Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат.
Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.
Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.
Итак, начнем с основных сетевых терминов.
Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:
1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.
2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.
3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.
Посмотрим все это на картинке:
На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.
Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:
1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.
2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.
3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, - это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.
4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.
5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.
Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.
1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример - это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.
Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:
FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу - это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:
TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.
Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.
Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).
Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая . Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология - это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология - это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая - это как мы расположили устройства, а логическая - это через какие устройства будут проходить пакеты.
Теперь посмотрим и разберем виды топологии:
1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)
Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило - это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.
2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)
В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.
3) Топология звезда (англ. Star Topology)
Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.
4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)
Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.
5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)
Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.
6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)
Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.
И последнее, что осталось разобрать - это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO - International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI , релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.
Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:
1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.
2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.
3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т.е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.
4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).
5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.
6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.
7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения - e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.
Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.
На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).
Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие - датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза.
На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.
И на канальном уровне - кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:
1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.
2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.
3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.
4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно - это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.
5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.
6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.
7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.
Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:
1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.
2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.
3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.
4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта - 80.
5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.
6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.
7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.
Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.
Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность.
Вот так этот стек выглядит:
Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется - Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием - уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.
Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.
Еще один стек, который стоит упомянуть - это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.
Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI - не сетевые модели! Token Ring - это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.
Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Протяженность линий электропередачи. Установленная мощность трансформаторных подстанций. Энергетические показатели сети. Суммарный максимум активной нагрузки потребителей. Годовой полезный отпуск электроэнергии. Потери мощности в электрической сети.
дипломная работа , добавлен 24.07.2012
Разработка схем электрической сети района и предварительное распределение мощностей. Выбор номинальных напряжений линий, сечения и марок проводов, трансформаторов. Определение потерь мощности в трансформаторах, баланс активных и реактивных мощностей.
дипломная работа , добавлен 04.09.2010
Разработка схем электрической сети района. Предварительное распределение мощностей. Выбор номинальных напряжений линий, сечения и марок проводов. Определение потерь мощности в линиях. Выбор трансформаторов и схем подстанций. Расчёт количества линий.
дипломная работа , добавлен 05.04.2010
Разработка электрической сети района и предварительное распределение мощностей. Выбор номинальных напряжений, сечений и марок проводов. Определение потерь мощности в трансформаторах. Баланс активных и реактивных мощностей в системе. Выбор схем подстанций.
дипломная работа , добавлен 16.06.2014
Построение вариантов схемы электрической сети. Предварительный расчет потоков мощности. Выбор номинальных напряжений для кольцевой сети. Определение сопротивлений и проводимостей линий электропередачи. Проверка сечений по техническим ограничениям.
курсовая работа , добавлен 29.03.2015
Выбор вариантов развития существующей сети. Выбор номинальных напряжений сооружаемых воздушных линий радиального варианта сети. Определение сечений проводов сооружаемых линий радиального варианта сети. Выбор понижающих трансформаторов на подстанции.
курсовая работа , добавлен 22.07.2014
Выбор вариантов схемы соединений сети, их обоснование и предъявляемые требования. Определение номинальных напряжений сети, сечений проводов, проверка по техническим ограничениям. Приближенное определение потерь напряжения. Составление балансов мощностей.
курсовая работа , добавлен 23.11.2014
Составление вариантов схемы электрической сети и выбор наиболее рациональных из них. Расчет потокораспределения, номинальных напряжений, мощности в сети. Подбор компенсирующих устройств, трансформаторов и сечений проводов воздушных линий электропередачи.
курсовая работа , добавлен 24.11.2013
2. Разработка возможных вариантов конфигурации ЛВС.
2.1. Разработка вариантов конфигурации ЛВС.
Итак, рассмотрим различные варианты конфигурации ЛВС для главного филиала центра службы занятости. Учитывая основные задачи центра службы занятости, которые могут решаться с помощью ЛВС, затраты на монтаж и эксплуатацию сети, а также архитектурные особенности здания центра можно предложить следующие варианты конфигурации ЛВС.
Таблица 2. Возможные варианты конфигурации ЛВС.
| Компонент/характеристика | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 |
||||
| Топология | Звезда-шина | Звезда-шина |
|||||
| Линия связи | Коаксиальный кабель | Неэкранированная или экранированная витая пара категории 3. | Неэкранированная или экранированная витая пара категории 5 или 5е. |
||||
| Сетевые адаптеры | Ethernet 10 Base2 | Ethernet 10 BaseT | Fast Ethernet 100 BaseTX |
||||
| Ретрансляторы (повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, шлюзы) | Отсутствуют | Концентратор | Коммутатор 100 BaseTX (с возможностью установки средств удалённого контроля, а также увеличения плотности портов) |
||||
| Управление совместным использование ресурсов | Одноранговая сеть; каждый компьютер выступает в роли невыделенного сервера | Сеть на основе сервера с компьютерами-клиентами; роль сервера -файловый сервер | Сеть на основе сервера с компьютерами-клиентами; клиент-серверная модель построения |
||||
| Совместное использование периферийных устройств | Каждый компьютер имеет своё собственное периферийное устройство | Подключение сетевого принтера; управление очередями к принтеру осуществляет рабочая станция | Подключение сетевого принтера непосредственно к сетевому кабелю через сетевую плату, управление очередями к принтеру с помощью программного обеспечения сервера |
||||
| Поддерживаемые приложения | Совместная работа с одиночными документами; обмен короткими сообщениями по ЛВС | Совместная работа с документами, работа с базами данных(в режиме файлового сервера: DBF, парадокс) | Электронная почта, обработка факсимильных сообщений, организация коллективных работ в среде электронного документооборота, работа с базами данных с использованием специальных серверов | ||||
2.2. Оценка различных вариантов конфигурации.
Рассмотрим критерии, по которым мы будем оценивать эффективность предложенных выше конфигураций сети.
быстродействие;
надёжность
информационная безопасность
стоимость
масштабируемость.
Оценка различных вариантов архитектуры производится с системных позиций. Применим для этого метод анализа иерархий Саати. Сначала установим приоритеты критериев. Для этого введём шкалу:
1-равная важность критериев;
3-умеренное превосходство одного критерия над другим;
5-существенное превосходство одного критерия над другим;
7-значительное превосходство одного критерия над другим;
9-очень сильное превосходство одного критерия над другим.
Для установления приоритетов критериев построим матрицу критериев. Затем построим матрицы сравнения соответствия каждого варианта конфигураций сети выбранным критериям. Для этого введём следующую шкалу соответствия:
1-равное соответствие вариантов критерию;
3-умеренное превосходство одного варианта над другим по данному критерию;
5-существенное превосходство одного варианта над другим по данному критерию;
7-значительное превосходство одного варианта над другим по данному критерию;
9-очень сильное превосходство одного варианта над другим по данному критерию.
Для каждой матрицы посчитаем веса строк Yn по формуле:
Yn=(1*W1/W2*...*W1/Wn) 1/n
Затем вычислим нормализованную оценку для каждой строки:
НО= Y i / Y n , где Y i – вес каждой строки;Y n – сумма всех весов строк.
Для установления соответствия оценок вариантов для каждой матрицы будем вычислять коэффициент относительной согласованности по формуле:
ОС=(ИС/СС)*100%, где ИС=( max -n)/(n-1), max =(НО*x n);
СС – коэффициент случайной согласованности, полученный при случайном заполнении матриц. В нашем случае имеем матрицы 5:5 или 3:3, и коэффициент случайной согласованности соответственно будет равен 1,12 или 0,58.
Далее, для установления глобального приоритета построим итоговую матрицу, в которой строками будут варианты конфигурации сети, а столбцами- критерии оценки эффективности вариантов конфигураций. Наиболее приемлемым для нас с точки зрения выбранных критериев является вариант, получивший в ходе вычислений максимальную итоговую оценку. Итоговая оценка будет вычислена как сумма произведений нормальной оценки варианта по каждому критерию на нормальную оценку этого критерия.
Т. о. видим, что наибольшую итоговую оценку получил вариант 3, который и является оптимальным.
3. Разработка структурной схемы ЛВС.
3.1. Структурная схема ЛВС.
Структурную схему ЛВС смотри в приложении 1-4.
3.2. Спецификация ЛВС.
