В результате изучения дисциплины электрическая часть станции и подстанции необходимо знать: физическую сущность технологического процесса, производства электроэнергии, назначение и роль различных типов электрических станций и подстанций в энергетической системе, главных схем их электрических соединений системы собственных нужд, а также вопросов выбора целесообразной компоновки и роботы основного электрического оборудования.

Общее сведенье об электроэнергетических системах Энергетика - это совокупность природных и созданных людьми систем, предназначен для производства, преобразования, распределения и использования в народном хозяйстве энергетических ресурсов всех видов.

При этом под энергоресурсами подразумевается материальные объекты, обладающие энергии, которая может быть использована людьми.

Процесс производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергии может быть представлена структурной схемой:

Электростанция

Первичный источник энергии или энергоресурс (уголь, газ, нефть, урановый концентрат, гидроэнергия, солнечная энергия) поступает в тот или иной преобразователь энергии, на выходе которого получается или электрическая энергия, или электрическая и тепловая энергия

С целью повышения надежности электроснабжения потребителей и получения определения экономического эффекта электростанции объединяют на параллельную работу в областные энергосистемы, которые в свою очередь объединяются в единую энергосистему государства связанную с энергосистемою соседних государств

Энергосистема - это совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей объединенных между собой и связанных общим режимом в беспрерывном процессе преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.

Энергосистемы дают возможность маневрировать производством электрической энергии.

Не совпадения типовых нагрузок в отдельных частях энергосистемы позволяет при необходимости перебрасывать электрическую энергию во встречных направлениях с Запада на Восток, с Юга на Север и обратно.

Электроэнергетическая система - это электрическая часть энергосистемы, вместе с приемниками электрической энергии, которые питаются од неё и объединены общим процессом производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

В настоящее время энергосистема Украины состоит из областных: Киевоблэнерго, Одессаоблэнерго и другие

Электроснабжения - это обеспечения электрической энергии установленной нормами качества и необходимой степенью надежности электроггри емников (ЭП) и потребителей электрической энергии с помощью систем электроснабжения (СЭС).

Систем электроснабжения (СЭС) - это совокупность электроустановок (ЭУ), обеспечивающих потребителей электроэнергией.

Электроустановок (ЭУ) - это совокупность электрических машин, аппаратов, линий электропередачи и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями в которых они располагаются), предназначены для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии, в том числе преобразование в другие виды энергии.

Электрическая станция - это электроустановка производящая электрическую или тепловую энергию.

Подстанция (ПС) - это электрическая установка предназначена для преобразования электрической энергии одного напряжения (частоты) в электрическую энергию другого напряжения (частоты) и распределения электрической энергии.

Электрическая линия - это система проводов, кабелей, шинопроводов, токопроводов со вспомогательными устройствами и сооружениями, предназначены для передачи электрической энергии от источника к потребителю

Электрическая сеть - это совокупность подстанций и электрических линий, расположенных на определенной территории.

Электрическая сеть промышленного предприятия (ПП) совместно с источниками питания (ИП) и потребителями электрической энергии образуют заводскую систему электроснабжения, которая является под системой и должна проектироваться и развиваться в сочетании с системой.

Система электроснабжения промышленных предприятий (СЭС Г1П) питаются от областных энергосистем.

ИП могут быть:

• электрическая станция энергосистемы или собственная;

• крупная районная ПС энергосистемы;

• узловая распределительная подстанция (УРП) - это центральная ПС ПП которая имеет первичное напряжения 110 — 500 кВ. От УРП обычно получают питания подстанции глубоких вводов (ПГВ).

• подстанция глубокого ввода (ПГВ) - это ПС имеющая первичное напряжение 35 —220 кВ, которая на стороне высшего напряжения (ВН) имеет упрощенную схему и предназначена для питания отдельного энергоемкого участка ПП. ,

• главная понизительная подстанция (ГПП) - это ПС, которая имеет первичное напряжения 110 — 220 кВ, а вторичное напряжения 6 — 10 кВ и предназначена для питания ПП или его части.

