XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Основной целью развития региональной электроэнергетики является повышение эффективности энергетического комплекса субъектов России при безусловном обеспечении его энергетической безопасности и поддержании надлежащего уровня энерго обеспеченности региона на перспективу.

Принципы формирования региональной электроэнергетики, пути решения, направленные на повышение эффективности энергетического комплекса субъектов России, вопросы, связанные с расчётом и анализом режимов региональной электроэнергетической системы с целью прогноза потребления электроэнергии и мощности Единой энергетической системы России могут быть рассмотрены с использованием методов педагогических исследований. Одним из основных базовых проектных работ студентов в области энергетики является разработка курсовых проектов энергетических специальностей СПО и ВПО. Исследовательские проекты в области энергетики требуют владения студентами методами педагогических исследований.

Множество педагогических методов исследования, можно классифицировать и разделить на три группы:

1. Теоретические.

2. Эмпирические.

3. Математические или статистические. Применяются для обработки полученной информации и отражении ее в количественных показателях.

Рассмотрим более подробно методы теоретического исследования.

Анализ – метод исследования, суть которого в том, что предмет изучения мысленно или практически расчленяется на составные элементы (части объекта или его признаки, свойства, отношения) и каждая из частей исследуется отдельно, например, исследование себестоимости по составу затрат на ее формирование.

Синтез – этот метод исследования позволяет осуществлять соединение элементов (частей) объекта, расчлененного в процессе анализа, устанавливать связи между ними и познавать объекты исследования как единое целое. При изучении конкретного объекта исследования, как правило, анализ и синтез используются одновременно, поскольку они взаимосвязаны.

Классификация представляет собой распределение предметов, явлений и понятий по классам, группам, отделам, разрядам в зависимости от общих признаков, например, классификация затрат, основных средств, материалов, и т. д.

Индукция– это такой метод познания, при котором по частным факторам и явлениям выводятся общие принципы и законы. Общий вывод о признаках совокупности элементов делается на основе исследования части элементов этой совокупности. При этом исследуемые факты отбираются по заранее выработанному плану.

Дедукция– это такой метод познания, при котором частные положения выводятся из общих. Посредством дедукции вывод об отдельном элементе некоторой совокупности делается на основе знаний о признаках всей совокупности, т.е. она является методом перехода от общих представлений к частным.

Аналогия– это метод научного познания, с помощью которого достигается знание об одних предметах или явлениях на основании их сходства с другими. Умозаключение по аналогии – это когда знание о каком-либо объекте переносится на другой менее изученный объект, но сходный с первым по существенным свойствам, качествам. Такие умозаключения являются одним из основных источников научных гипотез.

Аксиоматический метод – один из способов дедуктивного построения научных теорий.

Исторический метод используется для исследования возникновения, формирования и развития процессов и событий в хронологической последовательности с целью выявить внутренние и внешние связи, закономерности и противоречия.

Группа системных методов. Общая тенденция – переход от аналитического уровня изучения предметов к целостному, интегративному видению изучаемых явлений.

Группа системных методов базируется на следующих положениях:

1. системный объект должен рассматриваться как совокупность элементов, связанных между собой некоторым множеством структурно-функциональных связей;

2. функционирование объекта-системы, его системные свойства зависят только от его структурной организации;

3. для структурной организации объекта-системы могут быть найдены изоморфные аналоги, реализованные на других носителях.

Типичная схема системного моделирования:

1. определение исходной системы;

2. анализ ее структурно-функциональной организации;

3. оптимизационное исследование;

4. подведение итогов, экстраполяция результатов.

Формализация – отображение явления или предмета в знаковой форме какого-либо искусственного языка (например, логики, математики, химии) и изучение этого явления или предмета путем операций с соответствующими знаками. Использование искусственного языка в научном исследовании позволяет устранить такие недостатки естественного языка, как многозначность, неточность, неопределенность.

При формализации вместо рассуждении об объектах исследования оперируют со знаками (формулами).

Основные эмпирические методы.

