Электроснабжение жилого микрорайона города

Аннотация 
В предоставленном дипломном проекте, произведено энергоснабжение жилого микрорайона города Оренбурга. Выполнен расчет наружной осветительной сети. Произведен выбор силовых трансформаторных подстанций с проверкой их по перегрузочной способности.  
Выбрана и рассчитана схема внешнего энергоснабжения, а также проведен расчет распределительной сети 0,4 кВ, с последующей проверкой электрических аппаратов для защиты кабельных линий.  
В экономической части предложено технико-экономическое сравнение двух вариантов схем внешнего энергоснабжения, а также сравнение трансформаторных подстанций с различной мощностью и числом трансформаторов.  
В разделе безопасность жизнедеятельности человека описывается расчет искусственного заземления.  
Рассмотрен спец. вопрос на тему «Разработка противоаварийных программ-тренажеров для оперативно - диспетчерского персонала Оренбургских городских электрических сетей ОАО «Оренбургэнерго», по которой выступала с докладом на XXVI научной конференции студентов с присуждением 1-го места и награждением дипломом за лучшую научную разработку.  
 
Введение  
Развитие энергетики нашей страны в программе экономического подъема и развития Российской Федерации, которая предусматривает проведение в жизнь активной энергосберегающей политики на базе ускорения научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства. На сегодняшний день, когда экономика нашей России имеет тенденцию к снижению должного уровня, идет развитие новых технологических решений, которые возможно помогут решить задачи высокого уровня развития экономики. Электрификация народного хозяйства России развивается по пути разработки и внедрения электроустановок с использованием современных высокоэффективных электрических машин и аппаратов, линий электропередач, разнообразного электротехнологического оборудования, средств автоматики и телемеханики. Поэтому наметилась тенденция к снижению энергопотребления и потерь электроэнергии у потребителей. Основными потребителями электроэнергии являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство городов и поселков, причем на промышленность приходятся более 70% потребления электроэнергии, которая должна расходоваться рационально и экономно на каждом предприятии, участке и установке. В нашей стране создан мощный высокоэффективный топливно-энергетический комплекс, экономное и рациональное использование которого должно обеспечивать успешное решение народнохозяйственных планов.  
Основной задачей проектирования новых промышленных объектов является создание наиболее простой схемы энергоснабжения наименее энергоемкого производства, наиболее полного использования всех видов энергии с наименьшими потерями.  
Это достигается за счет выравнивания суточных графиков потребления электроэнергии, компенсации реактивной мощности, уменьшения простоя оборудования, повышение коэффициента мощности, сменности разработки мероприятий по экономии топливно-экономических ресурсов в перспективе.  
В области энергоснабжения потребителей эти задачи предусматривают повышение уровня проектно-конструкторских разработок, внедрения высоконадежного электрооборудования, снижение непроизводительных расходов электроэнергии при ее передаче, распределении и потреблении. Безопасная и безаварийная эксплуатация систем энергоснабжения и многочисленных электроприемников ставит перед работником электрохозяйств разносторонние и сложные задачи, по охране труда и технике безопасности.  
Учитывая экономический спад производства, а также с развитием и усложнением структур систем энергоснабжения, возрастают требования к экономичности и надежности, с внедрением современной вычислительной техники, требуются не только специальные, но и широкие экономические знания. Развитие рыночной экономики заставляет повышать интерес к изучению и использованию экономических моделей и методик в сфере энергетики.  
В предлагаемом вниманию дипломном проекте сделана попытка обобщить имеющиеся знания и изложить теоретические и практические вопросы инженерными методами, которые основаны на достижениях различных отраслей знаний, для реализации которых требуются минимальные затраты времени у проектировщика при их усвоении и использовании.  
Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.  
К III категории относятся здания, жилые дома в 5-9 этажей, предприятия бытового обслуживания, магазины, детские учреждения, наружное освещение. Для электроприемников III категории допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не более суток.  
 
