книги из ГПНТБ / Поспелов, Г. Е. Энергетические системы учеб. пособие

6П2.11

П6І

У Д К 621.311 (075.8)

Рецензенты: кафедра «Электрические системы и сети» Ленин­ градского политехнического института (зав. кафедрой — докт. тсхи. наук. проф. О. В. Щербачев), сотрудники кафедры «Электрические системы и сети» Новосибирского электротехнического института (зав. кафедрой — каид. техн. наук, доц. В. М. Чебан), зав. кафедрой «Электрические системы и сети» Ивановского энергетического инсти­ тута, докт. техи. наук. проф. Д. П. Ледянкин и доцент той же кафед­ ры, каид. техи. паук В. П. Помазкин.

Поспелов Г. Е., Федин В. Т.

Энергетические системы. Минск, «Вышэйш. школа»,

П 61 1974.

272 с. с ил.

Учебное пособие по курсу «Энергетические системы» для электроэнерге­ тических специальностей втузов.

Дается общая характеристика энергосистем, различных типов электро­ станций; рассматриваются вопросы формирования графиков нагрузки энерго­ системы и их покрытия; излагаются основы хозяйственного, технического п оперативного управления энергосистемами; освещаются вопросы обеспечения качества частоты н напряжения в энергосистеме. На основе теории надежно­ сти н вероятности рассматриваются надежность и экономичность энергосистем. Большое внимание уделяется методам расчета сложных замкнутых сетей, при­ менению этих методов для расчетов электрических сетей. Излагаются основы технико-экономических расчетов н проектирования энергосистем.

6П2.11

© Издательство «Вышэйшая школа», 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Основы развития энергетических систем Советского Союза были впервые сформулированы в разработанном по инициативе В. И . Ленина плане ГО ЭЛ РО , принятом V III Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г.

В результате успешного развития советской энергети­ ки в настоящее время созданы Единая энергетическая система Европейской части СССР, Объединенные энерго­ системы Центральной и Восточной Сибири, Средней Азии, Северного Казахстана и Дальнего Востока. Директивы X X I V съезда КП СС предусматривают продолжение работ по созданию Единой энергетической системы страны. В ближайшие полтора-два десятилетия все энергетические объекты от Владивостока до Берлина перейдут на параллель­ ную работу, образовав Единую энергетическую систему стран социалистического содружества.

Объединение электростанций на параллельную работу требует решения многих технических и экономических задач по рациональному составу и размещению электри­ ческих станций, регулированию частоты и распределению нагрузок между станциями, регулированию иапряжени$-, обеспечению надежного электроснабжения^ др.

Объединение энергетических систем* обусловило повы­ шение номинального напряжения и увеличение протяжен­ ности электрических сетей. В Советском Союзе эксплуати­ руются электропередачи переменного тока напряжением

Успешное развитие и эксплуатация энергетических си -

1*

стем требуют от инженеров глубокого понимания физичес­ ких процессов и режимов энергетических систем. Для про­ ектирования и эксплуатации энергетических систем необ­ ходимо хорошо владеть соответствующими методами рас­ четов. Современные энергосистемы имеют сложнозамкнутые сети, расчет которых вручную практически невозможен. В настоящее время разработаны методы расчета на ЭЦ ВМ , однако требуется их развитие и улучшение.

Дисциплина «Энергетические системы» изучается сту­ дентами специальности № 0302 «Электрические сети и си­ стемы» энергетических факультетов вузов. До сих пор учеб­ ники и учебные пособия по этому курсу не издавались. Это обстоятельство затрудняет изучение материала студентами.

Содержание данного учебного пособия соответствует программе одноименного курса. Книга может быть также использована студентами электроэнергетических специаль­ ностей № 0301, 0302, 0303 и 0304 при изучении курсов «Электрические сети и системы» и «Оптимизация режимов энергосистем», при курсовом и дипломном проектировании и в учебной научно-исследовательской работе. Материал учебного пособия может быть использован также при изу­ чении новых курсов «Надежность энергетических систем», «Введение в специальность» и «Электрические системы».

Авторы надеются, что данная книга окажется полезной и инженерам, занятым проектированием и эксплуатацией энергетических систем.

Для наглядности теоретический материал пособия по­ ясняется иллюстрациями и примерами.

Авторы выражают благодарность рецензентам: кафед­ рам «Электрические системы и сети» Ленинградского поли­ технического института (зав. кафедрой — докт. техн. наук, проф. О . В . Щербачев) и Новосибирского электротехничес­ кого института (зав. кафедрой — канд. техн. наук, доц. В . М. Чебан), зав. кафедрой «Электрические системы и се­ ти» Ивановского энергетического института, докт. техн. наук, проф, Д . П . Ледянкину и доценту той же кафедры, канд. техн. наук В . П . Помазкину за тщательное рассмот­ рение рукописи и полезные замечания, способствовавшие улучшению книги.

Все замечания и рекомендации просим направлять по адресу: 220600. Минск, ул. Кирова, 24, издательство «Вышэйшая школа».

Авторы

Гл а в а 1. К РАТ К А Я ХА РА К ТЕРИ СТИ К А ЭН ЕРГЕТИ ­

ЧЕС К И Х СИСТЕМ

1.1. Осповпые понятия п определения

Энергетическая система — это совокупность взаимосвя­ занных электрических станций, подстанций, линий элек­ тропередачи, электрических и тепловых сетей, центров потребления электрической энергии и теплоты. Энерго­ система предназначена для выработки и передачи к потре­ бителям электрической энергии и теплоты. Все элементы энергосистемы объединены процессом производства, пре­ образования, передачи и распределения энергии.

