ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Электрическая часть станций и подстанций_2019

Министерство образования и науки Российской Федерации

________

САНКТПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО

С.С. Петрова, О.А. Васильева, М.А. Шахова, М.Г. Попов

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета

2019

УДК 621.311.2 (075.8) ББК 31.277.1я73

Петрова С.С., Электрическая часть станций и подстанций: Учебное пособие / С.С. Петрова, О.А. Васильева, М.А. Шахова, М.Г. Попов – СПб.: Издво Политехнического ун-та, 2019. 144 с.

Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Электрическая часть станций и подстанций» направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

В пособии приведены сведения о производственной структуре и показателях работы ЕЭС России. Подробно рассмотрены типовые схемы распределительных устройств электростанций и подстанций. Даны сведения о синхронных генераторах и силовых трансформаторах. Изложен выбор электрических аппаратов и токоведущих частей по общим условиям. Приведены примеры главных схем электрических соединений действующих электростанций и подстанций.

Издание представляет собой конспект лекций, содержит примеры проверочных заданий для самостоятельной работы студентов, дополнено справочными материалами, которые могут быть использованы в ходе выполнения курсового проекта по соответствующей дисциплине.

Предназначено для студентов электроэнергетических специальностей, изучающих дисциплины «Электрические станции и подстанции», «Электрическая часть электростанций», «Распределительные устройства электростанций», «Электрооборудование ТЭС и АЭС» в рамках подготовки по направлениям 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Может быть использовано при выполнении выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров.

Табл. 17. Ил. 72. Библиогр.: 20 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета СанктПетербургского политехнического университета Петра Великого

©Петрова С.С., Васильева О.А., Шахова М.А., Попов М.Г. 2019

©Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2019

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.СВЕДЕНИЯ О ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Представленный конспект лекций предназначен для студентов, изучающих дисциплину «Электрическая часть станций и подстанций» направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Впособии приведены сведения о производственной структуре и показателях работы ЕЭС России. Подробно рассмотрены типовые схемы распределительных устройств электростанций и подстанций с учетом требований действующих отраслевых стандартов ПАО «Россети». Даны сведения о синхронных генераторах и их системах возбуждения, рассмотрены силовые трансформаторы, режимы работы автотрансформаторов.

Необходимо отметить, что конспект лекций включает не все разделы, которые входят в программу данной дисциплины. В 2012 году в издательстве Политехнического университета было издано учебное пособие «Производство электроэнергии» [8], которое используется студентами при курсовом проектировании. В нем рассмотрены вопросы построения схем электрических соединений для электростанций различных типов и подстанций, техникоэкономическое сравнение вариантов, схемы электроснабжения собственных нужд электроустановок. Эти разделы рекомендуются для изучения по данному учебному пособию.

Впособии по проектированию приведен более подробный выбор аппаратов и проводников, в конспекте лекций рассмотрены общие условия выбора и дана сводная таблица условий выбора. Таким образом, эти два издания необходимо рассматривать совместно.

Следует также добавить, что конструкции коммутационных аппаратов, измерительных трансформаторов тока и напряжения, распределительных устройств рассматриваются в специальных курсах «Электрические аппараты», «Распределительные устройства», материал которых также тесто связан с курсом «Электрическая часть станций и подстанций».

С другой стороны в приложениях к издаваемому конспекту лекций приведены примеры чертежей схем электрических соединений конкретных действующих станции и чертежи конструкций КРУЭ. Эти материалы помогут изучению материала конспекта лекций и выполнению курсовых проектов.

5

1. СВЕДЕНИЯ О ЕДИНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ РОССИИ

1.1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЕЭС РОССИИ

ВПравилах устройства электроустановок (ПУЭ) дано определение: энергетическая система (энергосистема) – это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режи-

мом [1].

Энергосистема России имеет трехуровневую структуру. Нижний уровень соответствует региональным энергосистемам (РЭС). Региональные энергосистемы, имеющие общий режим работы и общее диспетчерское управление, образуют объединенные энергосистемы (ОЭС). Объединенные энергосистемы, соединенные межсистемными связями, охватывающие значительную часть территории страны, образуют единую энергетическую систему (ЕЭС) России.

По состоянию на 1 января 2018 года в ЕЭС России входят 73 региональных энергосистемы [2], которые образуют семь объединенных энергосистем (рис. 1.1). Шесть из них: ОЭС Центра, Средней Волги, Урала, Северо-Запада, Юга, Сибири соединены межсистемными линиями электропередачи напряжением 220 – 750 кВ и работают параллельно (в синхронном режиме). Седьмая энергосистема, ОЭС Востока, связана тремя высоковольтными линиями электропередачи на напряжении 220 кВ с ОЭС Сибири и работает отдельно от остальных ОЭС.

