1.5. Структура потребителей и понятие о графиках их электрических нагрузок

В зависимости от выполняемых функций, возможностей обеспе­чения схемы питания от энергосистемы, величины и режимов по­требления электроэнергии и мощности, особенностей правил пользования электроэнергией потребителей электроэнергии приня­то делить на следующие основные группы:

промышленные и приравненные к ним;

производственные сельскохозяйственные;

бытовые;

общественно-коммунальные (учреждения, организации, пред­приятия торговли и общественного питания и др.).

К промышленным потребителям приравнены следующие пред­приятия: строительные, транспорта, шахты, рудники, карьеры, не­фтяные, газовые и другие промыслы, связи, коммунального хозяй­ства и бытового обслуживания.

Промышленные потребители являются наиболее энергоемкой группой потребителей электрической энергии.

Каждая из групп потребителей име­ет определенный режим работы. Так, например, электрическая нагрузка от коммунально-бытовых потребителей с преимущественно осветительной на­грузкой отличается большой неравно­мерностью в различное время суток. Днем нагрузка небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к утру вновь возраста­ет. Электрическая нагрузка промыш­ленных предприятий более равномер­на в течение дня и зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен.

Наглядное представление о характере изменения электрических нагрузок во времени дают графики нагрузок. По продолжительно­сти они могут быть суточными и годовыми. Если откладывать по оси абсцисс часы суток, а по оси ординат потребляемую в каждый момент времени мощность в процентах от максимальной мощности, то получим суточный график нагрузки.

На рис. 1.3 изображены суточные графики осветительной нагрузки города для зимнего (ок­тябрь - март) и летнего (апрель - сентябрь) периодов. Максималь­ная нагрузка для зимних суток наступает между 17 и 20 ч (кривая а), а для летних суток - между 22 и 23 ч (кривая б). Таким образом, летний максимум (мощность в часы пик) наступает позднее и зна­чительно меньше по величине, чем зимой. Дневной минимум также уменьшается.

На рис. 1.4 изображены характерные суточные графики актив­ной мощности (в процентах от максимальной мощности) крупного города с учетом нагрузок освещения, а также силового оборудова­ния коммунальных предприятий, электрифицированного транспор­та и др.

1.6. Преимущества объединения электроэнергетических систем

На первой стадии развития электроэнергетика представляла со­бой совокупность отдельных электростанций, не связанных между собой. Каждая из электростанций через собственную сеть переда­вала электроэнергию потребителям. В дальнейшем стали создавать­ся электрические системы, в которых электрические станции соеди­нялись электрическими сетями и включались на параллельную работу. Отдельные территориальные энергосистемы в свою очередь также объединялись, образуя более крупные энергосистемы. Тен­денция к образованию по возможности более крупных энергети­ческих объединений проявляется практически во всех странах.

Общее стремление к объединению энергетических систем вызвано огромными преимуществами по сравнению с отдельными станциями.

При создании объединенных энергетических систем можно уменьшить суммарную установленную мощность электростанций.

Большая совокупность потребителей электрической энергии ха­рактеризуется графиком нагрузки (см. рис. 1.4). Максимум суммар­ной нагрузки системы меньше, чем сумма максимумов нагрузок от­дельных потребителей. Это объясняется несовпадением отдельных максимумов из-за различных условий работы потребителей. В энер­гетических системах, охватывающих обширные географические рай­оны, несовпадение максимумов вызвано расположением потреби­телей в разных часовых поясах. Например, объединение потреби­телей, размещенных в европейской и сибирской частях страны, позволит получить более равномерный суммарный график по срав­нению с графиком нагрузки отдельных потребителей (рис. 1.5). Ус­тановленная мощность электростанций в системе должна быть до­статочной для покрытия максимальных нагрузок потребителей. Кроме того, исходя из требований, предъявляемых к надежности работы систем, должна предус­матриваться резервная мощ­ность генераторов. При парал­лельной работе электрических станций резервная мощность может быть уменьшена. Пока­жем это на простом примере. Пусть две электростанции, каж­дая из которых имеет по четыре генератора, работают изолиро­ванно. Тогда одна станция мо­жет вырабатывать электричес­кую энергию, используя 75 % ус­тановленной мощности, так как один генератор должен нахо­диться в резерве. При соединении двух станций общей сетью в резерве находится один генератор из восьми, т.е. может быть использовано 7/8 (87,5%) установленной мощности.