• центральный распределительный пункт (ЦРП) или распределительный пункт (РП).

• цеховая трансформаторная подстанция (ТП).

Источники реактивной мощности - это конденсаторные установки (КУ).

• агрегаты гарантийного питания (АГП) - дизель генераторы, аккумуляторные батареи (АБ).

Электрические нагрузки промышленных предприятий

Классификация и основные типы ЕП.

Электроприемник (ЭП) - это электротехническая часть технологической установки, в которой происходят преобразования электрической энергии в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или в электроэнергию с другими параметрами (ток, напряжения, частота).

Потребители электроэнергии - это отдельный электроприемник или их группа расположенная на определенной территории и объединена общим технологическим процессом (электропривод отдельного станка, участка цеха, цех, предприятие, город).

Классифицируются ЭП по следующим признакам:

1. По производственному назначению:

• электропривод производственных механизмов;

• силовые общепромышленные установки (сталеплавильные дуговые печи, прокатные станы);

• подъемно-транспортное оборудование;

• электросварочное оборудование;

• электронагревательные и электролизные установки;

• осветительные установки;

• электрифицированный транспорт;

• радиотелеустановки;

• газоразделительные и вентиляционные системы, кондиционеры;

• электропривод на газе трубопроводах и нефти трубопроводах;

• электрифицированные агропромышленные (сельскохозяйственные) установки;

• преобразовательные установки;

• накопитель энергии;

• электрофизические установки (ускорители, лазеры).

2. По напряжению:

—до 1000;

• выше 1000В.

3. По роду тока:

• ЭП работающие от сети переменного тока нормальной погрешности частоты 50 Гц;

• ЭП работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты..

4. По режиму работы:

—длительный;

• кратковременный;

—повторно-кратковременный.

5. По степени надежности электроснабжения. Все электроприемники делятся на III категории:

1. электроприемники, перерыв в электроснабжения которых может привести к угрозе жизни людей, повреждению дорогостоящего оборудованию, массовому браку продукции, расстройству сложного технологического процесса. Такие ЭП должны иметь 2 независимых ИП перерыв электроснабжения допускается лишь на время автоматического включения резерва (АВР). В I категории выделяется особая группа ЭП, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства и перерыв в электроснабжении которых угрожают жизни и здоровью людей взрывом, пожаром, порчей основного электрического и технологического оборудования. Для особой группы ЭП предусматривается 3 независимых ИП.

2. — электроприемники перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простою большого количества работников и механизмов. Для таких ЭП перерыв в электроснабжении не положен, но допускается на время включения резервного ЭП действиями дежурного персонала.

3. — все остальные ЭП для которых допускается перерыв в электроснабжении на время ремонта или замены оборудования не более суток

Графики электрических нагрузок промышленных предприятий

Г рафик электрических нагрузок - это диаграмма изменения нагрузки во времени.

Различают:

• Действительные (фактичные) графики, получаемые с самопишущих приборов, регистрирующих приборов, счетчики

• Проектные типовые графики получаемые в статистической обработки действительных графиков и нагрузки ПП

Графики нагрузок классифицируют:

1. По роду измеряемого параметра;

2. По продолжительности рассматриваемого периода;

3. По месту определения нагрузки в СЭС ПП.

По роду измеряемого параметра графики нагрузок бывают:

• Индивидуальные;

• Групповые;

• По активной, реактивной, полной мощности и по току.

По продолжительности рассматриваемого периода:

• Суточные;

• Годовые.

Суточные графики бывают:

• Рабочие зимние сутки (основной график);

• Рабочие летние сутки;

• Выходные сутки.

По месту определения нагрузки в СЭС ПП:

• Индивидуального ЭП;

• На шинах РП, ГПГ1.

