УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Энергетическая и электрическая

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Энергетическая и электрическая системы

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Энергетическая и электрическая системы Энергетическая система – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью производства, режимов преобразования, в непрерывном передачи и процессе распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Электроэнергетическая система – электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии. 2

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Энергетическая и электрическая системы Топливная база Пар Котел Турбина Генератор Линия электропередачи Электрическая нагрузка Топливо Трансформатор Отбор пара Трансформатор Электроэнергетическая система Тепловые сети Пар или горячая вода Потребители тепла Энергетическая система Электрические станции и теплоэлектроцентрали – генерирующая основа энергетических систем 3

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Преимущества совмещенной выработки электрической и тепловой энергии Все виды тепловых электростанций (включая атомные) обладают низким коэффициентом полезного действия по теплу из-за невысокого КПД цикла Ренкина. Использование станции для нужд теплофикации позволяет повысить полный КПД % Синхронный генератор 95 -98 Конденсационная станция Теплоэлектроцентраль 42 75 Атомная станция Атомная теплоэлектроцентраль 33 55 Парогазовая установка, электрический 59 Парогазовая установка, полный 86 На Среднеуральской ГРЭС имеются блоки конденсационные, 4 теплофикационные, включая ПГУ

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Элементы энергосистем. Электростанции Тепловые (КЭС, ТЭЦ) Атомные (АЭС, АТЭЦ) Гидроэлектростанции (ГЭС, ГАЭС) 5

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Элементы энергосистем. Электростанции Газотурбинные (ГТС) Парогазовые (ПГУ) Ветровые Солнечные 6

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Элементы энергосистем. Электростанции Гидроэлектростанции – наиболее мощные из всех видов станций (до 22, 4 ГВт) и грандиозные техногенные сооружения. Крупные станции строятся десятками лет и оказывают влияние на 10. 02. 2018 рельеф, ландшафт и климат в целом регионе. 7

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Энергосистема России По установленной электрической мощности энергосистема России входит в пятерку мощнейших в мире. Установленная мощность ГВт ( %) Россия Тепловые станции (490) 44, 7 (67, 2 %) Гидроэлектростанции (95) 46, 8 (21, 7 %) Атомные станции (12) 23, 9 (11, 1 %) Всего ЕЭС (597) 215, 4 (100 %) Энергообъединение СНГ 339, 5 и стран Балтии ОЭС/ЕЭС США 700 Синхронная зона З. Европы UCTE 630 ЭС Канады 400 8

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Преимущества объединения энергосистем 9

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Объединение отдельных электростанций и энергосистем Основными преимуществами объединения станций электроэнергетических систем на параллельную работу являются: - возможность снижения и использования единого для объединяемых систем резерва активной мощности; - снижение суммарного максимума мощности нагрузок. Величина резерва активной мощности определяется техникоэкономическими расчетами, но не должна быть меньше мощности наиболее мощного генератора. 10

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электроэнергетические системы связаны воздушными линиями 10. 02. 2018 11 сверхвысоких напряжений

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Преимущества объединения ЭС 1. Снижение суммарного относительного резерва мощности - необходимый холодный (простаивающий) резерв активной мощности для одинаковых блоков 2. Возможность увеличения единичной мощности агрегатов и электростанций 3. Взаимопомощь при ремонтах 4. Повышение надежности снабжения потребителей 12

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Преимущества объединения ЭС 5. Уменьшение суммарного максимума нагрузки по сравнению с суммой отдельных максимумов за счет отличий в графиках нагрузок 200 Pн 200 350 Pн 300 150 250 150 200 100 50 0 Pmax 1 = 200 Pн 150 100 50 t 0 Pmax 2 = 200 50 t PmaxΣ = 350 < Pmax 1 + Pmax 2 6. Увеличение суммарного минимума нагрузки и выравнивание суммарного графика 7. Уменьшение суммарной потребности в генерации 8. Наиболее эффективно объединение различных временных поясов 13

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Преимущества объединения ЭС 9. Более рациональное использование гидроэлектростанций 10. Возможность оптимального распределения нагрузки между агрегатами 11. Возможность выбора рационального состава работающих и ремонтируемых агрегатов 12. Возможность создания единого центра управления Современные диспетчерские щиты 14

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Отдаленное будущее The United States of America Российская Федерация Чукотский п-ов Аляска Берингов пролив 82 км Создание Мировой Энергосистемы с объединением энергосистем Европы, России (СНГ) и Северной Америки через линию постоянного тока по дну Берингова пролива позволило бы максимально использовать все преимущества объединения. Временное резервирование выполнялось бы в масштабе смены не менее 18 часовых поясов. В настоящее время проект почти невозможно реализовать по 15 техническим, экономическим и политическим причинам.

