Как написать курсовую по электрической части станций и подстанций – полное руководство для студента

Курсовая работа по «Электрической части станций и подстанций» (ЭЧСиП) — одна из тех задач, которая на первый взгляд кажется необъятной и пугающей. Сложные расчеты, множество нормативных документов, чертежи… Однако весь этот процесс можно и нужно декомпозировать. Секрет успеха — не в гениальности, а в системном подходе. Вместо того чтобы смотреть на задачу как на единую гору, мы разобьем ее на логичные и последовательные этапы.

Любая курсовая по этой дисциплине состоит из двух ключевых частей: расчетно-пояснительной записки (ПЗ), объемом около 35-40 страниц, и графической части, где центральное место занимает принципиальная схема вашей будущей подстанции. В этой статье мы пройдем весь путь шаг за шагом: от анализа исходных данных и построения графиков до выбора последнего измерительного трансформатора и правильного оформления списка литературы. Следуя этому руководству, вы превратите хаос в управляемый проект, снизите риск ошибок и будете уверенно двигаться к успешной защите. Все технические решения должны приниматься в строгом соответствии с действующими нормами и правилами, такими как ПУЭ и ГОСТы.

Шаг 1. Как правильно проанализировать исходные данные и построить графики нагрузки

Это фундаментальный этап, на котором закладывается основа всего проекта. Ошибки здесь неизбежно приведут к неверным результатам в последующих расчетах. Ваша первая задача — внимательно «прочитать» задание из методички и систематизировать исходную информацию.

Как правило, исходные данные включают:

• Сведения об энергосистеме (напряжение U, мощность короткого замыкания Sc).
• Данные о потребителях, подключенных к стороне среднего напряжения (СН). Например: Uсн=35 кВ, n*p=4*15 МВт.
• Данные о потребителях, подключенных к стороне низшего напряжения (НН). Например: Uнн=6 кВ, n*p=6*4 МВт.

На основе этих цифр начинается самое интересное — визуализация будущей работы подстанции. Процесс идет по нарастающей:

1. Суточные графики нагрузок. Для каждой группы потребителей вы строите индивидуальный суточный график. Это график, показывающий, как меняется их потребление в течение 24 часов. Различают графики активной мощности P (МВт) и реактивной мощности Q (мвар).
2. Суммарный график. Далее индивидуальные графики по часам суммируются, и вы получаете общий график нагрузки подстанции на стороне СН и НН. Это уже более полное представление о работе объекта.
3. Годовой график и ТЭП. Суточные графики позволяют построить годовой график нагрузок по продолжительности. Он показывает, сколько часов в году подстанция работает с той или иной нагрузкой. Из него извлекаются важнейшие технико-экономические показатели (ТЭП), например, число часов использования максимальной мощности.
4. Финальный график полной мощности. В завершение этого этапа все данные сводятся в итоговый график полной мощности S (МВА). Именно этот график станет вашим главным инструментом для выполнения следующего ключевого шага — выбора силовых трансформаторов.

Шаг 2. Выбираем число и мощность силовых трансформаторов

Имея на руках полное представление о нагрузках, мы можем выбрать сердце нашей подстанции — силовые трансформаторы. Их выбор — это баланс между мощностью, которую нужно передать потребителям, и надежностью электроснабжения.

Алгоритм выбора выглядит следующим образом:

1. Определение требуемой мощности. На основе графиков нагрузки, построенных на первом шаге, вы определяете максимальную мощность, которую должен будет передавать трансформатор.
2. Выбор числа трансформаторов. Как правило, на подстанциях для обеспечения надежности устанавливают не один, а два трансформатора. В нормальном режиме они работают параллельно, а в аварийном или ремонтном режиме один из них должен справиться с основной нагрузкой.
3. Выбор номинальной мощности. Зная требуемую мощность, вы по каталогам или стандартам выбираете трансформатор ближайшего большего стандартного номинала. Мощность подстанций может варьироваться от нескольких МВА до сотен МВА, поэтому номенклатура оборудования широка.
4. Проверка на перегрузочную способность. Это ключевой момент. Просто выбрать трансформатор недостаточно, нужно доказать, что он выдержит возможные послеаварийные режимы. Для этого строится эквивалентный двухступенчатый график нагрузки, и с помощью расчетов доказывается, что систематическая и аварийная перегрузка не превышает допустимых значений, установленных производителем и ГОСТом.

