Электрические станции и подстанции

т.ч.:
Лекции – 36 часов
Практические занятия – 18 часов
Лабораторные занятия – не предусмотрены
Самостоятельная работа – 90 часов
Вид промежуточной аттестации:
Зачёт – 5 / 6 / 5 семестр
Общая трудоемкость 144 часа, 4 зач. ед.

Домашнее задание
Зайти в систему Educon → Электрические станции и подстанции (ТИИ).
Ознакомиться с Рабочей программой дисциплины.

система)

Холян А.М. Екатеринбург: УПИ-Энерго, 2002. – 54 с. : ил.

Выбор схем электрических соединений подстанций : Методические указания / сост. Кокин С.Е. – Екатеринбург: УПИ-Энерго, 2001. – 42 с. : ил.

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.

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.

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)

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)

Система электроснабжения (СЭС) – совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией. (ПУЭ, п. 1.2.5)

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)

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.

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), предприятия коллективной собственности (АО Энерго, электростанции, сетевые предприятия), предприятия частной собственности (некоторые объекты малой энергетики, небольшие сетевые предприятия).

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.

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)

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.

Особо необходимо отметить, что при объединении улучшаются технико-экономические показатели электростанций и снижаются их издержки, а это очень важно для ценовой стратегии.

Недостатками крупных объединений является сложность управления такими объектами. Нужны комплексы средств и систем управления, которые позволили бы управлять системой как единым целым.

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.

использования их мощности, являются передающие электрические сети, распределительные устройства и подстанции.

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.

Топливное хозяйство

Пароге-нератор

Электрическая станция

Подстанция

ЛЭП

ЭП

на расстояние с возможным промежуточным отбором.

ЛЭП

проводов в фазах;

- конструктивное исполнение.

Выбор этих параметров является сложной технико-экономической задачей.

Электрические сети выполняют по радиальным,

магистральным

или смешанным схемам.

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)

Топливное хозяйство

Пароге-нератор

Электрическая станция

Подстанция

ЛЭП

ЭП

расположено на открытом воздухе. (ПУЭ, п. 4.2.2)

РУ

Закрытым распределительным устройством (ЗРУ) называется РУ, оборудование которого расположено в здании. (ПУЭ, п. 4.2.2)

Достоинством ОРУ являются меньшие по сравнению с ЗРУ объем строительных работ, их стоимость и время выполнения, а их недостатками – неудобство обслуживания при низких температурах и в плохую погоду, большая занимаемая площадь.

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)

РУ

Для наружной установки - КРУН

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)

Топливное хозяйство

Пароге-нератор

Электрическая станция

Подстанция

ЛЭП

ЭП

блоков (КРУ или КРУН и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. (ПУЭ, п. 4.2.8)

ПС

Комплектные трансформаторные (преобразовательные) подстанции (КТП, КПП) или части их, устанавливаемые в закрытом помещении, относятся к внутренним установкам, устанавливаемые на открытом воздухе, - к наружным установкам.

отдельном закрытом помещении).

Пристроенной подстанцией называется подстанция, непосредственно примыкающая к основному зданию. (ПУЭ, п. 4.2.5)

ПС

Встроенной подстанцией называется закрытая подстанция, вписанная в контур основного здания. (ПУЭ, п. 4.2.5)0

Столбовой (мачтовой) трансформаторной подстанцией называется открытая трансформаторная подстанция, все оборудование которой установлено на конструкциях или на опорах ВЛ на высоте, не требующей ограждения подстанции. (ПУЭ, п. 4.2.9)

предназначены для электроснабжения больших районов, в которых находятся промышленные, городские, сельскохозяйственные и другие потребители электроэнергии. Первичные напряжения районных подстанций составляют 750, 500, 330, 220, 150 и 110, а вторичные – 220, 150, 110, 35, 20, 10 или 6 кВ.

Главные понизительные подстанции (ГПП) предназначены для приема электроэнергии от энергетических систем напряжением 35 – 220 кВ и преобразования ее в напряжение заводской сети 6-10 кВ для питания цеховых и межцеховых подстанций. Главным отличием ГПП от УРП является то, что подводимая энергия трансформируется, а также меньшая мощность, чем УРП.11

Трансформаторные пункты (ТП) малой и средней мощности, предназначенные для питания одного или нескольких цехов, участков районов города. Трансформируют электроэнергию с напряжения 6 – 10 кВ на вторичное напряжение 220 – 660 В.

Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения. В зависимости от положения в энергосистеме, назначения, величины первичного и вторичного напряжения их можно классифицировать на:

ПС

Разновидностью районных подстанций энергосистем являются узловые распределительные подстанции (УРП), на которых основная мощность при подводимом напряжении 110 – 500 кВ распределяется без или с частичной трансформацией по линиям глубоких вводов для питания отдельных объектов большой мощности предприятий.

Подстанции глубоких вводов (ПГВ) – подстанции предназначенные для питания отдельного объекта или района. Получают электроэнергию или от энергосистемы или от УРП данного предприятия. Обычно выполняются по упрощенным схемам коммутации на первичном напряжении110 – 220 кВ.

Тяговые подстанции используются для нужд электрифицированного транспорта.

к электрической сети. Но некоторые источники дают классификацию исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций.

Тупиковые ПС — питаемые по одной или двум радиальным линиям;

ПС

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.

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».

одном напряжении без преобразования и трансформации, не входящее в состав подстанции. (ПУЭ, п. 4.2.10)

могут работать нормально и развивать мощность, указанную в паспорте (номинальную мощность).

Номинальные напряжения установлены для согласования режимов работы всех элементов СЭС, начиная от генераторов электрических станций и закончивая самыми удаленными электроприёмниками. На эти же напряжения изготовляют электрооборудование.

Номинальное напряжение сети это то напряжение, которое необходимо для нормальной работы электроприемников, оно совпадает с номинальным напряжением приемников. Номинальное напряжение генераторов, также как и для вторичных обмоток трансформаторов принимается на 5 % выше номинального напряжения сети. Это вызвано необходимостью учета потерь напряжения, вызванных протеканием тока по проводам сети и поддерживать у потребителя номинальное напряжение.

Согласно ПУЭ имеются две категории напряжения до и свыше 1000 В.
Шкала номинальных линейных напряжений электроустановок до 1000 В определяется по ГОСТ 21128-83, свыше 1000 В по ГОСТ 721-77.

С другой стороны, при снижении напряжения увеличиваются потери мощности и энергии, так как возрастает ток при той же передаваемой мощности.

Примерная зависимость приведенных затрат от напряжения показана на рисунке

Напряжение, при котором затраты имеют минимум, называется рациональным.

быть определено:
- по специальным таблицам;
- по номограмма;
- по эмпирическим формулам.

При определении рационального нестандартного напряжения по эмпирическим формулам (в кВ) можно воспользоваться, например, формулой Стилла:

где P – передаваемая расчетная активная мощность на одну цепь, МВт;
L – длина линии, км.

Эта формула дает приемлемые результаты при L ≤ 250 км и P ≤ 60 МВт.

При L ≤ 1000 км и Pр ≥ 60 МВт в расчетах рационального напряжения можно использовать формулу Залеского

Также для расчетов довольно часто применяют формулу Илларионова, дающую удовлетворительные результаты для шкалы напряжений от 35 до 1150 кВ при больших протяженностях линии и значительных мощностях, особенно при P ≥ 1000 МВт:

после расчета обычно намечают два ближайших стандартных напряжения (больше и меньше рационального). Окончательно номинальное напряжение электрической сети выбирается путем технико-экономического сравнения.
Для намеченных вариантов номинальных напряжений определяют ежегодные приведенные затраты на строительство и эксплуатацию (стоимость обслуживания, ремонта, амортизационные отчисления, стоимость потерь электроэнергии).
З = Ен . К + И,
где Ен – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений (для расчетов в электроэнергетике довольно часто Ен = 0,1 год-1);
К – капитальные вложения, руб.;
И – ежегодные эксплуатационные расходы, руб./год, предполагаемые неизменными в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации;
Вариант с меньшими затратами принимают за оптимальный.
При учебном проектировании допускается округлять рациональное напряжение до одного ближайшего стандартного.

Следует отметить, что при реальном проектировании выбор номинального напряжения весьма ограничен. Как правило, электрическая сеть не проектируется «с нуля», а представляет собой динамически развивающийся объект. Поэтому проектирование сводится к развитию сети, когда новые отдельные участки необходимо привязать к уже существующей сети. В этих условиях номинальное напряжение новых участков во многом предопределено уже имеющимися в районе напряжениями.