Устойчивость энергосистемы. Общие сведения. Способы повышения устойчивости
Устойчивость энергосистемы — это способность ее возвращаться в исходное состояние при малых или значительных возмущениях. По аналогии с механической системой установившийся режим энергосистемы можно трактовать как равновесное положение ее.
Параллельная работа генераторов электрических станций, входящих в энергосистему, отличается от работы генераторов на одной станции наличием линий электропередачи, связывающих эти станции. Сопротивления линий электропередачи уменьшают снихронизирующую мощность генераторов и затрудняют их параллельную работу. Кроме того, отклонения от нормального режима работы системы, которые происходят при отключениях, коротких замыканиях, внезапном сбросе или набросе нагрузки, также могут привести к нарушению устойчивости, что является одной из наиболее тяжелых: аварий, приводящей к перерыву электроснабжения потребителей Поэтому изучение проблемы устойчивости очень важно, особенно применительно к линиям электропередачи переменным током. Различают два вида устойчивости: статическую и динамическую.
Статической устойчивостью называют способность системы самостоятельно восстановить исходный режим при малых и медленно происходящих возмущениях, например при постепенном незначительном увеличении или уменьшении нагрузки.
Динамическая устойчивость энергосистемы характеризует способность системы сохранять синхронизм после внезапных и резких изменений параметров режима или при авариях в системе (коротких замыканиях, отключений часта генераторов, линий или трансформаторов). После таких внезапных нарушений нормальной работы в системе возникает переходный процесс, по окончании которого вновь должен наступить установившийся послеаварийный режим работы.
Способы повышения устойчивости
Основным способом повышения устойчивости является увеличение предела передаваемой мощвости. Этого можно достичь повышением э.д.с. генераторов, напряжения на шинах нагрузки или уменьшением индуктивного сопротивления линии. Основными средствами повышения устойчи вости являются следующие:
— применение быстродействующих автоматических регуляторов напряжения, увеличивающих э. д. с. генераторов при возрастании нагрузки. Для повышения динамической устойчивости при к. з. особенно большое значение имеет форсировка возбуждения, при которой контакты специального реле шунтируют реостаты возбуждения; в результате в обмотку возбудителя подается наибольший возможный ток («потолочное» возбуждение). В современных генераторах «потолочный» ток возбуждения составляет 1,8—2.0 его номинального значения;
— повышение напряжений действующих линий, например со 110 на 150 или иа 220 кВ;
— уменьшение индуктивного сопротивления линий, достигаемое расщеплением проводов мощных линий на два или три, или применением продольной емкостной компенсации с последовательным включением в линию батареи конденсаторов;
— применение быстродействующих выключателей, защит и автоматического повторного включения линий.
Источник
Мероприятия по повышению устойчивости и бесперебойности работы дальних линий электропередач
Устойчивость параллельной работы линии электропередачи играет наиболее важную роль при передаче электрической энергии на далекие расстояния. Пропускная способность линии по условиям устойчивости растет пропорционально квадрату напряжения, а потому повышение напряжения электропередачи является одним из наиболее эффективных способов увеличения нагрузки на одну цепь, а тем самым и сокращения числа параллельных цепей.
В тех случаях, когда речь идет о передаче весьма больших мощностей порядка 1 млн. кВт и более на большие расстояния технически и экономически является нецелесообразным, то необходимо весьма значительное повышение напряжения. При этом, однако, значительно возрастают размеры оборудования, его вес и стоимость, а также трудности его изготовления и освоения. В связи с этим за последние годы разработаны мероприятия повышения пропускной способности линий передачи , которые были бы недороги и в тоже время достаточно эффективны.
С точки зрения надежности передачи энергии имеет значение как статическая, так и динамическая устойчивость параллельной работы . Некоторые из рассматриваемых ниже мероприятий имеют значение для обоих видов устойчивости, другие же преимущественно для одного из них, что будет рассмотрено ниже.
Быстрота отключения повреждения
Общепринятым и наиболее дешевым средством увеличения передаваемой мощности является уменьшение времени отключения поврежденного элемента (линии, отдельного ее участка, трансформатора и т. п.), которое слагается из времени действия релейной защиты и времени действия самого выключателя. Это мероприятие широко применяется на существующих линиях электропередач. В отношении быстродействия за последние годы достигнуты весьма большие успехи как в области релейной защиты, так и выключателей.
Быстрота отключения имеет значение только для динамической устойчивости и главным образом для связанных электропередач при авариях на самой линии передачи. Для блочных же электропередач, где авария на линии приводит к отключению блока, динамическая устойчивость имеет значение при авариях в приемной (вторичной) сети, а потому необходимо заботиться о скорейшей ликвидации аварии именно в этой сети.
