ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
Виды
электроустановок:
• по производству электроэнергии
-электрические станции;
• по передаче, преобразованию и
распределению электроэнергии электрические сети и
подстанции;
• по потреблению электроэнергии
в производственных и бытовых
нуждах приёмники
электроэнергии.
Электрической
станцией
называется
предприятие, на котором вырабатывается
электрическая энергия.
В зависимости от используемого вида
первичной энергии все существующие
электрические станции разделяются на
следующие основные группы: тепловые,
гидравлические, атомные, ветряные и др.
Приёмником
электроэнергии
называется
электрическая часть производственной установки,
получающая электроэнергию от источника и
преобразующая ее в механическую, тепловую,
химическую,
световую
энергию,
в
энергию
электростатического и электромагнитного
поля.
Совокупность электроприёмников производственных
установок цеха, корпуса, предприятия,
присоединенных с помощью электрических сетей к
общему пункту электропитания, называется
электропотребителем.
Электрической сетью называется совокупность
электроустановок
для
передачи
и
распределения электроэнергии, состоящая из
подстанций и распределительных устройств,
соединенных линиями электропередачи, и
работающая на определенной территории.
Часть энергетической системы, состоящая из
генераторов, распределительных устройств,
повышающих и понижающих подстанций, линий
электрической
сети
и
приёмников
электроэнергии,
называют
электроэнергетической системой.
Электрические сети классифицируют по следующим
признакам.
• Напряжение сети. Сети могут быть низковольтными,
или низкого напряжения (НН), и высоковольтными,
или высокого напряжения (ВН). Выделяют также сети
среднего напряжения (СН).
• Род тока. Сети могут быть постоянного и
переменного тока.
• Назначение. Сети в городах, сети промышленных
предприятий, сети электрического транспорта, сети в
сельской
местности.
Районные
сети;
сети
межсистемных
связей.
Питающие
и
распределительные сети.
• Конструктивное исполнение сетей.
Электрические сети классифицируют по следующим
признакам.
• Напряжение сети. Сети могут быть низковольтными,
или низкого напряжения (НН), и высоковольтными,
или высокого напряжения (ВН). Выделяют также сети
среднего напряжения (СН).
• Род тока. Сети могут быть постоянного и
переменного тока.
• Назначение. Сети в городах, сети промышленных
предприятий, сети электрического транспорта, сети в
сельской
местности.
Районные
сети;
сети
межсистемных
связей.
Питающие
и
распределительные сети.
• Конструктивное исполнение сетей.
Технологические особенности работы
электроэнергетических систем
• совпадение во времени выработки электроэнергии и ее потребления,
непрерывность и автоматическое протекание всего технологического
процесса;
• тесная
связь
электроэнергетических
предприятий
с
промышленностью, транспортом, коммунальным и сельским
хозяйством.
• Непрерывность технологического процесса приводит к полной
зависимости режимов работы всех энергетических установок:
вырабатывающих, распределяющих и преобразующих электрическую
энергию.
Поэтому всякое изменение режима производства электроэнергии
автоматически отражается на ее распределении и дальнейшем
преобразовании. В равной мере и изменение режима потребления
мгновенно влияет на выработку энергии. Управление всеми этими
процессами реализуется при эксплуатации объектов электрических
систем.
Основные требования, предъявляемые к работе
энергосистем :
• выполнение плана выработки и распределения
электроэнергии с покрытием максимумов
нагрузки;
• бесперебойная работа электрооборудования и
надежная работа систем электроснабжения;
•
обеспечение
необходимого
качества
отпускаемой потребителям электроэнергии .
Классификация состояний и режимов ЭС.
Требования к ним
Режимом работы ЭС называется ее состояние, определяемое значениями мощностей,
напряжений, токов, частоты, характеризующих процесс производства, преобразования,
передачи и распределения энергии и называемых параметрами режима.
Нормальный режим – это режим работы, при котором обеспечивается выполнение
требований к надежности, экономичности и качеству электроэнергии.
Режим, в который ЭС вынужденно перешла из нормального и существование которого
должно быть ограничено, поскольку нарушена часть критериев надежности,
экономичности или качества энергии называется утяжеленным (ухудшенным). Этот режим
обычно создает повышенную опасность аварийных нарушений и в ряде случаев
предшествует аварийному.