1 Характеристика энергоснабжаемого микрорайона  
Главной задачей этого раздела является максимально полный подбор исходного материала для дальнейшего проектирования. 
Рассматривается 8 микрорайон, относящийся к Городским электрическим сетям ОАО «Оренбургэнерго».  
Определим необходимые климатические параметры, характеризующие заданный микрорайон.  
Рассматриваемый в проекте микрорайон относится к III климатической зоне. Наиболее высокая температура воздуха плюс 42є С, наиболее низкая температура минус 44є С. Годовое количество осадков 358 мм. Средняя толщина снегового покрова 26 см, глубина промерзания 1,8 – 2 м.  
1.1 Технико-экономические показатели микрорайона.  
Население в девятиэтажных и пятиэтажных зданиях – 79100 м², при обеспеченности общей площадью жилой 14,5 м² – 15500 человек. Площадь микрорайона в красных линиях 33,58 га. Количество общей жилой площади 79100  м², в том числе:  
- плотность жилого фонда:  
- нормативная – 7260 м²/га  
- фактическая – 6093 м²/га  
- количество квартир – 3221, в том числе:  
- однокомнатные – 861  
- двухкомнатные – 840  
- трехкомнатные – 1520.  
Электроснабжение микрорайона запроектировано от потребительских трансформаторных подстанций, питание которых осуществляется от существующей подстанции «Шелковая».  
По степени надежности электроснабжения, проектируемые здания относятся к II и III категории потребителей. К II категории относятся электродвигатели лифтов, насосов, аварийное освещение.  
 
2 Определение расчетных электрических нагрузок  
   жилых зданий  
В основу расчета положена «Инструкция по проектированию городских электрических сетей».  
Целью расчета электрических нагрузок является определение числа и мощности потребительских ТП. Расчетные электрические нагрузки жилых домов складываются из расчетных нагрузок силовых потребителей электроэнергии и нагрузок питающей осветительной  сети.  
Приведем методику расчета квартир, включая и общедомовые помещения (подвалы,  чердаки, лестничные клетки и т.д.).  
Определим расчетную электрическую нагрузку квартир, приведенную к вводу жилого дома по формуле:  
(2.1)  
где  Ркв.уд_. – удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников квартир, принимая ее в зависимости от числа квартир присоединенных к линии, кВт/квартир;  
       n -  количество квартир.  
Расчетная электрическая нагрузка жилого дома (квартир и силовых электроприемников) – Рр.ж.д., кВт, определяется по формуле:  
(2.2)  
где Ку – коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприемников, Ку-0,9;  
          Рс- расчетная нагрузка силовых электроприемников жилого дома, кВт.  
Расчетная нагрузка силовых электроприемников, приведенная к вводу жилого дома, определяется:  
(2.3)                                                 
где  Рр.л. – мощность лифтовых установок, кВт;  
Рст.у.- мощность электродвигателей санитарно-технических устройств, кВт.  
Мощность лифтовых установок определяется по формуле:  
   (2.4)     
где  Кс – коэффициент спроса /2/;  
Рл – установленная мощность электродвигателя лифта, кВт;  
n – количество лифтовых установок.  
2.1 Расчет жилого дома № 1  
Жилой дом №1 на 108 квартир состоит из трех секций. В доме 9 этажей, установлены три лифтовые установки с мощностью, приведенной к ПВ=100%, равной 7 кВт.  
Ркв.уд. – определяется путем интерполяции:  
 
 
 
Ркв=0,592*108=63,94 кВт.  
Расчетная нагрузка для лифтовых установок:  
Рр.л.=0,8*7*3=16,8 кВт;  
Рст.у=0 кВт.  
Расчетная нагрузка силовых электроприемников дома:  
Рс=Рр.л.=16,8 кВт.  
Расчетная электрическая нагрузка жилого дома:  
Рр.ж.д.=63,94+16,8*0,9=79,1 кВт.  
Реактивная нагрузка жилых объектов складывается из реактивной мощности электродвигателей лифтов и реактивной мощности квартир:  
Реактивная мощность квартир:  
(2.5)  
где tg φкв=0,29 /2/;   
.  
Реактивная мощность лифтов:  
(2.6)  
где: tg φл=1,17 /2/;     
 
 
Расчет остальных жилых зданий аналогичен. Результаты расчетов сводится в таблицу 1 и в таблицу 2. 

Таблица 1. Расчет нагрузки 9 этажных зданий 

    продолжение

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11    

16.8 Обучение и  тренировка оперативного персонала  
Целью подготовки оперативного персонала – дать по возможности больше практических знаний и навыков выполнения различных операций на объекте управления посредством так называемых поведенческих тренажеров.  
Суть поведенческого тренажера – полностью повторить требуемое поведение персонала в процессе управления.  
Главная цель тренажеров – дать оперативному персоналу как можно больше опыта работы с ОУ (объектом управления) в различных ситуациях – фактически сводится к усвоению набора алгоритмов, для которых обычно существуют инструкции. Поэтому для закрепления этих алгоритмов требуется лишь их многократное практическое исполнение.  
Алгоритм подготовки оперативного персонала кратко можно представить в следующем виде: 

