пятая. Электроэнергетические системы и их эффективность

Электрические станции, сети и электроснабжение

Электроэнергетические системы

Для питания электроэнергией (ЭЭ) потребителей (приемников), расположенных в городах, поселках и деревнях, на объектах промышленного, сельскохозяйственного и военного назначения необходимы мощные источники ЭЭ — электростанции (ЭС), а также электрические сети, предназначенные для передачи ЭЭ от источников до потребителей (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Участок ЭЭС

Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, электрических сетей и тепловых сетей (сетей подачи потребителям горячей воды, полученной при работе электростанций), соединенных между собой и участвующих в процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии под общим управлением.

Электрическая часть энергосистемы вместе с питающимися от нее приемниками ЭЭ называется электроэнергетической системой (ЭЭС). Участок её схематически представлен на рис. 14.2.

ЭЭС по сравнению с отдельными электростанциями со своими сетями обладает целым рядом преимуществ:

• • значительным повышением надежности электроснабжения потребителей;
• • облегчением работы при ремонте и авариях; лучшим использованием мощностей агрегатов отдельных электростанций и повышением их экономичности;
• • увеличением мощностей агрегатов ЭС. Преимущества ЭЭС оказались столь велики, что во второй половине XX в. лишь несколько процентов ЭЭ, генерируемой в России, вырабатывались вне ЭЭС на отдельных ЭС.

Рис. 14.2. Участок ЭЭС в схематическом виде:

Т—трансформатор; М—потребители ЭЭ (электромоторы); ® —осветительная нагрузка

ЭЭС состоят из трех групп элементов — основных силовых, измерительных и средств управления.

Основные силовые элементы ЭЭС:

• • генерирующие ЭЭ агрегаты ЭС;
• • элементы преобразования токов и напряжений — трансформаторы, выпрямители и т.д.;
• • элементы, передающие ЭЭ на большие расстояния, — линии электропередачи (ЛЭП);
• • элементы, изменяющие схему ЭЭС, в частности, отключающие ее поврежденные участки, — коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители).

Измерительные элементы ЭЭС — трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для подключения измерительных приборов, средств управления и регулирования.

Средства управления ЭЭС — автоматика, регуляторы, релейная и микропроцессорная защита, связь, обеспечивающие управление схемой и работой ЭЭС.

Функционирование ЭЭС в каждый момент времени характеризуется режимом, под которым понимается состав включенных основных элементов ЭЭС и их загрузка. Режим, в свою очередь, определяется параметрами режима: величинами напряжений, токов, мощностей, частоты, определяющими процесс производства, передачи, распределения и потребления ЭЭ. Если эти параметры неизменны на некотором отрезке времени, то режим ЭЭС называют установившимся, если они изменяются, то — переходным. Управление режимами ЭЭС осуществляется автоматическими регуляторами и устройствами противо- аварийной автоматики, но главное — персоналом специально созданных служб — диспетчерских управлений. Диспетчерское управление — вид оперативного подчинения, когда операции с оборудованием ЭЭС производятся только по распоряжению диспетчера (старшего дежурного персонала), в управлении которого это оборудование находится. Диспетчер осуществляет руководство: распределением мощностей между отдельными ЭС ЭЭС; регулированием частоты, напряжений и потоков мощностей; вводом в работу и выводом из нее отдельного оборудования; ликвидацией аварий на ЭС и в электрических сетях и т.д.

Особенности ЭЭС России и их организация. В гигантской по размерам стране топливно-энергетические ресурсы сосредоточены в основном в ее азиатской части, а основные потребители — в Центре, на Юге, Западе, Урале. Отсюда необходимость переброски ЭЭ на большие расстояния и согласованности режимов работы многих ЭС. Эти особенности привели к строительству мощных ЛЭП высокого напряжения, объединению отдельных ЭЭС и созданию Центрального диспетчерского управления (ЦДУ). В РФ существует шесть объединенных, совместно работающих энергосистем (ОЭС): объединенные энергосистемы Центра, Северо-Запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Урала и Сибири, которые образуют единую энергетическую систему (ЕЭС) России. Единая энергетическая система России связана с ОЭС и ЭЭС республик бывшего СССР — Беларуси, Украины, Казахстана, Прибалтики, Закавказья, а также с ЕЭС Польши, Финляндии, Турции, Монголии, Норвегии. Последние крупные системные аварии в Северной Америке (август — сентябрь 2003 г.), когда без ЭЭ остались Нью-Йорк, Детройт, Монреаль и другие мегаполисы, и в Европе (Италия) еще раз подтвердили необходимость объединения ресурсов ЭЭС отдельных стран в целях повышения надежности электроснабжения. Управление режимами работы такой сложной системы, как ЕЭС России, трехступенчатое ЦДУ ЕЭС; объединенные диспетчерские управления (ОДУ) ОЭС, центральные диспетчерские службы (НДС) отдельных ЭЭС. Организация столь сложного и надежного управления ЭЭС — предмет особой гордости энергетиков России, практически не знавшей таких крупных системных аварий, как вышеотмеченные.

Следует остановиться на трех специфических особенностях ЭЭС как элементов энергетического производства:

• • производство, передача, распределение и потребление ЭЭ в ЭЭС осуществляются практически в один и тот же момент времени (энергия нигде не аккумулиру ется);
• • электромагнитные процессы в ЭЭС происходят с большой скоростью: включения, отключения, КЗ и т.д. совершаются в течение секунд и даже их долей;
• • ЭЭС теснейшим образом связана с обеспечением жизнедеятельности городов и поселков, функционированием производства и транспорта, что требует особой надежности ее работы и ответственности всех принимаемых при этой работе решений.