Электроэнергетические системы Электроэнергетическая система Под электроэнергетической

Электроэнергетические системы

Электроэнергетическая система • Под электроэнергетической системой понимается со вокупность взаимосвязанных элементов, предназначен ных для производства, преобразования, передачи, рас пределения и потребления электроэнергии. • К элементам электроэнергетической системы относят ся генераторы, осуществляющие преобразование ме ханической энергии в электрическую; трансформа торы, преобразующие величины напряжений и токов; линии электропередачи, предназначенные для транспортировки электроэнергии на расстояние; всевоз можное вспомогательное оборудование, изменяю щее свойства системы, а также устройства управления и регулирования.

Режим и параметры системы • Режим системы, т. е. ее состояние в данный момент времени, характеризуется параметрами, определяющими процесс ее функционирования. К таким параметрам ре жимаотносятся следующие величины: мощность, напря жение, ток, частота и т. д. • Режимы подразделяются на установившиеся и переходные. • Параметры установив шихся режимов сохраняются на рассматриваемом интер вале времени неизменными или изменяются относитель но медленно. • Переходные режимы соответствуют пере ходу системы от одного установившегося режима к дру гому; для них характерны медленные и малые или быст рые и значительные изменения параметров.

Качество электроэнергии • Для того чтобы электроэнергетическая система могла нормально функционировать, а потребители электрической энергии могли работать согласно заложенным в их конструкции характеристикам, необходимо соответствие параметров режима определенным значениям. При этом обеспечива ется приемлемое ачество к электроэнергии, под водимой к потребителям, которое характеризуется значе ниями напряжения, частоты, симметрией (для трехфаз ного тока) и синусоидальностью (формой кривой пере менного тока).

Параметры электрической системы • Физические свойства элементов электрической систе мы и взаимосвязи элементов между собой характеризу ются параметрами электрической системы. К ним отно сятся: сопротивления элементов, моменты инерции и по стоянные времени, характеризующие скорости изменения электрических и механических величин, и т. д.

Графическое изображение • Для графического изображения электро энергетических систем, а также отдельных ее элементов и связи между элементами используют общепринятые условные обозначения или символы, позволяющие на чертеже просто показать тот или иной вид электроуста новки.

Схема электроэнергетической системы • Электрическая энергия, вы рабатываемая на двух электро станциях различных типов, подво дится к потребителям, удаленным друг от друга. • Для того чтобы передать электрическую энергию на расстояние, ее предварительно преобразовывают, повышая напряжение трансформаторами. • У мест потребления электроэнергии напряжение понижают до требуемого значения. По начертанию схемы можно понять, что электроэнергия передается по воздушным линиям — ЛЭП. Все элементы электро энергетической системы связаны происходящими в них процессами, и поэтому система при решении ряда задач должна рассматривать ся как качественно новое (по сравнению с отдельными элементами) единое образование.

Электрическая сеть • Часть электрической системы, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии, содер жащая подстанции, линии электропередачи и распреде лительные устройства, называется электрической сетью. • На подстанциях производится преобразование, а ино гда и распределение электрической энергии. Под преоб разованием электрической энергии понимается измене ние напряжения и тока в трансформаторах.

Классификация электрических сетей • 1. Напряжение сети. Сети могут быть низко вольтными напряжением до 1000 В и высоковольтными напряжением 1000 В и выше. Элементы современных электрических сетей выполняются па различные номи нальные напряжения. Номинальное напряжение (ток или какой либо другой параметр режима)—это такое на пряжение, которое соответствует нормальной и эконо мичной работе элемента электрической системы. Суще ствует шкала стандартных номинальных напряжении: 0, 22; 0, 38; 0, 66; 6; 10; 20; 35; 11 О; 150; 220; 330; 500; 750; 1150 к. В.