Применение быстродействующих регуляторов напряжения
При коротких замыканиях в сети, вследствие протекания больших токов, всегда имеет место то или иное понижение напряжения. Понижение напряжения может наступать и по другим причинам, например при быстром увеличении нагрузки или при отключении генераторной мощности, в результате чего происходит перераспределение мощности между отдельными станциями.
Понижение напряжения приводит к резкому ухудшению устойчивости параллельной работы . Для устранения этого необходимо быстрое повышение напряжения по концам электропередачи, что достигается применением быстродействующих регуляторов напряжения, воздействующих на возбуждение генераторов и повышающих их напряжение.
Это мероприятие принадлежит к наиболее дешевым и эффективным. Необходимо, однако, чтобы регуляторы напряжения обладали безинерционностью, а кроме того возбудительная система машины должна обеспечивать требуемую быстроту подъема напряжения и его величину (кратность) по отношению к нормальной, т. е. так называемый «потолок напряжения».
Улучшение параметров оборудования
Как указывалось выше, в общую величину сопротивления электропередачи входит сопротивление генераторов и трансформаторов. С точки зрения устойчивости параллельной работы имеет значение реактивное сопротивление (активное же сопротивление, как выше было указано, влияет на потери мощности и энергии).
Падение напряжения в реактивном сопротивлении генератора или трансформатора при его номинальном токе (токе, соответствующем номинальной мощности), отнесенное к нормальному напряжению и выраженное в процентах (или в долях единицы), является одной из важных характеристик генератора или трансформатора.
По техническим и экономическим соображениям генераторы и трансформаторы проектируются и изготовляются на определенные реактивные сопротивления, являющиеся оптимальными для данного типа машины. Реактивные сопротивления могут быть изменяемы в известных пределах, причем понижение реактивности, как правило, сопровождается увеличением размеров и весов, а следовательно, и стоимости. Однако удорожание генераторов и трансформаторов относительно невелико и экономически вполне оправдывается.
На некоторых существующих электропередачах применено оборудование с улучшенными параметрами. Следует также отметить, что на практике в некоторых случаях применяют оборудование со стандартными (типическими) реактивностями, но несколько большей мощности, рассчитанное, в частности, на коэффициент мощности 0,8, тогда как фактически, по режиму электропередачи, его следует ожидать равным 0,9 — 0,95.
В тех случаях, когда мощность передается от гидростанции и турбина может развивать мощность большую номинальной на 10%, а иногда и более, то при напорах, превышающих расчетный, возможно увеличение отдаваемой генератором активной мощности.
При аварии одной из двух параллельных линий, работающих по связанной схеме и без промежуточного отбора, она полностью выходит из строя, а потому сопротивление линии электропередачи увеличивается вдвое. Передача удвоенной мощности по оставшейся в работе линии бывает возможна, если она имеет относительно небольшую длину.
При линиях же значительной длины применяются специальные мероприятия для компенсации падения напряжения в линии и поддержания его постоянным на приемном конце электропередачи. Для этого на приемной подстанции устанавливаются мощные синхронные компенсаторы, посылающие в линию упреждающую реактивную мощность, которая частично компенсирует отстающую реактивную мощность, обусловленную реактивностью самой линии и трансформаторов.
Такие синхронные компенсаторы не могут, однако, обеспечить устойчивость работы длинной электропередачи. На длинных линиях, во избежание снижения передаваемой мощности при аварийном отключении одной цепи, могут быть применены переключательные посты, которые делят линию на несколько участков.
На переключательных постах устраиваются сборные шины, к которым с помощью выключателей присоединяются отдельные участки линий. При наличии постов при аварии отключается только поврежденный участок, а потому общее сопротивление линии увеличивается незначительно, например, при 2-х переключательных постах оно увеличивается лишь на 30%, а не вдвое, как было бы при отсутствии переключательных постов.
По отношении же к полному сопротивлению всей электропередачи (включая сопротивления генераторов и трансформаторов), увеличение сопротивления будет еще меньше.
Реактивное сопротивление провода зависит от отношения расстояния между проводами к радиусу провода. С увеличением напряжения, как правило, увеличивается расстояние между проводами и их сечение, а следовательно, и радиус. Поэтому реактивное сопротивление меняется в сравнительно узких пределах и при приближенных расчетах обычно принимается равным х = 0,4 ома/км.
При линиях напряжением 220 кВ и выше наблюдается явление так называемой «короны». Это явление связано с потерями энергии, особенно значительными в плохую погоду. Для устранения чрезмерных потерь на корону требуется определенный диаметр проводов. При напряжениях свыше 220 кВ сплошные провода получаются столь большого сечения, что экономически оно не может быть оправдано. По этим соображениям предлагались и нашли известное применение полые медные провода.
С точки зрения короны более эффективным является применение вместо полых — расщепленных проводов . Расщепленный провод состоит из 2 — 4 отдельных проводов, расположенных друг от друга на некотором расстоянии.
