие КЭС в покрытии графика нагрузки энергосистемы.

2.  Характеристики водородной системы охлаждения для турбогенераторов.

3.  Характеристика электромашинной системы возбуждения турбогенераторов.

Билет № 4

1.  Участие ТЭЦ в покрытии графика нагрузки энергосистемы.

2.  Характеристики воздушной системы охлаждения для турбогенераторов.

3.  Характеристика высокочастотной системы возбуждения турбогенераторов.

Билет № 5

1.  Способы прохождения максимума нагрузки энергосистемы.

2.  Способы гашения поля генератора.

3.  Классификация систем охлаждения силовых транcформаторов.

Билет № 6

1.  Способы прохождения максимума нагрузки энергосистемы.

2.  Диаграмма допустимых мощностей турбогенератора.

3.  Режимы работы автотрансформаторов.

Билет 7

1.  Электрические сети с незаземленной нейтралью.

2.  Охлаждение синхронных генераторов.

3.  Отключение электрической цепи постоянного тока.