При объединении разных типов электростанций можно более полно использовать гидроэнергетические ресурсы.

Расход воды в реке колеблется в больших пределах. Для надежного снабжения электроэнергией потребителей мощность гидроэлектростанции (ГЭС) при изолированной ее работе нужно выбирать исходя из обеспеченного расхода воды. В случае больших расходов часть воды пришлось бы сбрасывать мимо турбин.

Энергетические системы дают возможность согласованно работать тепловым и гидроэлектростанциям. В самом деле, в период недостатка воды на ГЭС (зимой) выработка электроэнергии на них снижается и потребители обеспечиваются электроэнергией в большей мере от ТЭС. Наоборот, летом при большом притоке воды ГЭС. Работают на полную мощность, а выработка электроэнергии ТЭС снижается. Это обеспечивает эконо­мию топлива и, следовательно, умень­шает себестоимость электроэнергии.

Примерное распределение элект­рических нагрузок между станциями различных видов показано на суточ­ном графике нагрузок в целом энер­госистемы и доли в его покрытии раз­личных видов электрических станций (рис. 1.6).

Из суточного графика энергосисте­мы видно, что в основном нагрузки по­крывают тепловые конденсационные электростанции - государственные районные электростанции (ГРЭС). Доля ТЭЦ в покрытии нагрузок энергосистемы определяется их тепловыми графиками. Нагрузка ГЭС оп­ределяется стоком реки. Электростанции, подключаемые к системе в часы наибольших (пиковых) нагрузок, называют пиковыми. В боль­шинстве случаев пиковыми станциями являются гидростанции (ГЭС и ГАЭС - гидроаккумулирующие электростанции), не обеспеченные водой для длительной работы не в полную мощность в некоторые периоды, и станции, оборудованные газовыми турбинами.

Объединение энергосистем позволяет увеличить единичные мощ­ности агрегатов.

С возрастанием мощностей агрегатов улучшаются их техничес­кие характеристики и снижается удельная стоимость выработки электроэнергии.

Создание объединенных энергосистем позволяет повысить на­дежность электроснабжения потребителей.

Отдельные элементы системы (генераторы, трансформаторы, ЛЭП и др.) в результате аварий могут выходить из строя. В этих случаях часть потребителей может потерять питание. В схеме, по­казанной на рис. 1.7, при возникновении трехфазного короткого замыкания на ЛЭП полностью прекращается подача электроэнер­гии потребителям. Применение устройств релейной защиты и ав­томатики является эффективным средством повышения надежнос­ти. Релейной защитой называется система устройств, которые производят отключение поврежденных элементов или частей сис­темы и локализуют аварию. К автоматическим устройствам отно­сятся устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода (включения) резерва (АВР). Устройства АПВ (рис. 1.8) предназначены для ликвидации «переходящих» повреж­дений, например коротких замыканий. При появлении дугового ко­роткого замыкания на воздушной линии (например, при попада­нии молнии) она отключается под действием релейной защиты, дуга гаснет и восстанавливаются диэлектрические свойства воздушного промежутка. Затем под действием АПВ автоматически включается напряжение на линии электропередачи, которая может продолжить успешную работу.

Принцип работы АВР поясняет рис. 1.9. При повреждении од­ного из трансформаторов автоматически под действием релейной защиты происходит его отключение, а оставшиеся без напряжения потребители после срабатывания АВР подключаются к исправно­му трансформатору.