5.67M

Category:

industry

Энергетическая и электрическая системы. Глава 1

1.

ГЛАВА 1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
СИСТЕМЫ
www.tyuiu.ru

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Производство электрической энергии концентрируется преимущественно
на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры
потребления электрическое энергии (промышленные предприятия, города,
сельские районы и т.п.) удалены от источников на расстояния от нескольких
десятков, до тысяч километров и распределены на значительной
территории. В отдельных случаях, особенно для объектов малой и
нетрадиционной энергетики возможна и изолированная работа станций на
своего потребителя.
3

4.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
В связи с несовпадением центров производства и потребления энергии
необходим транспорт и распределение энергии к электропотребителям. Эти
функции в сложной цепи «электрическая станция – потребитель»
возлагаются на электрические сети, которые образуют систему передачи и
распределения электрической энергии.
Задача такой системы централизованного электроснабжения состоит в
том, чтобы донести выработанную на станциях электроэнергию до
потребителей.
4

5.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Потребители
тепла
Энергетическая система
Энергетическая
система
(энергосистема)
–
совокупность
электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между
собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе
производства, преобразования, передачи и распределения электрической
и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. (ПУЭ, п. 1.2.2)
5

6.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Потребители
тепла
Электроэнергетическая система
Энергетическая система
Электрическая система (электроэнергетическая система, ЭЭС) –
совокупность электроустановок электрических станций и электрических
сетей энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической
энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи,
распределения и потребления электрической энергии. (ПУЭ, пп. 1.2.3 и
1.2.4)
6

7.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Потребители
тепла
Система электроснабжения
Электроэнергетическая система
Энергетическая система
Система электроснабжения (СЭС) – совокупность электроустановок,
предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.
(ПУЭ, п. 1.2.5)
7

8.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Потребители
тепла
Электрическая сеть
Система электроснабжения
Электроэнергетическая система
Энергетическая система
Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и
распределения электрической энергии, состоящая из подстанций,
распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных
линий электропередачи, работающих на определенной территории. (ПУЭ,
п. 1.2.6)
8

9.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Топливное
хозяйство
Парогенератор
Потребители
тепла
Все элементы технологической схемы производства электроэнергии
являются элементами энергосистемы. Элементы технологической схемы
делятся на два вида:
- передающие – транспортер, паропровод, вал, ЛЭП;
- преобразующие – котел, турбина, генератор, трансформатор.
Эффективность технологического процесса зависит от всех этих
элементов. Следовательно, имеется комплекс режимных задач, связанных
с работой оборудования. Необходимо выбирать состав работающего
оборудования, режим его загрузки и использования, соблюдать все
ограничения и нормативы на технологические параметры, добиваться
максимального КПД.
9

10.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
На размеры и связи энергетических объектов с потребителями влияют не
только технические характеристики, но и хозяйственные отношения.
В масштабах одной энергетической системы могут выделяться локальные
подсистемы, которые определяются видом рынка, формами собственности,
договорными отношениями. Однако и при этом энергетические связи между
локальными подсистемами остаются. При любых формах собственности в
энергетике большая часть станций будет работать в единой энергосистеме. И
только отдельные станции будут работать изолированно на своих
потребителей.
Сейчас имеются государственные предприятия (АЭС принадлежат АО
«Концерн Росэнергоатом», входящему в состав госкорпорации «Росатом»),
предприятия коллективной собственности (АО Энерго, электростанции,
сетевые предприятия), предприятия частной собственности (некоторые
объекты малой энергетики, небольшие сетевые предприятия).
10

11.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
Производственный процесс включает все сферы деятельности
предприятия, а не только технологические. При управлении производством
имеются различные сферы: снабжение, планировании, кадры, эксплуатация,
ремонты, развитие, охрана окружающей среды и пр. Они также влияют на
издержки управления, цены на продукцию и конкурентные преимущества
предприятия на рынке. Затраты на производство электроэнергетической
продукции в цикле технологического процесса примерно на 50 %
определяют общие издержки.
Хозяйственная форма влияет на коммерческую и технологическую
деятельность предприятия. Имеется определенная специфика решения
задач управления для предприятий с разными техническими целями и
хозяйственными формами.
11

12.

