Лекция 2. Энергетические системы. Источники питания.
Основные элементы системы электроснабжения.
Основным ИП являются электростанции, объединенные в энергосистемы.
Установки по производству, преобразованию, распределению и потреблению электроэнергии и теплоты, связанные между собой электрическими и тепловыми сетями с общим режимом управления называют энергетической системой,а электрическую часть энергосистемы (генераторы, преобразовательные и распределительные устройства, ЛЭП и потребитель электроэнергии) –электрической системой.Пример схемы электроэнергетической системы, представлен на рис. Л2.1.
Напряжение генераторов ТЭЦ составляет 6-20кВ, поэтому близко расположенные потребители питаются на данном напряжении.
Для электроснабжения потребителей на значительном расстоянии и для связи с энергосистемой применяется напряжение выше генераторного. С этой целью на станциях устанавливают трансформаторы для повышения генераторного напряжения до 110-220кВ. Трансформаторные районные подстанции (п/ст1 – п/ст4) и узловые распределительные подстанции (УРП1 – УРП4) – предназначены для преобразования напряжения и связи отдельных частей системы, а так же питания мощных потребителей. ТП предназначены для питания потребителей меньшей мощности, расположенных вблизи районных подстанций.
Р и с. Л2.1. Схема энергетической системы
Источники питания электроэнергией.
Электроэнергия передается и распределяется с помощью ЛЭП и электрических сетей различных напряжений. Напряжение линии выбирают в зависимости от мощности, передаваемой по ним, и их протяженности, при потери мощности и стоимость сооружений должны быть минимальны.
В зависимости от рода первичного двигателя и способа преобразования различных видов энергии электростанции делятся на следующие виды:
1. Тепловые (ТЭС):
а) конденсационные КЭС, ГРЭС (КЭС располагаются в районе запаса ископаемых);
б) теплофикационные ТЭЦ (располагаются в районе потребления);
в) парогазовые ПГЭС;
г) газотурбинные ГТУЭС.
2. Гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие ГЭС, ГАЭС.
3. Атомные:
а) АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (водяной энергетический реактор ВВЭР, реактор большой многоканальный кипящий бескорпусной РБМК);
б) АЭС с реакторами на быстрых нейтронах БН.
4. Геотермальные ГТЭС.
5. Дизельные ДЭС.
6. Приливные ПЭС.
7. Ветровые ВЭС.
8. Солнечные СЭС.
В процессе нормальной эксплуатации электрическая система непрерывно подвергается возмущениям, в результате чего возникают случайные колебания. Поэтому для оптимизации режима работы системы и надежности эксплуатации оборудования необходимо знать:
свойства и характер системы;
расход воды и топлива, параметры пара, частоту вращения турбин и т.д.;
электрические параметры режима: напряжение, ток, активную и реактивную мощность, частоту и т.д.;
какие элементы системы (линии, трансформаторы, генераторы, нагрузки, котлы и т.д.) в данный момент находятся в работе, а какие отключены.
Работа электростанций в системе дает возможность за счет большого числа параллельно работающих генераторов повысить надежность электроснабжения, полностью загрузить экономичные агрегаты электростанций, обеспечить высокое качество электроэнергии, увеличить единичную мощность агрегатов и т.д.
При распределении нагрузок между станциями учитываются – пропускная способность ЛЭП, наличие резерва и технико-экономические показатели станций.
Количество вырабатываемой энергии:
,
где Рг– суммарная активная нагрузка генераторов системы;
Рп– суммарная активная нагрузка потребителей системы;
Рс.н.– суммарная мощность, потребляемая на собственные нужды всей системы;
Р– суммарные потери активной мощности во всех звеньях сети.
Нагрузка сети все время изменяется, и равенство нагрузок постоянно нарушается. Если изменения находятся в допустимых пределах, то благодаря автоматическому выпуску энергоносителя (пара, воды и др.) в турбины, это равенство немедленно восстанавливается. Если же нагрузка превысит допустимую, то произойдет длительное нарушение равенства нагрузок. В этом случае обороты турбины, а следовательно и частота снижаются, что нарушает нормальную работу механизмов собственных нужд электростанции, нарушает устойчивость работы потребителей. Поэтому наличие достаточных резервов мощности в энергосистеме необходимо (10% установленной мощности). Некоторая часть наиболее ответственных потребителей не допускает никаких отключений и отклонений от нормальных режимов работы, в энергосистему вводят дополнительные устройства: АЧР, которые при снижении частоты до определенных пределов автоматически отключают часть менее ответственных ЭП, и следовательно восстанавливается баланс мощностей.
В энергетических системах потребляется и реактивная мощность (электрические машины, трансформаторы, ВЛЭП).
Реактивная мощность в электрических системах создается генераторами при их возбуждении и высоковольтными линиями большой протяженности. При нормальном режиме работы системы, вырабатываемые и потребляемые в ней мощности должны быть равны:
,
где Qг– суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами системы; Qл– суммарная реактивная мощность, генерируемая линиями (с учетом компенсирующих устройств КУ); Qп– суммарная мощность потребителей электроэнергии (с учетом КУ); Qс.н –суммарная реактивная мощность собственных нужд всей системы;Qл,Qт– потери реактивной мощности в линиях и трансформаторах системы.
Если реактивная нагрузка потребителей значительно превысит вырабатываемую, то произойдет понижение напряжения, при котором ток потребителей значительно увеличится, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и т.д. (лавина напряжения). Для предохранения от лавины напряжения все генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения. Следовательно, в системе всегда должен быть резерв реактивной мощности. Для этого в местах её наибольшего потребления устанавливают синхронные компенсаторы СК, синхронные двигатели СД и батареи статических конденсаторов КБ, которые разгружают линии и уменьшают потери мощности и напряжения.