Подробный анализ аварий в  энергосистемах показывает, что для  оперативного персонала характерны два вида отказов:  
- неверные «механические» действия (путает ключи управления, забывает один из шагов алгоритма и при этом включает или отключает оборудование);  
- неверное понимание ситуации.  
16.9 Классификация тренировок  
Противоаварийные тренировки должны проводится в оперативных диспетчерских управлениях (ОДУ), в диспетчерских управлениях (ДУ) энергосистем, на электростанциях, в электрических и тепловых сетях.  
Диспетчерской в ОДУ считается тренировка, в которой предусматривается участие в ликвидации аварийной ситуации только диспетчеров ОДУ.  
В ОДУ проводятся межсистемные и диспетчерские тренировки. Межсистемной считается тренировка, в которой аварийные ситуации являются общими для оборудования нескольких энергосистем и в которой вместе с диспетчером ОДУ участвует непосредственно подчиненный ему персонал не менее трех объектов.  
В ДУ проводятся общесистемные и диспетчерские тренировки.  
Общесистемной считается тренировка, в которой аварийная ситуация охватывает оборудование определенного участка энергосистемы с расположенными в ней электростанциями, сетевыми предприятиями (районами), подстанциями и другими объектами и в которой вместе с диспетчером энергосистемы участвует непосредственно подчиненный ему оперативный персонал не менее четырех районов.  
Диспетчерской в ДУ энергосистемы считается тренировка, которая предусматривает участие в ликвидации аварийной ситуации только диспетчеров энергосистемы.  
На электростанциях проводятся общестанционные, блочные и цеховые тренировки.  
Общестанционной считается тренировка, в которой аварийная ситуация охватывает оборудование не менее половины имеющихся цехов, связанных единым технологическим процессом производства тепловой и электрической энергии в которой вместе с дежурным инженером электростанции участвует оперативный персонал этих цехов.  
Блочной считается тренировка, в которой аварийная ситуация охватывает оборудование одного блока и в которой предусматривается  участие всего оперативного персонала блока.  
Цеховой считается тренировка, которая проводится с персоналом одного цеха. Цеховые тренировки могут проводится одновременно с персоналом всей смены или поочередно с персоналом отдельных рабочих мест.  
К цеховым тренировкам может привлекаться оперативный персонал другого цеха, оборудование которого связано с оборудованием данного цеха.  
В электрических сетях проводятся общесетевые, диспетчерские, районные, участковые, подстанционные тренировки. В тепловых сетях проводятся общественные, диспетчерские, районные тренировки.  
Общественной считается тренировка, в которой аварийная ситуация охватывает оборудование определенного участка сети с  расположенными в нем районами (или их частью), подстанциями и другими объектами и в которой вместе с диспетчером сети участвует оперативный персонал не менее четырех объектов или участков.  
Диспетчерской в сетях считается тренировка, которая предусматривает участие в ликвидации аварийной ситуации смены диспетчеров электрических сетей (района).  
Районной считается тренировка, в которой аварийная ситуация охватывает оборудование одного района и в которой участвует оперативный персонал этого района.  
Участковой считается тренировка, в котонной аварийная ситуация охватывает оборудование участка и в которой участвует оперативный персонал, обслуживающий данный участок сети.  
Подстанционные тренировки проводятся на подстанциях с постоянным дежурством оперативного персонала.  
Рассмотренные виды противоаварийных тренировок разделяются на плановые и внеочередные.  
Плановой считается тренировка, которая проводится в соответствии с годовым планом работы с персоналом, утвержденным руководством предприятия.  
Для персонала ОДС ОГЭС ОАО «Оренбургэнерго» за 2003 год были разработаны следующие тренировки, представленные в таблице 36.  
 
