7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-1_н

отпускания») − болевые ощущения и мышечные судороги. Токи свыше 100 мА, протекающие через человека более 3 с, могут привести к смертельному исходу. Кратковременные искровые разряды, при которых через человека протекает импульсный ток даже с достаточно большими амплитудными значениями, не представляют опасности для жизни.

Указанные воздействия электрического поля устанавливают определенные условия труда и возможности пребывания населения в охранной зоне ВЛ, имеющей границы в виде параллельных линий. Напряженность электрического поля внутри охранной зоны превышает 1 кВ/м. Для ВЛ 330 кВ зона составляет 18 м; 500 кВ − 30 м; 750 кВ − 40 м. Напряженность поля имеет наибольшее значение под линией и по мере удаления от нее быстро уменьшается. Соответственно зона наибольшего влияния поля изза провисания проводов находится в середине пролета, а наименьшего − у опор, где высота подвеса проводов наибольшая и где сказывается экранирующее действие самих опор. Поэтому дороги, пути прогона скота, пешеходные дорожки рекомендуется размещать вблизи опор. В охранной зоне не разрешается размещение постоянных и временных жилых и производственных сооружений.

Электрическое поле наводит на изолированных от земли объектах (автомобили, сельскохозяйственные машины на шинном ходу) заряды, которые при прикосновении к этим объектам человека, стоящего на земле, приводят к протеканию через тело человека импульсного тока. Для обеспечения безопасности в зоне прохождения линий 750 кВ все сельскохозяйственные машины и механизмы оборудуются двумя заземляющими цепями с утяжеляющими грузами на концах для постоянного контакта с землей и сбрасываемыми заглубляемыми заземлителями у водителей, запрещена остановка автотранспорта вблизи линии и др.

В настоящее время разрабатываются мероприятия по уменьшению напряженности электрического поля путем его компенсации, например, монтаж на тех же опорах линий более низкого напряжения с меньшей высотой подвеса, но с противоположным электрическим полем; сближение проводов двух линий с противоположными потенциалами; использование тросов для создания противоположных полей и т. д.

4. Увеличение шума. Источниками шума являются все энергетические

21

объекты. На ЛЭП имеют место:

1)акустический шум − одно из проявлений интенсивной короны на проводах. Он воспринимается человеческим ухом в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Громкость звука особенно велика на линиях с большим числом (более пяти) расщепленных проводов в фазе при дожде и сырой погоде. Если при сильном дожде шум от короны сливается с шумом дождя, то при слабых осадках он воспринимается как превалирующий источник шума. Проведенные расчеты показывают, что для линий СВН и УВН за пределами охранной зоны уровень шумов меньше допустимых;

2)радиопомехи, возникающие при короне на проводах, частичных разрядах и короне на изоляторах и деталях арматуры, искрениях в контактах линейной арматуры. На уровень радиопомех оказывают влияние радиус проводов, условия погоды, состояние поверхности проводов (наличие загрязнений, осадков и др.). Для устранения радиопомех в охранной зоне снижается допустимая напряженность на поверхности провода.

В последнее время в практике строительства и эксплуатации все чаще приходится сталкиваться с вопросами борьбы с шумом от близких к жилым массивам ПС. Источниками шума на ПС являются трансформаторы, вентиляторы и насосы систем охлаждения, синхронные компенсаторы, воздушные выключатели. Снижение шума достигается специальным размещением ПС, применением шумозащитных перегородок.

5. Изъятие из пользования земли и воды. Сооружение энергетических объектов требует отчуждения значительных площадей. При этом нередко из пользования изымаются земли, представляющие интерес для других отраслей экономики. Вопросы отчуждения площадок под строительство электростанций и сетей в густонаселенной части любой страны являются сложной государственной задачей. Для новых крупных КЭС удельная площадь отчуждаемых земель составляет 0,1−0,3 га/МВт и более. В результате повышения экологических требований к электростанциям усложняется их размещение и, как следствие, происходит удаление электростанций от центров потребления.

Для ВЛ по действующим нормам постоянному изъятию подлежат площадки под опорами и фундаментами. Размеры этих площадок равны основанию опоры плюс полоса земли шириной 2 м в каждую сторону. При

22

опорах на оттяжках периметр их основания проходит через точки крепления оттяжек к фундаментам. Кроме постоянного отвода земель, производится временное изъятие полосы земли вдоль трассы линии на период строительства, которая затем входит в охранную зону ВЛ. Стоимость изымаемой земли устанавливается по нормативам для отдельных районов страны и определяется как стоимость восстановления земли с аналогичными по плодородию характеристиками. Для строительства сетей 35 кВ и выше под ПС и опоры ВЛ отводится в среднем 0,1−0,2 га на 1 МВт прироста нагрузки.

