Электроэнергетические системы и их надежность. Реферат по дисциплине Введение в направление
 Скачать 94.97 Kb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» Факультет «Техники и технологии» Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных процессов» Электроэнергетические системы и их надежность РЕФЕРАТ по дисциплине «Введение в направление» Проверил, (должность) Александр Владимирович Коношенко И.О. Ф. ______________________ 2022 г. Автор работы студент группы ФТТ-103 Иван Максимович Резников И.О. Ф. ____________________ 2022 г. Реферат защищен с оценкой (прописью, цифрой) ___________________________ _____________________2022 г. Челябинск 2022 Оглавление1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ 3 2.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ 4 3.ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ИХ ЭЛЕМЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 7 3.1.ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 7 3.2.ЭЛЕМЕНТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА 9 4.НАДЕЖНОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХ 12 4.1.ЧТО ТАКОЕ НАДЕЖНОСТЬ 12 4.2.НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 13 5.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 15 5.1.СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЁЖНОСТЬ ИХ РАБОТЫ 15 5.2.СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭС И ИХ НАДЁЖНОСТЬ 15 5.3.НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ОБЪЕДИНЕННОЙ ЭС 17 5.4.УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭС, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕЁ НАДЁЖНОСТЬ 18 5.5.ПОНЯТИЕ О СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ 18 5.6.ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ 19 5.7.ТРУДНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭС И ЕЕ ЖИВУЧЕСТИ 19 6.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГОСИСТЕМЕЭнергосистема – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, а также потребителей электроэнергии и тепла, связанных общностью режима в непрерывности процессов производства, преобразования, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при общем управлении этими режимами. Электрическая часть энергосистемы называется электроэнергетической системой. Объединение электроэнергетических систем на параллельную работу дает следующие преимущества: более высокую надежность электроснабжения; использование несовмещения максимумов нагрузки; меньшие резервы мощности из-за возможности передачи электроэнергии из одной энергосистемы в другую; более рациональное использование первичных источников энергии; возможность использования более крупных агрегатов, имеющих более высокий коэффициент полезного действия. Единая энергетическая система России (ЕЭС России) – совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике. Основная цель создания и развития Единой энергетической системы России состоит в обеспечении надежного и экономичного электроснабжения потребителей на территории России с максимально возможной реализацией преимуществ параллельной работы энергосистем. ЕЭС России охватывает практически всю обжитую территорию страны и является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением. В настоящее время ЕЭС России включает в себя 69 энергосистем на территории 79 субъектов российской Федерации, работающих в составе шести работающих параллельно ОЭС – ОЭС Центра, Юга, Северо-Запада, Средней Волги, Урала и Сибири и ОЭС Востока, работающей изолированно от ЕЭС России. Кроме того, ЕЭС России осуществляет параллельную работу с ОЭС Украины, ОЭС Казахстана, ОЭС Белоруссии, энергосистемами Эстонии, Латвии, Литвы, Грузии и Азербайджана, а также с NORDEL (связь с Финляндией через вставку постоянного тока в Выборге). Энергосистемы Белоруссии, России, Эстонии, Латвии и Литвы образуют так называемое «Электрическое кольцо БРЭЛЛ», работа которого координируется в рамках подписанного в 2001 г. Соглашения о параллельной работе энергосистем БРЭЛЛ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯПроизводство электрической энергии концентрируется преимущественно на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры потребления электрической энергии (промышленные предприятия, города, сельские районы и т. п.) удалены от её источников на десятки, сотни и тысячи километров и распределены на значительной территории. Для характеристики системы передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ) и всей структуры «генерация – передача – потребление» введём некоторые понятия, термины и определения. Электроустановка – совокупность аппаратов, машин, оборудования и сооружений, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления ЭЭ. Электроустановки (ЭУ) разделяют по величине напряжения до 1000 В (низковольтные ЭУ) и выше 1000 В (высоковольтные ЭУ). Электростанция – электроустановка, служащая для производства (генерации) электрической энергии в результате преобразования энергии, заключённой в природных энергоносителях (уголь, газ, вода и др.) при помощи турбо- и гидрогенераторов. Подстанция – электроустановка, предназначенная для приёма, преобразования (трансформации) и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов (автотрансформаторов) и других преобразователей ЭЭ, распределительных и вспомогательных устройств. В зависимости от назначения подстанции выполняются трансформаторными или преобразовательными – выпрямительными, двигатель-генераторными и др. Подстанция может быть повышающей (повысительной), если преобразование величины напряжения переменного тока осуществляется с низшего напряжения на высшее (подстанции электростанций), и понижающей (понизительной) – в случае трансформации высшего напряжения на низшее (подстанции предприятий, городов и др.). Центр, источник электропитания – источник ЭЭ, на сборных шинах (зажимах) которого осуществляется автоматическое регулирование режима напряжения. Наряду с электростанциями это шины подстанции с трансформаторами, оснащёнными регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН), регулируемыми источниками реактивной мощности, линейными регуляторами и др. Распределительное устройство (РУ) – электроустановка, входящая в состав любой подстанции; предназначена для приёма и распределения электроэнергии на одном напряжении (до 1000 В и более). РУ содержат коммутационные аппараты, устройства управления, защиты, измерения и вспомогательные сооружения. Наряду с подстанциями электрическая энергия может распределяться на распределительных пунктах – устройствах, предназначенных для приёма и распределения ЭЭ на одном напряжении (без трансформации) и не входящих в состав подстанции. Линия электропередачи (ЛЭП) – электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние с возможным промежуточным отбором. Линии выполняют воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов на промышленных предприятиях и электростанциях и внутренних проводок в зданиях и сооружениях. Потребитель ЭЭ, электроприёмник (ЭП) – аппарат, агрегат, механизм (электродвигатель, преобразователь, светильник и др.), потребляющий или преобразующий ЭЭ в другие виды энергии. С позиции структурной иерархии системы передачи и распределения ЭЭ к потребителям может быть отнесена совокупность электрических нагрузок (ЭН) (дом, посёлок, завод и т. д.), получающих электропитание с шин подстанций того или иного напряжения. В ряде случаев в качестве потребителей рассматривают подстанции, от которых осуществляется электроснабжение жилого района, промышленного предприятия и др. объектов. Элементами системы передачи и распределения ЭЭ являются: линии электропередачи различных конструкций и напряжений (W), устройства продольной и поперечной компенсации (КУ) параметров ЛЭП (установки продольной компенсации и шунтирующие реакторы); трансформаторные подстанции (силовые трансформаторы (Т) и автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольно-измерительные приборы и т. п.); источники реактивной мощности (ИРМ) (конденсаторные батареи, синхронные и статические тиристорные компенсаторы); устройства защиты и автоматики, т. е. автоматические регуляторы (АР), устройства релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА), средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ). Электропередача – это линия с повышающей и понижающей подстанциями, служащая для транзитной передачи электроэнергии от станции к концентрированному потребителю, получающему электроэнергию от шин низшего напряжения понижающей подстанции. Электрическая сеть – объединение преобразующих подстанций, распределительных устройств, переключательных пунктов и соединяющих их линий электропередачи, предназначенных для передачи ЭЭ от электростанции к местам потребления и распределения её между потребителями. Электрическая сеть эквивалентна развитой высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропередача в узком смысле представляет собой электрическую сеть. Развитая электрическая сеть, как по составу электроустановок, так и по функциональному назначению, образует систему передачи и распределения электроэнергии. В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы передачи распределения электроэнергии не работают изолированно; они связывают (объединяют) большинство электрических станций в электроэнергетическую систему для совместной (параллельной) работы на общую электрическую нагрузку и централизованного снабжения электроэнергией всех потребителей. Электроэнергетическая (электрическая) система (ЭЭС) – совокупность электрической части электростанций, электрических сетей (сетей электропередач) и потребителей электроэнергии (электроприёмников), а также устройств управления, регулирования и защиты, объединенных общностью режима и непрерывностью (одновременностью) процессов производства, передачи и потребления электрической энергии. Энергетическая система (энергосистема) – объединение электростанций, электрических и тепловых сетей (ТС) и ряда установок и устройств для производства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии. Установки и устройства: источники энергии – паровые котлы (ПК) или гидротехнические сооружения (ГТС), турбины (Т), генераторы (Г); нагрузки – потребители электрические (ЭН) и тепловые (ПТ) и др. Более широким, чем электрическая сеть, является понятие «система электроснабжения». Она объединяет все электроустановки, предназначенные для обеспечения потребителей электрической энергией. Из рис. 1.1 ясно, что система электроснабжения эквивалентна (с учетом ЭП) электрической части энергетической системы – электроэнергетической системе. Электрическая сеть или эквивалентная ей система передачи и распределения электрической энергии, являющаяся частью электроэнергетической системы, должна удовлетворять ряду требований: обеспечивать надёжное, а в отдельных случаях бесперебойное электроснабжение, устойчивость работы, питать потребители электроэнергией нормированного качества, удовлетворять условиям экономичности сооружения, эксплуатации и развития (расширения), безопасности и удобства эксплуатации, учитывать возможность выполнения релейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ИХ ЭЛЕМЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫСогласно ПУЭ [1] энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии. В качестве примера на рис. 1.1 приведен упрощенный технологический цикл энергосистемы с тепловой электростанцией.  Рис. 1.1 Технологическая схема производства и распределения тепловой и электрической энергии Процесс производства и распределения электрической энергии включает в себя следующие этапы: Добычу, транспортировку на склад и приготовление топлива, условно обозначенные как топливная база (ТБ); Сжигание топлива в котле с преобразованием химической энергии топлива в тепловую энергии топлива в тепловую энергию пара и доведением параметров до требуемых в пароперегревателях; Пар подается на лопатки турбины (Т), тепловая энергия пара переходит в механическую энергию вращения турбины; На одном валу с турбиной находится синхронный генератор (СГ), преобразующий механическую энергию вращения в электрическую. В трехфазной статорной обмотке генератора возникает синусоидальная электродвижущая сила за счет вращающегося магнитного поля ротора и при включении нагрузки возникает электрический переменный ток промышленной частоты 50 Гц; После генератора электрическая мощность поступает в повышающий трансформатор (Т1), где происходит преобразование ее параметров — повышение класса напряжения; Далее электрическая мощность передается по линиям электропередачи (ЛЭП), обычно на значительные расстояния, к потребителям электроэнергии (ЭП). Перед потреблением электроэнергии выполняется преобразование ее параметров в понижающих трансформаторах (Т2) – снижение класса напряжения. ЭЛЕМЕНТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКАНа электростанции имеется большое хозяйство собственных нужд, служащее для обеспечения нормального технологического цикла. Классификацию основных типов электростанций можно провести по особенностям технологического процесса производства электроэнергии и используемым видам энергоресурсов. По виду энергоресурсов можно выделить электростанции, использующие: органическое топливо (ТЭС); ядерное (АЭС); гидроэнергию (ГЭС); солнечную энергию (СЭС); энергию ветра (ВЭС); тепло подземных вод (ГеоТЭС) и т.