Помимо силовых трансформаторов, на подстанции всегда есть трансформатор собственных нужд (ТСН). Это небольшой по мощности агрегат, который питает все вспомогательные системы: освещение, вентиляцию, цепи управления, автоматику. Его мощность выбирается на основе суммарной нагрузки всех этих систем.

Шаг 3. Разрабатываем и обосновываем главную электрическую схему

Трансформаторы выбраны, но теперь их и все остальное оборудование нужно соединить в единую, логичную и надежную систему. Эту задачу решает главная схема электрических соединений. Это не просто рисунок, а функциональный каркас подстанции, который определяет состав оборудования, пути потоков мощности и общую надежность объекта.

Выбор схемы зависит от нескольких критериев:

• Напряжение подстанции. Для разных классов напряжения (например, 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ) применяются свои типовые решения.
• Количество присоединений. Сколько линий и трансформаторов нужно подключить?
• Требования к надежности. Зависит от категории потребителей. Для промышленных объектов или узловых подстанций требования выше.
• Экономическая целесообразность. Более сложные схемы надежнее, но и дороже.

Существует несколько типовых схем. Например, для понизительной подстанции 110/10 кВ часто используются схемы «мостик» или «одиночная секционированная система шин». Схема «мостик» проще и дешевле, но менее гибкая в эксплуатации. Схема с системой шин дороже, но позволяет проводить ремонты оборудования без отключения всех потребителей. Ваш выбор в курсовой работе должен быть четко обоснован исходя из исходных данных и требований к надежности.

Шаг 4. Как выполнить главный расчет — токи короткого замыкания

Это самый ответственный и, пожалуй, самый сложный этап курсового проекта. Расчет токов короткого замыкания (КЗ) — это расчет самых опасных режимов, которые могут возникнуть в сети. Именно от этих значений зависит выбор и проверка практически всего высоковольтного оборудования: выключателей, разъединителей, шин, измерительных трансформаторов. Это фундаментальный вопрос безопасности и надежности вашей подстанции.

Процесс расчета можно разбить на несколько шагов:

1. Составление схемы замещения. Первым делом реальная электрическая схема преобразуется в расчетную модель — схему замещения. Для этого рассчитываются индуктивные сопротивления всех ее элементов: энергосистемы, линий электропередачи, силовых трансформаторов.
2. Расчет трехфазного КЗ. Используя метод эквивалентных преобразований или другие методы расчета, вы определяете токи трехфазного короткого замыкания в нескольких ключевых точках схемы. Обычно это шины высокого (ВН) и низкого (НН) напряжения. Эти значения покажут, какие термические нагрузки должно выдерживать оборудование.
3. Расчет ударного тока КЗ. В самый первый момент короткого замыкания возникает так называемый ударный ток — его амплитуда может в несколько раз превышать установившееся значение тока КЗ. Он создает огромные электродинамические усилия, способные механически разрушить шины и аппараты. Поэтому все оборудование обязательно проверяется на электродинамическую стойкость именно по значению ударного тока.

Правильно выполненный расчет токов КЗ — это гарантия того, что в следующем шаге вы подберете оборудование, которое не только будет работать в нормальном режиме, но и выживет в аварийном, предотвратив тяжелые последствия.

Шаг 5. Подбираем и проверяем все электрооборудование по результатам расчетов

Теперь, когда у нас есть два главных параметра — рабочие токи из графиков нагрузки и максимальные токи из расчета КЗ, — мы можем приступить к методичному выбору остального оборудования. Процесс похож на комплектацию конструктора, где каждая деталь должна подходить по своим параметрам.

Выбор идет по нескольким ключевым направлениям:

• Ошиновка РУ (распределительных устройств) ВН и НН. Выбираются шины (обычно алюминиевые или медные) нужного сечения. Сначала выбор ведется по длительно допустимому току (чтобы они не перегревались в нормальном режиме). Затем — обязательная проверка по условиям термической и электродинамической стойкости к рассчитанным ранее токам короткого замыкания.
• Коммутационные аппараты. Это выключатели и разъединители. Они выбираются по номинальному напряжению и току. А проверяются по самым жестким параметрам: выключатели — по отключающей способности (смогут ли они разорвать дугу тока КЗ), а и выключатели, и разъединители — по стойкости к ударному току и току термической стойкости.
• Защитные аппараты и измерительные трансформаторы.
  • Ограничители перенапряжений (ОПН) выбираются для защиты оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
  • Трансформаторы тока (ТТ) нужны для питания цепей релейной защиты и измерительных приборов. Они должны быть не только точными в нормальном режиме, но и не выходить из строя при протекании токов КЗ.
  • Трансформаторы напряжения (ТН) также используются для цепей измерения и защиты, понижая высокое напряжение до безопасных стандартных значений.

