НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ МЕХАТРОНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан факультета «Мехатроники и автоматизации»
__________________
“___”___________2009г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Электроснабжение нефтегазовых комплексов и производств
ООП – Направление 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств нефтегазовой промышленности».
Уровень подготовки: инженер
Факультет: Мехатроники и автоматизации
Курс – 4, семестр – 8
Лекции – 34 час.
Практические занятия – 17 час.
Лабораторные работы – 17 час.
Самостоятельная работа – 52 час.
РГР – 8 семестр
Зачет – 8 семестр
Всего – 120 час.
Новосибирск
2009
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта (ГОС), основной образовательной программы (ООП) высшего профессионального образования по направлению – 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)».
Регистрационный номер и дата утверждения ГОС: № 000 от 01.01.01г.
Шифр дисциплины в учебном плане, специальные дисциплины.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Электротехнические комплексы».
Протокол №___ от 01.01.01 г,
Программу разработал канд. техн. наук, доцент кафедры ЭТК | |
Заведующий кафедрой ЭТК д-р техн. наук, профессор | |
Ответственный за основную образовательную программу канд. техн. наук, профессор кафедры ЭТК |
1 ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Требования государственного образовательного стандарта (ГОС) и основной образовательной программы (ООП) к подготовке инженера по направлению 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)» состоят в следующем:
- должен знать:
- характеристики энергетических ресурсов; принципы производства и распределения электрической энергии; способы электроснабжения нефтегазовых производств; требования к качеству электроэнергии на электроприемниках и методы их обеспечения; режимы электрических нагрузок, напряжений и методы их математического описания и расчетов; методы выбора параметров элементов систем электроснабжения НГК; способы защиты сетей и электрооборудования СЭС от сверхтоков; системы автоматизации электротехнических комплексов (ЭТК) нефтегазовых производств (НГП)
- должен уметь:
- обоснованно выбирать вариант СЭС НГК; определять энергетические характеристики потребителей электроэнергии; выполнять электрические расчеты СЭС НГК; выбирать состав и параметры элементов СЭС НГК; оценивать технологические расходы электроэнергии; разрабатывать методы и способы рационального и экономного использования электрической энергии; оценивать и разрабатывать мероприятия по электромагнитной совместимости элементов, защите сетей и электрооборудования; выбирать состав элементов и программное обеспечение систем автоматизации ЭТК НГП.
2 Принципы ПОСТРОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
”Электроснабжение НЕФТЕГАЗОВЫХ КОМПЛЕКСОВ И ПРОИЗВОДСТВ”.
Основанием для введения дисциплины в учебный план является решение Ученого Совета вуза. Дисциплина относится к специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» и выбирается студентом на инженерной подготовке. Основной целью обучения является получение представлений об энергоресурсах, производстве и распределении электроэнергии и энергетических системах. Знания студент должен получить по системам электроснабжения НГК, уметь определять электрические величины и выбирать параметры элементов системы. Ядро дисциплины составляют методы электрических расчетов, учитывающих режимы функционирования электроприемников предприятий НГК и вероятностный характер нагрузок, выбор параметров элементов системы по экономическим критериям и электрическим величинам.
Для освоения дисциплины студент должен иметь предварительную подготовку по дисциплинам: - математика: линейная алгебра, основы математического анализа, теория вероятностей и математическая статистика;
- электротехника: расчеты электрических цепей постоянного и переменного токов;
- электрические и электронные аппараты: аппараты коммутаций электрических цепей: автоматические выключатели постоянного и переменного токов, разьединители, отделители, короткозамыкатели;
- информатика: прикладные программы математических расчетов, алгоритмические языки.
Программа дисциплины соответствует требованиям ГОС и ООП по подготовке инженера по направлению 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».
Дисциплина имеет прикладную направленность. Знания и умения студентами приобретаются при изучении курса и решении задач по СЭС НГК.
Структурирование учебной дисциплины основано на делении на модули, содержащие темы. Оценка деятельности студентов ведется по рейтинговой системе.
Методическая обеспеченность дисциплины: включает рабочую программу, методические указания к лабораторному циклу, задания на расчетно-графическую работу, положение о деятельности студентов, перечень литературы, контрольные вопросы и задачи.