Графики нагрузок предназначены для:

• Определения времени пуска и останова агрегата, включить и отключить трансформатор;

• Определения количества выработанной (потребленной) электроэнергии, расхода топлива и воды;

• Ведение экономического режима работы ЭУ;

• Планирование срока ремонта оборудования;

• Проектирования новых и развития существующих энергосистем их узлов нагрузки и отдельных потреблений электрической энергии.

Типовые суточные графики приводятся в справочниках в относительных единицах или в процентах.

Зная максимальную нагрузку можно определить нагрузку на любой ступени

Из графика можно получить:

1. P_max , Q_max

2. 

3. – количество потребляемой энергии за сутки (численно равно площади графика)

4. – средняя суточная нагрузка

5. -среднемесячная нагрузка

6. – потери мощности в линии трансформаторов, где

Кроме того в справочных материалах наводятся годовые графики по продолжительности загрузки

Основные режимы работы электрических сетей

Режим работы электрических сетей зависит от многих факторов:

• токовые нагрузки в линиях и проводниках

• частоты тока

• уровня напряжения на зажимах ЭП и ИП

• напряжения проводников относительно земли и от режима нейтрали

• симметричности многофазной системы

• не синусоидальности формы кривых тока и напряжения.

Поэтому различают 3 основных режима роботы электрических сетей:

1. Нормальный режим, при которых отклонения выше перечисленных факторов не выходит за допустимые пределы от их расчетных или номинальных величин.

2. Временно-допустимые режимы (анормальные), которые характеризуются токовыми перегрузками, уже заложенными при проектировании (систематическая допустимая перегрузка трансформаторов) либо выходящие за допустимые пределы на определенное ограниченное время без существенного ущерба для потребителей (δU= ±5%)

3. Аварийные режимы, которые характеризуются опасными сверхтоками КЗ или другими недопустимыми явлениями и имеют переходный неустановившейся характер

Номинальные напряжения источников питания и силовых трансформаторов

Номинальные напряжения источников электрической энергии (СГ, синхронных компенсаторов) больше на 5% чем номинальное напряжения электрических сетей и ЭП, так как учитываются потери напряжения в электрических сетях.

Номинальное напряжения первичной обмотки повышающего трансформатора тоже на 5% выше, чем номинальное напряжение электрических сетей и ЭП, так как повышающие трансформаторы стыкуются с генератором.

Номинальное напряжения первичной обмотки понижающего трансформатора равно номинальному напряжению электрических сетей и ЭП, так как понижающий трансформатор является приемником электрической энергии с первичной стороны.

Как у повышающих, так и у понижающих трансформаторов номинальное напряжения вторичных обмоток на 5-10% выше, чем номинальное напряжение электрических сетей и ЭП.

Область применения номинального напряжения

1. U= 127 В, 3 и 150 кВ не рекомендуется

2. Цепью управления, сигнализации, местного освещения на ПП выполняют однофазным переменным током U = 36, 42 В, кроме того применяется постоянный ток U = 12, 24, 36, 48, 60 В.

3. Для питания однофазных Г1П применяется четырех проводная сеть с U = 380 (220)В, 220 (127) В.

4. U = 380 В применяется для питания электродвигателей мощностью 0,1-350 кВт и другие ЭП

5. U = 660 В применяется для питания электродвигателя с мощностью 1-600 кВт и также вновь проектированных ПП.

6. U = 3 кВ применяется для питания электродвигателей собственных нужд средней мощности 100-1000 кВт. и = 6 или 10 кВ применяется для :

• Питания ПП небольшой мощности

• Распределения электроэнергии по территории крупных ПП

• Распределения электроэнергии в агропромышленных районах

7. U= 6 кВ применяется если есть много электродвигателей данного II

8. U = 35 кВ применяется для:

• Питание ПП средней мощности

• Питание удаленных потребителей ПП

• Питающих сетей агропромышленных сетей районов

9. U = 110 или 220 кВ применяется для:

• Питания крупных ПП

• Распределительных сетей энергосистемы

10. U = 330, 500, 750 кВ применяются для:

• Особо крупных ПП

• Связи между объединенными энергосистемами

ПУЭ разбивает все напряжения на 2 класса:

1. До 1000 В

2. Свыше 1000 В.