д. Особенности технологического процесса производства электроэнергии электростанций зависят от типа первичного двигателя, вращающего генератор переменного тока. По этому признаку электростанции подразделяются: на конденсационные (КЭС, АКЭС); теплоэлектроцентрали (ТЭЦ, АТЭЦ); гидравлические (ГЭС, ГАЭС); газотурбинные (ГТС); парогазовые (ПГУ); магнитогидродинамические (МГДЭС); дизельные (ДЭС). К КЭС обычно относятся электростанции, потребляющие органическое топливо (уголь, газ, мазут, торф, сланец), турбины которых работают по конденсационному циклу, когда практически весь пар, вырабатываемый парогенератором, конденсируется и его энергия преобразуется в механическую энергию вала турбины, а затем и в электрическую. На ТЭЦ значительная часть тепловой энергии передается по трубам потребителям и используется непосредственно в технологических процессах. И лишь часть тепловой энергии непосредственно преобразуется в электрическую. На ТЭЦ для этого устанавливают турбоагрегаты двух типов: теплофикационные и противодавления. АЭС используют энергию ядерного горючего, также преобразующегося в тепловую энергию пара. АЭС могут использоваться как КЭС и как ТЭЦ, соответственно они обозначаются АКЭС и АТЭЦ. ГАЭС предназначены, как показано на рис. 1.2, для выравнивания графика нагрузки энергосистемы и являются гидроэлектростанциями с двумя водохранилищами с достаточно большим перепадом высот между верхним и нижним бьефами. ГАЭС в часы максимума электропотребления генерируют электрическую энергию за счет сработки воды верхнего водохранилища в нижнее, а в часы минимума работают как потребители электроэнергии — насосы, закачивающие воду из нижнего бассейна в верхний. При наличии ГАЭС снижается величина необходимой установленной генерирующей мощности в ЭЭС. Газотурбинные станции (ГТС) непосредственно преобразуют энергию сгорания газообразного топлива в механическую и затем — электрическую. Изготавливаются также парогазовые установки (ПГУ) двух типов, работающие по смешанному циклу. Первый тип ПГУ основан на сбросе уходящих газов газовой турбины в паровой котел, где газ сжигается и энергия пара вращает паровую турбину. Во втором типе ПГУ используется высоконапорный парогенератор, пар из которого поступает в паровую турбину, а уходящие газы — в газовую. Таким образом, блок ПГУ включает две турбины газовую и паровую и соответственно два генератора. Особенностью ПГУ является необходимость предварительного разворота газовых турбин. Кроме отмеченных выше типов, имеются нетрадиционные типы электрогенерирующих станций. К ним относятся электростанции с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами, приливные электростанции (ПЭС), ветровые, гелиоустановки, установки на биотопливе и т.д. Как в настоящее время, так и в обозримом будущем эти типы электростанций едва ли будут играть существенную роль в энергобалансе страны. Все виды тепловых электростанций, включая атомные, обладают достаточно низким коэффициентом полезного действия (КПД) по теплу. Использование электростанций для теплофикации позволяет повысить полный КПД. В табл. 1.1 приведены ориентировочные значения КПД электроустановок. Таблица 1.1 Коэффициенты полезного действия электроустановок
Электрические станции, как правило, объединены в единую электроэнергетическую систему, работа электростанций в рамках объединения имеет ряд преимуществ по сравнению с их раздельной работой. При объединении электростанций в энергосистему достигается: снижение суммарного резерва мощности; уменьшение суммарного максимума нагрузки; взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений мощностей электростанций; взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений нагрузок потребителей; взаимопомощь при ремонтах; улучшение использования мощностей каждой электростанции; повышение надежности электроснабжения потребителей; возможность увеличения единичной мощности агрегатов и электростанций; возможность единого центра управления; улучшение условий автоматизации процесса производства и распределения электроэнергии. В табл. 1.2 приведена ориентировочная структура установленных мощностей электростанций России. Таблица 2.2 Структура установленных мощностей электростанций России