3 Цели изучения учебной дисциплины “Электроснабжение нефтегазовых комплексов и производств”
3.1 Общие интеллектуальные цели
Выработка представлений о связях энергетических процессов с природной и искусственной средой обитания человека, их влияния на научно-технический прогресс и развитие общества.
3.2 Предметные цели дисциплины
Предметные цели дисциплины приведены в таблице
№ модуля | Знать смысл и осознанно использовать понятия: | Уметь |
1 | 2 | 3 |
1 |
|
|
2 |
|
предприятий НГК;
|
3 |
* электрическая сеть; |
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
нормы расходов электроэнергии. |
|
4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Содержание ЛЕКЦИЙ
Модуль 1. Электрическое хозяйство нефтегазовых комплексов
1.1 Общая характеристика электроэнергетических систем (электростанции, ЛЭП, подстанции). 1.2 Термины и определения электрики НГК.
1.3 Структура НГК и характеристики потребителей электроэнергии.
1.4 Электростанции автономного электроснабжения: ДЭУ, ГТЭС.
Модуль 2. Электрика предприятий нефтегазового комплекса
2.1 Электрика установок добычи нефти и газа.
2.2 Электрика систем поддержания пластового давления.
2.3 Электрика переработки попутного газа.
2.4 Электрика транспорта нефти (нефтеперекачивающие станции – НПС).
2.5 Электрика транспорта газа (компрессорные станции)
2.6 Комплектные трансформаторные подстанции и распределительные устройства.
Модуль 3. Электрическое оборудование систем электроснабжения НГК
3.1 Устройства преобразования энергии: трансформаторы, выпрямители, инверторы.
3.2 Коммутационные аппараты до и выше одной тысячи вольт.
3.3 Вспомогательное оборудование СЭС: разрядники, реакторы, конденсаторные установки.
3.4 Устройства канализации электроэнергии: токопроводы, кабельные и воздушные ЛЭП.
3.5 Аккумуляторные батареи, системы и источники бесперебойного питания Модуль 4. Расчеты режимов электроснабжения электропотребителей НГК
4.1 Показатели качества электроэнергии.
4.2 Электрические нагрузки в системах электроснабжения НГК.
4.3 Режимы напряжения и их влияние на работу потребителей электроэнергии.
4.4 Короткие замыкания в СЭС НГК.
4.5 Вопросы надежности электроснабжения потребителей электроэнергии.
Модуль 5. Выбор оборудования СЭС НГК
5.1 Выбор и обоснование схем электроснабжения.
5.2 Расчеты и выбор трансформаторной мощности.
5.3 Обоснование параметров и выбор коммутационных аппаратов и вспомогательного оборудования.
5.4 Расчеты и выбор параметров кабельных и воздушных ЛЭП.
Модуль 6. Релейная защита в СЭС и автоматизация обьектов энергообеспеченя НГК
6.1 Релейная защита трансформаторов.
6.2 Релейная защита двигателей и ЛЭП. Микропроцессорные защиты электроустановок.
6.3 Системы автоматизации СЭС НГК: АРМ, диспетчерское управление, АВР, автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ).
Модуль 7. Защитные меры электробезопасности и заземления
7.1 Классификация электротехнических установок в отношении мер электробезопасности.
7.2 Заземляющие и молниезащитные устройства. Защита подземных трубопроводов от электрохимической коррозии.
7.3 Вопросы электробезопасности при работах в устройствах СЭС.
Модуль 8. Энергосбережение в НГК
8.1 Компенсация реактивной мощности.
8.2 Потери электроэнергии элементах СЭС.
8.3 Нормирование расходов электроэнергии.
8.4 Энергетические балансы и основные направления энергосбережения.
8.5 Организация эксплуатации и ремонта электрооборудования СЭС НГК.
4.2 ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЛР 1. Изучение схем подключения электроприемников к электрическим сетям, измерителя параметров трехфазной сети мультиметра ДМК 32 и его программного обеспечения.
ЛР 2. Исследование показателей электрических нагрузок электроприемников (на примере вентеляторной установки).
ЛР 3. Исследование энергосберегающих режимов работы электроприемников (на основе макета насосной установки).
ЛР 4. Исследование показателей качества электрической энергии на установке регулируемого плавного пуска механизмов.
Лабораторный цикл проводится лаборатории энергосбережения на автомтизированных установках, выполненных для инновцонных программ обучения.