• 2. Род тока. Сети могут быть постоянного и пере менного тока. Электрическая энергия может потреблять ся либо на постоянном, либо на переменном, либо на по стоянном и переменном токе. • На постоянном токе рабо тают различные электрохимические установки, напри мер ванны для получения различных материалов, элект рические двигатели и для других потребителей. Среди потребителей электрической энергии, работающих на пе ременкой токе, наиболее распространены асинхронные электрические двигатели Установки, использующие теп ловую энергию, получаемую из электрической, так же как лампы накаливания, обогревательные устройства, могут успешно работать как на постоянном, так и па пе ременном токе. • Электрические сети выполняются в основном на пе ременном токе. Постоянный ток целесообразно исполь зовать при передаче больших мощностей на сверхдаль ние расстояния. |

• 3. Назначение. Районные сети предназначаются для соединения крупных электрических станций и под станций и выполняются на напряжение 35 к. В и выше. • Сети напряжением 330, 500, 750 и 1150 к. В относят к межсистемным связям, так как они в основном предназ начаются для соединения крупных электроэнергетических систем. • Распределительные сети выполняют функции распределения электрической энергии между отдельны ми потребителями, промышленными предприятиями, сельскохозяйственными нагрузками и т. д.

• 4. Конструктивное выполнение линий. Линии могут быть воздушными и кабельными. • 5. Частота питающего тока. К одному из основных параметров режима электро энергетической системы относится частота. В энергетиче ских системах России и Европы принята стандартная час тота переменного тока 50 Гц. В США частота пере менного тока 60 Гц; На некоторых автономных уста новках, самолетах и кораблях используются более высо кие частоты (400 Гц), что позволяет уменьшить габари ты электрических машин. Значения частоты, меньшие 50 Гц, применяются сравнительно редко.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ • Основные элементы электроэнергети ческой системы осуществляют выработку электрической энер гии, ее преобразование, передачу на расстояние и по требление. • В промышленных масштабах электрическую энергию получают на электрических станциях преобразованием различных видов энергии — химической энергии органи ческого топлива, внутриядерной энергии, гидроэнергии и т. д. • Преобразование электрической энергии к виду, удобному для передачи, распределения и потребления, производится с помощью трансформаторов.

• Передача электрической энергии на расстояние осу ществляется по воздушным или кабельным линиям. • По требление е происходит различными е механизмами, но значи тельная оля д расходуется на приведение в движение производственных механизмов электрическими двигателями переменного тока. • Синхронные генераторы на станциях преобразуют ме ханическую энергию турбин в электрическую.

• Для ТЭС турбогенераторы изготовляются быстроход ными с номинальной частотой вращения 3000 об/мин в со ответствии принятой стандартной с частотой пе ременного тока, равной 50 Гц. • В отличие от турбогенераторов гидрогенераторы вы полняют тихоходными, с различными частотами враще ния роторов, определяемыми напором и расходом воды в створе реки. Значительно меньшие частоты вращения роторов гидрогенераторов приводят к относительному увеличению их размеров. • Синхронный генератор. Принцип работы синхронного генератора основан на законе электромагнитной индук ции Фарадея, который в наиболее общем виде устанав ливает, что ЭДС определяется скоростью изменения маг нитного потока, пронизывающего контур проводника.

ь

• Турбогенераторы вырабатывают электроэнергию обычно при напряжении, не превышающем 24 к. В. Чтобы передать электроэнергию на расстояние, необходимо повысить напряжение до 110— 1150 к. В и выше. Для этого в блоки включают повышающие трансформаторы. Электростанции в большинстве случаев выдают электроэнергию на двух, иногда на трех напряжениях, на которых распределяется электроэнергия отходящими линиями электропередачи. • Имеющиеся на ГЭС водохранилища позволяют регу лировать расход воды, аследовательно, и мощность станций таким образом, чтобы обеспечить по возможно сти равномерную работу ТЭС в системе. При этом в си стеме достигается наилучший экономический эффект.

Трансформаторы. • Широкое распространение перемен ного тока в электроэнергетике обусловлено возможностью получения наиболее простых конструкций электрических машин, работа которых основывается на наведении ЭДС переменным магнитным потоком. Еще одно преимущест во переменного тока — простота преобразования напря жения, что важно для передачи электрической энергии на расстояние. Изменение напряжения и тока произво дится в трансформаторах. • Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода, на котором расположены две обмотки с различными числами витков.