Таблица 3. Технические средства (ТС) вычислительной сети (10 рабочих станций + 1 сервер сети).
| Таблица №1 Техничесике средства вычислительной сети. (10 рабочих станций + 1 сервер сети) |
||||
| Наименование | Кол-во ед-ц | Стоимость |
||
| Сервер Hewlett Packard NetServer E800 PIII-800/HDD 9,1Gb SCSI/128Mb ECC SDRAM/32x CD-ROM/Fast Ethernet NIC | ||||
| Сетевой адаптер 3COM 3C905C PCI 10/100 | ||||
| Коммутатор 3COM SS II Switch 3300 24 10/100 p24 10/100 Base-TX port (3C16980A) | ||||
| кабель-канал Legrand 40x16 | ||||
| Источник бесперебойного питания APC Smart UPS 1000 w PC+ | ||||
| Сетевой принтер HP LaserJet 2100TN (C4172A) 10 стр/ мин сетев.10BaseT 8Mb | ||||
| Программное обеспечение |
||||
| Microsoft Windows 2000 Server Russian 10 CAL | ||||
| Microsoft Windows 2000 Professional Russian | ||||
| Microsoft Office 2000 Professional Russian | ||||
| Итого | ||||
Планирование информационной безопасности.
Защита информации включает в себя комплекс мероприятий, направленных на обеспечение информационной безопасности. На практике под этим понимается поддержание целостности, доступности и если необходимо конфиденциальности информации и ресурсов, используемых для ввода, хранения, обработки и передачи данных. Информационная безопасность - это защищенность данных и поддерживающей инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесению ущерба владельцам или пользователям.
Проведем анализ угроз и их оценку с точки зрения вероятности реализации и ущерба от реализации угрозы.
Оценка вероятности реализации угрозы:
очень вероятна – 9-10 баллов,
вероятна - 5-8 баллов,
маловероятна -3-5 баллов.
практически невероятна 1-2 балла.
Оценка степени ущерба от реализации угрозы:
полная потеря данных – 9-10 баллов,
частичная потеря данных - 3-8 балла,
возможная потеря данных - 1-2 балла.
Таблица 4 –Оценка угроз.
| Вероятность реализации | Общая оценка угрозы |
||
| Угрозы из внешней среды: Отказы источников питания и скачки напряжения, Природные явления (молния, бури и т.д.), | |||
| Ошибки пользователей, операторов | |||
| Воровство или вандализм | |||
| Несанкционированный доступ к ресурсам | |||
| Компьютерные вирусы | |||
| Сбои программного обеспечения | |||
| Сбои аппаратного обеспечения | |||
| Механические повреждения кабеля |
Для обеспечения информационной безопасности будем использовать следующие методы:
источники бесперебойного питания,
пароли и шифрование,
защиту от вирусов с помощью специальных программных средств,
предупреждение кражи данных.
Также для обеспечения безопасности установим для пользователей определенные права доступа к каталогам и создадим группы для предоставления доступа к общим сетевым ресурсам (см. таблицу 5).
Таблица 5 –Права доступа для групп пользователей.
| Название группы | Внутренние ресурсы | Уровни доступа к внутренним ресурсам | Доступ в Internet и электронная почта |
| Администратор | Все сетевые ресурсы | Права администратора в каталогах, в том числе изменения уровня и прав доступа | Все сетевые ресурсы |
| Директор | Все сетевые ресурсы | Все сетевые ресурсы |
|
| Сотрудники осуществляющие приём заявлений от клиентов центра, а также заполнение базы данных. | Создание, чтение запись файлов, создание подкаталогов, удаление каталогов. | Все сетевые ресурсы |
|
| Сотрудники осуществляющий подбор работника на вакантную должность. | Базы данных используемых документов | Пользование базой данных без изменения, добавления, удаления, | Ограничение по IP-адресу (адресата и источника), ограничение по содержанию (входящей и исходящей корреспонденции) |
| Сотрудники, ответственные за обратную связь с клиентами центра. | Базы данных используемых документов | Пользование базой данных без изменения, добавления, удаления, ограничение доступа к папкам (по необходимости). | Все сетевые ресурсы |
| Сотрудник, отвечающий за переподготовку кадров. | Базы данных используемых документов | Пользование базой данных без изменения, добавления, удаления, ограничение доступа к папкам (по необходимости). | Все сетевые ресурсы |
| Сотрудник, занимающийся статистической отчётностью. | Базы данных используемых документов | Пользование базой данных без изменения, добавления, удаления, ограничение доступа к папкам (по необходимости). | Все сетевые ресурсы |
| Бухгалтер | Вся информация организации | Ограничение доступа к папкам (по необходимости). | |
| Ответственный за административно-хозяйственные вопросы. | Вся информация организации | Ограничение доступа к папкам (по необходимости). | |
| Клиенты, партнеры, | Специальные каталоги и папки | Доступ только к специальным файлам и объектам | Ограничение по IP-адресу (адресата и источника) |
| Потенциальные клиенты | Специальные каталоги для клиентов | Просмотр объектов(чтение и поиск файлов) | При открытом доступе Интранет должна быть изолирована; идентификация пользователя не требуется |
Расчет экономической эффективности от внедрения сети.
Источники экономической эффективности.
Сетевые технологии значительно повышают эффективность делового применения компьютеров. Они определяют не только способы использования офисного оборудования, но и стиль работы сотрудников. Сетевые технологии позволяют создавать информационные системы, обеспечивающие решение таких задач предприятия, как хранение информации, документооборот, обмен сообщениями и организация групповой работы над проектами. Этот факт влечёт за собой следующие источники экономической эффективности:
Уменьшение затрат на обработку единицы информации;
Повышение точности расчётов;
Способность автоматически собирать, запоминать и накапливать разрозненные данные;
Систематическое ведение баз данных;
Уменьшение объёмов хранимой информации и стоимости хранения данных;
Стандартизация ведения документов;
Существенное уменьшение времени поиска необходимых данных;
Возможность использования вычислительных сетей при обращении к базам данных.
Увеличение скорости выполнения вычислительных и печатных работ;
Возможность моделирования некоторых переменных и анализа результатов.
Расчёт суммы затрат на текущую эксплуатацию ЛВС.
Рассчитаем капитальные затраты:
К=К АО + К ПО +К монтажа,
где К - капитальные затраты;
К АО - стоимость аппаратного обеспечения;
К ПО - стоимость ПО;
К монтажа - стоимость монтажа.
Таблица 6. Расчет стоимости монтажа.
К монтажа =20040 руб.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Амурский государственный университет
(ГОУ ВПО «АмГУ»)
Кафедра энергетики
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему: Проектирование районной электрической сети
по дисциплине Электроэнергетические системы и сети
Исполнитель
студент группы 5402
А.В. Кравцов
Руководитель
Н.В. Савина
Благовещенск 2010
Введение
1. Характеристика района проектирования электрической сети
1.1 Анализ источников питания
1.2 Характеристика потребителей
1.3 Характеристика климатических и географических условий
2. Расчёт и прогнозирование вероятностных характеристик
2.1 Порядок расчёта вероятностных характеристик
3. Разработка возможных вариантов схемы и их анализ
3.1 Разработка возможных вариантов конфигураций электрической сети и отбор конкурентно способных
3.2 Детальный анализ конкурентно способных вариантов
4. Выбор оптимального варианта схемы электрической сети
4.1 Алгоритм расчёта приведённых затрат
4.2 Сравнение конкурентно способных вариантов
5. Расчет и анализ установившихся режимов
5.1 Ручной расчёт максимального режима
5.2 Расчет максимального, минимального и после аварийного и режима на ПВК
5.3 Анализ установившихся режимов
6. Регулирование напряжения и потоков реактивной мощности в принятом варианте сети
6.1 Методы регулирования напряжения
6.2 Регулирование напряжений на понижающих ПС
7. Определение себестоимости электрической энергии
Заключение
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Электроэнергетика РФ некоторое время назад была реформирована. Это было следствием новых тенденций развития во всех отраслях.
Основными целями реформирования электроэнергетики РФ являются:
1. Ресурсное и инфраструктурное обеспечение экономического роста, с одновременным повышением эффективности электроэнергетики;
2. Обеспечение энергетической безопасности государства, предотвращение возможного энергетического кризиса;
3. Повышение конкурентоспособности российской экономики на внешнем рынке.