Распределение региональных энергосистем по объединенным энергосистемам приведено в табл. 1.1. Энергосистема Калиниградской области (АО «Янтарьэнерго» филиал ПАО «Россети») входит в состав ОЭС Сверо-Запада, но территориально изолирована от нее и имеет межгосударственные связи с энергосистемой Литвы (3 ВЛ 330 кВ, 3 ВЛ 110 кВ, 1 ВЛ 10 кВ).

Региональные энергосистемы, действующие на территориях Чукотского автономного округа, Камчатского края, Сахалинской и Магаданской областей, г. Норильск и Таймырского полуострова, центральной и северной частей Республики Саха (Якутия), являются изолированными и не входят в состав ЕЭС России.

6

ЕЭС России работает параллельно с энергосистемами стран СНГ и других государств (рис. 1.2): Белоруссии, Эстонии, Латвии, Литвы, Украины, Молдавии (через энергосистему Украины), Грузии, Азербайджана, Казахстана, Узбекистана и Киргизии (через энергосистему Казахстана), Монголии. По линиям электропередачи переменного тока осуществляется передача электроэнергии в энергосистемы Южной Осетии и Абхазии. От ЕЭС России, в том числе через преобразовательные устройства постоянного тока, электроэнергия передается в энергосистемы Финляндии, Норвегии, Китая. Также параллельно с энергосистемами Финляндии и Норвегии работают отдельные генераторы гидроэлектростанций Ленинградской и Кольской энергосистем, и один из блоков СевероЗападной ТЭЦ.

В 2018 г. в ЕЭС России входит 748 электростанций мощностью свыше 5 МВт. Из них более 600 являются тепловыми электростанциями (ТЭС) и разделяются на конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), более 100 - гидравлическими (ГЭС), 10 - атомными (АЭС), имеется небольшое количество солнечных (СЭС) и ветровых (ВЭС) электростанций.

На мощных ТЭС и АЭС эксплуатируются энергоблоки единичной мощностью 500, 800, 1000, 1200 МВт. Мощность отдельных атомных электростанций в России достигает 4 ГВт, к ним относятся Балаковская, Курская АЭС. Мощность Лениградской АЭС с учетом ввода в эксплуатацию энергоблока с реактором ВВЭР-1200 и закрытия энергоблока с реактором РБМК-1000 в 2018 г. составит 4,2 ГВт. Крупнейшая тепловая электростанция, Сургутская ГРЭС-2, имеет установленную мощностью 5,6 ГВт (топливо - газ). Самая крупная гидроэлектростанция, Саяно-Шушенская ГЭС, имеет мощность 6,4 ГВт.

8

Рис. 1.2 Баланс электроэнергии ЕЭС России с учетом межгосударственных перетоков в 2017 г., млн. кВтч [2]

9

Объединение электростанций в энергосистемы и энергосистем с помощью линий электропередачи на параллельную работу дает ряд технических, экономических, эксплуатационных преимуществ:

1)снижает стоимость 1 кВт установленной мощности электростанций и ускоряет ввод новых мощностей за счет внедрения в эксплуатацию энергобло-

ков большой единичной мощности, что улучшает технико-экономические показатели энергетики;

2)повышает надежность электроснабжения потребителей, так как за счет наличия связей между электростанциями и энергосистемами создаются возможности осуществлять более надежные схемы электроснабжения;

3)позволяет улучшить качество электрической энергии, т.е. поддерживать параметры напряжения и частоты в пределах, нормированных ГОСТ 32144, за счет того, что колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов, используется общий резерв активной и реактивной мощности для регулирования частоты и поддержания уровней напряжения в узлах энергосистем;

4)повышает экономичность производства и распределения электроэнергии за счет наиболее рационального распределения нагрузки между электростанциями и оптимального использования энергоресурсов; например, ГЭС имеют существенно более низкую себестоимость электроэнергии, чем ТЭС, работа ГЭС в составе энергосистемы позволяет полностью использовать водные ресурсы в период многоводья и получать дешевую электроэнергию, а в маловодные годы компенсировать недовыработку ГЭС за счет электростанций других типов;

5)позволяет снизить требуемую мощность электростанций за счет временного сдвига суточных максимумов нагрузки и уменьшить необходимый оперативный суммарный резерв мощности (при достаточной пропускной способности межсистемных связей); запас мощности необходим для резервирования генераторов в случае их повреждения, проведения ремонтов оборудования, обеспечения устойчивости и надежности работы энергосистемы.

1.2. СТРУКТУРА УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

На 1 января 2018 г. установленная мощность всех электростанций ЕЭС России составила 239,8 ГВт, в т. ч. ТЭС — 162,8 ГВт (67,9 %), ГЭС — 48,4 ГВт

(20,2 %), АЭС — 28 (11, 6%) ГВт, ВЭС и СЭС — 0,67 ГВт (менее 0,3 %) [2].

10