Линии электропередачи ЛЭП • По конструктивному выполне нию ЛЭП подразделяются на воздушные и кабельные. Металлические провода воздушных линий подвешивают ся к опорам через изоляторы, имеющие специальные за жимы. • Опоры выполняются деревянными, металлическими и железобетонными в зависимости от назначения линий, используемого напряжения, экономических соображений и т. п. • Некоторые конструкции опор предназначены для поддержания проводов; они воспринимают только верти кальные нагрузки веса проводов и на зываются промежу точными. • Существу ют онструкции опор, воспринимаю щие к горизонтальные нагрузки натяжения проводов; они назы ваются анкерными. • Кроме того, выпол няются опоры пе циального назначе ния с для перевода линии через водные препятствия и гор ные ущелья, для из менения направле ния линии и т. д.

Характеристики опор и линий электрoneредачи различных напряжений: а — общий вид опор; б изменение конструктивных характе ристик при увеличении номинального напряжения линии (6 — ширина полосы отчуждения трассы, h — высота опоры, п — число изоляторов в гирляндах): в — зависимость удельной стоимости передачи электроэнергии от напряжения (с — себе стоимость передачи электроэнергии )

Единая энергосистема России • ЕЭС России охватывает практически всю обжитую территорию страны и является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением. • В настоящее время ЕЭС России включает в себя 77 энергосистем, 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 году Соглашения о параллельной работе энергосистем БРЭЛЛ.

Преимущества объединения электрических станций и сетей в ЕЭС России • • Параллельная работа электростанций в масштабе Единой энергосистемы позволяет реализовать следующие преимущества: снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС России на 5 ГВт; сокращение потребности в установленной мощности электростанций на 10 12 ГВт; оптимизация распределения нагрузки между электростанциями в целях сокращения расхода топлива; применение высокоэффективного крупноблочного генерирующего оборудования; поддержание высокого уровня надёжности и живучести энергетических объединений. Совместная работа электростанций в Единой энергосистеме обеспечивает возможность установки на электростанциях агрегатов наибольшей единичной мощности, которая может быть изготовлена промышленностью, и укрупнения электростанций. Увеличение единичной мощности агрегатов и установленной мощности электростанций имеет значительный экономический эффект.

Особенности ЕЭС России • ЕЭС России располагается на территории, охватывающей 8 часовых поясов. Необходимостью электроснабжения столь протяжённой территории обусловлено широкое применение дальних электропередач высокого и сверхвысокого напряжения. • Системообразующая электрическая сеть ЕЭС (ЕНЭС) состоит из линий электропередачи напряжения 220, 330, 500 и 750 к. В. • В электрических сетях большинства энергосистем России используется шкала напряжений 110— 220 — 500— 1150 к. В. • В ОЭС Северо Запада и частично в ОЭС Центра используется шкала напряжений 110— 330 — 750 к. В. Наличие сетей напряжения 330 и 750 к. В в ОЭС Центра связано с тем, что сети указанных классов напряжения используются для выдачи мощности Калининской, Смоленской и Курской АЭС, расположенных на границе использования двух шкал напряжений. • В ОЭС Северного Кавказа определённое распространение имеют сети напряжения 330 к. В.

Структура генерирующих мощностей • • ОЭС, входящие в состав ЕЭС России, имеют различную структуру генерирующих мощностей. Основу российской электроэнергетики составляют около 600 электростанций суммарной мощностью 210 ГВт, работающих в составе ЕЭС России. Две трети генерирующих мощностей приходится на тепловые электростанции. Около 55 % мощностей ТЭС составляют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а 45 % — конденсационные электростанции (КЭС). Мощность гидравлических (ГЭС), в том числе гидроаккумулирующих (ГАЭС) электростанций составляет 21 % установленной мощности электростанций России. Мощность атомных электростанций составляет 11 % установленной мощности электростанций страны. Для ЕЭС России характерна высокая степень концентрации мощностей на электростанциях. На тепловых электростанциях эксплуатируются серийные энергоблоки единичной мощностью 500 и 800 МВт и один блок мощностью 1200 МВт на Костромской ГРЭС. Единичная мощность энергоблоков действующих АЭС достигает 1000 МВт.

Основные показатели работы ЕЭС России