Значительные площади занимают водохранилища ГЭС, определяющие более чем на 90 % размеры изымаемой из пользования земли под все энергетические объекты. Однако, несмотря на небольшую долю, занимаемую электросетевыми объектами, в ряде случаев в густонаселенных районах принимаются особые технические решения для снижения отводов земли: широкое распространение многоцепных линий (до четырех − шести цепей разных напряжений на одной опоре), внедрение оборудования с элегазовой изоляцией, более широкое применения кабелей ВН.

6. Эстетическое воздействие линий. В районах с высокой плотно-

стью населения одновременно с экономическими и техническими проблемами, возникающими при строительстве линий СВН и УВН, появляются проблемы эстетического воздействия этих линий на окружающую среду. Это воздействие связано с размерами (высотой) опор, их архитектурными формами, с окраской всех элементов линий. Для лучшего визуальноэстетического восприятия рекомендуется: выбор опор, отвечающих требованиям промышленной эстетики и правильным архитектурным формам; естественное прикрытие (экранирование) в виде леса, холмов и др.; маскировка (окраска) элементов линий для снижения их блеска; использование двухцепных опор или опор разной высоты.

Контрольные вопросы

1. Дать определение понятий «энергетическая система», «электрическая система», «источник питания», «электрическая сеть», «приемник электроэнергии», «потребитель электроэнергии», «подстанция», «линия электропередачи», «электроустановка», «электроснабжение», «система

23

электроснабжения«.

2.Современное состояние и перспективы развития мировой электроэнергетики (по миру в целом, по отдельным регионам, странам и т. п.).

3.Современное состояние и перспективы развития электроэнергетики Украины (в целом, отдельным отраслям − производство, передача, распределение электроэнергии, по регионам и т. п.).

4.Влияние электроэнергетики на окружающую среду.

24

ТЕМА 2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Электрическая система является физической системой, в которой происходящие процессы обусловлены одновременной работой всех функционально связанных звеньев (генерирования, передачи и потребления электроэнергии). Поэтому при решении любой технической задачи для электрической системы требуется взаимосвязанное рассмотрение основных ее элементов (источников активной и реактивной мощностей, потребителей мощности и объединяющих их электрических сетей), экономичность работы которых определяет технико-экономические показатели системы в целом.

2.1. Источники активной и реактивной мощностей

2.1.1. Источниками активной мощности в электрической системе

служат генераторы электростанций. Это трехфазные синхронные генераторы (СГ), вращаемые первичными двигателями (паровыми, газовыми и гидравлическими турбинами, дизельными двигателями).

В зависимости от рода первичного двигателя СГ делятся на турбогенераторы (ТГ), гидрогенераторы (ГГ) и дизельные генераторы (ДГ).

Турбогенератор и его первичный двигатель − паровая или газовая турбина – имеют горизонтальное исполнение, монтируются на одном фундаменте и, соединяясь с помощью муфты, образуют турбоагрегат. Турбогенераторы относятся к типу быстроходных машин. Наибольшее распространение получили ТГ с одной парой полюсов (неявнополюсные машины) с частотой вращения 3000 об/мин. На АЭС с относительно низкими параметрами пара применяются тихоходные ТГ – четырехполюсные машины с частотой вращения 1500 об/мин.

Гидрогенератор, соединяясь с гидравлической турбиной, образует гидроагрегат. Гидрогенераторы в большинстве случаев выполняются с вертикальным валом, изготавливаются с большим числом пар полюсов (явнополюсные машины) и являются тихоходными машинами. Их частота вращения находится в пределах от 108 до 910 об/мин и зависит от напора и расхода воды в створе реки. Гидрогенераторы могут иметь специальное исполнение. Это капсульные ГГ, устанавливаемые непосредственно в пото-

25

ке реки и помещаемые внутри водонепроницаемой капсулы (исполнение горизонтальное), и обратимые ГГ, устанавливаемые на ГАЭС.

Для генераторов мощностью до 160 МВт используют электромашинную систему возбуждения, а 160 МВт и выше − высокочастотное, ионное и тиристорное возбуждение. Тиристорное возбуждение, применяемое на ТГ мощностью 300 МВт и выше, является быстродействующим и обеспечивает наибольший предел статической и динамической устойчивости ТГ по сравнению с другими системами возбуждения.

Охлаждение СГ может осуществляться косвенным образом или непосредственно охлаждающей средой. При косвенной системе охлаждения тепло, выделяемое проводниками обмотки генератора, отводится охлаждающей внешней средой; при непосредственной − тепло, выделяемое проводниками , отводится с помощью газа или жидкости, пропускаемых через специальные внутренние каналы полых проводников. При этом в качестве охлаждающей среды для ТГ используют воздух, водород, воду, масло (в перспективе − гелий), для ГГ − воду.

