Рабочие режимы электроэнергетических систем. Методы и средства регулирования рабочих режимов
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
ГЛАВА 8 Качество электрической энергии и основы его обеспечения §1 Общие положения Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Понятие качества электрической энергии (КЭ) отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое КЭ. Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники (ЭП) могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. КЭ на месте производства не гарантирует ее качества на месте потребления. КЭ до и после включения ЭП в точке его присоединения к электрической сети может быть различно. КЭ непосредственно связано с термином «электромагнитная совместимость». Под электромагнитной совместимостью понимают способность ЭП нормально функционировать в его электромагнитной среде (в электрической сети, к которой он присоединен), не создавая недопустимых электромагнитных помех для других ЭП, функционирующих в той же среде. Проблема электромагнитной совместимости промышленных ЭП с питающей сетью остро возникла в связи с широким использованием мощных вентильных преобразователей, дуговых сталеплавильных печей, сварочных установок, которые при всей своей экономичности и технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на КЭ. Бытовые ЭП, как и промышленные, также должны иметь электромагнитную совместимость с другими ЭП, включенными в общую электросеть, не снижать эффективность их работы и не ухудшать ПКЭ. Низкое качество электроэнергии приводит к значительным электромагнитным и технологическим ущербам и непосредственно связано с надежностью электроснабжения. Поскольку нормальным режимом электроснабжения потребителей является такой режим, при котором потребители получают электроэнергию бесперебойно, в количестве, заранее согласованном с энергоснабжающей организацией, и нормированного качества. К основным отрицательным последствиям низкого качества электроэнергии можно отнести следующие: - увеличение потерь электроэнергии; - сокращение сроков службы и выход из строя электротехнического оборудования; - нарушение нормальной работы релейной защиты и автоматики; - сбои в работе микропроцессорного оборудования; - снижение устойчивости и надежности систем электроснабжения; - рост эксплуатационных издержек; - порча материалов и электротехнологического оборудования; - расстройство технологических процессов; - ухудшение качества выпускаемой продукции; - снижения производительности труда; - ухудшение условий работы электротранспорта; - порча и выход из строя бытовых электроприемников. §2 Показатели качества электроэнергии Качество электроэнергии характеризуется показателями, определяющими степень соответствия характеристик электрической энергии, в данной точке электрической системы, совокупности нормированных показателей качества энергии. С июля 2014 года введен в действие стандарт ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения». Стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц. Требования стандарта применяются во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения, кроме режимов, обусловленных обстоятельствами непреодолимой силы: землетрясениями, наводнениями, пожарами и т.п. Стандарт предназначен для применения при установлении и нормировании показателей КЭ, связанных с характеристиками напряжения электропитания, относящимся к частоте, значениям и форме напряжения, а также к симметрии напряжения в трехфазных системах электроснабжениия. Данные характеристики напряжения подвержаны изменениям из-за изменения нагрузки, влияния кондуктивных электромагнитных помех, создаваемых отдельными видами оборудования, и и возникновения неисправностей, вызываемых, главным образом, внешними событиями. Учитывая непредсказуемость ряда явлений, влияющих на напряжения, не представляется возможным установить определенные допустимые границы значений для соответствующих характеристик напряжения. Поэтому изменения характеристик напряжения, связанные с такими явлениями, как например, провалы и прерывания напряжения, перенапряжение и импульсное напряжение в настоящем стандарте не нормируются. Изменения характеристик напряжения подразделяют на две категории – продолжительные изменения характеристик напряжения и случайные события. Продолжительные изменения характеристик напряжения представляют собой длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных значений и обусловлены, в основном, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок. Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных. Данные изменения напряжения, как правило, вызываются непредсказуемыми событиями или внешними воздействиями. Применительно к продолжительным изменениям характеристик напряжения электропитания, относящихся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии напряжения в трехфазной системе, установлены показатели и нормы КЭ. Для случайных событий в стандарте приведены справочные данные. 