Основными задачами реформирования электроэнергетики РФ являются:
1. Создание конкурентных рынков электроэнергии во всех регионах России, в которых организация таких рынков технически возможна;
2. Создание эффективного механизма снижения издержек в сфере производства (генерации), передачи и распределения электроэнергии и улучшение финансового состояния организаций отрасли;
3. Стимулирование энергосбережения во всех сферах экономики;
4. Создание благоприятных условий для строительства и эксплуатации новых мощностей по производству (генерации) и передаче электроэнергии;
5. Поэтапная ликвидация перекрестного субсидирования различных регионов страны и групп потребителей электроэнергии;
6. Создание системы поддержки малообеспеченных слоев населения;
7. Сохранение и развитие единой инфраструктуры электроэнергетики, включающей в себя магистральные сети и диспетчерское управление;
8. Демонополизация рынка топлива для тепловых электростанций;
9. Создание нормативной правовой базы реформирования отрасли, регулирующей ее функционирование в новых экономических условиях;
10. Реформирование системы государственного регулирования, управления и надзора в электроэнергетике.
На Дальнем Востоке после реформирования разделение произошло по видам бизнеса: выделились генерация, передача и сбытовая деятельность в отдельные компании. При чём передачей электрической мощности на напряжении 220 кВ и выше занимается ОАО «ФСК», а на напряжении 110 кВ и ниже ОАО «ДРСК». Таким образом при проектировании уровень напряжения (место подключения) будет определять организацию, у которой в дальнейшем нужно будет запрашивать технические условия на подключение.
Целью данного КП является проектирование районной электрической сети для надёжного электроснабжения потребителей приведённых в задании на проектирование
Выполнение цели требует выполнения следующих задач:
· Формирование вариантов сети
· Выбор оптимальной схемы сети
· Выбор распределительных устройств ВН и НН
· Расчёт экономического сравнения вариантов сети
· Расчёт электрических режимов
1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
1.1 Анализ источников питания
В качестве источников питания (ИП) в задании заданы: ТЭС и УРП.
В Хабаровском крае основными ИП являются тепловые электрические станции. Непосредственно в г. Хабаровске находятся Хабаровская ТЭЦ -1 и ТЭЦ -3, а на севере Хабаровского края имеется ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, Майская ГРЭС (МГРЭС), Амурская ТЭЦ. Все обозначенные ТЭЦ имеют шины 110 кВ, а ХТЭЦ-3 имеет и шины 220 кВ. МГРЭС работает только на шины 35 кВ
В г. Хабаровске ХТЭЦ-1 - более «старая» (ввод большей части турбоагрегатов – 60-е – 70-е годы прошлого столетия) расположена в южной части города, в Индустриальном районе, ХТЭЦ-3 – в Северном округе, недалеко от ХНПЗ.
Хабаровская ТЭЦ-3 – новая ТЭЦ имеет наиболее высокие технико-экономические показатели среди ТЭЦ энергосистемы и ОЭС Востока. Четвёртый агрегат ТЭЦ (Т-180) был введён в эксплуатацию в декабре 2006г., после чего установленная мощность электростанции достигла величины 720 МВт.
В качестве УРП можно принять одну из ПС 220/110 кВ или крупную ПС 110/35 кВ, в зависимости от рациональных напряжения для выбранного варианта сети. К ПС 220/110 кВ в Хабаровском крае относятся: ПС «Хехцир», ПС «РЦ», ПС «Князеволклнка», ПС «Ургал», ПС «Старт», ПС «Парус» и т.д.
Условно примем, что в качестве ТЭС будет принята Хабаровская ТЭЦ-3, а в качестве УРП – ПС «Хехцир».
ОРУ 110 кВ ХТЭЦ-3 выполнена по схеме две рабочие систем шин с обходной и секционным выключателем, а на ПС «Хехцир» - одна рабочая секционированная система шин с обходной.
1.2 Характеристика потребителей
В Хабаровском крае наибольшая часть потребителей сосредоточена в крупных городах. Поэтому при вычислении вероятностных характеристик с помощью программы «Расчёт сети» принято соотношение потребителей, приведённое в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Характеристика структуры потребителей на проектируемых ПС
1.3 Характеристика климатических и географических условий
Хабаровский край - один из самых крупных регионов Российской Федерации. Его площадь - 788,6 тысяч квадратных километров, что составляет 4,5 процента территории России и 12,7 процента - Дальневосточного экономического района. Территория Хабаровского края расположена в виде узкой полосы на восточной окраине Азии. На западе граница начинается от Амура и сильно извиваясь, идет в северном направлении сначала по западным отрогам Буреинского хребта, затем по западным отрогам хребта Турана, хребтов Эзоя и Ям-Алиня, по хребтам Джагды и Джуг - Дыр. Далее граница, пересекая Становой хребет, идет по верхнему бассейну рек Мая и Учур, на северо-западе – по хребтам Кет-Кап и Олега-Итабыт, на северо-востоке по хребту Сунтар-Хаят.
Преобладающая часть территории имеет горный рельеф. Равнинные пространства занимают значительно меньшую часть и простираются главным образом вдоль бассейнов рек Амура, Тугура, Уды, Амгуни.
Климат умеренно-муссонный, с холодной малоснежной зимой и жарким влажным летом. Средняя температура января: от -22 о С на юге, до -40 градусов на севере, на морском побережье от -15 до -25 о С; июля: от +11 о С - в приморской части, до +21 о С во внутренних и южных районах. Осадков в год выпадает от 400 мм на севере до 800 мм на юге и 1000 мм на восточных склонах Сихотэ-Алиня. Вегетационный период на юге края 170-180 дней. На севере широко распространены многолетнемерзлые породы.
Хабаровский край относится к III району по гололёду
2. РАСЧЁТ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
В данном разделе производится расчёт вероятностных характеристик, необходимых для выбора основного оборудования проектируемой сети и расчёта потерь мощности и энергии.
В качестве исходных данных используется информация об установленной мощности ПС и типовые графики нагрузок характерных потребителей электрической энергии.
2.1 Порядок расчёта вероятностных характеристик
Расчёт вероятностных характеристик производится с помощью программы «Расчёт сети». Этот программный комплекс упрощает задачу по нахождению необходимых для расчёта характеристик. Задавая в качестве исходных данных только максимальную активную мощность, тип потребителей и их процентное соотношение на ПС мы получаем необходимые вероятностные характеристики. Принятые типы потребителей электроэнергииприведены в таблице 1.1.
Алгоритм расчёта покажем качественно. Для примера воспользуемся данными по ПС А.
Определение средней мощности ПС на текущий период времени
Расчёт для лета аналогичен расчёту для зимы, поэтому покажем расчёт только по зиме.
где , – величина нагрузки в i час суток летом и зимой соответственно;
– количество часов использования данной нагрузки на ПС
Из «Расчёта сети» получаем для ПС А МВт. МВАр.
Определение эффективной мощности ПС на текущий период времени
По ПС А получим
МВт, МВАр
Определение средней прогнозируемой мощности
По формуле сложных процентов определяем среднюю прогнозируемую мощность.
где - средняя мощность за текущий год;
Относительный прирост электрической нагрузки (Для АО =3,2 %);
Год, на который определяется электрическая нагрузка;
Год начала отсчёта (первый в рассматриваемом промежутке).
Определение максимальной прогнозируемой мощности ПС
где - средняя мощность ПС;
Коэффициент Стьюдента;
Коэффициент формы.
(2.5)
Коэффициент формы для текущего и прогнозируемого графика останется тем же, так как величины вероятностных характеристик изменяются пропорционально.
Таким образом, мы получили установленную прогнозируемую мощность ПС. Далее, используя «Расчёт сети» получаем все остальные вероятностные характеристики.
Необходимо обратить внимание на тот факт, что установленная максимальная мощность всей в «расчёте сети» иногда получается больше, чем мы её задали. что физически не возможно. Это объясняется тем, что при написании программы «Расчёт сети», коэффициент Стьюдента был принят 1,96. Это соответствует большему количеству потребителей, чего мы не имеем.
Анализ полученных вероятностных характеристик
По данным из «Расчёта сети» получим активные мощности интересующих нас узлов. По указанным в задании на КП коэффициентам реактивной определим реактивную мощность в каждом узле
Результатом расчётов по этому разделу является расчёт необходимых прогнозируемых вероятностных характеристик, которые сведены в Приложении А. Для сравнения все необходимые вероятностные характеристики активной мощности сведены в таблицу 2.1. Для дальнейших расчетов используются только прогнозируемые вероятностные характеристики. Реактивные мощности рассчитаны на основании формулы (2.6) и отражены в приложении А.