Таблица 36 

Внеочередной  считается тренировка, которая проводится сверх плана по специальному распоряжению руководства предприятия в следующих  случаях:  
- если произошла аварий или отказ в работе по вине персонала;  
- при получении неудовлетворительных оценок по итогам плановых тренировок;  
- при разборе отдельных аварий по рекомендации противоаварийных циркуляров;  
- после отпуска или длительной болезни оперативных работников.  
В зависимости от количества участников тренировки делятся на групповые и индивидуальные.  
Групповой считается противоаварийная тренировка, проводимая несколькими участниками.  
Индивидуальной считается тренировка, которая проводится отдельным оперативным работником.  
Индивидуальные тренировки проводятся в следующих случаях:  
- с персоналом, впервые допускаемым к самостоятельной оперативной работе после прохождения дублирования на рабочем месте;  
- при ошибках, допущенных оперативным персоналом в ходе производства работ, связанных с отключением и включением агрегата механизмов, коммутационной аппаратуры;  
- после аварий, происходящих в процессе пуска, остановки или отказа работы оборудования в нормальных режимах;  
- при неудовлетворительных оценках, полученных в результате индивидуального контроля и в групповых тренировках, после болезни.  
По методу проведения тренировки делятся на:  
- тренировки по схемам;  
- тренировки с условными действиями персонала;  
- тренировки с воздействием на арматуру и выключатели на неработающем оборудовании (находящемся в ремонте или в резерве);  
- тренировки с использованием  технических средств обучения персонала;  
- комбинированные тренировки.  
При разработке этих тренировок использовались тренировки по схемам с использованием технических средств обучения персонала.  
Тренировки по схемам проводятся с использованием технологических схем без обозначения действия на рабочих местах и оборудовании, без ограничения времени на выполнение упражнений. В таких тренировках персоналом отрабатываются навыки быстрого принятия правильного решения и отдачи необходимых распоряжений. По такому методу следует проводить тренировки с руководящим дежурным персоналом для усвоения особенностей схемы, ее гибкости и возможностей использования при ликвидации аварий.  
Тренировки по схемам позволяют выявить уровень знаний схем, их особенностей и возможностей, а так же определять сработанность персонала смены при получении информации при получении информации и отдачи распоряжений.  
Тренировки с использованием технических средств обучения персонала проводятся с применением тренажеров, автоматизированных обучающих систем на базе ПЭВМ, полигонов на базе алгоритмических описаний оперативной деятельности. В таких тренировках персоналом отрабатываются навыки распознавания технологических режимов, поиска причин отказов и нарушений, планирования деятельности по устранению отклонений и нарушений, по обеспечению устойчивой работы оборудования, по формированию профессиональных приемов работы. Преимущества этого метода связаны с возможностью выполнения реальных действий, обрабатывании реакции на изменение режимов работы оборудования в реальном времени, формирования обобщенных оценок качества выполнения тренировок и всех задач, автоматизации протоколирования тренировки.  
16.10 Описание алгоритма программы-тренажера  
При подготовке к описанию проделывалась работа по сбору информации. То есть подобраны наиболее частые аварийные ситуации.  
В данном курсовом проекте  представляю разработанную мной техническую часть 2х программ - тренажеров противоаварийных тренировок, для рассмотрения которых выбраны следующие ситуации:  
1.     На РП-58 произошел взрыв бака МВ ф.58-1 и возгорание масла при прохождении через него тока КЗ (3);  
2.     На ТП-42 в щите 0,4 кВ произошло перегорание двух фаз предохранителей, вследствие падения ветки дерева и схлеста проводов.  
    Описание  пакета программ – тренажеров противоаварийных тренировок:  
1.       Назначение – обучение оперативно – диспетчерского персонала навыкам работы при создавшихся аварийных ситуациях, отшлифовки действий до автоматизма и выработка реакции на изменение ситуации в реальном времени.  
2.       Категории подготавливаемого персонала – оперативно - диспетчерский персонал, руководящий состав ДСУ.  
3.       Этапы подготовки, на которых может быть использована программа - тренажер - на  этапах проведения подготовки: начальная подготовка, подготовка на оперативную должность, спец. подготовка (поддержание квалификации оперативного персонала), переподготовка на новую должность, квалификационные проверки знаний, соревнования и конкурсы профессионального мастерства.  
4.       Функциональные нормы годности моделей управления тренажеров.  
            Построение модели базируется на основе математического описания физических процессов, происходящих в реальном времени для оперативно – диспетчерского персонала Оренбургских городских электрических сетей.  Определение параметров имитирующих моделей электрических схем производилось на основе реальных экспериментальных данных, опираясь на технологические характеристики оборудования.  
             Ошибки в управлении тренажера в ходе тренировочного процесса сопровождаются выдачей соответствующих сообщений обучаемому и инструктору.  
            Обеспечивается достаточная точность модели участка сети – отклонение в поведении моделирующих  параметров  от проведения реальных параметров настолько мало, что практически не различаются обучаемыми  и допускаются экспертами при приемке тренажера.  
5.  Функциональные возможности, предоставляемые персоналу – выбор:        
- графическое представление изменений параметров в ПСП;  
       - режима работы: обучение (самоподготовка), экзамен (контроль), демо-версия;                                                                    
                                                        