К основным техническим данным СГ относятся: номинальное напряжение, кВ; номинальная мощность, МВт; номинальный коэффициент мощности (соs ном); номинальная реактивная мощность, Мвар; КПД.

Турбогенераторы выпускают на напряжения 6,3; 10,5; 15,75; 18; 20; 24 и 36,75 кВ; ГГ − на напряжения 3,15; 6,3; 10,5; 11; 13,8; 15,75 и 16,5 кВ.

Номинальные активные мощности ТГ равны 2,5; 4; 6; 12; 20; 30; 32;

60; 63; 100; 160; 200; 220; 300; 500; 1000 и 1200 МВт; ГГ изготавливают на большое число номинальных мощностей − от 20 до 640 МВт.

Возможна работа генератора с активной нагрузкой, превышающей номинальную мощность, при учете допустимых перегрузок по току ротора и току статора. Регулирование активной мощности, отдаваемой генератором в систему, осуществляется изменением момента первичного двигателя, т. е. изменением поступления пара или воды в турбину. Номинальный коэффициент мощности большинства типов выпускаемых генераторов равен 0,8−0,9. Возможна длительная работа при повышении соs до 1 для генераторов с косвенным охлаждением и до 0,95–0,96 для генераторов с непосредственным охлаждением. Если электростанция располагается вблизи потребителей электроэнергии, целесообразно устанавливать генераторы с

26

соs равным 0,8−0,85 и передавать реактивную мощность по линии, что позволяет снизить потребную мощность компенсирующих устройств. При расстоянии более 50 км передача реактивной мощности становится нецелесообразной, поэтому ТГ большой мощности (свыше 500 МВт), устанавливаемые на удаленных от потребителей электростанциях выполняются с соs равным 0,9.

Номинальная реактивная мощность генератора обусловлена его номинальной активной мощностью и номинальным значением соs.

КПД генераторов при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности колеблется в пределах 96−99 %. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора падает.

Перспективными источниками мощности в электрических системах следует считать:

1)мощные асинхронные ТГ, обладающие высокой надежностью, простотой изготовления, сравнительно низкой стоимостью, а также возможностью повышения их единичной мощности из-за отсутствия обмоток возбуждения. Основной недостаток асинхронных ТГ − потребление значительной реактивной мощности, расходуемой на создание вращающегося магнитного поля, поэтому их использование может стать целесообразным в энергосистемах с избытком реактивной мощности наряду с применением СГ.

2)магнитогидродинамические генераторы (МГДГ), являющиеся прямыми преобразователями тепловой энергии в электрическую (без промежуточного превращения тепловой энергии в механическую). Принцип действия МГДГ основан на законе электромагнитной индукции. Роль проводника, пересекающего поле, играет ионизированный газ в виде низкотемпературной плазмы. В плазме, движущейся в магнитном поле, наводится ЭДС и при наличии электрической связи с нагрузкой возникает индуцированный постоянный ток.

Перспективность МГД-установок обусловлена возможностью создания энергоагрегатов больших единичных мощностей. Энергоагрегаты создаются в сочетании с паросиловыми блоками примерно такой же мощности. При этом отработавшие в МГДГ газы с температурой порядка 2000 °С используются в парогенераторе в качестве обычного теплоносителя. К достоинствам таких установок следует отнести также достаточно высокую

27

маневренность МГДГ, отсутствие вращающихся частей, принципиальную возможность использования широкого диапазона топлива (вплоть до ядерного) и, наконец, высокую тепловую экономичность энергоустановки в целом. КПД крупных ТЭС с МГДГ в перспективе составит 55−60 %, т. е. в полтора раза выше, чем обычных ТЭС.

Основные причины, сдерживающие промышленное использование МГД-установок, связаны с трудностями создания огнеупорных и термостойких материалов, применение которых позволило бы довести рабочую температуру плазмы до 2700−3000 °С, обеспечив ее высокую электропроводность. Помимо этого, во избежание перегрева обмоток электромагнита, через которые пропускают огромные токи для создания магнитного поля МГДГ, и снижения потерь энергии в этих обмотках они должны быть выполнены из сверхпроводящих материалов.

МГДГ вырабатывают мощность на постоянном токе, который может быть преобразован в переменный ток частоты 50 Гц с помощью преобразовательных устройств.

Преобразование тепловой энергии в электрическую термоионным, термоэлектрическим и электрохимическим путями в большой энергетике практически не используется, так как получить значительные мощности этими способами пока не удается.