Таблица 2.1 – Необходимые для расчёта вероятностные характеристики
| ПС | Вероятностные характеристики, МВт | |||||||
| Базисные | Прогнозируемые | |||||||
| А | 25 | 17,11 | 17,8 | 5,46 | 29,47 | 19,08 | 20,98 | 6,43 |
| Б | 30 | 20,54 | 21,36 | 6,55 | 35,32 | 22,9 | 25,15 | 7,71 |
| В | 35 | 23,96 | 24,92 | 7,64 | 41,23 | 26,71 | 29,36 | 9,00 |
| Г | 58 | 39,7 | 41,29 | 12,66 | 68,38 | 44,26 | 48,69 | 14,92 |
3. РАЗРАБОТКА ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ СХЕМЫ И ИХ АНАЛИЗ
Целью раздела является сравнение и отбор наиболее экономически целесообразных вариантов электрической сети заданного района потребителей. Эти варианты необходимо обосновать, подчеркнуть их достоинства и недостатки, проверить на практическую осуществимость. Если все они могут быть реализованы, то, в конечном счёте, выбирается два варианта, один из которых имеет минимальную суммарную длину линий в одноцепном исполнении, а другой минимальным количеством выключателей.
3.1 Разработка возможных вариантов конфигураций электрической сети и отбор конкурентно способных
Принципы построения сетей
Схемы электрических сетей должны с наименьшими затратами обеспечить необходимую надёжность электроснабжения, требуемое качество энергии у приёмников, удобство и безопасность эксплуатации сети, возможность её дальнейшего развития и подключения новых потребителей. Электрическая сеть должна обладать также необходимой экономичностью и гибкостью./3, с. 37/.
В проектной практике для построения рациональной конфигурации сети применяют повариантный метод, согласно которому для заданного расположения потребителей намечается несколько вариантов, и из них на основе технико-экономического сравнения выбирается лучший. Намечаемые варианты не должны быть случайными – каждый основывается на ведущем принципе построения сети (радиальная сеть, кольцевая и т.д.) /3, с. 37/.
При разработке конфигурации вариантов сети используют следующие принципы:
1 Нагрузки I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, по не менее двум независимым линиям и перерыв в их электроснабжении допускается лишь на период автоматического включения резервного питания /3, п. 1.2.18/.
2 Для потребителей II категории в большинстве случаев также предусматривают питание по двум отдельным линиям либо по двухцепной линии
3 Для электроприемника III категории достаточно питания по однойлинии.
4 Исключение обратных потоков мощности в разомкнутых сетях
5 Разветвление электрической сети целесообразно осуществлять в узле нагрузки
6 В кольцевых сетях должен быть один уровень номинального напряжения.
7 Применение простых электрических схем распределительных устройств с минимальным количеством трансформации.
8 Вариант сети должен предусматривать обеспечение требуемого уровня надёжности электроснабжения
9 Магистральные сети имеют по сравнению с кольцевыми имеют большую протяжённость ВЛ в одноцепном исполнении, менее сложные схемы РУ меньшую стоимость потерь электроэнергии; кольцевые сети более надёжны и удобны при оперативном использовании
10 Необходимо предусмотреть развитие электрических нагрузок в пунктах потребления
11 Вариант электрической сети должен быть технически осуществим, т. е. должны существовать трансформаторы, выполненные на рассматриваемую нагрузку и сечения линий на рассматриваемое напряжение.
Разработка, сравнение и отбор вариантов конфигураций сети
Расчёт сравнительных показателей предложенных вариантов сети приведен в приложении Б.
Замечание: для удобства работы в расчётных программах буквенные обозначения ПС заменены соответственными цифровыми.
Учитывая расположение ПС, их мощности предложено четыре варианта подключения потребителей к ИП.
В первом вариант питание трёх ПС осуществляется от ТЭС по кольцевой схеме. Четвёртая ПС Г(4) питается от ТЭС и УРП. Достоинством варианта является надёжность всех потребителей, поскольку все ПС в данном варианте будут иметь два независимых источника питания. Кроме того схема удобна для диспетчерского управления (все ПС транзитные, что облегчает вывод в ремонт и позволяет быстро резервировать потребителей).
Рисунок 1 – Вариант 1
Для снижение тока в ПА режиме (при отключении одного из головных участков) в кольце ПС 1, 2, 3 предложен вариант 2, где ПС 2 и 3 работают в кольце, а ПС 1 питается по двухцепной ВЛ. Рисунок 2.
электрическая сеть напряжение затрата
Рисунок 2– Вариант 2
Для усиления связи между рассматриваемыми центрами питания приведён вариант 3, в котором ПС 3 и 4 питаются от ТЭС и УРП. Данный вариант уступает первым двум про протяжённости ВЛ, однако имеет место увеличение надёжности схемы электроснабжения потребителей ПС В(3). Рисунок 3.
Рисунок 3– Вариант 3
В варианте № 4 самый мощный потребитель ПС 4, выделен на отдельное питание по двухцепной ВЛ от ТЭС. В данном случае связь между ТЭС и УРП менее удачна, однако ПС Г(4) работает независимо от остальных ПС. Рисунок 4.
Рисунок 4– Вариант 4
Для полноценного сравнения необходимо учитывать напряжения по рекомендуемым вариантам сети.
По формуле Илларионова определим рациональные уровни напряжений для всех рассматриваемых головных участков и радиальных ВЛ:
,(3.1)
где – длина участка, на котором определяется напряжение;
– поток мощности, передаваемый по этому участку.
Для определения напряжения в кольце необходимо определить рациональное напряжение на головных участках. Для этого определяются потоки максимальной активной мощности на головных участках, при этом используется допущение об отсутствии потерь мощности на участках. В общем виде:
,(3.2)
,(3.3)
где P i - максимальная прогнозируемая мощность нагрузки i -го узла;
l i0` , l i0`` -длины линий от i -й точки сети до соответствующего конца (0` или 0``) развернутой схемы замещения кольцевой сети при ее разрезании в точке источника питания;
l 0`-0`` - суммарная длина всех участков кольцевой сети. /4, с 110/
Таким образом, получаем напряжения для интересующих нас участках схем, расчёт которых отражён в приложении Б. Для всех рассматриваемых участков расчётное рациональное напряжение равно 110 кВ.
Сравнение вариантов приводится в таблице 3.1
Таблица 3.1 – Параметры вариантов сети
По итогам предварительного сравнения выбираем для дальнейшего рассмотрения варианты 1 и 2.
3.2 Детальный анализ конкурентно способных вариантов
В данном подпункте необходимо оценить количество оборудования, которое необходимо для надёжного и качественного электроснабжения потребителей: трансформаторы, сечения ЛЭП, мощность компенсирующих устройств, схемы распределительных устройств. Кроме того на данном этапе оценивается техническая возможность (целесообразность) реализации предложенных вариантов.
Выбор количества и мощности компенсирующих устройств
Компенсация реактивной мощности - целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учетом необходимого резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещенных в электрической сети и в электроустановках потребителей электрической энергии.
Мероприятия по компенсации реактивной мощности на ПС позволяют:
· уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы;
· уменьшить нагрузку на провода, кабели, использовать их меньшего сечения;
· улучшить качество электроэнергии у электроприемников;
· уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях;
· снизить расходы на электроэнергию.
Для каждой отдельно взятой ПС предварительная величина мощности КУ определяется по формуле:
,(3.4)
Максимальная реактивная мощность узла нагрузки, МВАр;
Максимальная активная мощность узла нагрузки, МВт;
Коэффициент реактивной мощности определяемый приказом Минпромэнерго № 49 (для сетей 6-10 кВ =0,4)/8/;
Фактическая мощность КУ, МВАр;
Номинальная мощность КУ из стандартного ряда предлагаемого заводами изготовителями, МВАр;
– количество устройств.
Определение величины некомпенсированной мощности, которая будет протекать через трансформаторы определяется по выражению:
(3.6)
Некомпенсированная зимняя (прогнозируемая) реактивная мощность ПС;
Тип и количество принятых КУ сведено в таблицу 3.2. Подробный расчёт приводится в приложении Б.
Так как это курсовой проект, то типы конденсаторных установок приняты аналогичные (с разъеденителем во вводной ячейке - 56 и левым расположением вводной ячейки - УКЛ)
Таблица 3.2 – Типы применённых КУ на ПС проектируемой сети.
Выбор проводов по экономическим токовым интервалам.
Суммарное сечение проводников ВЛ принимается по табл. 43.4, 43.5 /6, с.241-242/ в зависимости от расчетного тока , номинального напряжения линии, материала и количества цепей опор, района по гололеду и региона страны.
Расчетными для выбора экономического сечения проводов являются: для линий основной сети – расчетные длительные потоки мощности; для линий распределительной сети – совмещенный максимум нагрузки подстанций, присоединенных к данной линии, при прохождении максимума энергосистемы.