2.1 Продолжительные изменения характеристик напряжения 1. Отклонения частоты Показателем КЭ, относящимся к частоте, является отклонение значений основной частоты напряжения электропитания от номинального значения:  где  - значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале 10 секунд;  Отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать  0,2 Гц в течении 95% времени интервала в одну неделю и 0.4 Гц в течение 100% времени в интервале в одну неделю.Отклонение частоты одинаково для всей энергосистемы, так как значение частоты в данный момент определяется частотой вращения генераторов. В нормальных установившихся режимах все генераторы имеют синхронную частоту. Поэтому отклонение частоты – это общесистемный показатель качества электроэнергии. 2. Медленное изменение напряжения Медленное изменения напряжения электропитания (как правило, продолжительностью более 1 минуты) происходят из-за суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей; изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей. Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям напряжения являются отрицательное  и положительное  отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального (согласованного) значения, %:  где  - значения напряжения, меньшие  и большие , соответственно, усредненные в интервале времени 10 минут; - напряжение, равное стандартному номинальному или согласованному напряжению.Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю. Напряжения в различных точках электрической сети имеют различные значения, поэтому показатели качества напряжения – локальные. 3. Колебания напряжения и фликер Колебания напряжения электропитания (как правило, продолжительностью менее 1 минуты), в том числе одиночные быстрые изменения напряжения, обуславливают возникновение фликера. Фликер — субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники. Доза фликера – это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в питающей сети, за установленный промежуток времени. Стандартом устанавливается кратковременная  и длительная доза фликера  (кратковременную дозу определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин, длительную – на интервале 2 ч). Дозу фликера (кратковременную и длительную) при колебаниях напряжения любой формы определяют по формулам, приведенным в справочной литературе. Исходными данными для расчета являются уровни фликера, измеряемые с помощью фликерметра – прибора, в котором моделируется кривая чувствительности (амплитудно-частотная характеристика) органа зрения человека.КЭ по дозе фликера соответствует требованиям стандарта, если кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 ч или расчета, не превышают предельно допустимых значений: для кратковременной дозы фликера- 1,38 и для длительной – 1,0 в течение 100% времени интервала в одну неделю. 3.1 Одиночные быстрые изменения напряжения. Одиночные быстрые изменения напряжения вызываются резким изменением нагрузки на рассматриваемом участке электрической сети, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологическими установками с быстропеременным режимом работы, сопровождающимися толчками активной и реактивной мощности – такими, как привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п. Обычно одиночные быстрые изменения напряжения не превышают 5% в электрических сетях низкого напряжения и 4% в электрических сетях среднего напряжения. Если напряжение во время изменения пересекает пороговое значение провала напряжения или перенапряжения (90% от номинального или согласованного), одиночное быстрое изменение напряжения классифицируют как провал напряжения или перенапряжение. 4. Несинусоидальность напряжения. Гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей. Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения являются: - значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка  в процентах напряжения основной гармонической составляющей   - значение суммарного коэффициент гармонических составляющих напряжения  в процентах:  .Для указанных показателей КЭ установлены нормальные и предельно допустимые нормы, значения которых указаны в таблицах 1-5 ГОСТа в зависимости от номера гармонической и напряжения основной гармонической составляющей. 