1.2 Электрические станции
www.tyuiu.ru

13.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
Электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий и
вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в
которых они установлены), предназначенных для производства,
преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической
энергии и преобразования ее в другие виды энергии. (ПУЭ, п. 1.1.3)
Электростанция
–
электроустановка,
предназначенная
для
производства (генерации) электрической энергии из первичной энергии
заключенной в природных энергоносителях.
Основным назначением электрических станций является выработка
электрической энергии для снабжения ею промышленного и
сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства и
транспорта. Часто электростанции обеспечивают также предприятия и
жилые здания паром и горячей водой.
Электрические станции
(по району обслуживания)
Районные
Местные
Передвижные
13

14.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
Электрические станции
Тепловые
ТЭС
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
Атомные
АЭС
Газотурбинные
(ГТС)
АТЭЦ
Паротурбинные
Конденсационные
(КЭС)
с МГДгенераторами
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
Дизельные
(ДЭС)
Геотермальные
(ГеоТЭС)
АКЭС
Государственные
районные
электростанции
(ГРЭС)
14

15.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
Электрические станции
(ВИЭ)
Гидравлические
(ГЭС)
Ветровые
(ВЭС)
Солнечные
(СЭС)
Плотинные
Паротурбинные
Приплотинные
Р
Фотоэлектропреобразователи
(ФЭП)
(солнечные батареи)
Деривационные
Приливные
(ПЭС)
Гидроаккумулирующие (ГАЭС)
0
24 t, ч
15

16.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
В
основном
электрические
станции
характеризуют
пять
эксплуатационных свойств, важных для балансов мощности и энергии:
1. Предельные параметры по мощности: номинальная мощность Рном,
минимально допустимая мощность Рдоп.min, максимально допустимая
мощность Рдоп.max.
2. Регулирующие способности станции – скорость набора и сброса
нагрузки в автоматическом режиме.
3. Манёвренность станции – время пуска и останова агрегатов и их
загрузка (разгрузка) при изменении нагрузки потребителей.
4. Экономичность работы.
5. Надёжность работы станции.
16

17.

1.3 Причины создания энергосистем
www.tyuiu.ru

18.

ПРИЧИНЫ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ
Объединение электростанций в энергосистему даёт следующие
преимущества:
- увеличивается использование установленной мощностей каждой
электростанции;
- снижение суммарного резерва мощности;
- уменьшение суммарного максимума нагрузки;
- взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений мощностей
электростанций;
- взаимопомощь в случае неодинаковых сезонных изменений нагрузок
потребителей;
- взаимопомощь при ремонтах;
- повышение надежности электроснабжения потребителей;
- режимы мощностей, электроэнергии, частоты, напряжения меняются в
лучшую сторону;
- возможность
увеличения
единичной
мощности агрегатов и
электростанций;
- возможность единого центра управления.
18

19.

ПРИЧИНЫ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ
Электроэнергия
практически
не
аккумулируется.
Производство,
преобразование, распределение и потребление происходят одновременно и
практически мгновенно. Поэтому все элементы энергосистемы взаимосвязаны
единством режима.
Относительная быстрота протекания процессов:
- волновые процессы – (10-3 – 10-6) с,
- отключения и включения – 10-1 с,
- короткие замыкания – (10-1 – 1) с,
- качания – (1 – 10) с.
Энергосистема связана со всеми отраслями промышленности и
транспорта, характеризующимися большим разнообразием приемников
электроэнергии.
Потребление электрической энергии подвержено множеству случайных и
неопределенных
факторов.
Погрешности
предвидения
потребления
электроэнергии с заблаговременностью в несколько минут составляют примерно 2
%, а с годовой заблаговременностью до 10 %.
Сначала потребитель-покупатель использует товар (электрическую
энергию), а затем оплачивает его.
Развитие
энергетики
должно
опережать
рост
потребления
электроэнергии, иначе невозможно создание резервов мощности. Энергетика
должна развиваться равномерно, без диспропорций отдельных элементов.
19

20.

ПРИЧИНЫ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ
Особо необходимо отметить, что при объединении улучшаются техникоэкономические показатели электростанций и снижаются их издержки, а это
очень важно для ценовой стратегии.
Создание энергосистем подход имеет и недостатки, главным из
которых является увеличение потерь электроэнергии в сетях. Так, например,
в сетях США, где ни единой, ни объединенных энергосистем нет, потери
электроэнергии составляют около 11% против примерно 15% в сетях России.
Также недостатками крупных объединений является сложность
управления такими объектами. Нужны комплексы средств и систем
управления, которые позволили бы управлять системой как единым целым.
Также при этом повышается уровень токов короткого замыкания.
Энергосистемы могут иметь различную структуру, т.е. различный состав
суммарной установленной мощности что определяется типом входящих в
них электростанций. Каждая энергосистема должна иметь такой состав
электрических станций, который позволял бы с учетом их эксплуатационных
свойств производить покрытие графика нагрузки энергосистемы и
обеспечивать необходимый резерв в аварийных случаях.
20

21.

1.4 Покрытие электрических нагрузок
энергосистем электростанциями
www.tyuiu.ru

22.

ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭНЕРГОСИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
Обычно в покрытии графика нагрузки системы участвуют электростанции
(агрегаты) разной экономичности. Распределение суммарной нагрузки по
отдельным электростанциям (агрегатам) в соответствии с общим графиком
должно вестись так, чтобы обеспечить наиболее экономичную работу
системы в целом.
Этого можно достичь, если электростанции, имеющие меньшие издержки
на топливо и эксплуатационные расходы, будут загружаться на большее
число часов в году, а электростанции с большими издержками на топливо и
большими эксплуатационными расходами – на меньшее.
Суточный график имеет три режимные зоны: базовую – до Pmin,
полупиковую – от Pmin до Pср, пиковую – от Pср до Pmax. Электростанции с
учетом их технологических возможностей размещаются, т.е. несут основную
нагрузку, в определенной режимной зоне. Соответственно и их
экономические показатели различны в различных зонах графика нагрузки.
22

23.

ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭНЕРГОСИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
Электростанции,
работающие
с
наибольшей
возможной
нагрузкой
значительную часть года и тем самым
участвующие в покрытии базовой нагрузки,
называются базовыми;
Электростанции, используемые только в
течение части года для покрытия пиковой
нагрузки, называют пиковыми.
Электростанции, которые несут промежуточную нагрузку между базовой
и пиковой называют полупиковые.
Суточный график покрывается всеми электростанциями (агрегатами). При
этом базовые электростанции работают непрерывно с полной
(номинальной) нагрузкой, а пиковые включаются лишь в часы, когда
требуется покрыть верхнюю часть графика. Полупиковые установки при
уменьшении общей электрической нагрузки либо переводятся на
пониженные нагрузки, либо выводятся в резерв. Многие агрегаты, несущие
промежуточную нагрузку, останавливаются также на субботу, воскресенье и
праздничные дни.
23

24.

ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭНЕРГОСИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
Чтобы
улучшить
технико-экономические
показатели
энергосистемы
наиболее
целесообразно первоначально загружать ТЭЦ, т.к.
они, работая по необходимому тепловому
ТЭЦ ГРЭС
АЭС
графику,
должны
нести
определенную
электрическую нагрузку, при этом учитывается, что
КПД ТЭЦ значительно выше, чем у других тепловых
электростанций.
В базовой зоне выгодно размещать самые экономичные электростанции.
Здесь нет расходов на пуск-остановку, на регулирование, станции постоянно
загружены на располагаемую мощность. Базовую нагрузку несут крупные КЭС и
АЭС.
АЭС надо рассматривать в системе как базовые. Их использование для
покрытия промежуточных нагрузок экономически нецелесообразно. Однако в
часы значительного уменьшения электропотребления, особенно если
продолжительность такого режима невелика, они могут быть частично
разгружены. Оборудование АЭС обычно позволяет уменьшать и увеличивать
мощность установки довольно быстро. Однако при этом резко снижается их
надежность, и в настоящее время они в основном предназначены для базовой
зоны графика нагрузки.
24

25.

ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭНЕРГОСИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
В полупиковой зоне станции участвуют в
регулировании нагрузки, и у них должна быть
ГЭС
такая технологическая возможность. Время
использования их мощности меньше, чем в
ГЭС
ГАЭС
КЭС
базовой зоне.
В пиковой зоне могут работать только те
АЭС
ТЭЦ ГРЭС
станции, которые приспособлены к регулированию
и могут достаточно часто менять свой режим.
Покрытие пиковых нагрузок осуществляется КЭС с докритическими
параметрами пара, конденсационными мощностями ТЭЦ, ГЭС и ГАЭС.
Однако в паводковый период, когда запасы воды достигают предельно
доступных значений, гидроэлектростанции должны покрывать базовую нагрузку.
ГЭС работают, когда запасы воды достаточны для длительной работы станции
с полной нагрузкой. ГАЭС используются только для снятия пиковых нагрузок и
аварийного резерва системы.
25

26.

27.

ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭНЕРГОСИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ
Для покрытия пиковых нагрузок могут также использоваться установки,
работающие на дорогостоящем органическом топливе, и электростанции с
устаревшим оборудованием.
При расширении энергосистемы в ней появляются все более
совершенные агрегаты. Поэтому со временем агрегаты, использовавшиеся
для покрытия базовой нагрузки, могут быть переведены на работу в
промежуточной (полупиковой) части графика электрических нагрузок, а
агрегаты, несущие полупиковую нагрузку, использованы для покрытия
пиковой части графика. Однако для перевода паротурбинной установки в
пиковые режимы её обычно необходимо реконструировать для того, чтобы
повысить её маневренность.
При распределении нагрузок между станциями энергосистемы учитывают
также пропускную способность линий электропередачи, наличие и
размещение резервов в системе и технико-экономические показатели
отдельных станций и отдельных агрегатов.
Деление на режимные зоны достаточно условно, но оно позволяет
планировать режим работы электростанций.
27

28.