При расщеплении провода диаметр его как бы увеличивается и в результате:
а) существенно понижаются потери энергии вследствие короны,
б) уменьшается его реактивное и волновое сопротивление и соответственно увеличивается натуральная мощность линии электропередачи. Натуральная мощность линии ориентировочно возрастает при расщеплении на две нитки на 25 — 30 %, на три — до 40%, на четыре — до 50%.
При увеличении длины линии соответственно возрастает ее реактивное сопротивление и вследствие этого существенно ухудшается устойчивость параллельной работы. Уменьшение реактивного сопротивления длинной линии электропередачи повышает ее пропускную способность. Такое уменьшение наиболее эффективно может быть достигнуто путем последовательного (в разрез) включения в линию статических конденсаторов.
Такие конденсаторы по своему эффекту противоположны действию самоиндукции линии, и таким образом в той или иной мере ее компенсируют. Поэтому этот способ носит общее название продольной компенсации . В зависимости от числа и размеров статических конденсаторов может быть компенсировано индуктивное сопротивление на той или иной длине линии. Отношение длины компенсированной линии к общей ее длине, выраженное в долях единицы или в процентах, носит название степени компенсации.
Статические конденсаторы, включенные в разрез линии передачи, подвергаются воздействию ненормальных режимов, которые могут возникать при коротких замыканиях как на самой линий передачи, так и вне ее, например, в приемной сети. Наиболее тяжелыми являются короткие замыкания на самой линии.
При прохождении через конденсаторы больших аварийных токов напряжение на них значительно повышается, хотя и кратковременно, но может быть опасным для их изоляции. Во избежание этого параллельно конденсаторам включается воздушный искровой промежуток. Когда напряжение на конденсаторах превышает определенную, заранее выбранную величину, то промежуток пробивается и этим создается параллельный путь для прохождения аварийного тока. Весь процесс происходит весьма быстро, и после его завершения эффективность конденсаторов снова восстанавливается.
Когда степень компенсации не превышает 50%, то наиболее целесообразной является установка батареи статических конденсаторов в середине линии, при этом несколько уменьшается их мощность и облегчаются условия работы.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Повышение устойчивости систем энергоснабжения
Повышение устойчивости систем энергоснабжения играет значительную роль в жизнедеятельности промышленных районов и объектов народного хозяйства. Повышение устойчивости системы энергоснабжения достигается проведением как общегородских, так и объектовых инженерно-технических мероприятий.
Создаются дублирующие источники электроэнергии, газа, воды и пара путем прокладки нескольких подводящих электро-, газо-, водо- и пароснабжающих коммуникаций и последующего их закольцовывания. Инженерные и энергетические коммуникации переносятся в подземные коллекторы, наиболее ответственные устройства (центральные диспетчерские распределительные пункты) размешаются в подвальных помещениях зданий или в специально построенных прочных сооружениях. На тех предприятиях, где укладка подводящих коммуникаций в траншеях или тоннелях не представляется возможной, производится крепление трубопроводов к эстакадам, чтобы избежать их сдвига или сброса. Затем укрепляются сами эстакады путем установки уравновешивающих растяжек в местах поворотов и разветвлений. Деревянные опоры заменяют на металлические и железобетонные.
Для обеспечения проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ, а также производства в первое время после возникновения ЧС (в случае вывода из строя основных источников энергопитания) создается резерв автономных источников электро- и водоснабжения. Обычно это бывают передвижные электростанции и насосные агрегаты с автономными двигателями, например с двигателями внутреннего сгорания.
Устойчивость систем электроснабжения объекта повышается путем подключения его к нескольким источникам питания, удаленным один от другого на расстояние, исключающее возможность их одновременного поражения одним ядерным взрывом.
На объектах, имеющих тепловые электростанции, оборудуют приспособления для работы ТЭЦ на различных видах топлива, принимают меры по созданию запасов твердого и жидкого топлива, его укрытию и усилению конструкций хранилищ горючих материалов.
В сетях электроснабжения проводятся мероприятия по переводу воздушных линий электропередач на подземные, а линий, проложенных по стенам и перекрытиям зданий и сооружений, — на линии, проложенные под полом первых этажей (в специальных каналах).
При монтаже новых и реконструкции электрических сетей устанавливают автоматические выключатели, которые при коротких замыканиях и при образовании перенапряжений отключают поврежденные участки. Перенапряжения в линиях электропередач могут возникать в результате разрушений или повреждений отдельных элементов системы энергоснабжения объекта, а также при воздействии электромагнитных полей ядерного взрыва.
Большое значение для повышения устойчивости работы объекта имеет надежное снабжение его водой. Прекращение подачи воды может привести к приостановлению, производственного процесса и прекращению выпуска продукции даже тогда, когда объект народного хозяйства не будет разрушен при возникновении ЧС.