Это обусловлено конструктивными особенностями электрооборудования, но не в каком мере с электробезопасностью.

Состояние электроэнергетики на современном этапе

Выделяют 2 направления в энергетике:

1 получения электричества ха счет не возобновляемых (ископаемых)

• на органическом топливе (уголь, газ, нефть);

• атомная.

2. получения электричества за счет возобновляемых источников энергии(ВИЭ)

• энергия солнца (солнечная радиация);

• энергия ветра;

• энергия воды;

• биоресурсы;

• геотермальная энергия.

Тема : Основные типы электростанций и их принципиальные особенности

В настоящее время в выработке электроэнергии участвуют электростанции следующих типов:

1. Тепловые электростанции (ТЭС), которые в свою очередь делятся на электростанции следующих типов:

   • с паровыми турбинами (наиболее распространённые);

   • с двигателями внутреннего сгорания:

   • с газовыми турбинами.

ТЭС с паровыми турбинами могут быть:

• конденсационные (КЭС), крупные КЭС получили название Государственных районных электрический станций (ГРЭС);

• теплофикационные (ТЭЦ);

• атомные (АЭС), в которых вместо котла применяется атомный реактор с теплообменными устройствами.

2. Атомные электростанции (АЭС).

3. Гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие (ГАЭС).

4. Дизельные (ДЭС).

5. Солнечные (СЭС).

6. Геотермальные (ГЕОТЭС).

7. Приливные (ПЭС).

8. Ветровые (ВЭС).

Технологический процесс производства электроэнергии на электростанции

На ТЭС топливо (уголь, нефть, газ) сжигается для подогрева воды в котле и образования пара. Энергия водяного пара приводит во вращение турбину, которая соединена с генератором.

Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электроэнергию.

На конденсационных электростанциях (КЭС) для вращения турбины используется весь пар, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды. Вблизи должны быть водоемы, необходимые для охлаждения и конденсации пара, отработавших в турбинах. На ТЭЦ в отличии от КЭС пар частично отработавший в турбине используют для технических нужд ПП, а также для отопления и горячего водоснабжения.

Принципиальная схема кэс

Дымовые газы

Т

4

5

6

Пар

СН

Д

G

1

~

Тб

Топливо

10

2

Воздух

Кт

Э

ЦН

ДВ

9

7

Питательная вода

3

Источник холодной воды

К

8

ПН

12

11

Др

ХОВ

КН

1. Котел;

2. Дутьевой вентилятор (подогретый воздух);

3. Питательный насос (питательная вода);

Топливо (уголь, воздух, торф, сланцы);

4. Дымосос - откачивает образующиеся при сгорании газы и через дымовую трубу производит выброс в атмосферу;

5. Паровая турбина – перегретый пар из котла подается в турбину;

6. Генератор - ротор генератора жестко связан с турбиной, которая вращается под действием пара;

7. Конденсатор (теплообменник) - туда поступает отработанный пар, здесь он конденсируется благодаря пропуску через конденсатор значительного количества холодной циркуляционной воды;

8. Эжектор, с помощью которого удаляется воздух, попадающий в конденсатор через течи;

9. Циркуляционный насос;

10. Источник холодной воды (река, озеро, искусственное водохранилище);

11. Конденсатный насос - выкачав конденсат из конденсатора, вода попадает в деаэратор;

12. Деаэратор - предназначен для удаления из питательной воды газов, в первую очередь кислорода, вызывающего усиленную коррозию труб котла. Для компенсации потерь в деаэратор поступает химически очищенная вода.