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Перспективы развития энергосистем Повышение установленных мощностей агрегатов и станций Дальнейшее объединение энергосистем Увеличение КПД агрегатов и станций Развитие распределенной генерации ( источники небольшой мощности, установленные вблизи потребителей) Замена традиционных блоков тепловых станций на парогазовые установки Развитие гидроэлектростанций и атомных станций Развитие нетрадиционных типов электростанций Увеличение степени автоматизации процессов в энергетике Улучшение структуры нагрузок Развитие энергосбережения и экономии энергоресурсов 16

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Понятие о электрических сетях Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории (ПУЭ). Современные электрические сети характеризуются несовпадением центров производства электроэнергии (электростанции) с центрами потребления (промпредприятия, города, сельские районы), удаленными друг от друга на большие расстояния. Линии сверхвысоких напряжений (750 к. В) способны передавать электроэнергию на расстояния до 2000 км 17

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Передача и распределение электроэнергии ЭС ПС 1 ПС 2 ПС 3 330, 500 110 (150), 220 750, 1150 к. В 330, 500 к. В ПС 4 6, 10, 20 к. В 35, 110 (150) 220 к. В ПС 5 0, 38– 0, 66 к. В ЭП ЭП ЭП Схема передачи и распределения электрической энергии 18

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Передача и распределение. Трансформация Трансформаторы Автотрансформаторы 19

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Передача. Линии электропередачи Воздушные Кабельные 20

Большой переход линии класса УГТУ-УПИ напряжения 500 к. В через р. Обь (≈1, 2 км) Кафедра Автоматизированных Электрических Систем 10. 02. 2018 21

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Распределение электроэнергии Распределительные устройства Коммутационное оборудование 22

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электропередачи переменного тока Роль в современных электроэнергетических системах: основные передачи на всех классах напряжения ( 0, 38 - 1150 к. В ). «+» Пригодность трехфазного переменного тока в готовом виде для генерации/потребления электрическими машинами. «+» Возможность трансформации переменного тока для передачи и распределения. «+» Развитая номенклатура оборудования на переменном токе. «–» Проявление реактивных и емкостных элементов передачи, реактивной мощности. >> Блок в составе турбогенератора ТВФ-120 «–» Ограничение передачи по статической устойчивости и автотрансформатора ТДЦТГА-240000/220 индуктивным сопротивлением. обеспечивает производство «–» Повышенная опасность переменных тока и магнитного поля и электрической энергии трансформацию на для человека. классы напряжения 10, 110 и 220 к. В 23

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электропередачи переменного тока Роль в современных электроэнергетических системах: основные передачи на всех классах напряжения ( 0, 38 - 1150 к. В ). Преимущества переменного тока Пригодность трехфазного переменного тока в готовом виде для генерации/потребления электрическими машинами. Возможность трансформации переменного тока для передачи и распределения. Развитая номенклатура оборудования на переменном токе. Недостатки переменного тока Проявление реактивных и емкостных элементов передачи, реактивной мощности. Ограничение передачи мощности по условиям статической устойчивости. Повышенная опасность переменных тока и магнитного поля для 24 человека.

УГТУ-УПИ Линия электропередачи переменного Систем Кафедра Автоматизированных Электрических тока класса напряжения 1150 к. В Экибастуз - Кокчетав

Промежуточная опора линии электропередачи УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем переменного тока класса напряжения 1150 к. В

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электропередачи постоянного тока Роль в современных электроэнергетических системах: передача энергии на дальние расстояния (более 800 -1000 км). Преимущества постоянного тока Отсутствие ограничения по статической устойчивости передачи. Возможность соединения систем с различной частотой. Низкий уровень потерь в изоляции длинных кабельных линий. Гибкое регулирование перетоков и стабилизация режима системы. Недостатки переменного тока Сложность в эксплуатации и дороговизна выпрямительных и преобразовательных подстанций. Невозможность прямой трансформации постоянного тока для распределения. Отсутствие коммутационного оборудования для работы на постоянном токе. 27

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электропередачи постоянного тока Принципиальная схема униполярной передачи постоянного тока 28

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Линия электропередачи постоянного тока класса напряжения 1500 (± 750) к. В Экибастуз - Тамбов

Вводы выпрямительной подстанции электропередачи постоянного тока класса напряжения 1500 (± 750) к. В УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Классификация электрических сетей 31

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Род тока и класс напряжения 1. По роду тока: ‒ переменный - ~ ‒ постоянный - = 2. По классу напряжения: ‒ низковольтные (до 1000 В) ‒ высоковольтные ( > 1000 В, в т. ч. сверхвысокого напряжения ≥ 330 к. В) 32

