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

иости нельзя стремиться к большому повышению напряже­ ния на вторичных шинах путем регулирования на транс­ форматорах. Эти напряжения должны поддерживаться вблизи минимально допустимого предела.

Особенно опасно повышение напряжения на одних подстанциях за счет других в том случае, когда в одном и том же узле нагрузки включены трансформаторы с РП Н

ибез Р П Н (рис. 4.26).

Вслучае дефицита реактивной мощности при повышении напряжения U 2 за счет регулирования под нагрузкой на трансформаторе Т х будет происходить снижение напряжений

U i и 0 Я. При сильно нагруженной линии Л г на шинах под­ станций, подключенных к линии Л 2, даже может возникнуть лавина напряжений.

В послеаварийных режимах дефицит реактивной мощ­ ности может возникнуть, если происходит отключение час-

ти элементов системы, питающих данный узел нагрузки. Например, при отключении линии Л х (рис. 4.27) узел на­ грузки 3 оказывается подключенным к точке питания 1 че­

111

Г л а в а 5. Н А Д Е Ж Н О С Т Ь И ЭК О Н О М И Ч Н О СТЬ

ЭН Е Р Г Е Т И Ч Е С К И Х СИ СТ ЕМ

5.1.Оценка надежности электроснабжения

Вобщей теории надежности под надежностью понимают свойство системы или аппаратуры сохранять свои выходные параметры в определенных пределах при данных условиях

эксплуатации. Состояние ненадежности определяется от­ казом, после появления которого выходные параметры си­ стемы выходят за допустимые пределы.

Применительно к энергосистемам состояние надежности характеризуется тем, что в узлах нагрузки отсутствуют перерывы электроснабжения и энергия доставляется потре­ бителям с допустимыми параметрами качества (частоты и напряжения). При этом под отказом недостаточно пони­ мать сам факт отказа, например погашение потребителей или отклонение параметров качества энергии от допустимых значений. Здесь важно иметь ряд других показателей, харак­ теризующих качественную сторону отказа: продолжитель­ ность отключения, отключенную мощность, математическое ожидание недоотпуска энергии, величины отклонений час­ тоты и напряжения и др. При таком подходе устанавливает­ ся непосредственная связь между надежностью и качеством электроснабжения. Погашение потребителей соответствует снижению качества электроснабжения до нуля. Насйінтересует также состояние системы электроснабжения, воз­ никшее в результате отказа.

В общем случае надежность электроснабжения оцени­

где а — коэффициент, характеризующий степень зависи­ мости работы потребителей от электрической энер­ гии;

113

F — частота выхода параметров за допустимые пре­ делы (полного погашения или менее значительного отклонения параметров качества энергии);

k — глубина отклонения параметров качества элек­ троэнергии;

Т— длительность отклонения параметров;

Р— мощность потребителей, у которых происходит

нарушение надежности;

t — время возникновения отказа.

Трудность определения функции (5.1) заключается в том, что происходящие в энергосистеме процессы носят случай­ ный характер. Надежность электроснабжения зависит не только от параметров элементов энергосистемы, но и от режима нагрузки потребителей, метеорологических усло­ вий, температуры окружающей среды и др. Поэтому значе­ ние функции (5.1) изменяется в течение суток и года. Наибольшие изменения имеют место в те периоды суток, недели и года, когда нагрузка энергосистемы максимальная.

Нарушение пли снижение надежности электроснабже­ ния происходит из-за дефицита мощности, дефицита энер­ гии пли дефицита мощности и энергии одновременно.

Дефицит мощности возникает при запаздывании ввода новых генерирующих мощностей на электростанциях. Для отдельных узлов энергосистемы дефицит мощности может появляться из-за отставания ввода электросетевых объек­ тов (линий, подстанций) и ограниченной пропускной способности имеющихся сетей. Такие дефициты мощности характерны тем, что потребители заранее могут быть предупреждены о необходимости снижения нагрузки на время дефицита мощности.

Другая причина появления дефицита мощности заклю­ чается в снижении мощности, выдаваемой потребителям уже имеющимися электрическими станциями. Это снижение может быть внезапным или постепенным. При внезапном повреждении элементов энергосистемы (котельных агрега­ тов, турбин, генераторов, линий и др.) дефицит мощности компенсируется погашением потребителей без их преду­ преждения. Серьезные последствия могут возникать при коротких замыканиях на линиях и трансформаторах из-за нарушения устойчивой параллельной работы электри­ ческих станций и узлов нагрузки.

Постепенное снижение выдаваемой мощности происхо­ дит из-за снижения к. п. д. элементов энергосистемы (за­

114

шлаковка котлов, отложение солей в проточной части тур­

бин, заиление деривационных каналов и водохранилищ

и д р .) -

При возникновении дефицита мощности недоотпущен­ ная энергия может быть выдана потребителям-регуляторам (если такие имеются) в другое время, когда энергосистема располагает достаточной мощностью.

Дефицит энергии энергосистема испытывает при недо­ статке энергоресурсов. Причиной этого может быть умень­ шение гидроресурсов на ГЭС в маловодные годы либо пе­ ребои в поставках топлива на тепловые электростанции. В этих случаях энергосистема вынуждена ограничивать потребление энергии, хотя н располагает резервом мощ­ ности .

При одновременном недостатке мощности и энергии энер­ госистема ограничивает как свободу режима электропо­ требления, так и величину суммарной потребляемой энергии.