Аварийный режим, подлежащий быстрейшей ликвидации, может возникнуть в результате
перехода от утяжеленного режима или внезапно – при предшествующем нормальном
режиме (например, из-за КЗ).
Послеаварийный режим, в который ЭС переходит из аварийного (обычно в результате
действия релейной защиты и автоматики), часто является утяжеленным и необходимо
вмешательство оперативного персонала для восстановления длительно допустимого, т.е.
нормального, режима. При успешном АПВ осуществляется автоматический переход от
аварийного к нормальному без вмешательства персонала.
Эксплуатация энергосистемы организуется в
двух направлениях:
• поддержание
работоспособности
оборудования, нормального состояния
зданий и сооружений;
• оперативно-диспетчерское
управление
(ОДУ) использованием оборудования и
работой энергосистемы в целом.
Функции диспетчерского управления :
• разработка и ведение режимов работы электростанций,
сетей и энергосистем, обеспечивающих заданные условия
энергоснабжения потребителей ( СО ЕЭС);
• планирование и подготовка ремонтных работ;
• обеспечение устойчивости энергосистем;
• выполнение требований к качеству электрической энергии и
тепла;
• обеспечение экономичности
работы энергосистем
и
рационального
использования
энергоресурсов
при
соблюдении режимов потребления;
• предотвращение и ликвидация технологических нарушений
при
производстве,
преобразовании,
передаче
и
распределении электрической энергии и тепла.
Организационная структура оперативно –
диспетчерского управления
Формы обслуживания подстанций
• круглосуточное дежурство персонала на подстанции на щите
управления. (ответственные узловые подстанции).
• дежурство персонала на дому (персонал несет дежурство на
дому, где имеется телефон и сигнализация оповещения,
срабатывающая при перегрузке или автоматическом
отключении оборудования. При ее сигнале дежурный
немедленно отправляется на подстанцию. Во время
дежурства дежурный производит осмотры оборудования и
выполняет небольшие по объему ремонтные и
эксплуатационные работы);
• централизованное обслуживание групп подстанций
персоналом оперативно-выездных бригад (ОВБ). В обычных
условиях ОВБ дежурит на одной из подстанций (чаще всего
узловой). По распоряжению диспетчера она выезжает на
специально оборудованной автомашине, имеющей
радиосвязь, на закрепленные подстанции, где производит
переключения, осмотры, допуски к работам, устраняет
ненормальные режимы работы оборудования и
ликвидирует аварии.
Оперативное ведение режима энергосистемы осуществляется со
специально оборудованного диспетчерского пункта (ДП). Этот
пункт оснащается диспетчерским щитом, на который наносится
мнемоническая схема всех объектов, находящихся в
оперативном управлении данного диспетчера. На мнемосхеме
изображены
генераторы,
трансформаторы,
линии
электропередачи, шины электрических станций и подстанции,
коммутационные аппараты (выключатели, разъединители).
Для оперативного руководства режимами энергосистемы
дежурный диспетчер должен получать сведения о состоянии
оборудования объектов, нагрузке станций, загрузке синхронных
компенсаторов, нагрузке линий и трансформаторов, частоте
переменного тока, напряжении в различных точках сети,
состоянии релейной защиты и автоматики, внезапных
отключениях линии, трансформаторов, генераторов, отметках
воды в водохранилищах ГЭС, запаса топлива на тепловых
станциях, состоянии обслуживающего персонала, учитывать
состояние внешней и социальной среды. Эта информация
обрабатывается на диспетчерском пункте, анализируется и на её
основании диспетчер принимает решения по регулированию
режима.
Передача информации на ДП организуется по
соответствующим каналам связи :
• проводные линии связи;
• высокочастотная связь по проводам ЛЭП;
• радиосвязь.
Информация передаётся:
• путем телефонных сообщений операторного
персонала;
• с помощью телесигнализации;
• телеизмерений;
• реализуется телеуправление.
Схема оперативной связи должна быть организована
таким образом, чтобы необходимая информация
поступала как в нормальных, так и в аварийных режимах
работы энергосистемы. Для этого обычно создают
основные и резервные (обходные) каналы связи.