Наблюдение – целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на данные органов чувств (ощущения, восприятия, представления) и показания приборов. В результате наблюдения исследователь получает знания о внешних свойствах и отношениях предметов и явлений.

Описание – фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных и наблюдении; Передает результаты наблюдений с помощью знаковых средств.

Сравнение – установление сходства и различия объектов, процессов путем их сопоставления непосредственно или опосредованно – познавательная операция, лежащая в основе суждений о сходстве или различии объектов. С помощью сравнения выявляются качественные и количественные характеристики предметов.

Измерение – это определение численного значения некоторой величины путем сравнения ее с эталоном. Измерение есть процедура определения численного значения некоторой величины посредством единицы измерения.

Эксперимент – изучение объекта, основанное на активном, целенаправленном воздействии на него путем создания искусственных или использования естественных условий, необходимых для выяснения соответствующих свойств, характеристик, зависимостей и других особенностей.

Счет – это определение количественных соотношений объектов исследования или параметров, характеризующих их свойства. Метод широко применяется в статистике для определения степени и типа изменчивости явления, процесса, достоверности полученных средних величин и теоретических выводов.

Моделирование – метод научного познания, сущность которого заключается в замене изучаемого предмета или явления специальной аналогичной моделью (объектом), содержащей существенные черты оригинала. Моделирование – это один из главных методов научного исследования, с помощью которого можно ускорить существующие технологические процессы, сократить сроки освоения новых. Этот метод применяют при изучении различных технологий, режимов работы аппаратов, машин, агрегатов, промышленных комплексов и хозяйств, а также в управлении предприятиями, распределении материальных ресурсов и т. д.

Очень часто при работах, проектах и исследованиях в области энергетики студентами используются два основных метода:

1. Аналитический. Чаще всего он используется в практической части курсовой работы. Суть этого метода заключается в проведении любых исследований. Довольно часто это математические расчеты и сравнения полученных результатов. Уже на основе этих данных проводится анализ и получение конкретных выводов и результатов. Студент составляет список рекомендаций или решений проблемы.

2. Сравнительный. Студент выбирает несколько источников и на их основе проводит сравнительный анализ данных. Необходимо найти общие и отличительные черты. Поскольку мнений по одному вопросу может быть более чем достаточно, студент, основанный на них, может сформировать собственную точку зрения по конкретному вопросу.

На примере студенческой курсовой проектной работы по расчету электрической сети и подстанции района системы, предназначенной для питания потребителей, рассмотрим все основные методы исследований, используемые в данном педагогическом проекте.

1.Для расчета и анализа режимов региональной электроэнергетической системы с целью прогноза потребления электроэнергии и мощности Единой энергетической системы необходимо произвести первоначально выбор типа, числа и мощности трансформаторов и приведение нагрузок к высшей стороне трансформаторов. Следующим этапом работы должна стать разработка схем электрической сети системы. Электрический расчет сети в максимальном режиме нагрузок до определения потерь и уровней напряжения рассчитывается в нескольких вариантах: расчет линий с различной мощностью, где необходимо определить: ток линий, расчетный ток при выборе сечений проводов методом экономических токовых интервалов, индуктивное сопротивление на 1км длины линии, определение емкостной проводимостью линий на 1 км длины, эквивалентное сопротивление линий. Далее следует произвести расчет второго варианта, определив нагрузки узлов в максимальном режиме и расчитать потокораспределение в нем в нормальном режиме работы, остальные потоки мощности найти по 1 закону Кирхгофа непосредственно по схеме. Сделав проверку правильности расчетов и сравнив результат с предыдущим, определить, в случае совпадения, правильность расчета потокораспределения.

2.Следующим этапом работы будет расчет потокораспределения в аварийных режимах и выявление для каждой линии наиболее тяжелого режима.

3.Окончательная разработка схем подстанций принимается с учетом норм технологического проектирования сетей, исходя из числа присоединений, вида подстанций, напряжения на высшей стороне подстанций; в результате оставляем выбор за двумя вариантами подстанций.