4.3 ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Пз 1. Изучение видов и параметров характерных электроприемников в НГК.
Пз 2 .Разработка схем электроснабжения, изучение видов и параметров коммутационных аппаратов и оборудования.
Пз 3. Определение параметров энергопотребления и расчетных коэффициентов электрических нагрузок.
Пз 4. Расчеты электрических нагрузок в СЭС НГК.
Пз 5. Расчеты токов короткого замыкания.
Пз 6. Выбор трансформаторов, защитного оборудования и коммутационных аппаратов.
Пз 7. Выбор и обоснование устройств защиты и систем автоматизации СЭС.
Пз 8. Расчет заземлений электроустановок.
4.4 КУРСОВОЕ ЗАДАНИЕ
Тема: «Электрические расчёты и выбор схем и элементов системы электроснабжения объекта нефтегазового комплекса.»
Исходные данные к заданию: объект НГК (скважина, КС, НПС, НПЗ, Вычислительные залы и др.); вид источника питания (электросистема, ЭССН), характерные электроприемники и режимы их использования.
Вопросы, подлежащие решению;
1. Формирование базы данных по потребителям и режимам их использования.
2. Разработка принципиальных схем электроснабжения обьекта.
3. Электрические расчёты и определение энергопотребления, оценка параметров источников питания.
4. Расчёты токов КЗ.
5. Выбор трансформаторов, коммутацонных аппаратов, защитного оборудования.
6. Расчёты электрических сети питания электроприёмников, сечений проводов.
7. Расчёты заземляющих устройств.
8. Разработка АСКУЭ, систем защиты и автоматизации ( АСУ ) электрической части СЭС.
В соответствии с учебным планом курсовое задание выполняется на уровне расчетно-графической работы (РГР) Разрабатываемая СЭС должна быть не сложной, с наглядной схемой коммутаций. Обязательной задачей является разработка АСУ, включая телеуправление, описание АРМ диспетчера, системы контроля режимов, АСКУЭ, АВР и др.
Системы автоматизации разрабатываються на уровне функциональных схем с описанием автоматизируемых функций, и оценкой состава приборов.
5 УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
5.1 Организация работы студентов
В ходе изучения курса студент должен вести:
- запись лекций и краткий конспект материалов из литературных источников; тетрадь по практическим занятиям с записью задач, их решений и подготовительных материалов; тетрадь отчетов по лабораторным работам.
Указания, документация предоставляется по требованию преподавателя, там же проставляются отметки о зачете и рейтинговые оценки. Эта документация представляется также на итоговый зачет.
Курсовое задание оформляется в соответствии с методическими указаниями, действующими на кафедре, ведущей курс. Задание на контрольную работу выдается перед рассмотрением модуля 5 в лекционном курсе. Объем записки по контрольной работе не должен превышать 10-12 стр. машинописного текста, защита работы выполняется на 15-16 неделе семестра.
Защита лабораторных работ выполняется каждой предыдущей до начала выполнения следующей. При отсутствии защиты двух предыдущих работ студент к выполнению следующей не допускается. Результаты выполнения заданий практических занятий представляются на каждом последующем, о чем преподаватель делает пометку в тетради студента.
5.2 Система рейтинговых оценок
Для стимуляции и систематизации учебной деятельности студентов устанавливается 100-бальная система рейтинговых оценок знаний студента, приведенная в таблице:
Распределение баллов по балльно-рейтинговой системе
Теоретический цикл (помодульно) | Лабораторные работы | РГР | Зачёт | ||||||
Модуль | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 4 | 25 | 20 |
Баллы | 3 | 9 | 5 | 6 | 6 | 6 | 6 | ||
Номер | Практические занятия | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
Баллы | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
Итого: 100 |
В случае полного и своевременного выполнения всех видов заданий в семестре студент получает максимальный балл.
Выполненные в течение семестра лабораторные работы и РГР должны быть защищены до 17 учебной недели включительно.
В ходе изучения курса студент должен вести:
- запись лекций и конспект материалов из литературных источников;
- тетрадь по практическим занятиям с записью постановок исследовательских задач, их решений и подготовительных материалов.
Указанная документация предоставляется по требованию преподавателя, там же проставляются рейтинговые оценки. Текущая документация представляется на итоговый зачет.