Выработка электрической энергии в современных энер­ госистемах производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), теп­

кумулирующих станциях (ГАЭС). Для производства теп­

преобразование одного вида энергии в другой. Электричес­ кая энергия получается за счет энергии падающей воды, химической энергии газа, мазута, угля, торфа, сланцев, атомной энергии. Затем у потребителей она превращается в другие виды энергии: механическую, световую, тепло­ вую и т. д.

Электрическая часть энергетической системы называет­ ся электрической системой. В нее входят все элементы энер­ гетической системы, за исключением тепловой и гидравли­ ческой частей электростанций, тепловых сетей и потреби­ телей.

Электрическая энергия вырабатывается генераторами электрических станций обычно на напряжении 6—20 кв.

5

По техническим и экономическим соображениям для переда­ чи ее к потребителям используют более высокие напряже­

ния. Для этой цели создают систему электроснабжения,

под которой понимают объединенную общим производст­ венным процессом совокупность элементов электрической системы, электропрпеынпки и соответствующие аппараты

Для повышения экономичности и надежности энерго­ систем их объединяют на параллельную работу. Под объ­ единенной энергосистемой (ОЭС) понимают энергетичес­ кую систему, образовавшуюся в результате объединения нескольких отдельных энергосистем, сохраняющих само­ стоятельное административное управление при общем опе­ ративном управлении.

6

Линии электропередачи, связывающие отдельные энер­ гетические системы, называются межсистемными связями

(межсистемными линиями электропередачи). Изолированной энергосистемой называется система, не

имеющая электрических связей с другими энергетическими системами.

Объединение энергетических систем, охватывающее всю территорию страны или значительную ее часть, называет­

единой энергетической системой

зацию выработки электроэнергии и концентрацию гене­ рирующих мощностей, что существенно повышает экономи­ ческую эффективность электроснабжения народного хо­ зяйства. ОЭС обычно создают с помощью относительно слабых межсистемных линий электропередачи небольшой

обладающие относительно высокой пропускной способно­ стью.

На рис. 1.1 в качестве примера представлена принципи­ альная схема энергосистемы, на которой указаны электри­ ческие станции 1, основные внутрисистемные линии 2, межсистемные линии переменного тока 3 и постоянного тока 4, преобразовательные подстанции 5, подстанции с синхронными компенсаторами (СК) 6.

Структура энергосистемы характеризует соотношение мощностей электрических станций и агрегатов различных

ные системы. Характерными примерами указанных типов систем могут служить соответственно энергосистемы Бело­ руссии, Армении и Поволжья.

По характеру потребителей электрической энергии раз­ личают энергосистемы: с преобладанием промышленной нагрузки; с преобладанием коммунально-бытовой и сель­ ской нагрузки; содержащие потребителей смешанного /пи­ па.

Состав потребителей оказывает существенное влияние на характер суточных графиков нагрузки и экономические показатели энергосистемы.

7

1.2. Основные показатели работы энергосистемы

Энергетическое "производствсГпо сравнению с другими отраслями народного хозяйства имеет ряд особенностей. Однащіз основных ^технологических особенностей энергосистем^заключается в^одновременностн процессов производ­ ства, распределения и потребления энергии. В каждый мо- меі-п^времени ^энергосистеме должен соблюдаться баланс генерирующей непотребляемой мощности. Снижение выра­ ботки энергии в энергосистеме приводит к ущербу у потре­ бителей. С другой стороны, величина выработки зависит от потребления.

Другая технологическая особенность заключается в бы­ строте протекания переходных процессов. Это обстоятель­ ство требует автоматизации управления режимами энерго­ системы.

Работа энергосистем тесно связана со всеми отраслями народного хозяйства. Для обеспечения нормального раз­ вития промышленности и сельского хозяйства рост энер­ госистем должен опережать рост потребления. Элементы системы должны развиваться без диспропорций.

Из технологических особенностей энергосистем выте­ кают требования к их работе. В нормальных условиях энер­ госистемы должны полностью удовлетворять потребности в энергии. Структура энергосистемы и ее режимы должны обеспечивать наибольшую экономичность выработки, пе­ редачи и потребления энергии, соответствующую минимуму удельной стоимости полезно отпущенной энергии. Опреде­ ленные требования предъявляются к качеству энергии, так как оно влияет на технико-экономические показатели работы приемников электроэнергии и элементов энергоси­ стемы. Важным является также требование надежности

8

1 Этот показатель существенно зависит от типа станций, работающих в энергосистеме.

Для сопоставления капитальных затрат в различные типы станций применяют показатель удельных капиталь­ ных затрат на 1 кет установленной мощности:-

k-E IL .

У~ -Рас ’

где Р эс — установленная мощность станции.

На рис. 1.2 показано изменение во времени денежных средств, затрачиваемых на строительство и последующую эксплуатацию различных типов станций. Из этого рисунка видно, что наименьшие удельные капитальные затраты тре­ буются для сооружения КЭС. Срок строительства t„ таких станций также наименьший.

После ввода станции в эксплуатацию экономическая эффективность ее работы в энергосистеме оценивается по се­ бестоимости отпущенной с шин электроэнергии:

где Г Э'ЭС— годовые эксплуатационные расходы на электро­ станцию;

Э 0 — отпущенная с шин станции электроэнергия.

Рис. 1.2. Изменение затрат во времени для различных типов элек­ тростанций.

9