При определении расчетного тока не следует учитывать увеличения тока при авариях или ремонтах в каких-либо элементах сети. Значение определяется по выражению
где - ток линии на пятом году ее эксплуатации;
Коэффициент, учитывающий изменение тока по годам эксплуатации;
Коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии T м и ее значение в максимуме ЭЭС (определяется коэффициентом К M).
Введение коэффициента учитывает фактор разновременности затрат в технико-экономических расчетах. Для ВЛ 110-220 кВ принимается =1,05, что соответствует математическому ожиданию указанного значения в зоне наиболее часто встречающихся темпов роста нагрузки.
Значение К м принимается равным отношению нагрузки линии в час максимума нагрузки энергосистемы к собственному максимуму нагрузки линии. Усредненные значения коэффициента α Т принимаются по данным табл. 43.6. /6, с. 243/ .
Для определения тока на 5 год эксплуатации мы изначально при проектировании спрогнозировали нагрузки в разделе 3. Таким образом, мы уже оперируем прогнозируемыми нагрузками. Тогда для нахождения тока на пятом году эксплуатации нам необходимо
,(3.8)
где - максимальная зимняя(прогнозируемая) активная мощность ПС;
Нескомпенсированная зимняя (прогнозируемая) реактивная мощность ПС;
Номинальное напряжение линии;
Количество цепей в линии.
Для Хабаровского края принимается III район по гололёду.
Для двух вариантов сети расчётные сечения на всех участках приведены в таблице 3.3. По длительно допустимым токам производится проверка по условию нагрева проводов. То есть, если ток в линии в послеаварийном режиме меньше, чем длительно допустимый, то данное сечение провода можно выбрать для данной линии.
Таблица 3.3 – Сечения проводов в варианте 1
| Ветви | Расчётный ток, А | Марка выбранного провода | Количество цепей | Марка опор |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 5-4 | 226,5 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 6-4 | 160,1 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 5-1 | 290,6 | АС-300/39 | 1 | ПБ 220-1 |
| 5-3 | 337 | АС-300/39 | 2 | ПБ 220-1 |
| 1-2 | 110,8 | АС-150/24 | 1 | ПБ 110-3 |
| 2-3 | 92,8 | АС-120/19 | 1 | ПБ 110-8 |
Таблица 3.2 – Сечения проводов в варианте 2
| Ветви | Расчётный ток, А | Марка выбранного провода | Количество цепей | Марка опор |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 5-4 | 226,5 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 6-4 | 160,1 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 3-5 | 241,3 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 2-5 | 212,5 | АС-240/32 | 1 | ПБ 110-3 |
| 2-3 | 3,4 | АС-120/19 | 1 | ПБ 110-3 |
| 1-5 | 145 | 2хАС-240/32 | 2 | ПБ 110-4 |
Проверка ку по ПА режиму все принятые провода прошли.
Выбор мощности и числа трансформаторов
Выбор трансформаторов производится по расчётной мощности для каждого из узлов. Поскольку на каждой ПС мы имеем потребителей по крайней мере 2 категории, то на всех ПС необходима установка 2 трансформаторов.
Расчётная мощность для выбора трансформатора определяется по формуле
,(3.9)
где - средняя зимняя активная мощность;
Число трансформаторов на ПС, в нашем случае ;
Оптимальный коэффициент загрузки трансформаторов (для двухтрансформаторной ПС =0,7).
Последним этапом проверки трансформаторов является проверка на послеаварийную загрузку.
Эта проверка модулирует ситуацию переноса нагрузки двух трансформаторов на один. При этом послеаварийный коэффициент загрузки должен отвечать следующему условию
,(3.10)
где – послеаварийный коэффициент загрузки трансформатора.
Рассмотрим для примера выбор и проверку трансформатора на ПС 2
МВА
Принимаем трансформаторы ТРДН 25000/110.
Аналогично выбираются трансформаторы на все ПС. Результаты выбора трансформаторов приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Силовые трансформаторы выбранные для проектируемой сети.
Выбор оптимальных схем РУ на ПС.
Схемы РУ высшего напряжения.
Через большее число ПС осуществляется транзит мощности, поэтому оптимальным вариантом для них является схема мостик с выключателями в цепях трансформаторов, с неавтоматической ремонтной перемычкой со стороны линии.
Схемы РУ ВН определяются положением ПС в сети, напряжением сети, числом присоединений. Различают следующие типы подстанций по признаку их положения в сети высшего напряжения: узловые, проходные, ответвительные и концевые. Узловые и проходные подстанции являются транзитными, поскольку мощность, передаваемая по линии, проходит через сборные шины этих подстанций.
В данном курсовом проекте на всех транзитных ПС применена схема «Мостик с выключателем в цепях линий», для обеспечения набольшей надёжности транзитных перетоков. Для тупиковой ПС, питающейся по двухцепной ВЛ, применена схема «два блока линия-трансформатор» с обязательным применением АВР по стороне НН. Данные схемы отражены на первом листе графической части.
4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
Цель данного раздела уже вынесена в его заголовок. Однако следует отметить, что критерием сравнения вариантов в этом разделе будет их экономическая привлекательность. Это сравнение будет произведено по приведённым затратам для отличающихся частей схем проектов.
4.1 Алгоритм расчёта приведённых затрат
Приведённые затраты определяются по формуле (4.1)
где Е – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е=0,1;
К – капитальные вложения, необходимые для сооружения сети;
И – ежегодные эксплуатационные расходы.
Капитальные вложения на строительство сети складываются из капитальных вложений в воздушные линии и в ПС
, (4.2)
где К ВЛ – капитальные вложения на сооружение линий;
К ПС – капитальные вложения на сооружение подстанций.
Исходя из параметров сравнения, видно что для данного конкретного случая необходимо будет учитывать капиталовложения в строительство ВЛЭП.
Капитальные вложения при сооружении линий состоят из затрат на изыскательские работы и подготовку трассы, затрат на приобретение опор, проводов, изоляторов и прочего оборудования, на их транспортировку, монтажные и другие работы и определяются по формуле (4.3)
где – удельная стоимость сооружения одного километра линии.
Капитальные затраты при сооружении подстанций состоят из затрат на подготовку территории, приобретение трансформаторов, выключателей и прочего оборудования, затрат на монтажные работы и т. д.
где - капитальные затраты на сооружение ОРУ;
Капитальные затраты на покупку и монтаж трансформаторов;
Постоянная часть затрат на ПС в зависимости от типа ОРУ и U ном;
Капитальные затраты на покупку и монтаж КУ.
Капитальные вложения определяются по укрупненным показателям стоимости отдельных элементов сети. Суммарные капитальные вложения приводятся к текущему году с помощью коэффициента инфляции относительно цен 1991 года. По сравнении реальной стоимости ВЛ сегодня, коэффициент инфляции по ВЛ в данном КП k инфВЛ = 250, а для элементов ПС k инфВЛ = 200.
Вторым важным технико-экономическим показателем являются эксплуатационные расходы (издержки), необходимые для эксплуатации энергетического оборудования и сетей в течение одного года:
где - расходы на текущий ремонт и эксплуатацию, включая профилактические осмотры и испытания, определяются по (4.6)
Издержки на амортизацию за рассматриваемый период службы (Т сл =20 лет), формула (4.7)
Стоимость потерь электроэнергии, определяется по формуле (4.8)
где – нормы ежегодных отчислений на ремонт и эксплуатацию ВЛ и ПС (= 0.008; = 0.049).
Издержки на амортизацию
где - рассматриваемый срок службы оборудования (20 лет)
Стоимость потерь электроэнергии
, (4.8)
где - потери электроэнергии, кВт ч;
С 0 – стоимость потерь 1 МВт ч электроэнергии. (В задании на КП эта величина равна С 0 =1.25 руб./кВт∙ч.
Потери электроэнергии определяются по потокам эффективных мощностей и включают в себя потери в ВЛЭП, трансформаторах и КУ для зимнего и летнего времени года.
где - потери электроэнергии в ВЛЭП
Потери электроэнергии в трансформаторах
Потери электроэнергии в компенсирующих устройствах
Потери электроэнергии в ВЛЭП определяются следующим образом
, (4.10)
где , – поток эффективной активной зимней и летней мощности по линии, МВт;
Поток эффективной реактивной зимней и летней мощности по линии; МВАр;
Т з, Т л – соответственно количество зимних – 4800 и летних - 3960 часов;
(4.11)
Потери в КУ. Так как на всех ПС установлены батареи конденсаторов или Статические тиристорные компенсаторы (СТК) то потери во КУ будут выглядеть следующим образом
, (4.12)
где - удельные потери активной мощности в компенсирующих устройствах, в данном случае - 0.003 кВт/кВар.