Выполнение заданий не в полной мере, некачественно или несвоевременно влечет за собой снижение баллов по каждому из оцениваемых видов занятий и заданий:
- по модулям от 1 до 3 баллов;
- по практическим занятиям от 1 до 2 баллов;
- по РГР от 1 до 20 баллов (5 балла за несвоевременность, 5 - за некачественность выполнения, 10 - за слабую теоретическую подготовку).
Максимальная оценка лабораторной работы выставляется при условии защиты её не позже 1 недели с момента её выполнения. При защите в течение 2-й недели и позже максимальная оценка снижается вдвое.
К сдаче зачета допускается студент, набравший в семестре не менее 40 баллов. Минимальна сумма баллов на зачёте – 10.
5.3 Самостоятельная работа
Самостоятельная работа распределяется следующим образом:
- изучение теоретического материала - 14 ч.; выполнение заданий практических занятий - 4 ч.; подготовка к лабораторным работам и их защита - 4 ч.; выполнение курсовых задний - 22 ч.; выполнение промежуточных тестов (подготовка ответов на контрольные вопросы) - 8 ч.
ЛИТЕРАТУРА
- Основная
1. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов высших учебных заведений /.- М.: Интернет Инжиниринг. 2007, – 672 с.
2. , , Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике нефтегазовой промышленности. – М.: – Бизнесцентр», 2007. – 478 с.
3. Правила устройства электроустановок /6-е и 7-е изд. перераб. и доп. с изменениями. М.:, 2006.
4. Михайлов В, В., , Энергетика нефтяной и газовой промышленности. М.:»Недра», 1982. – 353 с.
* Дополнительная
1., ЯШКОВ нефтяных и газовых промыслов. Справочник. – М.: ИП «РадиоСофт», 2008, - 420 с.
2. , Электроснабжение предприятий и установок нефтяной промышленности. – М.: Недра, 1997.
3 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей / Утверждено Минэнерго России, приказ №6 от 13. 01. 2003.
4. , , Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. Учебник для Вузов. – М.: Недра, 2000.
5. Технология и техника добычи нефти. Учебник для вузов. – 1-е изд. стереотипное, перепечатка с издания 1983 г.- М.: «Альянс», 2005. – 510 с.
6. Корякин – , Справочник Электрика для профи и не только…СПб. Наука и техника, 2008. - 592 с.
Контрольные вопросы
Модуль 1
Что такое энергоресурс, энергия первичная, вторичная? Как классифицируют энергоресурсы? Какие стадии содержит энергетическое производство? Как распределяется энергия при потреблении, какая доля энергии потребляется НГК? Что такое единица условного топлива и как ее применяют? Какова связь между единицами измерения электрической, тепловой и механической энергии? Что такое топливо, какие его виды используют? Какие жидкое топливо используется на электростанциях и каковы его энергетические характеристики? Газообразное топливо, какие это газы, как их получают и используют на электростанциях? Что такое гидроресурсы и как преобразуется в электроэнергию? Как принципиально устроена ТЭС и каковы ее элементы? Электростанции собственных нужд (ЭССН) НГК, как устроены, где используются? Что представляет собой и как устроены газотурбинные и газопаровые электростанции (установки). Где применяются в НГК? Каков принцип устройства гидравлических электростанций (ГЭС)? Как принципиально устроены атомные электростанции (АЭС) ? По каким принципам классифицируют линии электропередачи (ЛЭП) и какова шкала стандартных напряжений и токов? Что такое компенсация и настройка ЛЭП? В чем выгода объединения ЭС на параллельную работу? Что такое энергосистема районная, объединенная, единая?Модуль 2
Что такое система электроснабжения обьекта НГК (СЭС ОНГК) и из каких элементов она состоит? Что такое подстанция, какой структура они представляются в ОНГК? Что такое, ″распределительное устройство″, как их различают ″? Как определяют понятия: электрическая сеть, подстанция, распределительный пункт, блок управления? По каким признакам классифицируют СЭС ОНГК? Как устроены трансформаторы силовые, Что представляет СЭС нефтяной (газовой) скважины, куста скважин? Как утроены СЭС систем поддержания пластового давления? Что представляет собой СЭС газоперерабатывающего завода? Что представляет собой СЭС компрессорной станции? Как выполняют СЭС нефтеперекачивающих станций″?Модуль 3