Каждый выбранный аппарат в курсовой работе должен сопровождаться кратким обоснованием и проверочными расчетами, подтверждающими, что он подходит для данных условий эксплуатации.

Шаг 6. Финальная сборка. Как оформить пояснительную записку и графическую часть

Отличная техническая работа заслуживает отличной оценки, а для этого ее нужно правильно «упаковать». Грамотное оформление демонстрирует вашу инженерную культуру и уважение к проделанной работе. Основа здесь — структура и соответствие стандартам.

Структура пояснительной записки (ПЗ), как правило, стандартна и отражает логику вашего проектирования:

1. Введение: Описывается цель проекта, характеристика объекта.
2. Построение графиков нагрузки: Приводятся все графики (суточные, годовой) и исходные данные.
3. Выбор числа и мощности трансформаторов: Представляется алгоритм выбора и проверочные расчеты на перегрузку.
4. Выбор и обоснование главной электрической схемы: Описание выбранной схемы и аргументы в ее пользу.
5. Расчет токов короткого замыкания: Один из самых объемных разделов с расчетом сопротивлений, токов трехфазного КЗ и ударного тока.
6. Выбор токоведущих частей и оборудования: Методичный выбор и проверка шин, выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов.
7. Заключение: Здесь вы подводите итоги. Кратко перечисляете основные принятые решения (например: «В ходе проекта была спроектирована понизительная подстанция 110/10 кВ, выбраны два трансформатора мощностью X, рассчитаны токи КЗ, подобрано основное оборудование…») и делаете общий вывод о выполнении поставленной задачи.
8. Список литературы: Указываются все ГОСТы, ПУЭ, справочники и учебники, которые вы использовали.

Графическая часть — это обычно один или два листа формата А1, на которых вычерчивается главная схема электрических соединений со спецификацией. Важно выполнить ее строго по ГОСТу, с правильными условными обозначениями всех элементов.

Помните, что пояснительная записка — это технический документ. Все расчеты должны быть представлены в ясной форме: формула, подстановка значений, результат с указанием единиц измерения. Результаты удобно сводить в таблицы для наглядности.

Список использованных источников

1. Правила устройства электроустановок РК. Министерство энергетики и минеральных ресурсов РК, 2004
2. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/ под ред. Б.Н.Неклепаева.- М.:Изд-во НЦ ЭНАС, 2001
3. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов.-М.:Изд-во «Мастерство», 2001. 4 Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.- М.:Энергоатомиздат, 1987
4. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.-М.:Энергия, 1972
5. Лисовский Г.С., Хейфиц М.Э. Главные схемы и электротехническое оборудование подстанций 35-750.-М.: Энергия, 1977
6. Справочник по проектированию электроснабжения/под ред. Ю.Г. Барыбина, Л.Е. Федорова, М.Г. Зименкова, А.Г. Смирнова.- М.:Энергоатомиздат, 1990
7. Неклепаев Б.Н. Электрические станции .-М.: Энергия,1976
8. Электрическая часть электростанций и подстанций/ справочные материалы под ред. Б.Н. Неклепаева. -М.: Энергия, 1978
9. Мельников Н.А. Электрические сети и системы.-М.: Энергия, 1975
10. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/под ред. И.А.Баумштейна и М.В.Хомякова.-М.: Энергоиздат, 1981
11. Вакуумная коммутационная аппаратура. ФГУП «НПП Контакт», Россия г.Саратов, 2005
12. Высоковольтное оборудование. Карпинский электромашиносторительный завод, Россия г.Карпинск, 2005
13. Вакуумные выключатели ВВ/ТЕL, ОПН/TEL. Таврида Электрик, Россия г.Москва, 2005
14. 3AQ2 High Voltage Circuit Breaker . Siemens, Р.О. Box 32 20 D-91050 Erlangen. 2005
15. Gas-Insulated Switchgear from 72.5 to 800 kV. Box 32 20 D-91050 Erlangen.2005
16. Техническая документация ЗАО ПФ «КТП-Урал», ISO 9001:2000, Россия, Екатеринбург, 2005