4. Графики электрических нагрузок

а) Общие положения

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а следовательно, и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт гра­фиком нагрузки, т. е. диаграммой изменения мощности (тока) элек­троустановки во времени.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, ре­активной g, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки.

Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т. п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они отно­сятся, графики можно разделить на следующие группы:

графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;

сетевые графики нагрузки - на шинах районных и узловых подстанций;

графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;

графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогно­зов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

б) Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью реги­стрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведе­ниями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки

( 1.10)

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей

( 1.И)

^Г-Де Лср,_п и ц_срс - соответственно средние КПД электроустановок потреби­телей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка потребите­лей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство Учитывается коэффициентами одновременности ^ и загрузки fc,. Тогда вы­

ражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

_{Рпшх =} ^k°^ Y. Р.™ = (1.12)

Т^ср, п т^ср, с

где к_тр — коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей а приводятся в справочной литературе. Средние значения коэффициентов спроса для некоторых промышленных потребите­лей приведены в табл. 1.2.

Найденное по (1.12) значение максимальной нагрузки является наиболь­шим в году и соответствует обычно периоду зимнего максимума нагрузки.

Кроме Р_т01, для построения графика необходимо знать характер изме­нения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования анало­гичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рис. 1.24, а.

Для удобства расчетов график выполняется ступенчатым. Наибольшая возможная за сутки нагрузка принимается за 100%, а остальные ступени графика показывают относительное значение нагрузки для данного вре­мени суток.

При известном Р_тах можно перевести типовой график в график нагруз­ки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

п%

р — CSL р

" 100 '"ⁿⁱ’

где п%- ордината соответствующей ступени типового графика,%.

На рис. 1.24,6 показан график потребителя электроэнергии, полученный из типового (рис. 1.24, а) при Р_твх = 20 МВт.

Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни не­дели. Это — типовые графики зимних и летних суток для рабочих дней,

Таблица 1.2. Коэффициент спроса /с_спр

Потребитель	Среднее значение коэффициента спроса
Черная металлургия:
доменный* цех	0,6 .
мартеновский цех	0,3
установка непрерывной разливки стали	0,7
прокатные станы	0,4 — 0,6
машиностроение	. 0.14-0,6
Химическая п ромышленность	0,7-0,9
Текстильная промышленность	0,7-0,85
Производственная вентиляция и кондиционирование	0,9

г

Рис. 1.24. Суточные графики актив­ной нагрузки потребителя:

а — типовой; Г> — в именованных единицах

О.) 6)

рафик выходного дня и т, д. Основным является обычно зимний су­точный график рабочего дня. Его максимальная нагрузка /%„ принимает­ся за 100%, и ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно этого значения {рис. 1.25).

Кроме графиков активной нагрузки, используют графики реактивной нагрузки. Типовые графики реактивного потребления также имеют орди­наты ступеней, %, абсолютного максимума:

0-13)

где tg(p_mBJC определяется по значению cos(p„„, которое должно быть задано как исходный параметр для данного потребителя.

С

Рис. 1.25. Пример типового графика конкретного вида производства (черная металлургия):

^ *- график рабочего дня; 2 — график вы­годного дня

Рис. 1,26. Суточные графики ак­тивной, реактивной и полной мощности потребителя

уточный график полной мощности можно получить, используя из­вестные графики активной и реактивной нагрузок. Значения мощности по

ступеням графика (рис, 1.26) определяются по выражениям

Si~V^i + eb \

Sj-I/pFTgI;

(114)

* * * *****

s.-y'fTTtf,

где Р„ и Q „ - активная и реактивная нагрузки данной ступени в имено­ванных единицах.

в) Суточные графики районных подстанций

Эти графики определяются с учетом потерь активной и реактивной мощностей в линиях и трансформаторах при распределении электроэнер­гии.

Потери мощности от протекания тока в проводах линий и в обмотках трансформаторов являются пер_{еменными} величинами, зависящими от на­грузки. Постоянную часть потерь мощности в сети определяют в основ­ном потери холостого хода трансформаторов.

Постоянные потери распределения ДРрТ. и переменные потери

A

В

Ш

в)

QIvl-пм Д^ля максимального режима в i-м элементе сети (линии,

Рис. 1.27. К построению графика активной нагрузки электрической сети (на шинах районной подстанции):

о-схема сети: 6 - графики нагрутыи отдельных потребителей; «-суммарный график на- грузки

трансформаторе) находят с использованием методов, известных из курса «Электрические сети». Суммарные потери для любой ступени графика на­грузки подстанции могут быть найдены из выражений

(1.15)

г

1-го элемента сети, соответствующая рассматриваемой

де S, - нагрузка я-й ступени суммарного графика на­грузки; _тах ~ нагрузка элемента (ли­нии, трансформатора), при которой определены &Р™?_тах и

Способ построения графика актив­ной нагрузки для конкретной сети по­казан на рис. 1.27.