1.5 Электрические сети
www.tyuiu.ru

29.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Важнейшими элементами энергетических и электрических систем,
объединяющих ряд электростанций для лучшего использования их
мощности, являются передающие электрические сети, распределительные
устройства и подстанции.
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и
распределения электрической энергии, состоящая из подстанций,
распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий
электропередачи, работающих на определенной территории. (ПУЭ, п. 1.2.6)
Одним из основных передающих элементов электрических сетей и СЭС
являются линии электропередачи.
29

30.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Линия электропередачи (ЛЭП) – это электроустановка, предназначенная
для передачи электрической энергии на расстояние с возможным
промежуточным отбором.
ЛЭП
Воздушные
линии (ВЛ)
Кабельные
линии (КЛ)
Токопроводы
Внутренние
проводки
30

31.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Основными параметрами ЛЭП являются:
- пропускная способность;
- номинальное напряжение;
- число цепей;
- сечение проводов в фазах;
- конструктивное исполнение.
Выбор этих параметров является сложной технико-экономической
задачей.
Электрические сети выполняют по радиальным, магистральным
или смешанным схемам.
ИП
ИП
ИП
31

32.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Распределительное устройство (РУ) – это электроустановка, служащая
для приема и распределения электроэнергии и содержащая
коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины,
вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а
также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. (ПУЭ, п.
4.2.2)
32

33.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Открытые (ОРУ)
РУ
Закрытые (ЗРУ)
Открытым распределительным устройством (ОРУ) называется РУ,
все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе.
(ПУЭ, п. 4.2.2)
Закрытым распределительным устройством (ЗРУ) называется РУ,
оборудование которого расположено в здании. (ПУЭ, п. 4.2.2)
33

34.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Сборные
РУ
Комплектные (КРУ)
Для внутренней установки - КРУ
Для наружной установки - КРУН
Комплектным распределительным устройством называется РУ,
состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со
встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики,
поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.
(ПУЭ, п. 4.2.3)
34

35.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Электрическая станция
Топливное
хозяйство
ЛЭП
Подстанция
ЭП
Парогенератор
Подстанция (ПС, п/ст) – это электроустановка, служащая для приема,
преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из
трансформаторов (трансформаторная подстанция, ТП) или других
преобразователей энергии (преобразовательная подстанция, ПП),
распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных
сооружений. (ПУЭ, п. 4.2.4)
35

36.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
36

37.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Сборные
ПС
Комплектные
Комплектные
трансформаторные
подстанции - КТП
Блочные
КТП(Б)
Комплектные
преобразовательные
подстанции - КПП
Комплектной
трансформаторной
(преобразовательной)
подстанцией называется подстанция, состоящая из трансформаторов
(преобразователей) и блоков (КРУ или КРУН и других элементов),
поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.
(ПУЭ, п. 4.2.8)
37

38.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Нормативные документы не устанавливают классификации подстанций
по месту и способу присоединения к электрической сети. Но некоторые
источники дают классификацию исходя из применяющихся типов
конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций.
ПС
Тупиковые
Ответвительные
Проходные
Тупиковые ПС — питаемые по одной или двум
радиальным линиям;
Ответвительные ПС — присоединяемые к
одной или двум проходящим линиям на
ответвлениях;
Проходные ПС — присоединяемые к сети
путём захода одной линии с двухсторонним
питанием;
Узловые ПС — присоединяемые к сети не
менее чем тремя питающими линиями.
Узловые
38

39.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
ПС
Тупиковые
Ответвительные
Проходные
Промежуточные
Ответвительные и проходные подстанции
объединяют понятием промежуточные, которое
определяет размещение подстанции между двумя
центрами питания или узловыми подстанциями.
Проходные и узловые подстанции, через шины
которых осуществляются перетоки мощности
между узлами сети, называют транзитными.
Также
используется
термин
«опорная
подстанция», который как правило обозначает
подстанцию более высокого класса напряжения
по отношению к рассматриваемой подстанции
или сети. Хотя для этого значения целесообразнее
использовать термин «центр питания».
Узловые
Транзитные
39

40.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Опорная
подстанция
Центр питания
Тупиковые ПС
Ответвительные ПС
Проходные ПС
Узловые ПС
40

41.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Распределительным
пунктом
называется
устройство,
предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном
напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав
подстанции. (ПУЭ, п. 4.2.10)
41

English Русский Rules