Наиболее важная информация передаётся на диспетчерский
пункт с помощью устройств телесигнализации и
телеизмерений. Телесигнализация
дает возможность
диспетчеру непосредственно на мнемосхеме диспетчерского
щита видеть коммутационное состояние выключателей. При
изменении положения выключателей на каком-то объекте
системы на диспетчерский пункт подается сигнал и
загораются лампы несоответствия этих выключателей на
мнемосхеме.
В некоторых случаях с диспетчерского пункта выполняется
также телеуправление отдельными объектами системы.
Необходимость в телеуправлении возникает в том случае,
когда объект эксплуатируется без постоянного дежурного
персонала, объём телеуправления обычно ограничивают
управлением с ДП выключателями, ответвлениями
трансформаторов, активной и реактивной нагрузками ГЭС.
Содержание основных функций ОДУ
Технологическое планирование режимов ЭС
Разработка эксплуатационных режимов выполняется
на различных cтадиях: заблаговременно (на ближайший
зимний максимум и летний минимум, поквартально, на
предстоящий месяц) и на следующие сутки.
К наиболее важным относится перспективная
разработка режима зимнего максимума. Для этого режима
определяются ожидаемые нагрузки системы в целом и по
отдельным узлам. По этим нагрузкам составляются балансы
активных и реактивных мощностей в системе, и выявляется
достаточность резервов. При необходимости совместно с
«Энергосбытом» разрабатываются мероприятия по
регулированию режима работы потребителей и
обеспечению баланса мощностей в наиболее вероятных
аварийных случаях.
Прогнозируемые нагрузки используются также для
составления нормальной схемы энергосистемы.
Под нормальной схемой понимают схему коммутации сети,
которая соответствует наибольшей экономичности и
надежности электроснабжения потребителей и обеспечивает
должное качество электрической энергии (в соответствии с
ГОСТ 13109-97).
Подготовка нормальной схемы заключается в проведении
серии расчетов потокораспределения в нормальных и
послеаварийных режимах. По результатам этих расчетов
определяются уровни напряжения, потери мощности,
устанавливается наличие перегрузок линий и
трансформаторов. Для вариантов нормальной схемы
проводятся также расчеты токов коротких замыканий,
статической и динамической устойчивости.
К перспективным расчетам относятся расчеты по
предварительной проверке режимов при выводе в ремонт
оборудования системы. На основании поданных с объектов
энергосистемы заявок диспетчерская служба составляет
годовой план капитальных ремонтов основного оборудования,
оказывающего существенное влияние на режим системы
(крупных котлоагрегатов и турбогенераторов, мощных линий и
трансформаторов и т.п.).
При этом на основе соответствующих расчетов проверяется
возможность наложения одних ремонтов на другие. В
результате план формируется таким образом, чтобы
нежелательные наложения ремонтов были исключены и
круглый год обеспечивалось покрытие нагрузок энергосистем.
При подготовке перспективных режимов разрабатываются
директивные материалы, которые затем используются в
непосредственном управлении энергосистемой. Эти материалы
устанавливают перечень контрольных точек по напряжению и
графики напряжений в них, очередность ограничения и
отключения потребителей в случае возникновения дефицита
мощности, длительно допустимые нагрузки и допустимые
перегрузки элементов систем и др.
Соответствующие инструкции устанавливают порядок
ликвидации аварий и управления устройствами релейной
защиты и автоматики, дают указания о допустимых схемах
электрических соединений. Ряд материалов посвящается
экономичному ведению режима энергосистемы.
При квартальном и месячном планировании режимов
системы на основе проведения расчетов нормальных
режимов и расчетов устойчивости более тщательно
проверяется возможность вывода в ремонт оборудования в
соответствии с годовым графиком капитальных ремонтов.
Разработка режима на следующие сутки производится
наиболее детально. Здесь важно составить прогноз
суточного графика нагрузки и задать электростанциям
диспетчерские графики нагрузки.
Точность прогнозирования максимума нагрузки
энергосистемы на следующие сутки должна быть
не менее 3 %.
Другая не менее важная задача при разработке суточного
режима энергосистемы на следующий день заключается в
определении суточного графика нагрузки для каждой
электростанции (покрытие графика нагрузки системы). Эта
работа выполняется совместно с рассмотрением заявок на
ремонт оборудования, которые подаются в диспетчерскую
службу с объектов энергосистемы, в соответствии с планом
капитальных и текущих ремонтов. При появлении дефектов в
оборудовании могут быть поданы заявки на
противоаварийные работы, не предусмотренные планом.