Всякое увеличение надежности электроснабжения связано с соответствующими затратами. С другой стороны, снижение надежности приводит к народнохозяйственному ущербу у потребителей от перерывов электроснабжения. В действующих Правилах устройства электроустановок [29]

жение которых не должно нарушаться ни при каких об­ стоятельствах (предприятия, погашение которых может привести к гибели людей, важные общественные центры и т. п.). Для таких потребителей создают схемы с питанием не менее чем от двух независимых источников без проведе­ ния технико-экономических расчетов с учетом надежности.

Для потребителей второй и третьей категорий оптималь­ ный вариант электроснабжения должен находиться по ми­

рывов электроснабжения.

115

Вероятный народнохозяйственный ущерб определяется по формуле

У = СуЭп,

где Э„ — недоотпуск электроэнергии из-за перерыва элек­ троснабжения;

су — удельный ущерб, приходящийся на недоотпу­ щенный 1 кет ■ ч.

В настоящее время ведутся исследования удельного ущерба для различных потребителей. По предварительным данным, его величина находится в пределах 0,05—0,7 руб/квт ■ ч. Однако такой подход к оценке надежности электроснабжения имеет и серьезные недостатки. Абсолют­ ная величина ущерба зависит от погашаемой мощности, времени и продолжительности отключения. Трудно подда­ ется количественной оценке ущерб у коммунально-бытовых потребителей.

Другой путь оценки надежности энергосистем заключа­ ется в нормировании относительной продолжительности времени перерыва в работе потребителей и снижения ка­ чества энергии. При таком подходе уровень надежности элек­ троснабжения какого-то узла нагрузки оценивается, на­ пример, показателем

где Э — энергия надлежащего качества, необходимая по­ требителям для их нормальной работы за некото­ рое время Т\

5„ — математическое ожидание недоотпущенной энер­ гии и энергии с пониженным качеством за это же время Т .

Аналогичные критерии применяют в ряде зарубежных стран. Так, например, в энергокомпаниях СШ А проектиро­ вание энергосистем ведется, исходя из поддержания не­ которого уровня надежности («индекса надежности»). Ана­ логичная практика принята и во Франции. Основной прин­ цип планирования энергобаланса заключается в обеспечении полного покрытия электропотребления в 95 лет из 100. Недостаток такого подхода к оценке надежности заключа­ ется в трудности определения обоснованных величин опти­ мального «индекса надежности».

Надежность имеет связь не только с качеством энергии, но и с экономичностью энергосистем. Действительно, бо­

116

лее высокую надежность можно создать за счет снижения экономичности (увеличения капитальных затрат). Напри­ мер, при недостаточной надежности турбогенераторов на­ дежность энергосистемы в целом можно повысить путем вклю­ чения ряда дополнительных турбогенераторов. Совокупность турбогенераторов будет обеспечивать надежность энерго­ системы больше, чем каждый из агрегатов в отдельности. Но такое повышение надежности связано с дополнительными затратами.

В ряде случаев снижение экономичности одновременно приводит и к снижению надежности. Например, увеличение потерь мощности на корону при плохих погодных условиях или увеличение нагрузочных потерь при изменении схемы сети может привести к снижению резерва мощности.

Надежность доставки электроэнергии потребителям за­ висит от надежности работы совокупности элементов энер­

в которых отказ отдельных линий не приводит к дефициту мощности, в том числе и по условию устойчивости. В та­ ких системах надежность электроснабжения зависит толь­ ко от величины резерва и надежности работы оборудования электростанций.

Нарушения надежности электроснабжения не произой­

117

ности отдельных элементов, связанных единым техноло­ гическим процессом.

В проблеме надежности работы энергосистем проф. В . А . Веников выделил четыре аспекта [13]: надежность планирования развития энергетики и энергосистем, надеж­ ность проектных разработок, надежность режимов энерго­ систем во время их эксплуатации и надежность результа­ тов расчета и эксперимента.

Основой для перспективного планирования развития энергосистем являются ожидаемые величины максимальных нагрузок и потребляемой энергии. Поэтому должна быть обеспечена соответствующая надежность прогнозирования электрических нагрузок. В зависимости от ожидаемых максимальных нагрузок и режимов электролотребления выбирают состав электрических станций, обладающих необходимой маневренностью. При недостаточной мощно­ сти маневренных (пиковых) станций увеличивается число вынужденных пусков и остановов агрегатов, а также время работы в предельных режимах при минимальных нагрузках энергосистемы, что снижает надежность н экономичность работы энергосистемы.

Повышение надежности и экономичности энергосисте­ мы может быть достигнуто также за счет привлечения к ре­ гулированию графика нагрузки системы мощных потреби­ телей-регуляторов. Это энергоемкие предприятия, которые позволяют в часы максимальных нагрузок энергосистемы снижать свою мощность, а недоотпущенную энергию по­ треблять в часы минимальных нагрузок системы.

К важным вопросам обеспечения надежности энергоси­ стем при проектировании относится рациональное разме­ щение электрических станций. Надежность работы тепло­ вых станций зависит от близости места добычи топлива, схемы выдачи мощности, удаленности потребителей и обеспе­ ченности водой для охлаждения. Идеальные площадки для строительства, удовлетворяющие всем этим требованиям, встречаются редко. Поэтому неизбежно некоторое снижение надежности и экономичности в связи с увеличением даль­ ности транспортировки топлива, дальности передачи элек­ троэнергии или с применением градирен вместо прямоточ­ ных систем водоснабжения.

В этом отношении месторасположение атомных элек­ тростанций может быть выбрано более оптимально. По­ требность в транспортировке топлива для них ограничена,

119