5. Несимметрия напряжения в трехфазных системах Несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена: несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или (и) несимметрией элементов электрической сети. Показателями КЭ, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются: - коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности:  - коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности:  Для указанных ПКЭ установлены следующие нормы: - значения  в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 минут, не должны превышать 2% в течение 95% времени интервала в одну неделю;- значения в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 минут, не должны превышать 4% в течение 100% времени интервала в одну неделю.2.2 Случайные события 1. Прерывания напряжения Прерывания напряжения относят к созданным преднамеренно, если пользователь электрической сети информирован о предстоящем прерывании напряжения, и к случайным, вызываемым длительными или кратковременными неисправностями, обусловленными, в основном, внешними воздействиями, отказами оборудования или влиянием электромагнитных помех. Случайные прерывания напряжения подразделяют на длительные (более 3 минут) и кратковременные (не более 3 минут). Ежегодная частота длительных прерываний напряжения в значительной степени зависит от особенностей системы электроснабжения и климатических условий. Кратковременные прерывания напряжения наиболее вероятны при их длительности менее нескольких секунд. В трехфазных системах электроснабжения к прерываниям напряжения относят ситуацию, при которой напряжение меньше 5% опорного (номинального или согласованного) напряжения во всех фазах. Если напряжение меньше 5% опорного напряжения не во всех фазах, ситуацию рассматривают, как провал напряжения. Характеристики кратковременных прерываний напряжения приведены в приложении А ГОСТа. 2. Провалы напряжения и перенапряжения 2.1 Провалы напряжения. Провалы напряжения обычно происходят из-за неисправностей в электрических сетях или в электроустановках потребителей, а также при подключении мощной нагрузки. Провал напряжения, как правило, связан с возникновением и окончанием короткого замыкания или иного резкого возрастания тока в системе или электроустановке, подключенной к электрической сети. В соответствии с требованиями стандарта провал напряжения рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как напряжением, так и длительностью. Длительность провала напряжения может быть до 1 минуты. 2.2 Перенапряжения. Перенапряжения, как правило, вызываются переключением и отключением нагрузки. Перенапряжения могут возникать между фазными проводниками или между фазными и защитными проводниками. В соответствии с требованиями стандарта перенапряжение рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как напряжением, так и длительностью. Длительность перенапряжения может быть до 1 минуты. 2.3 Определение и оценка провалов напряжений и перенапряжений. Оба явления, провалы напряжения и перенапряжения, непредсказуемы и в значительной степени случайны. Частота возникновения их зависит от типа системы электроснабжения, точки наблюдения, времени года. Характеристики провалов напряжения и перенапряжений, а также данные об определении и оценки их приведены в приложении А ГОСТа. 3. Импульсные напряжения Импульсные напряжения в точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети вызывается, в основном, молниевыми разрядами или процессами коммутации в электрической сети или электроустановке потребителя электрической энергии. Время нарастания импульсных напряжений может изменяться в широких пределах, от значений менее 1 микросекунды до нескольких миллисекунд. Импульсные напряжения, вызванные молниевыми разрядами, в основном, имеют большие амплитуды, но меньшие значения энергии. Чем импульсные напряжения, вызванные коммутационными процессами, характеризующимися, как правило, большей длительностью. Значения импульсных напряжений в электрических сетях низкого, среднего и высокого напряжения приведены в приложении В ГОСТа. По степени влияния на величину ущербов, сроки службы электрооборудования ПКЭ можно расположить в следующей последовательности: - отклонение напряжения и частоты; - несимметрия напряжения; - несинусоидальность напряжения. Отклонение частоты регулируется питающей энергосистемой и зависит только от нее. Отдельные ЭП на промышленных предприятиях (а тем более в быту) не могут оказать влияния на этот показатель, так как мощность их несоизмеримо мала по сравнению с суммарной мощностью генераторов электростанций энергосистемы. Колебания напряжения, несимметрия и несинусоидальность напряжения вызываются, в основном, работой отдельных мощных ЭП на промышленных предприятиях, и только величина этих ПКЭ зависит от мощности питающей энергосистемы в рассматриваемой точке подключения потребителя. Отклонения напряжения зависят как от уровня напряжения, которое подается энергосистемой на промышленные предприятия, так и от работы отдельных промышленных ЭП, особенно с большим потреблением реактивной мощности. Длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения, как уже отмечалось, обуславливаются режимами работы энергосистем. В таблице 8.1, приведены свойства электрической энергии и наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ. Таблица 8.1
Далее рассматриваются медленно изменяющиеся ПКЭ и их обеспечение. |