НАДЕЖНОСТЬ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХЧТО ТАКОЕ НАДЕЖНОСТЬНадежность в эксплуатации электрооборудования систем электроснабжения является одним из важнейших факторов, оказывающих существенное влияние на экономические показатели энергокомплексов страны. Cтоимость прекращения подачи электроэнергии в случае аварийного простоя составляет значительную часть суммарных затрат на изготовление и монтаж сети электроснабжения, а для населения такая авария приводит к большим моральным потрясениям. В связи с этим, вопросы совершенствования методов эксплуатации электрооборудования в системах электроснабжения различного уровня являются особенно актуальными. Поэтому особенностью современной электроэнергетики являются повышенные требования к надежности энергоснабжения и качеству электроэнергии. Прогнозирование надежности объектов энергетических систем, а также разработка стратегий и планирование, модернизация и ремонт электрооборудования – приоритетные задачи государства. Современный подход к решению этих вопросов базируется на применении методов теории надежности и оптимизации работы сложных технологических объектов. Анализ свода рекомендуемых терминов в надежности электроэнергетических систем показывает, что если для описания надежности элементов электроэнергетических систем и их электрических сетей формулировки в предложенных терминах вполне адекватно описывают свойства энергетического и электросетевого оборудования, как элементов, то для описания надежности электроэнергетической системы, как системы, эти термины неполны, а иногда даже искажают технологическую сущность описываемых систем. Принятая формулировка: Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения его эксплуатационных показателей в установленных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Поэтому более полная формулировка «надежности электроэнергетической системы» звучит следующим образом: «Согласно основным положениям теории надежности под надежностью работы электроэнергетической системы следует понимать ее свойство сохранять способность выполнения предназначенных функций в любом интервале времени независимо от воздействия внешних условий». Для надежного электроснабжения необходимо, чтобы все элементы электроустановок, включая генераторы, трансформаторы, фидеры, средства автоматики, защиты и распределения, бесперебойно работали. Каждый из элементов электроустановки вносит свой вклад в надежность электроснабжения. НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯНадежность любой системы – это ее свойство выполнять заданные функции в заданном объеме и требуемого качества при определенных условиях функционирования. Применительно к системам электроснабжения (СЭС) одной из основных функций является бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в необходимом количестве и установленного качества. Для характеристики надежности объектов энергетики определяются основные показатели надежности (параметр потока отказов, время восстановления) и вспомогательные (частота ремонтов и их продолжительность). Показатели надежности определяются для узла нагрузки главной схемы СЭС с учетом режима работы СЭС (нормальный, аварийный, послеаварийный). Основные способы повышения надежности СЭС: повышение надежности источников питания; повышение надежности отдельных элементов СЭС; уменьшение числа последовательно включенных элементов в СЭС; усовершенствование релейной защиты и автоматики СЭС; совершенствование системы технического обслуживания и ремонта; повышение квалификации обслуживающего персонала. Таким образом, повышение надежности СЭС является комплексной задачей, которая может быть решена на основе технологического и экономического анализа режимов СЭС, условий ее функционирования. Одним из основных условий функционирования электроустановок и СЭС в целом является надежная работа при воздействии условий окружающей природной среды (погодно-климатические условия) и техникотехнологических условий. Поэтому при выборе элементов СЭС необходимо учитывать как климатические условия эксплуатации (макроклимат, включая загрязнение окружающей среды), так и технико-технологические условия эксплуатации (микроклимат: температуру, влажность, запыленность, агрессивную среду и пожаро- и взрывоопасные зоны). Безопасность СЭС – это свойство СЭС сохранять с некоторой вероятностью безопасное состояние при выполнении заданных функций в условиях, установленных нормативно-технической документацией (монтаж, эксплуатация и проведение ремонтных работ). Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от воздействия электрического тока, электромагнитного поля и статического электричества. На этапе проектирования СЭС предусматривается возможность ее реконструкции при развитии производства предприятия, без значительных капитальных затрат. Надежность электроснабжения — свойство электроустановок обеспечивать потребителей электрической энергией в соответствии с их категорией. По условиям надежности электроснабжения все потребители делятся на три категории. Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава этой категории выделяют особую группу электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. Электроприемники II категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества людей. Электроприемники III категории — все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категорий. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХСВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЁЖНОСТЬ ИХ РАБОТЫНепрерывность и жесткая связь во времени процессов производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии; Вероятностный характер формирования энергетических и тепловых нагрузок, определяемых условиями функционирования энергопотребляющих отраслей промышленности и изменением климатических факторов; Зависимость структуры располагаемых энергоресурсов от складывающейся топливной конъюнктуры, работы транспортных систем, обеспечения гидроресурсами; Быстрота протекания аварийных процессов; Решающее влияние степени надежности электроснабжения на работу всех отраслей хозяйства, социальных структур и условия жизни населения; Высокие требования к системе управления ЭС; Ограниченность резервов генерируемой мощности; Чувствительность ЭС к внезапным отклонениям частоты; Наличие в сетях 110-330 кВ большого количества выключателей отключающая способность которых не соответствует уровням токов кз в ЭС, это приводит к секционированию сетей этих напряжений (для ЕЭС); Влияние понижения напряжения в распределительных сетях (дефицит реактивной мощности). СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭС И ИХ НАДЁЖНОСТЬСхемы соединения ЭС играют важную роль в обеспечении надежности электроснабжения, как и схемы ее соединения с потребителем электрической энергии. Схемы соединения ЭС с потребителями. Выполняется в зависимости от категории электроприемников. Для электроустановок, работающих круглосуточно, недопускающих перерыва в питании схема электроснабжения должна быть выполнена таким образом, чтобы при выходе любого ее элемента электроснабжение было сохранено. Схема ЭС должна предусматривать снабжение этих объектов от двух независимых источников питания. Для электроприемников, где перерыв в электроснабжении дает недовыпуск продукции создаются схемы, допускающие перерыв электроснабжения на время включения резервного питания дежурного персонала. Для остальных потребителей допускаются схемы, создающие перерыв электроснабжения на время ремонта или замен поврежденного элемента. При проектировании схем электросетей надо использовать простые схемы с повышенными напряжениями. Источники питания следует приближать к центрам нагрузки потребителей делая глубокие вводы U=35,110,220 кВ. Выбор варианта с надежной схемой электрических соединений ЭС решается технико-экономическими расчетами нескольких вариантов по напряжению и схеме соединений. Надежность схемы соединения проверяется по следующим условиям: Обеспечение коэффициента запаса статической устойчивости по нормальному и послеаварийному режиму; Обеспечение динамической устойчивости; Ограничение величины тока кз; Обеспечение распределения мощностей в послеаварийных и ремонтных режимах; Обеспечение правильной работы устройств релейной защиты и систем автоматики; Возможность дальнейшего развития электрической сети без коренных ее изменений. По мере развития сети высокого напряжения энергосистемы изменяется и значения более низких ступеней напряжения. Эти сети превращаются в распределительные и их схемы меняются. Одно из основных свойств схемы ЭС - жесткость ее узловых точек. Она характеризуется для точки величиной прироста нагрузки при котором величина или фаза напряжения в ней изменяются на единицу. Чем больше этот прирост тем больше жесткость ЭС в этой точке. Прирост активной мощности нагрузки(Рн) приводит к изменению фазы напряжения, т.