В Котел КТ(1) подается топливо (уголь, мазут, торф, сланцы), подогретый воздухи питательная вода (ее потери компенсируются химически очищенной водой (ХОВ)). Подача воздуха осуществляется дутьевым вентилятором ДВ(2), а питательной воды – питательным насосом ПН(3). Образующиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла дымососом Д(4) и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.

Острый пар из котла подается в паровую турбину ПТ (5), где проходя через ряд ступеней совершает механическую работу, а именно вращает турбину и жестко связанные с ней ротор генератора Г (6).

Отработанный пар поступает в конденсатор К(7), здесь он конденсируется благодаря пропуску через конденсатор значительно холодной циркуляционной воды.

Источником холодной воды (10) могут быть река, озеро, искусственное водохранилище, а также искусственные установки с охлаждающими башнями (градирнями) или с брызгальнными бассейнами с относительно мелкими электростанциями, откуда вода подается циркуляционным насосом ЦН(9).

Воздух попадающий в конденсатор через не плотности удаляется с помощью эжектора Э (8)

Конденсатор образующийся в конденсаторе с помощью конденсаторного насоса Кн (11) подается в деаэратор Др (12), который предназначен для удаления из питательной воды газов и в первую очередь кислорода вызывает усиленную коррозию труб котла.

В Д также подается ХОВ, после Д питательная вода с помощью питательного насоса (3) подается в Кт, предварительно вода подогревается причем в подогревателях различного типа.

Пропуск основной массы пара приводит к тому, что 60-70% тепловой энергии уносится циркуляционной водой.

Особенности КЭС следующие:

1. Строятся по возможности ближе к месторождению топлива.

2. Подавляющую часть выработанной электроэнергии отдают в электрические сети повышенного напряжения, равное 110-750 кВ.

3. Работают по свободному графику выработки электроэнергии, мощность может меняться от расчетного максимального до так называемого технологического минимума.

4. Низкоманевренные – разворот турбин из холодного состояния требуется от 3 до 10 часов.

5. Имеют относительно низкий КПД (30-40%).

ТЭЦ

В отличии от КЭС на ТЭЦ имеются значительные отборы пара, частично отработанного в турбине на производственные или коммунально-бытовые нужды. При снижении электрической нагрузки ТЭЦ, ниже мощности на тепловом потреблении необходимое для потребителей тепловой энергии может быть получена с помощью редукционно-охладительной установки питающийся острым паром котла.

Чем больше отбор пара из турбины для теплофикационных нужд, тем меньше энергии уходит с циркуляционной водой и, следовательно, тем выше КПД.

Особенности ТЭЦ:

1. Строится вблизи потребителей тепловой энергии.

2. Обычно работают на привозном топливе.

3. Большую часть вырабатываемой электроэнергии выдают потребителям вблизи лежащих районов (11 км) на генераторном или повышенном напряжении.

4. Работают по частично вынужденному графику выработки электроэнергии, то есть график зависит от теплового потребления.

5. Низкоманевренные.

6. Имеют относительно высокий суммарный КПД (при значительных отборах пара на производстве и КБН, КПД равен 60-70%).

Особенности:

1. Могут сооружаться в любом географическом месте.

2. По своему режиму автономны от ряда внешних факторов.

3. Требуют малого количества топлива.

4. Могут работать по свободному графику нагрузок.

5. Чувствительны к переменному режиму (особенно АЭС с реакторами на быстрых нейтронах). По этой причине, а так же требования экономической работы для АЭС выработаются базовая часть графика нагрузки.

6. Слабо загрязняют атмосферу, выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны и не превышают значений допускаются санитарными нормами.

ГЭС

Особенности

1. Строятся там, где есть гидроресурсы и условия для строительства, что обычно не совпадают с местами расположения электрической нагрузки.

2. Большую часть выработанной электроэнергии отдают в электрические сети повышенного напряжения.

3. Работают по свободному графику при наличии водохранилищ.

4. Высоко маневренные (разворот и набор нагрузки 3-5 минут).

5. КПД до 85%.