4.Затем, используя метод технико-экономического сравнения вариантов, производится расчет приведенных затрат, без учета ущерба от недоотпуска электроэнергии. В данном методе используется учет капитальных затрат, ежегодных отчислений на амортизацию, текущий ремонт и обслуживание, стоимость потерянной энергии, потери мощности в часы максимального режима. Расчет приведенных затрат выявляет экономическую целесообразность одного из вариантов, у которого меньше не только приведенные расчетные затраты, но и капиталовложения и стоимость потерянной энергии. Соответственно проделанным расчетам выбирается более выгодный в экономическом плане вариант.

5. Далее производится определение уровней напряжения для выбранного варианта подстанций в максимальном режиме нагрузок потребителей.

6. Следующей частью разработки в проекте является выбор ответвлений трансформаторов и определение напряжения на низшей стороне подстанции.

7.Расчет токов короткого замыкания заносится в сводную таблицу токов короткого замыкания.

8. После осуществляется в проекте технический расчет выбора электрических аппаратов по заданным параметрам: выбор токоведущих частей, выбор изоляторов, распределительных устройств, выбор коммутационной аппаратуры (выключателей) на 10 кВт, выбор трансформаторов тока, выбор трансформаторов напряжения, выбор токоведущих частей. Затем производится выбор электрических аппаратов по номинальным параметрам.

9. Производится выбор схемы собственных нужд и трансформатора собственных нужд. Состав потребителей собственных нужд подстанции зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, типа электрооборудования. На подстанциях с выключателями высокого напряжения и постоянным оперативным током дополнительными потребителями являются зарядные и подзарядные агрегаты. Наиболее ответственными потребителями собственных нужд подстанции являются оперативные цепи, система связи, система охлаждения трансформаторов и насосы систем охлаждения, аварийное освещение, система пожаротушения, электроприёмники компрессорной. Мощность потребителей собственных нужд невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220В, которая получает питание от понижающих трансформаторов. Мощность трансформаторов собственных нужд выбирается по нагрузкам собственных нужд с учетом коэффициентов загрузки и одновременности, при этом отдельно учитываются летняя и зимняя нагрузки, а также нагрузки в период ремонтных работ на подстанции.

10. Подробное описание выбора схемы распределительного устройства и описание конструкции распределительного устройства завершает исследование. Дается в работе характеристика комплектного распределительного устройства (серия, аббревиатура), описывается, как устройство собирается из типовых шкафов в соответствии с заказом и что представляет собой в комплекте оборудования, например: жесткую металлическую конструкцию, состоящую из корпуса шкафа, выкатного элемента и релейного шкафа; корпус шкафа, установка трансформаторов тока, сборных шин, заземляющих ножей. Сообщается в работе практическая обеспеченность безопасного обслуживания и локализации аварий устройства, например: высоковольтная часть корпуса шкафа разделена на отсеки металлическими перегородками: отсек ввода, отсек сборных шин, отсек выкатного элемента.

Указывается, что выключатели, трансформаторы напряжения и разъемные контакты (выполняющие роль разъеденителей), устанавливаются на выкатном элементе. Над отсеком выкатного элемента расположен релейный шкаф, в котором размещается аппаратура релейной защиты, управления и сигнализации. Электрическая связь релейного шкафа с оборудованием, расположенном на выкатном элементе, выполнена с помощью штепсельных разъемов и гибких проводов, расположенных в защитном металлорукаве.

На стороне подстанции принимаем две одиночных секционированных системы сборных шин. Схема проста и наглядна. Источники питания и линии присоединяются к сборным шинам с помощью выключателей и разъединителей. На каждую цепь необходим выключатель, который служит для отключения и включения этой цепи в нормальных и аварийных режимах. При необходимости отключения линии достаточно отключить выключатель.