Рис. 1.28. Графики активной нагрузки энергосистемы

Рис. 1.29, Графики активной нагрузки для 1’ЭЦ, работающей в энергосистеме;

а — поясняющая схема; 6 - графики выработки и потребления мощности на генераторном на­пряжении; в — трафик нагрузки трансформато­ров связи

*>

о h д л и? 20 24ц

г) Суточные графики нагрузки электростанции

Суммируя графики нагрузки потребителей и потери распределения в электрических сетях в целом по энергосистеме, получают результирую­щий график нагрузки электростанций энергосистемы.

График нагрузки генераторов энергосистемы получают из графика мощности, отпускаемой с шин, учитывая дополнительно расход электро­энергии на собственные нужды (рис. 1.28). При значительных колебаниях нагрузки электростанций необходимо учитывать переменный характер по­требления собственных нужд

( 1.16)

где Р; — мощность, отдаваемая с шин станции; Р_уст - установленная мощ­ность генераторов; P_Ct„ _т1И — максимальный расход на собственные нужды, определяемый с учетом данных табл. 5.2; коэффициенты 0,4 и 0,6 прибли­женно характеризуют соответствующую долю постоянной и переменной части расхода на собственные нужды Р,..

Нагрузка между отдельными электростанциями распределяется таким образом, чтобы обеспечить максимальную экономичность работы в целом по энергосистеме. Исходя из этих соображений, диспетчерская служба энергосистемы задает электростанциям суточные графики нагрузки.

При проектировании электрической части электростанции необходимо знать график нагрузки трансформаторов и автотрансформаторов связи с энергосистемой (см. гл. 5). Способ построения такого графика для транс­форматоров связи ТЭЦ с энергосистемой показан на рис, 1.29.

Требуемый график Р_т получают, вычитая из графика нагрузки генера­торов Р_Т график потребления местной нагрузки и расход электроэнергии на собственные нужды Р_сн.

д) Годовой график продолжительности нагрузок

Этот график показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в со­ответствующем масштабе, по оси абсцисс — часы года от 0 до 8760.На- грузки на графике располагают в порядке их убывания от P_mu:i до P_miri (рис. 1.30).

Построение годового графика продолжительности нагрузок произво­дится на основании известных суточных графиков. На рис, 1.31 показан способ построения графика при наличии двух суточных графиков нагруз­ки - зимнего (183 дня) и летнего (182 дня).

Для наиболее распространенных потребителей электроэнергии в спра­вочниках приводятся типовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

Г рафик продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико- экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течение года и т. п.

е) Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, произведенной или потребленной электроустановкой за рас­сматриваемый период:

W_B = Y.PiT,, (1.17)

где Р,-— мощность i-й ступени графика; Т/— продолжительность ступени.

Средняя нагрузка установки за рассматриваемый период (сутки, год) равна:

(

Рср-

1.18)

где Т — длительность рассматриваемого периода; Ж_п— электроэнергия за рассматриваемый период.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения

Коэффициент заполнения графика нагрузки показывает, во сколько раз выработанное (потребленное) количество электроэнергии за рассматри­ваемый период (сутки, год) меньше того количества энергии, которое было бы выработано (потреблено) за то же время, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, что чем равномернее график, тем ближе значение k_in к единице.

Для характеристики графика нагрузки установки можно воспользовать­ся также условной продолжительностью использования максимальной нагрузки

W_a Р_ср Т ,

Т_та, = -г— = = ^т. {1,20}

* тпах * даго

Эта величина показывает, сколько часов за рассматриваемый период Т(обычно год) установка должна была бы работать с неизменной макси­мальной нагрузкой, чтобы выработать (потребить) действительное количе­ство электроэнергии W„ за этот период времени. Определение величины Т_тах можно проиллюстрировать на примере рис. 1.26.

В практике применяют также коэффициент использования установленной мощности

¹

ТР,

уст

I уст

ср

или продолжительность использования установленной мощности

T_y„=W„/P_ycr = k_HT. (1.22)

В формулах (1.21) и (1,22) под Р_уст следует понимать суммарную уста­новленную мощность всех агрегатов, включая резервные.

Коэффициент использования к_и характеризует степень использования установленной мощности агрегатов. Очевидно, что к^< 1, а Т_уст < Т. С уче­том соотношения Р_уст > P_mas имеем к_а sS Jc,_tt.

В среднем для энергосистем Советского Союза продолжительность ис­пользования установленной мощности электростанций составляет около 5000 ч в год.

Вопросы для самопроверки

1. Какие типы электростанций используются в СССР и какова их роль в про­изводстве электроэнергии?

2. Почему электроустановки разделяют на группы до 1 кВ и выше I кВ?

3. Что понимается под схемой электрических соединений?

4. В чем достоинства блочного принципа построения ТЭС в тепловой и элек­трической части?

5. Какие тех ник о-экономические преимущества дает объединение электростан­ций в энергосистемы?

6. Как ТЭС влияют на окружающую среду?

7. В чем преимущества и недостатки работы сети с незаземленной (изолиро­ванной) нейтралью?

8. В чем отличия сетей с эффективно- и резонансно-заземленной нейтралью?

9. В каких сетях применяется режим глухозаземленной нейтрали?

10. Где используются графики электрических нагрузок И их основные разно­видности?

11. Какие показатели графиков нагрузки вы знаете?

ГЛАВА ВТОРАЯ

ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