Уровни напряжения ПС не отличаются в обоих вариантах, поэтому трансформаторы, компенсирующие устройства и потери в них при сравнении можно не учитывать (они буду одинаковы).
4.2 Сравнение конкурентоспособных вариантов
Так как в сравниваемых вариантах один уровень напряжения, следовательно трансформаторы и количество компенсирующих устройств в них будет неизменным. Кроме того ПС Г (4) запитывается одинаково в двух вариантах, поэтому в сравнении не участвует.
Отличаться будут только линии (протяжённость и сечение провода) и распределительные устройства питающие ПС А, Б, и В, то при сравнении целесообразно учитывать только различие в капиталовложениях на сети и распределительные устройства обозначенных объектов.
Сравнение по всем остальным параметрам в данном разделе не требуется. Данный расчет приведен в Приложении В.
По результатам расчётов построим таблицу 4.1, содержащую основные показатели сравнения экономической привлекательности каждого варианта
Таблица 4.1 – Экономические показатели сравнения вариантов.
Таким образом, мы получили самый оптимальный вариант схемы сети, который удовлетворяет всем предъявленным требованиям и при этом наиболее экономичен.- Вариант 1.
5. РАСЧЁТ И АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ
Цель этого раздела – просчитать типовые установившиеся режимы, характерные для этой сети и определить условия их допустимости. При этом необходимо оценить возможность существования «крайних» режимов и величины потерь мощности в различных элементах сети
5.1 Ручной расчёт максимального режима
Подготовка данных для ручного расчёта максимального режима
Для ручного расчёта режима, прежде всего, необходимо знать параметры схемы замещения. При составлении данной, мы исходили из того, что на каждой ПС установлены 2 раздельно работающих на половину нагрузки трансформатора. Зарядную мощность линий мы разнесли по её узлам; трансформаторы представляем Г образной схемой, в которой ветвь поперечных проводимостей представлена потерями холостого хода(ХХ).
Схема замещения представлена на рисунке 5 и на листе графической части проекта.
Рисунок 5 – Схема замещения для расчёта режима.
Параметры узлов схемы сведены в таблицу 5.1
Таблица 5.1 - Параметры узлов схемы замещения
| № узла | Тип узла | U ном узла, кВ | Р н, МВт | Q н, МВАр |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 6 | Балансирующий | 110 | ||
| 5 | Балансирующий | 110 | ||
| 1 | Нагрузочный | 110 | ||
| 11 | Нагрузочный | 10 | 14,7 | 5,7 |
| 12 | Нагрузочный | 10 | 14,7 | 5,7 |
| 2 | Нагрузочный | 110 | ||
| 21 | Нагрузочный | 10 | 17,7 | 6,95 |
| 22 | Нагрузочный | 10 | 17,7 | 6,95 |
| 3 | Нагрузочный | 110 | ||
| 31 | Нагрузочный | 10 | 20,6 | 8,2 |
| 32 | Нагрузочный | 10 | 20,6 | 8,2 |
| 4 | Нагрузочный | 110 | ||
| 41 | Нагрузочный | 10 | 34,2 | 13,7 |
| 42 | Нагрузочный | 10 | 34,2 | 13,7 |
Параметры ветвей заданы в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Параметры ветвей схемы замещения
| № узла начала ветви | № узла конца ветви | Марка провода | Активное сопротивление ветви, Ом | Реактивное сопротивление ветви, Ом | Зарядная мощность линии, МВАр |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 5 | 4 | АС 240/32 | 2,7 | 9 | 0,76 |
| 6 | 4 | АС 240/32 | 3,8 | 12,8 | 1,08 |
| 5 | 1 | АС 300/39 | 2,2 | 9,6 | 0,71 |
| 5 | 3 | АС 300/39 | 2 | 8,6 | 0,64 |
| 2 | 3 | АС 120/19 | 1 | 9,5 | 0,72 |
| 1 | 2 | АС 240/32 | 8 | 8,1 | 0,68 |
Для расчёта потоков мощностей по линиям необходимо рассчитать расчётные нагрузки, включающие в себя непосредственно нагрузки ПС, потери в трансформаторах, и зарядные мощности линий Пример расчета данной величины приведен в /5, с. 49-52/.
Полные потери в 2 трансформаторах ПС 1;
Половины зарядных мощностей линий 1-5 и 1-2.
Алгоритм расчёта режим
Ручной расчёт режима наиболее экономически целесообразного варианта схемы сети произведём с помощью математического пакета MathCAD 14.0. Подробный расчёт режима представлен в приложении Г. В приложении Д представлены расчеты режимов с помощью ПВК: нормальных максимального и минимального и послеаварийного (ПА) .
Покажем коротко этапы ручного расчёта режима.
Имея расчётные нагрузки в четырёх основных узлах схемы приведём основные этапы расчёта.
Первоначально находим потоки мощности на головных участках 6-4 и 6-5. Для примера запишем для участка 6-4
(5.2)
Сумма сопряжённых комплексов сопротивлений между источниками питания
Далее рассчитываются потоки мощности по остальным ветвям без учета потерь и определяем точки потокоразделов по активной и реактивной мощностям. В нашем случае данных участков не будет, однако будет уравнительная мощность, которая возникает из-за разности напряжений на ИП.
где - сопряжённые комплексы напряжений источников питания.
После определения уравнительной мощности находятся фактические потоки мощности на головных участках сети.
После определения потоков мощностей на всех участках находим точки потокоразделов по активной и реактивной мощностям. Это точки определяются там, где поток мощности меняет знак на противоположный. В нашем случае узел 4 будет точкой потокораздела по активной и по реактивной мощности.
При дальнейшем расчёте мы разрезаем кольцо по точкам потокоразделов и считаем потоки мощности на этих участках с учётом потери мощности на них как для разветвлённой сети. К примеру
(5.5)
(5.6)
Зная потоки мощности на всех участках, определяем напряжения во всех узлах. Например, в узле 4
(5.7)
5.2 Расчёт максимального, минимального и послеаварийного режима с помощью ПВК
Краткая характеристика выбранного ПВК
В качестве ПВК мы выбрали SDO-6. Данный ПВК предназначен для решения задач анализа и синтеза, возникающих при исследовании установившихся режимов ЭЭС и может использоваться при эксплуатации и проектировании ЭЭС в рамках АСДУ, САПР и АРМ ЭЭС.
ПВК моделирует действие и работу различных устройств, предназначенных для управления напряжением, перетоками активной и реактивной мощности, генерацией и потреблением, а также работу некоторых видов противоаварийной автоматики – от наброса мощности, повышения/понижения напряжения.
ПВК содержит достаточно полное математическое описание основных элементов сети ЭЭС - нагрузки(статические характеристики по U и f), генерации (учет потерь в генераторе в режиме СК, зависимость Qрасп(Pg)), коммутируемых реакторов, линий, трансформаторов линейно-дополнительных, 2-х и 3-х обмоточных с продольно-поперечным и связанным регулированием.
ПВК обеспечивает работу с расчетной схемой сети ЭЭС,имеющей в своем составе выключатели, как элементы распределительных устройств станций и подстанций.
ПВК обеспечивает эффективное и надежное решение задач за счет избыточности состава алгоритмов их решения.
ПВК является удобным и эффективным средством достижения целей, формулируемых пользователем. В его составе реализовано значительное число основных и вспомогательных функций.
К основным функциям относятся:
1) расчет установившегося режима ЭЭС при детерминированном характере информации с учетом и без учета изменения частоты (модификации метода Ньютона-Рафсона);
2) расчет предельного установившегося режима при различных способах утяжеления и критериях завершения;
3) расчет допустимого установившегося режима;
4) расчет оптимального установившегося режима (метод обобщенного приведенного градиента);
По потерям активной и реактивной мощности в сети ЭЭС;
По издержкам на выработку электроэнергии;
5) получение требуемых значений для отдельных параметров режима (модулей напряжения, активных и реактивных генераций и т.д.) с выбором состава компонент вектора решения;
6) определение "слабых мест" в сети ЭЭС и анализ на этой основе предельных режимов;
7) формирование эквивалента расчетной схемы ЭЭС, полученного при исключении заданного числа узлов (метод Уорда);
8) получение эквивалента расчетной схемы сети, адаптивного к заданным расчетным условиям и определение функциональных характеристик отбрасываемой сети, включаемых в граничные узлы;
9) расчет статической апериодической устойчивости режима ЭЭС на основе анализа коэффициентов характеристического уравнения;
10) анализ динамической устойчивости режима ЭЭС относительно заданной совокупности расчетных возмущений при учете широкого набора средств противоаварийной автоматики как традиционных, так и перспективных с возможностью моделирования производных законов их управления. Данная функция обеспечивается возможностью совместной работы ПВК СДО-6 и ПВК ПАУ-3М (разработка СЭИ) и поставляется заказчику при установлении им договорных отношений с разработчиками ПВК ПАУ-3М.