к. приток мощности из смежных узловых точек может возникнуть лишь при сдвиге фазного угла напряжения в сторону отставания. Прирост реактивной мощности нагрузки (Qн) приводит к изменению величины напряжения т.к. приток реактивной мощности от смежных точек возникает при понижении напряжения в данной точке. Жесткость узлов точки есть функция от относительного сопротивления, связывающего эту точку с другими; жесткости других узловых точек. Чем ближе точка к шинам бесконечной мощности тем она жестче. Сеть высокого напряжения ЭС определяет жесткость ЭС, должна быть достаточно развитой, резервированной и связывать основные части ЭС и узлы с большими нагрузками. Наилучшее с точки зрения надежности - замкнутые схемы электрических сетей, опирающиеся на несколько источников питания. Сети должны быть рассчитаны на поддержание значений напряжения во всех узлах при отключении любой линии сети, это предъявляет повышенное требование к головным участкам сети. Замкнутые сети имеют большие токи кз, поэтому в нормальном режиме допускается их работа как разомкнутых но с обеспечением АВР. НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ОБЪЕДИНЕННОЙ ЭСПовышение надежности работы ЭС достигается также их объединением. При этом увеличивается резерв мощности. Для увеличения динамической устойчивости объединенной ЭС при многофазных кз желательно двухцепная связь. При однофазном кз на линиях связи разрыв ЭС можно предотвратить путем использования быстродействующего ОАПВ с tвкл = 0,3-0,5с. Запас статической устойчивости при одноцепных связях должен быть в каждой ЭС при отсутствии недостаточной мощности, этот запас должен обеспечиваться аварийной автоматической разгрузкой. Асинхронный режим двух ЭС опасен - большие качания величин тока и мощности (I и S) особенно для электростанций вблизи линий связи ЭС. Величина тока качания является функцией реактивности межсистемных связей, влияющей на величину обменного потока. Когда асинхронный режим нежелателен - при его появлении следует автоматически разрывать связи. При увеличении мощности ЭС и увеличения количества межсистемных связей растут величины токов кз, что понижает надежность. Кз становятся опасными для выключателей и аппаратуры, установленной в первые периоды развития ЭС. Снижается динамическая устойчивость. Ограничения токов кз: Установить токоограничивающие реакторы; Секционировать сети; Частично разземлить нейтрали трансформаторов или заземлить их через сопротивление. Защиту аппаратуры, выключателей, кабелей на вторичном напряжении подстанции и шин электростанций от токов кз производят токоограничивающими реакторами. Их лучше ставить на низком напряжении силового трансформатора. Если нет реакторов делают секционирование, оно снижает несимметричные токи кз, т.к. повышаются сопротивления всех последовательностей. При этом нарушается электрическая связь между секционированными частями сети, связь сохраняется только через трансформаторы и сети высшего напряжения. Недостатки секционирования: Снижается жесткость системы; Затрудняются нормальные и утяжеляются послеаварийные режимы; Усложняются условия регулирования напряжения; Увеличивается потери мощности и энергии в сети. Поэтому секционирования сетей избегают и считают временным, вынужденным решением до момента усиления аппаратуры или установки реакторов. Частичное разземление нейтрали или заземление через сопротивление проводится для уменьшения токов нулевой последовательности и улучшения динамической устойчивости при несимметричном кз. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭС, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕЁ НАДЁЖНОСТЬАвтоматическое управление ЭС в темпе нормальных или аварийных процессов происходит с помощью автоматических систем и устройств поддерживающих параметры режима в допустимых пределах, помогающих избегать аварийных нарушений или ограничивающих развитие аварий. К ним относятся: Системы АРЧ и ограничение перетоков активной мощности по межсистемным и внутренним связям ЭС (АРЧМ); Устройства АРН – трансформаторов; АРВ синхронных машин с форсировкой возбуждения при аварийных отклонений напряжения; Устройства релейной защиты, отключающие поврежденные элементы ЭС и устройства АПВ, восстанавливающие схему при неустойчивых кз; Устройства АВР (автоматического ввода резервного питания); Системы и устройства противоаварийной автоматики, предотвращающие нарушение устойчивости, ликвидирующие асинхронные режимы и аварийные отклонения частоты и напряжения; Устройства, обеспечивающие