На основании ожидаемых графиков нагрузки, полученных
заявок, а также информации о располагаемых мощностях
станций, запасах топлива на тепловых станциях, отметках
верхних бьефов водохранилищ ГЭС проводится
планирование суточного режима предстоящего дня.
Покрытие графика нагрузки системы выполняется с учетом
предполагаемых ремонтов, в результате чего намечается
график нагрузки для каждой станции по условию
экономичной работы всей энергосистемы и обеспечения
необходимого резерва.
Одновременно прорабатываются
режимы работы электрических сетей,
связанные с выводом в ремонт
оборудования. При этом проверяется,
находятся ли напряжения в
допустимых пределах и нет ли
перегрузки линий и трансформаторов.
В результате делаются окончательные
выводы, какие ремонты могут быть
разрешены.
Ведение режима энергосистемы
Одна из корневых функций дежурного диспетчера энергосистемы
состоит в поддержании требуемых параметров режима и показателей
качества электрической и тепловой энергии. Эта функция может быть
представлена следующими составляющими:
• Контроль выполнения станциями заданных графиков нагрузок и
поддержание ими запланированного резерва активной мощности;
• Оптимизация режима работы станций, например, по критерию
минимума расхода топлива;
• Регулирование частоты;
• Сопровождение проведения в ЭС ремонтных работ;
• Обеспечение требуемого уровня напряжения в узловых точках
электросети;
• Изменение схемы коммутации электрических сетей для обеспечения
оптимального режима, вывода в ремонт оборудования согласно
разрешенным заявкам, и ввода его в работу после окончания
ремонта. Одновременно производится перестройка устройств
релейной защиты и автоматики;
• Локализация последствий, устранение причин аварий и
восстановление нормального режима работы ЭС.
Возникновение аварийных режимов может произойти из-за стихийных
явлений (гроза, ветер, гололед, отрицательные или большие плюсовые
температуры воздуха и т.д.). Повреждение оборудования посторонними
лицами, повреждение элементов оборудования энергосистемы в
результате образования дефектов в оборудовании, из-за неправильных
действий устройств релейной защиты и автоматики, ошибок
обслуживающего персонала.
Наиболее опасны аварии, связанные со снижением мощности станций,
отключением сильно нагруженных высоковольтных линий, нарушением
устойчивости. Эти аварии могут приводить к большому недоотпуску
энергии и наносить существенный ущерб потребителям.
Диспетчер энергосистемы, получив информацию о происшедших
отключениях, должен быстро составить представление о характере
аварии и принять немедленные меры по ее ликвидации. Выполняя свои
функции, диспетчер единолично принимает решения по всем вопросам,
возникающим в процессе управления функционированием
энергосистем, и несет за это личную ответственность.
Диспетчерское управление осуществляется с помощью автоматизированной системы
диспетчерского управления (АСДУ), которая состоит из средств вычислительной техники,
связи, телемеханики, систем автоматики и комплексов программного обеспечения.
В составе АСДУ на всех уровнях ее иерархии созданы и эксплуатируются:
• системы автоматического управления режимами - системы релейной защиты,
противоаварийной автоматики и автоматического управления нормальными режимами по частоте и активной мощности (АРЧМ);
• оперативно-информационные и управляющие комплексы (ОИУК), обеспечивающие в
реальном времени дежурного диспетчера информацией о текущем режиме,
управление диспетчерским щитом, ведение суточной диспетчерской ведомости и пр.;
• системы оперативного управления внутри суточного периода (советчик диспетчера),
обеспечивающие внутрисуточную коррекцию режима по активной мощности и
напряжению, оперативную оценку надежности;
• системы краткосрочного (сутки, неделя) и долгосрочного (месяц квартал, год)
планирования энергетических и электрических режимов;
• системы автоматизации коммерческого учета и контроля электроэнергии и мощности
(АСКУЭ);
• экспертные системы для информационной помощи оперативному персоналу, а также
интеллектуальной поддержки принятия решений;
• диспетчерские тренажеры.