К вспомогательным функциям относятся:
1) анализ и поиск ошибок в исходных данных;
2) корректировка состава элементов расчетной схемы сети ЭЭС, параметров режима и расчетных условий;
3) формирование и хранение на внешних запоминающих устройствах собственного архива данных о расчетных схемах сети ЭЭС;
4) работа с данными в унифицированном формате ЦДУ (экспорт/импорт);
5) представление и анализ выходной информации с использованием разнообразных таблиц и графиков;
6) отображение результатов расчета на графе расчетной схемы сети.
ПВК имеет в своем составе удобный и гибкий язык управления заданиями, содержащий до 70 управляющих директив (команд). С их помощью может задаваться произвольная последовательность выполнения его основных и вспомогательных функций при работе в пакетном режиме.
ПВК разработан и реализован на языке ФОРТРАН, TurboCI. Он может эксплуатироваться в составе математического обеспечения вычислительных центров, оснащенных СМ-1700 и ПЭВМ (MS DOS).
ПВК имеет следующие основные технические характеристики:
Предельный объем расчетных схем определяется располагаемыми ресурсами памяти ЭВМ и для текущей версии ПВК составляет не менее 600 узлов и 1000 ветвей;
Имеются программные средства для настройки и генерации ПВК на требуемый состав элементов и объем расчетных схем сети;
Возможна работа в пакетном и диалоговом режиме.
ПВК может тиражироваться и поставляться пользователю на магнитной ленте и/или дискетке в составе загрузочного модуля и документации по его сопровождению и использованию.
Разработчики: Артемьев В.Е., Войтов О.Н., Володина Э.П., Мантров В.А., Насвицевич Б.Г.,Семенова Л.В.
Организация: Сибирский Энергетический институт СО АН РОССИИ
Подготовка данных для расчёта в SDO 6
Так как в SDO6 для задания узла достаточно использовать значение номинального напряжения и мощности нагрузок (генераций), то для создания массива данных в этом ПВК достаточно использовать таблицу 5.1.
Для задания параметров линии в SDO 6 дополнительно к комплексному сопротивлению добавляется емкостная проводимость, а не зарядная мощность, как в ручном расчёте. Поэтому дополнительно к таблице 5.2 зададим емкостную проводимость в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Емкостная проводимость ветвей
Первоначально при ручном расчете для задания поперечной ветви проводимостей мы использовали потери холостого хода трансформатора. Для задания трансформаторов в ПВК необходимо вместо них использовать проводимости этой ветви, которые приведены в таблице 5.4. Все остальные данные те же, что и для ручного расчета (Приложение Е).
Таблица 5.4 – Поперечные проводимости трансформаторов
Сравнительный анализ ручного расчёта максимального режима и расчёта с помощью ПВК
Для сравнения расчёта в ВПК и ручного необходимо определиться с параметрами сравнения. В данном случае будем сравнивать значения напряжений во всех узлах и номера отпаек РПН в трансформаторах. Этого будет вполне достаточно для заключения о примерном расхождении ручного и машинного расчёта.
Сравним первоначально напряжения во всех узлах, результаты поместим в таблицу 5.5
Таблица 5.5 – Сравнение напряжений при ручном и машинном расчёте
| № узла | Ручной расчет , кВ | ПВК SDO-6. , кВ | Отличие, % |
| 1 | 121,5 | 121,82 | 0,26 |
| 2 | 120,3 | 121,89 | 1,32 |
| 3 | 121,2 | 121,86 | 0,54 |
| 4 | 121,00 | 120,98 | -0,02 |
| 11, 12 | 10,03 | 10,07 | 0,40 |
| 21, 22 | 10,41 | 10,47 | 0,58 |
| 31, 32 | 10,41 | 10,49 | 0,77 |
| 41, 42 | 10,20 | 10,21 | 0,10 |
Исходя из результатов сравнения можно сказать, что при точности расчёта в 5% на ПВК мы имеем достаточную точность расчёта. При том, что отпайки трансформаторов при обоих расчётах сходятся.
5.3 Анализ установившихся режима
Структура потерь электрической энергии
Проанализируем структуры потерь для трёх режимов, рассчитанных с помощью ПВК.
Структуру потерь для 3 режимов представим в таблице 5.6
Таблица 5.6 – Структура потерь в рассматриваемых режимах
Анализ уровней напряжений в узлах
Для анализа уровней напряжения рассчитываются наиболее тяжёлые ПА режимы и режим минмимальных нагрузок.
Так как нам необходимо поддерживать желаемые уровни напряжений во всех трёх режимах, то отличия будут в номерах отпаек РПН.
Напряжения, полученные в рассматриваемых режимах приведены в таблице 5.7.
Таблица 5.7 – Фактические напряжения на низких сторонах ПС
Все необходимые пределы по напряжению на стороне НН выдерживаются при всех трёх режимах.
Расчёт и анализ всех рассматриваемых режимов показывает, что спроектированная сеть позволяет поддерживать требуемые уровни напряжений как в нормальных, так и послеаварийных режимах.
Таким образом, спроектированная сеть позволяет надёжно и качественно снабжать потребителей электрической энергией.
6. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ПОТОКОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ПРИНЯТОМ ВАРИАНТЕ СЕТИ
Цель раздела – объяснить применение используемых средств регулирования напряжения и дать их описание.
6.1 Методы регулирования напряжения
Напряжение сети постоянно меняется вместе с изменением нагрузки, режима работы источника питания, сопротивлений цепи. Отклонения напряжения не всегда находятся в интервалах допустимых значений. Причинами этого являются: а) потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети; б) неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов; в) неправильно построенные схемы сетей.
Контроль за отклонениями напряжения проводится тремя способами: 1) по уровню - ведется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями; 2) по месту в электрической системе - ведется в определенных точках сети, например в начале или конце линии, на районной подстанции; 3) по длительности существования отклонения напряжения.
Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках электрической системы с помощью специальных технических средств. Используется регулирование напряжения в центрах питания распределительных сетей - на районных подстанциях, где изменением коэффициента трансформации поддерживалось напряжение у потребителей при изменении режима их работы и непосредственно у самих потребителей и на энергообъектах (электростанциях, подстанциях) /1, с. 200/.
При необходимости на шинах вторичного напряжения понижающих подстанций обеспечивается встречное регулирование напряжения в пределах 0... + 5% номинального напряжения сети. Если в соответствии с суточным графиком нагрузки суммарная мощность снижается до 30 % и более от ее наивысшего значения, напряжение на шинах должно поддерживаться на уровне номинального напряжения сети. В часы наибольшей нагрузки напряжение на шинах должно превышать номинальное напряжение сети не менее чем на 5 %; допускается повышение напряжения даже до 110 % номинального, если при этом отклонения напряжения у ближайших потребителей не превысят наибольшего значения, допускаемого Правилами устройства электроустановок. В послеаварийных режимах при встречном регулировании напряжение на шинах низшего напряжения не должно быть ниже номинального напряжения сети.
В качестве специальных средств регулирования напряжения прежде всего могут быть использованы трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Если с их помощью невозможно обеспечить удовлетворительные величины напряжений, следует рассмотреть целесообразность установки статических конденсаторов или синхронных компенсаторов. /3, с. 113/. Этого в нашем случае не требуется, так как вполне достаточно регулирование напряжений в узлах на низких сторонах с помощью РПН.
Существуют различные методики выбора регулировочных ответвлений трансформаторов и автотрансформаторов с РПН и определения получаемых напряжений.
Рассмотрим методику, основанную на непосредственном определении необходимого напряжения регулировочного ответвления и характеризующуюся, по мнению авторов, простотой и наглядностью.