Водоснабжение объекта будет более устойчивым и надежным в том случае, если объект питается от нескольких систем или от двух-трех независимых водоисточников, удаленных друг от друга на безопасное расстояние. Гарантированное снабжение водой может быть обеспечено только от защищенного источника с автономным и тоже защищенным источником энергии. К таким источникам относятся артезианские и безнапорные скважины, которые присоединяются к общей системе водоснабжения объекта. При планировании мероприятий необходимо учитывать, что дебит этих источников не полностью обеспечивает потребности производства и ведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ.
Для большей надежности и маневренности на случай аварии или ремонта на объектах создаются обводные линии и устраиваются перемычки, которым подают воду в обход поврежденных участков, разрушенных зданий и сооружений. Пожарные гидранты и отключающие устройства размещаются на территории, которая не будет завалена в случае разрушения зданий и сооружений. Внедряются автоматические и полуавтоматические устройства, которые отключают поврежденные участки без нарушения работы остальной части сети. На объектах, потребляющих большое количество воды, применяется оборотное водоснабжение с повторным использованием воды для технических целей. Такая технология уменьшает общую потребность воды и, следовательно, повышает устойчивость водоснабжения объекта.
Важное и сложное мероприятие защита воды от заражения. В городах и на объектах народного хозяйства вода, предназначенная для питья, очищается и обеззараживается в очистных устройствах, находящихся на водопроводных станциях. На очистных сооружениях предусматриваются дополнительные мероприятия по очистке воды, поступающей из зараженных водоемов, от радиоактивных и отравляющих веществ и бактериальных средств.
В населенных пунктах сельской местности широко распространены подземные источники воды (шахтные колодцы, родники и др.). В них могут проникнуть радиоактивные и отравляющие вещества и различного вида бактерии. Поэтому проводятся инженерные мероприятия по защите водозаборов на подземных источниках воды.
Для обеспечения устойчивого и надежного снабжения предприятия газом предусматривается его подача в газовую сеть объекта от газорегуляторных пунктов (газораздаточных станций). При проектировании, строительстве и реконструкции газовых сетей создаются закольцованные системы на каждом объекте народного хозяйства. На случай выхода из строя газорегуляторных пунктов и газораздаточных станций устанавливаются обводные линии (байпасы). Все узлы и линии газоснабжения располагаются, как правило, под землей, так как заглубление коммуникаций значительно уменьшает их поражение ударной волной ядерного взрыва и другими последствиями ЧС. Кроме того, укрытие систем газоснабжения под землей значительно снижает возможность возникновения вторичных факторов поражения.
Для уменьшения пожарной опасности проводятся мероприятия, снижающие возможность утечки газа. На газопроводах устанавливаются автоматические запорные и переключающиеся устройства дистанционного управления, позволяющие отключать сети или переключать поток газа при разрыве труб непосредственно с диспетчерского пункта.
Инженерно-технические мероприятия по повышению устойчивости систем теплоснабжения решают путем защиты источников тепла и заглублением коммуникаций в грунт. Если на объекте предусматривается строительство котельной, ее целесообразно размещать в специальном отдельно стоящем сооружении. Здание котельной должно иметь облегченное перекрытие и легкое стеновое заполнение. При получении объектом тепла с городской теплоцентрали проводятся мероприятия по обеспечению устойчивости подводящих к объекту трубопроводов и имеющихся распределительных устройств.
Тепловая сеть строится, как правило, по кольцевой системе, трубы отопительной системы прокладываются в специальных каналах. Запорные и регулирующие приспособления размещаются в смотровых колодцах и по возможности на территории, не заваливаемой при разрушении зданий и сооружений. На тепловых сетях устанавливается запорно-регулирующая аппаратура (задвижки, вентили и др.), предназначенная для отключения поврежденных участков.
Мероприятия по повышению устойчивости системы канализации разрабатываются раздельно для ливневых, промышленных и хозяйственных (фекальных) стоков. На объекте оборудуется не менее двух выводов с подключением к городским канализационным коллекторам, а также устраиваются выводы для аварийных сбросов неочищенных вод в прилегающие к объекту овраги и другие естественные и искусственные углубления. Для сброса строят колодцы с аварийными задвижками и устанавливают их на объектовых коллекторах с интервалом 50 м по возможности на незаваливаемой территории.
На объектах помимо систем электро-, водо-, газо- и теплоснабжения имеются системы энергообеспечения технологии производства. Например, сети и сооружения для подачи сжатого воздуха, кислорода, аммиака, хлора и других жидких и газообразных реактивов. Инженерно-технические мероприятия для этих систем разрабатывают главным образом с целью предупреждения возникновения вторичных факторов поражения.
Источник