Как устроены трансформаторы силовые, тока, напряжения? Как определить электрические параметры силовых трансформаторов? Какими электрическими параметрами характеризуют ЛЭП? Какие схемы выпрямления используют в выпрямителях, применяемых в НГК? Как устроены разрядники, ограничители перенапряжений? Как устроены высоковольтные выключатели вакуумные, элигазовые? Какие коммутационные аппараты применяют в установках ниже 1 кВ?Модуль 4
В какой форме представляется энергопотребление электроприемников? Как найти энергопотребление электроприемников на предприятиях НГК? Что выражают и как определяют коэффициент формы графика нагрузок понятие эффективной мощности? Как влияют уровни напряжения на работу электроприводов? Как нормируют качество электроэнергии на токоприемниках потребителей? Какие виды напряжений на токоприемниках потребителей рассматривают и как их нормируют? Какие показатели качества электроэнергии определяют по ГОСТ 13109? Что такое надежность СЭС, и какими показателями ее определяют? Как определяют вынужденный режим работы СЭС? Как найти показатели безотказности работы системы при последовательном и параллельном соединении элементов? Что такое резервирование элементов и как можно повысить надежность СЭС?Модуль 5
1.Укажите принципы выбора аппаратов по номинальным параметрам.
2. Как влияют режимы электроснабжения на выбор высоковольтных выключателей?
3. Нужна ли проверка аппаратов на термическую стойкость? Если да, о каких?
4. Как выбрать разьединители и выключатели нагрузки?
5.Как выбрать уставку предохранителя?
6. Как выбрать трансформаторы тока и напряжения?
7. Как выбрать сечение проводов воздушных и кабельных ЛЭП?
8. Что значит экономические и по нагреву сечения проводов?
9. Какова последовательность разработки варианта СЭС и выбора схемы электроснабжения потребителей ОГНК
Модуль 6
1. Охарактеризуйте требования к релейной защите.
2. Классифицируйте устройства релейной защиты.
3. От каких аварйных режимов защищают силовой трансформатор?
4. Чем обусловлен ток срабатывания дифференциальной защиты трансформатора?
5. От каких аварийных режимов защищают электродвигатель напряжением выше 1 кВ?
6. От каких токов защищают кабельную линию?
7. Каким образом защищают электродвигатель напряжением до 1 кВ?
8.Укажите назначение и принцип работы АВР.
9. Обьясните принцип работы АВР?
10. Как устроена АСКУЭ?
11. Что представляет собой автоматизированное рабочее место электродиспетчера?
12. Какие функции электрики НГК автоматизируют?
13. Охарактеризуйте системы автоматизации в СЭС ОНГК.
14. Как выбрать ток уставки аппарата защиты?
Модуль 7
1Приведите классификацию электротехнических установок с учетом мер электробезопасности.
2. Перечислите виды применяемых заземлений.
3. Опишите устройство заземлений и исполнение заземлителей.
4. Перечислите особенности заземляющих устройств в установках до и выше 1 кВ.
5. В чем заключается расчет простых заземлителей?
6. Опишите защитное действие молниеотвода.
7. Как выполнить расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода?
8. Как выполняют защиту подземных газо - нефтепровдов от электрохимической коррозии?
9. Как устраивают и какие заземления в СЭС обьектов НГК?
10. Активные и пассивные методы защиты подземных трубопроводов от электролитической коррозии, в чем состоят?
11. Катодная защита, каков принцип выполнения катодной защиты и что представляет собой анодный заземлитель?
Модуль 8
Как определить потери электроэнергии в электрических сетях и трансформаторах? Охарактеризуйте формы энергобаланса и этапы энергоаудита. Какими методами можно повысить экономичность ветеляторов, насосов, компрессоров? Что представляет собой и как выполняется автоматизированная система контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ)? В чём состоит физический смысл реактивной мощности и как она возникает в системах электроснабжения? Какая необходимость компенсации реактивной мощности и энергии? Сравните технические характеристики синхронных машин и батарей конденсаторов как источников реактивной мощности. В чем состоят основные принципы энергосберегающей политики в НГК?Заключение
Каков общий алгоритм проектирования СЭС ОНГК и как можно характеризовать его этапы?