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем 3. По функциональному назначению сетей 3. 1 Системообразующие сети 330, 500, 750, 1150 к. В, передачи постоянного тока. Предназначены для электрической связи между энергосистемами, для передачи больших мощностей на дальние расстояния. 3. 2 Распределительные сети 110 (150), 220 к. В. Предназначены для распределения электроэнергии от электростанций и крупных подстанций по относительно большой территории (области). К распределительным часто относят районные сети 110 к. В. 3. 3 Сети электроснабжения промпредприятий и местные сети 6, 10, 35 к. В. Предназначены для передачи электроэнергии крупным узлам нагрузки (завод, жилой массив). 33

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем 3. По функциональному назначению сетей 3. 4 Потребительские сети 0, 4 (380/220 В), 0, 66, 6, 10 к. В. Предназначены для электроснабжения отдельных потребителей и электроприемников. 3. 5 Сельскохозяйственные сети 6, 10, 35, 110 к. В. Специфика в передаче небольших мощностей на относительно большие расстояния сельскохозяйственным потребителям. 34

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем 10. 02. 2018 Пересечение ВЛ системообразующей сети 35 500 к. В с ВЛ распределительной сети 110 к. В

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем 4. По конфигурации электрических сетей 4. 1 Разомкнутые сети : радиальная, разветвленная. Uб Uб 4. 2 Замкнутые сети: сложнозамкнутая, с двухсторонним питанием, кольцевая. Uб Ua Uб Ub 36

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электрические сети России По протяженности линий занимает первое место в мире. Протяженность ЛЭП тыс. км 110 к. В 293, 89 150 к. В 2, 73 220 к. В 100, 63 330 к. В 10, 32 400 к. В 0, 13 500 к. В 37, 74 750 к. В 3, 01 1150 к. В 0, 82 СВН 52, 01 Всего 449, 26 Магистральные и 120, 78 распределительные электропередачи Россия 37

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Электроустановки. Номинальные данные Электроустановки – совокупность машин, аппаратов и линий и вспомогательного оборудования. Предназначены для производства, преобразования, трансформации, передачи и распределения электрической энергии и преобразования в другие виды энергии. Номинальные рекомендованные электроустановок экономична. данные – паспортные заводом-изготовителем. при номинальных данные, Работа наиболее Наиболее часто для оборудования задаются: - номинальное напряжение; - номинальная мощность; - номинальный ток; - номинальный коэффициент мощности. 38

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Виды электроустановок Генераторы Электрооборудование распределительных устройств 10. 02. 2018 Трансформаторы ЛЭП Все виды электроприемников 39

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Задачи расчетов электрических сетей Целью расчета установившегося режима электроэнергетической системы и отдельных ее районов является вычисление параметров этого режима и сопоставление их с допустимыми значениями. При расчете установившегося режима электрическая сеть представляется схемой замещения в однолинейном исполнении с сопротивлениями Z и проводимостями У одной фазы. При расчете установившегося режима определяются: - потоки трехфазной полной Ṡ, активной P и реактивной Q мощностей по концам продольных ветвей сети и в шунтах; - линейные напряжения Ů во всех узлах сети; - фазные токи İ во всех ветвях и шунтах. 40

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Цели расчетов режимов электрических сетей ‒ ‒ ‒ Оцениваются и/или формируются: условия работы потребителей и оборудования электрической сети; допустимость анализируемого режима с учетом возможных ситуаций; условия оптимизации производства, передачи и распределения электроэнергии; предпосылки надежной и экономичной работы электроэнергетической системы; соответствие требованиям ГОСТ 13109 -97 на качество электроэнергии на шинах потребителя. 41

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Проблемы эксплуатации энергосистем ‒ Отставание темпов ввода новых сетевых объектов от темпов роста нагрузки ‒ Большая доля морально и физически устаревшего оборудования ‒ Слабые межсистемные связи, сложность обеспечения устойчивости и синхронизма ‒ Необходимость компенсации реактивной мощности и симметрирования нагрузки ‒ Ухудшение гармонического состава электроэнергии ‒ Сложность расчета моделей энергосистемы ‒ Сложность оперативно-диспетчерского управления ‒ Усложнение противоаварийной автоматики и ее настройки ‒ Рост уровня токов короткого замыкания ‒ Опасность развития каскадных аварий 42

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Рекомендуемая литература 1. Ананичева, С. С. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей: учебное пособие / С. С. Ананичева, Л. А. Мызин. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2012. – 82 с. 2. Герасименко, А. А. Передача и распределение электрической энергии: учебное пособие/ А. А. Герасименко, В. Т. Федин ; изд. 2 -е. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 716 с. 3. Правила устройства электроустановок. Изд. 7 -е. 43

УГТУ-УПИ Кафедра Автоматизированных Электрических Систем Спасибо за внимание!