1. Энергосистемы. Электрические системы, их элементы. Технологические особенности энергосистем

1.1. Определения энергетической и электрической систем

Согласно ПУЭ, 1.2 - 2, “энергетической системой называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии”*.

Согласно ПУЭ, 1.2 - З, “электрической системой называется часть энергосистемы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, сетей ... и электроприемников”**.

Полный технологический цикл энергосистемы (рис. 1.1) включает добычу, транспортировку на склад и приготовление топлива, сжигание его в котле - преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию пара. Пар вращает турбину, тепловая энергия переходит в механическую, приводящую в движение генератор. В статорной обмотке генератора возникает электрический ток за счет вращающегося магнитного поля ротора. После генератора электрическая мощность поступает в трансформатор, где происходит преобразование ее параметров.

Все элементы технологической схемы производства электроэнергии являются элементами энергосистемы. Элементы технологической схемы делятся на два вида: передающие - транспортер, паропровод, вал, линия электропередачи; преобразующие - котел, турбина, генератор, трансформатор.

* Правила устройства электроустановок, 8-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1987.

*

3

* Внимательно прочитать 1.1-3, 1.2-1-1.2-11, II.5-2, IV.2-4-IV.2-11 ПУЭ, содержащие определения основных элементов энергосистем.

Рис. 1.1. Технологическая схема производства и распределения электроэнергии

1.2. Элементы энергосистем и их характеристика

Электростанция - элемент энергосистемы, предназначенный для преобразования химической энергии топлива в тепловую и электрическую, состоит из топливного склада, котельного и турбинного агрегатов, генератора и распределительных устройств. На электростанции имеется большое хозяйство собственных нужд, служащее для обеспечения нормального технологического цикла.

По особенностям технологического процесса производства электроэнергии и используемым видам топлива электростанции подразделяются на конденсационные (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), атомные (АЭС), гидростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТС).

К КЭС обычно относятся электростанции, потребляющие органическое топливо (уголь, газ, мазут, торф, сланец), турбины которых работают по конденсационному циклу, когда практически весь пар, вырабатываемый парогенератором, конденсируется и его энергия преобразуется в механическую энергию вала турбины, а затем и в электрическую.

На ТЭЦ значительная часть тепловой энергии передается по трубам потребителям и используется непосредственно в технологических процессах. И лишь часть тепловой энергии преобразуется в электрическую. На ТЭЦ для это го устанавливают турбоагрегаты двух типов: теплофикационные и противодавления.

АЭС используют энергию ядерного горючего, также преобразующегося в тепловую энергию пара. АЭС могут использоваться как КЭС и как ТЭЦ, соответственно они обозначаются АКЭС и АТЭЦ.

Г

4

АЭС предназначены для выравнивания графика нагрузки энергосистемы (рис.1.2). Они являются по принципу работы такими ГЭС, которые днем, в ча-

где напряжения и мощности представлены в относительных единицах, т.е.

; ; .

4. Значение коэффициентов характеристик нагрузок:

Тип характеристики	Номинальное напряжение шин, кВ
Р	Любое	0,83	-0,3	0,47
Q	35	3,7	-3,7	4,3
Q	6-10	4,9	-10	6,2

Рассмотрим порядок решения задачи. Определим характеристики нагрузок в именованных единицах:

.

Отсюда

, (8.8)

где

, , . (8.9)

Аналогично определяются коэффициенты для Q:

, (8.10)

Результат расчета коэффициентов характеристик нагрузок приведен ниже:

Номер узла	3	4	5	7
Uном, кВ	35	35	110	10
Рном, МВт	100	28	180	140
	83	23,24	149,4	116,2
	-0,857	-,024	-0,491	-4,2
	0,0384	0,0107	0,007	0,658
Qном, МВАр	54	13,6	97,2	59,7
	199,8	50,32	359,6	292,5
	-10,8	-2,27	-6,19	-59,7
	0,19	0,0478	0,0345	3,7

Так как фактические напряжения в узлах нагрузок неизвестны, то примем их в начальном приближении равными номинальным. Тогда для расчета первой итерации значения мощностей в узлах равны заданным и первая итерация с учетом статических характеристик совпадает с первой итерацией без их учета (см. рис. 7.3), за исключением напряжений в некоторых узлах. Это связано с работой устройств РПН автотрансформаторов.

73

Таким образом, при расчетах установившихся режимов активная мощности источников конечной мощности принимается равной номинальной, а реактивная ограничивается диапазоном от максимального значения соответствующего номинальному сosφ_ном до минимального Q_min, соответствующего максимальному сosφ_max ≈0,95 (см. рис. 8.7).

Рис.1.2. График нагрузки энергосистемы

без ГАЭС (1) и с ГАЭС 920

Рис.8.7. Сеть с источниками бесконечной (узлы 1,2) и конечной (узел 5) мощности

8.6. Пример выполнения расчета электрического режима

разомкнутой электрической сети с учетом

статических характеристик нагрузок

Рассмотрим в качестве примера расчета схему, изображенную на рис. 7.1 дополнительные сведения, необходимые для учета статических характеристик нагрузок, следующие:

1. Автотрансформаторы (АТ) имеют устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), т. е. устройства для изменения коэффициента транс формации без отключения трансформатора от электрической сети. Эти устройства расположены в нейтрали АТ и позволяют изменять число витков общей обмотки в пределах 8х1,4%. Устройство РПН настроено на поддержание на шинах 35 кВ АТ напряжения 37 кВ.

2. Двухобмоточные трансформаторы не имеют устройств РПН, и их коэффициент трансформации равен номинальному значению.

3. Статические характеристики нагрузок имеют вид:

, (8.6)

, (8.7)

с

72

ы максимального электропотребления системы, генерируют электрическую энергию за счет сработки воды в водохранилище, а ночью, в часы минимума электропотребления, работают как потребители электрической энергии - насосы, закачивающие воду обратно в водохранилище. За счет этого снижается величина необходимой установленной генерирующей мощности нагрузки энергосистемы в ЭЭС, а также улучшаются условия использования других электростанции, особенно АЭС, не допускающих резких изменений своей загрузки.

ГТС с помощью газовых турбин непосредственно преобразуют энергию сгорания газообразного топлива в механическую и затем электрическую энергию. Изготавливаются также парогазовые установки (ПГУ), работающие по смешанному циклу.

Разнообразны так называемые нетрадиционные типы электрогенерирующих станций. К ним относятся электростанции с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами, приливные электростанции (ПЭС), ветровые, гелиоустановки и т. д. Как в настоящее время, так и в обозримом будущем эти типы электростанций не будут иметь существенной роли в энергобалансе страны.

Подстанция (ПУЭ, IV.2 - 5) - электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, аккумуляторных батарей, устройств управления и собственных нужд.

Распределительным пунктом называется (ПУЭ, IV.2 - 11) устройство, предназначенное для распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Воздушной линией электропередачи (ЛЭП) называется устройство для передачи и распределения электроэнергии на большие расстояния по проводам, расположенным на открытом воздухе.

Объединение элементов в единую схему, работающую синхронно в общем режиме, образует энергосистему.