В последние годы резко возрос интерес к новым видам установок крупномасштабного аккумулирования электроэнергии. Уже действующими аккумуляторами энергии можно считать: водохранилища ГЭС и склады топлива в энергосистеме, подземные хранилища газа в системах газоснабжения, емкости сетевой воды в системах теплоснабжения и т.д.

Аккумулирующие установки (АКУ) при использовании их для покрытия переменной части графика нагрузки дают двойной эффект: при разряде разгружают остальные электростанции от пиковых нагрузок и повышают их загрузку в часы провалов нагрузки. Однако возможности АКУ в сложных по структуре и режимам современных энергосистемах не исчерпываются участием в регулировании суточного графика нагрузки, а значительно шире. Многообразие этих возможностей можно свести к трем принципиально отличающимся направлениям использования АКУ:

1) получение дополнительной мощности за счет энергии, запасенной

28

впериоды снижения нагрузки;

2)запасенная в АКУ электроэнергия может создавать импульсы мощности длительностью от долей секунды до нескольких минут для поддержания баланса мощности дефицитного узла на время переходного процесса или автоматических переключений в питающей сети либо на время, необходимое для ограничения потребителей;

3)преобразование одного вида энергии, за счет которого производится заряд, в другой, получаемый при разряде. Такое использование в ряде случаев может быть технически необходимым и не иметь альтернатив. Например, крупномасштабное применение ПЭС, СЭС, ВЭС и других нетрадиционных электростанций, на которых режим производства электроэнергии резко не соответствует режиму ее потребления, может потребовать применения аккумулирования в качестве обязательного условия.

Практически единственный в настоящее время подготовленный к массовому использованию в энергосистемах вид установок крупномасштабного аккумулирования энергии − это ГАЭС.

2.1.2. Источниками реактивной мощности в электрической системе

служат синхронные машины при их перевозбуждении, емкость ЛЭП, конденсаторы и другие элементы, в которых ток по фазе опережает приложенное напряжение.

Источники реактивной мощности можно подразделить на системные и потребительские.

Системные источники осуществляют генерирование реактивной мощности в узлах электрической системы. К ним относятся синхронные компенсаторы (СК), мощные батареи статических конденсаторов (БСК) поперечного включения, статические тиристорные компенсаторы (СТК), называемые также «статические компенсаторы» и «статические источники реактивной мощности» (статические ИРМ).

Синхронные генераторы являются основными источниками реактивной мощности. При снижении активной нагрузки генератора может увеличиваться выдаваемая им реактивная мощность. Синхронный генератор может быть переведен в режим выдачи только реактивной мощности, если снять с него активную нагрузку и загрузить реактивным током. В этом случае генератор будет работать в режиме СК. Регулирование выда-

29

ваемой реактивной мощности генератора производится при соответствующем изменении тока возбуждения.

Нормальным током возбуждения называют ток, при котором соs = 1 и реактивная мощность соответственно равна нулю. При перевозбуждении генератор становится источником реактивной мощности, при недовозбуждении − потребляет ее из сети. Длительная работа ТГ в режиме СК с перевозбуждением допускается только при токе возбуждения не выше номинального, максимально возможная реактивная нагрузка его в режиме недовозбуждения определяется на основе тепловых испытаний. Генерирование реактивной мощности приводит к возрастанию токов в обмотках статора и ротора генератора, что вызывает некоторое удорожание машины по сравнению с машиной, предназначенной для генерирования при полной нагрузке только активной мощности. Тем не менее, удельные затраты на генерирование реактивной мощности в этом случае почти в 10 раз меньше, чем затраты на установку других источников реактивной мощности.

На электростанциях специально для выработки реактивной мощности могут быть выделены генераторы, не загруженные в отдельные часы суток или в определенные сезоны. При этом для ТГ возможны следующие способы перевода их в режим выдачи только реактивной мощности:

1)работа в режиме холостого хода, когда турбина вращает генератор, загруженный только реактивной мощностью; этот способ наименее экономичен из-за значительного расхода пара в турбине;

2)работа в беспаровом режиме, когда генератор вращает турбину, работая только как слабо загруженный синхронный двигатель; пар расходуется только для вентиляции лопаток;

3)работа генератора в режиме СК при отключенной турбине; этот способ наиболее экономичен, но для нагрузки турбоагрегата активной мощностью требуется останов генератора для присоединения турбины и ее прогрев.

Перевод ГГ в режиме СК производится проще и быстрее, чем ТГ, и может быть легко автоматизирован. При этом рабочая камера освобождается от воды, а осушенная турбина продолжает вращаться вместе с генератором. Наиболее широко применяются ГГ для выдачи реактивной мощности

30