Если известно приведенное к высокой стороне трансформатора напряжение на шинах низшего напряжения подстанции, то можно определить желаемое (расчетное) напряжение регулировочного ответвления обмотки высшего напряжения трансформатора
(6.1)
где - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора;
Напряжение желаемое, которое необходимо поддерживать на шинах низшего напряжения в различных режимах работы сети U H - в режиме наибольшей нагрузки и в послеаварийных режимах и U H - в режиме наименьших нагрузок);
U H - номинальное напряжение сети.
Для сетей с номинальным напряжением 6 кВ необходимые напряжения в режиме наибольших нагрузок и в послеаварийных режимах равны 6,3 кВ, в режиме наименьших нагрузок они составляют 6 кВ. Для сетей с номинальным напряжением 10 кВ соответствующие значения составят 10,5 и 10 кВ. Если в послеаварийных режимах невозможно обеспечить напряжение U H , допускается его снижение, но не ниже 1 U H
Применение трансформаторов с РПН позволяет изменять регулировочное ответвление без их отключения. Поэтому следует определять напряжение регулировочного ответвления раздельно для наибольшей и наименьшей нагрузки. Так как время возникновения аварийного режима неизвестно, то будем считать, что этот режим возникает в наиболее неблагоприятном случае, т. е. в часы наибольших нагрузок. С учетом сказанного выше расчетное напряжение регулировочного ответвления трансформатора определяется по формулам:
для режима наибольших нагрузок
(6.2)
для режима наименьших нагрузок
(6.3)
для послеаварийного режима
(6.4)
По найденному значению расчетного напряжения регулировочного ответвления выбирают стандартное ответвление с напряжением, ближайшим к расчетному.
Определенные таким образом значения напряжений на шинах низшего напряжения тех подстанций, где применены трансформаторы с РПН, сравниваются с желаемыми значениями напряжения, указанными выше.
На трехобмоточных трансформаторах регулирование напряжения под нагрузкой выполняется в обмотке высшего напряжения, а обмотка среднего напряжения содержит ответвления, которые переключаются только после снятия нагрузки.
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕБИСТОИМОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Целью этого раздела является определение себестоимости передачи электрической энергии в проектируемой сети. Этот показатель важен поскольку является одним из показателей привлекательности всего проекта в целом. Полная себестоимость передачи электрической энергии определяется как отношение издержек на сооружение сети в целом к суммарному её среднегодовому потреблению, руб/МВт
(7.1)
где - суммарные издержки для всего варианта с учётом потерь электрической энергии, руб;
Среднегодовое электропотребление проектируемой сети, МВтч.
где - максимальная потребляемая зимняя мощности рассматриваемой сети, МВт;
Чило часов использования максимальной нагрузки, ч.
Таким образом, себестоимость передачи электроэнергии получается равна 199,5 руб. за МВтч или 20 коп. за кВтч.
Расчет себестоимость передачи электроэнергии приведен в приложении Е.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе проектирования электрической сети нами было проанализировано заданное географическое расположение потребителей электрической энергии. При данном анализе были учтены мощности нагрузок потребителей, их взаимное расположение. На основе этих данных нами были предложены варианты схем электрической распределительной сети, наиболее полно отражающие специфику их составления.
С помощью расчета по типовым графикам электрических нагрузок нами были получены вероятностные характеристики, позволяющие с большей точностью проанализировать в дальнейшем все параметры режимов спроектированной электрической распределительной сети.
Также было произведено сравнение проектных вариантов сети по возможности технической реализации, по надежности, по экономическим вложениям.
В результате экономического просчета был выбран наиболее удачный вариант схемы ЭС из представленных нами на рассмотрение. Для этого варианта были рассчитаны 3 наиболее характерных для энергосистемы установившихся режима, в которых мы выдержали желаемое напряжение на шинах НН всех понизительных ПС.
Себестоимость передачи электроэнергии в предложенном варианте составил 20 коп. за кВтч.
БИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети
2. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. Под ред. Блок В.М.
3. Поспелов Г.Е. Федин В.Т. Электрические системы и сети. Проектирование
4. Правила эксплуатации электроустановок ПУЭ издание 6, 7-е дополненное
5. Савина Н.В., Мясоедов Ю.В., Дудченко Л.Н. Электрические сети в примерах и расчётах: Учебное пособие. Благовещенск, Издательство АмГУ, 1999, 238 с.
6. Электротехнический справочник: В 4 т. Т 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. Под общ. Ред. Проф. МЭИ Герасимова В.Г. и др. – 8-е изд., испр. И доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002 г, 964 с.
7. Основы современной энергетики: учебник для вузов: в 2 т. / под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Издательский дом МЭИ, 2008. Том 2. Современная электроэнергетика / под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. - 632 с., ил.
8. Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения). Утвержден Приказом Минпромэнерго России от 22 февраля 2007 г. №49
Абдильбаев Р.Б.
Таразский государственный университетим.М.Х.Дулати, Казахстан
РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ
Схемы электрических сетей должны с наименьшими затратами обеспечить необходимую надежность электроснабжения, требуемое качество энергии у приемников, удобство и безопасность эксплуатации сети, возможность ее дальнейшего развития и подключения новых потребителей. Электрическая сеть должна обладать также необходимой экономичностью и гибкостью.
В проектной практике для построения рациональной конфигурации сети применяют повариантный метод, согласно которому для заданного расположения потребителей намечается несколько вариантов, и из них на основе технико-экономического сравнения выбирается лучший.
В соответствии с Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ) нагрузки I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерыв в их электроснабжении допускается лишь на период автоматического включения резервного питания. В большинстве случаев двухцепная линия не удовлетворяет требованиям надежности электроснабжения потребителей I категории, так как при повреждении опор, гололеде возможен полный перерыв питания. Для таких потребителей необходимо предусматривать не менее двух отдельных линий.
Для потребителей II категории в большинстве случаев также предусматривают питание по двум отдельным линиям либо по двухцепной линии. Однако, учитывая непродолжительность времени аварийного ремонта воздушных линий, электроснабжение нагрузок II категории допускается производить по одной воздушной линии.
Для электроприемника III категории достаточно питания по одной линии, питающейся от одного источника или в виде отпайки проходящей вблизи линии. Однако, здесь при аварийных и плановых ремонтов необходимо обеспечить время восстановления питания в пределах одних суток.
Принимаемая схема должна быть удобной и гибкой в эксплуатации, желательно однородной, такими качествами обладают многоконтурные схемы одного номинального напряжения. Отключение любой цепи в такой схеме сказывается в незначительной степени на ухудшении режима работы сети в целом.
Исходя из всех вышеперечисленных требований разработаны следующие варианты схемы сети для электроснабжения потребителей, которые представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Разработанные варианты схемы районной электрической сети.
В качестве критерия сопоставления вариантов сети на данном этапе проектирования используем суммарные длины линий по каждому из вариантов. Этот критерий основывается на предположении, что все варианты схемы являются одного класса номинального напряжения и выполнены одинаковым сечением проводов на всех участках, использованы одинаковые типы опор, конструкции фаз и т.п.
Естественно, что наиболее рациональными и экономичными будут являться варианты с наименьшими суммарными длинами линий (с обязательным соблюдением требований по надёжности электроснабжения потребителей).
Длину линий определяем с учетом их непрямолинейности и возможных отклонений от намеченных трасс. Действительная длина принимается на 15% больше длины, измеренной по прямой линии.
Таблица 1 . Суммарные длины линий электропередач
|
Схема |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
|
Длина, км |
405,24 |
377,52 |
381,48 |
384,12 |
Исходя, что схемы на рис.1.б и на рис.1.в имеют наименьшую суммарную протяженность, то они в дальнейшем и будут использоваться для подробного технико-экономического сравнения.
Заключение
Проведена формализация комплекса задач оптимального выбора решений при обосновании рациональной конфигурации систем электроснабжения в зависимости от территориальных уровней .
Литература
1. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Под ред. И.Ш. Шапиро, С.С. Рокотяна, - М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Методическое указание №1293 к курсовому проекту по курсу ² Электрические системы и сети ² для студентов спец. 10.04. Составил: Лычев П.В., Селиверстов Г.И.– ГПИ, 1990.
3. Лычев П.В., Федин В.Т. Электрические системы и сети. Решение практических задач: Учебное пособие для вузов. – Мн.: ДизайнПРО, 1997.
4. Методическое указание №3260 пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1-43 01 03 ² Электроснабжение ² .– ГГТУ им. П.О. Сухого, Гомель, 2006.
5. Правила устройства электроустановок. –М.:Энергоатомиздат,1986.