11. Обязательно в исследовательском проекте описание конструкции распределительного устройства, устанавливаемого на проектируемой ПС, с обозначаемой мощностью, маркой, серией и конкретным указателем производителя устройства(завод-изготовитель). Обозначается комплекс модулей с конкретикой аббревиатуры названия элементов:

Выключателя

Совмещённого разъединителя-заземлителя

Быстродействующего заземлителя

Трансформаторов тока

Трансформаторов напряжения

Соединительных элементов

Вводов кабельных или воздушных токопроводов

Описывается соединение оболочек элементов: фланцы и патрубки, контакты и уплотнения.

12. В исследовательском проекте показывается преимущество применения обозначенного устройства, например:

Значительно уменьшенные площади и объемы, по сравнению с традиционными;

Многофункциональность – к примеру, в одном корпусе совмещены сборные шины, выключатель, разъединители с заземляющими разъединителями, трансформаторы тока, что снижает размеры и увеличивает надежность;

Взрыво- и пожаробезопасность;

Надежность и стойкость к воздействию внешней среды, в том числе сейсмически активных районов и зон с повышенной загрязненностью;

Отсутствие электрических и магнитных полей;

Безопасность и удобство эксплуатации, простота монтажа и демонтажа.

На примере вышеизложенного исследовательского студенческого проекта по разработке электрической сети района системы и проектирования подстанции можно сделать выводы о методах педагогических исследований, отраженных в проработке данной темы энергетики.

В исследовании использовались теоретические (анализ, синтез, формализация), эмпирические (сравнение, счет, моделирование) и математические методы исследований. Основу проекта как базового метода исследования составило системное моделирование, при этом в курсовом проекте были представлены и раскрыты все этапы и части работы над проектом:

определение исходной системы; анализ ее структурно-функциональной организации; оптимизационное исследование; подведение итогов (производился расчет приведенных нагрузок к высшей стороне трансформаторов, произведена разработка двух вариантов электрической сети, таким образом, чтобы оба варианта обеспечивали надежное электроснабжение потребителей и требовали как можно меньше коммутационных аппаратов, разработка двух этих вариантов, расчет обоих вариантов, выбор типа опор района по гололёду как для одноцепных, так и для двухцепных линий, произведен расчет сечения проводов методом экономических интервалов).

В проекте моделирования электрической сети и подстанции произведена окончательная разработка схем присоединения подстанций к электрической сети с применением метода синтеза. Затем произведено технико-экономическое сравнение вариантов в табличной форме, сделаны выводы об экономической целесообразности выбора с применением аналитического метода и метода сравнения.

После выбора оборудования в проекте произведена разработка потребителей и трансформаторов собственных нужд для обеспечения надежного питания подстанции, а также выбрана схема собственных нужд с оперативным постоянным током и их разработка. Затем окончательно выбрана схема распределительного устройства, с соответствующей задачам исследования, мощностью.

Применение педагогических исследований в области энергетики на примере вышеизложенного студенческого проекта способствует решениям задач оптимизации конфигурации и повышения пропускной способности системообразующих и распределительных сетей, повышения эффективности региональной энергетики за счет применения современных технологий и оборудования.

.

Список использованных источников.

1. Правила устройства электроустановок. – Санкт-Петербург: Издательство ДЕАН, 2015. – 928 с.

2. В.А. Боровиков, В.К. Косарев, Г.А. Ходот. Электрические сети энергетических систем. – Л.: Энергия, 1977. – 392 с.

3. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат,1989. – 608 с.

4. Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чирикова. Электрооборудование электрических станций и подстанций. – М.: Академа, 2004. – 448 с.

5. Д.Л. Файбисович. Справочник по проектированию электрических сетей. – М.: НЦ ЭНАС, 2005. – 320 с.

6. Горелов, НА. Методология научных исследований : учебник для бакалавриата и магистратуры / Н.А. Горелов, Д.В. Круглов., 2017. — 290 с.

7. Давыдов, В.П. Основы методологии, методики и технологии педагогического исследования : науч.-метод, пособие / В.П. Давыдов. — М. : Академия ФСБ, 2007. — 156 с.

Код для цитирования: Скопировать