6.  Функциональные возможности, предоставляемые инструктору:                             
             Возможность подготовки сценариев тренировок в виде:  
-  экзамена;  
-  обучения;  
      -  задание последовательности отрабатываемых в тренировке возмущений (демоверсия).  
            Возможность анализа результатов тренировки в виде:  
-       фиксации количества и типа ошибок,  допущенных обучаемыми в ходе тренировки.  
7.       Характеристики используемой входной и выходной информации -                 
В процессе прохождения тренировки на экране изображается мнемоническая схема участка. Вопросы альтернативного типа, обеспечивающие выбор единственного ответа, а так же повторяющие вопросы, обеспечивающие получение последовательности ответов.  
Все выполняемые действия фиксируются в журнале действий, отчет по которым можно получить, выбрав из меню опцию «выполненные действия». Общие результаты выполнения всех тренировок (за один запуск программы), включающие общие количества допущенных ошибок при ответах на вопросы и неверно выполненные действия, режим тренировки, а также причину завершения тренировки.     
8.       Минимальная конфигурация аппаратных средств:  
      Pentium-100, 16Mb. Разрешение экрана 800х600, 16 бит.  
9.       Используемая программная среда:  
      Windows 95/98/NT4/2000  
10.  Состояние внедрения -  Противоаварийная программа – тренажер,  в полной конфигурации внедрен в диспетчерской Оренбургских городских электрических сетей    ОАО «Оренбургэнерго».  
11.                            Состав и содержание – Тренировка может быть запущена  в режиме обучения или в режиме экзамена. По завершении тренировки на экран выводятся результаты правильных и неправильных действий.  
Алгоритм действий и оперативная схема переключений программ – тренажеров представлен в таблицах 37 и 38.  
Развитие индустриального общества делает процесс подготовки и постоянного повышения квалификации специалистов все дороже и дороже. На первое место выходят как проблемы доучебного тестирования и отсева кандидатов (профориентация), так и всемерное удешевление процесса подготовки при сохранении приемлемой эффективности.  
Тренажерные технологии необходимы там, где ошибки при обучении на реальных объектах могут привести к чрезвычайным последствиям, а их устранение - к большим финансовым затратам.  
Таким образом, разработка программ – тренажеров для оперативно – диспетчерского персонала Оренбургских городских электрически сетей ОАО «Оренбургэнерго» по следующим аварийным ситуациям: 
1.                        На РП-58 произошел взрыв бака МВ ф. 58-1 и возгорание масла при прохождении через него тока КЗ (3). 
2.                        На ТП-45 в щите 0,4 кВ произошло перегорание двух фаз предохранителей, вследствие падения ветки дерева и схлеста проводов. 
позволит существенно уменьшить вероятность выхода из строя дорогостоящего оборудования, а так же исключить гибель людей при создавшихся и имитированных в программах аварийных ситуациях. 

  
         Рисунок 15 – Мнемосхема в  рабочем положении                  
                             Рисунок 16 – Мнемосхема в ремонтном положении 

Заключение  
В дипломном проекте произведён расчет электроснабжения 8-го микрорайона города Оренбурга. В ходе проектирования было выбрано питающее напряжение 10 кВ и напряжения распределительных сетей 10 кВ и 0,4 кВ, был произведен выбор шести двухтрансформаторных подстанций с единичной мощностью от 160 до 400 кВА. Было выбрано основное силовое оборудование на напряжения 10 кВ  и 0,4 кВ. В частности, на РП-10 кВ были приняты к установке ячейки КСО-292, укомплектованные вакуумными  выключателями ВВ/TEL Севастопольского завода. На ТП установлены панели распределительных щитов серии ЩО-70 на напряжение 0,4 кВ. Был проведен расчет токов короткого замыкания, по итогам которого была  произведена проверка выбранного оборудования на термическую и электродинамическую стойкость. В специальной части проекта был рассмотрен вопрос разработки противоаварийных программ-тренажеров. В разделе экономики было произведено сравнение двух вариантов схем распределительных сетей 10 кВ. В разделе релейной защиты был выполнен расчет защиты кабельных линий 10 кВ. Рассмотрены вопросы безопасности работ в электроустановках. В разделе спец.вопрос представлена научная разработка противоаварийной программы-тренажера для оперативно-диспетчерского персонала, при подготовки к описанию и составлению технической части проделывалась работа по сбору информации, то есть подобраны наиболее частые аварийные ситуации: «На РП-58 произошел взрыв бака МВ ф.58-1 и возгорание масла при прохождении через него тока КЗ (3)» и «На ТП-42 в щите 0,4 кВ произошло перегорание двух фаз предохранителей, вследствие падения ветки дерева и схлеста проводов». 

   продолжение

Приложение А  
(обязательное)  
Экспликация зданий и сооружений