после устранения аварийных нарушений автоматическое обратное включение потребителей; Устройства технологической автоматики электростанций и сетей, обеспечивающие устранение опасных для оборудования нарушений технологического процесса или его отключающие для предотвращения повреждений. ПОНЯТИЕ О СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМВыделение в надежности ЭС составляющих: структурной и функциональной позволяет упростить методы ее анализа и точнее наметить мероприятия по изменению ее уровня. Структурная надежность - обусловлена составом элементов ЭС, их связями, пропускными способностями без учета их функций в системе (особенно важна в проектировании). Функциональная надежность - основана на анализе режимов, их ограничений, пропускной способностьи при изменении структуры ЭС (особенно важна в эксплуатации). Показатели структурной надежности определяются для узлов нагрузки (вероятность безотказной работы, вероятность отказа, параметр потока отказов, наработка до отказа с заданной вероятностью ее максимума, иногда недоотпуск энергии, ущерб). Для оценки структурной надежности используются вероятностные модели, основанные на средних вероятностях состояния элементов (Кг, Кп - вынужденного простоя, поток отказов (частота)). Допущения: Отказы элементов - независимы, исключаются отказы от общих факторов (ураган, гололед). Время безотказной работы много больше времени восстановления. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬСущественное влияние на надежность оказывает снижение показателей качества электроэнергии. Понижение напряжения в распределительных сетях из-за местных дефицитов реактивной мощности приводит к уменьшению пропускной способности сети, когда она ограничена предельными токовыми нагрузками; Уменьшение напряжения в основных сетях пропускная способность которых определяется условиями устойчивости приводит к уменьшению пределов передаваемой мощности по электрическим связям; При работе с пониженной частотой из-за общего дефицита мощности в ЭС «резерв по частоте» уменьшается по мере ее приближении к аварийному значению. Здесь работа АЧР может быть вызвана небольшими дефицитами мощности (аварии, утяжеление условий работы); Требования к надежности электроснабжения устанавливается ПУЭ в соответствии с категорией приемников, определяемой степенью их ответственности с учетом резервирования; Количественными показателями, характеризующими уровень надежности электроснабжения потребителей и узлов нагрузки могут быть средние и максимальные значения частоты и продолжительность перерыва электроснабжения. ТРУДНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭС И ЕЕ ЖИВУЧЕСТИПричины: Увеличение количества взаимосвязанных объектов и размеров территории их размещения; Рост мощности электростанции; Повышение единичной мощности агрегатов (опасно по устойчивости); Ввод АЭС; Переход к более высоким ступеням напряжения системообразующей сети; Усложнением схемы основной сети и ее режимов; Увеличение максимальной мощности, передаваемой по межсистемным ЛЭП; Увеличение обменной мощности и повышением энергетической взаимосвязи параллельных энергосистем; Усложнение управляемости энергообъектов, ЭС и энергообъединений; Увеличение «связности» отдельных элементов ЭС, их влияние при аварии друг на друга. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫЭлектроэнергетические системы и сети: Электронный учебно-методический /сост. А.А. Герасименко,- Красноярск : ИПК СФУ, 2008.- 9-18 с. Электроэнергетические системы и сети : учебное пособие / С.С. Ананичева, С.Н. Шелюг.— Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2019.— 6-19 с. 23-30 с. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. Москва : Норматика, 2016. 464 с. Ананичева С.С. Методы анализа и расчета замкнутых электрических сетей : учеб. пособие / С.С. Ананичева, А.Л. Мызин. Екатеринбург : УрФУ, 2013. 102 с. Ананичева С. С. Основы электроснабжения : учеб. пособие / С.С. Ананичева, А.А. Алексеев, А.С. Бердин. Екатеринбург : УГТУ, 2005. 91 с. Надежность электрических систем: Учебное пособие/сост. Н.Е.Савоськин- Издательство Пензенского государственного университета, 2004. 11-16 с. Надежность в электроэнергетике – основные понятия и определения.- http://electricalschool.info/main/elsnabg/2059-nadezhnost-v-elektroenergetike-osnovnye-ponyatiya-i-opredeleniya.html Энергетические системы. - https://extxe.com/16487/jenergeticheskie-sistemy/  |