Электроэнергетическая система (глава 1)

Содержание

Слайд 2

§1 Основные понятия, термины и определения Энергетической системой называется совокупность электростанций,

§1 Основные понятия, термины и определения

Энергетической системой называется совокупность электростанций, электрических

и тепловых сетей и центров потребления электрической энергии и теплоты, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии и теплоты при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая система (ЭЭС)

Энергетические ресурсы

Эл. Станции Эл. часть ЭС

Электрические сети

Потребители электроэнергии

Тепловые сети

Потребители тепловой энергии

Слайд 3

Энергетические ресурсы - это материальные объекты, в которых сосредоточена возможная для

Энергетические ресурсы - это материальные объекты, в которых сосредоточена возможная для

практического использования человеком энергия.
Энергоресурсы подразделяются на:
возобновляемые и невозобновляемые;
топливные и нетопливные;
природные (первичные) и искусственные (вторичные);
традиционные и нетрадиционные.
Электроэнергетическая система (ЭЭС) – это совокупность электрических частей электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, связанных общностью режимов и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электрической энергии.
Слайд 4

Особенности электроэнергетической системы: Производство электроэнергии, ее передача, распределение и преобразование в

Особенности электроэнергетической системы:
Производство электроэнергии, ее передача, распределение и преобразование в другие

виды энергии осуществляются практически в один и тот же момент времени.
Относительная быстрота протекания переходных процессов.
Она тесно связана со всеми отраслями промышленности, транспортом, связью и т.д.
Отдельные составляющие ЭЭС могут быть географически удалены на многие сотни и тысячи километров друг от друга и распределены на огромной территории. Следовательно, для эффективной их связи, необходимо создание надежной и безопасной в эксплуатации системы передачи и распределения электрической энергии высокого и сверхвысокого напряжения.
Для управления процессами функционирования такой системой, регулирования ее режимов, обеспечения надежности работы и обеспечения качества электроэнергии необходима современная, быстродействующая и надежная система средств диспетчерского и технологического контроля, регулирования и управления.
Слайд 5

Электроустановка (ЭУ) – совокупность электрических аппаратов, электрических машин и электрооборудования, предназначенных

Электроустановка (ЭУ) – совокупность электрических аппаратов, электрических машин и электрооборудования, предназначенных

для производства, преобразования, аккумулирования, передачи, распределения или потребления электрической энергии и размещенная на определенной территории или в едином сооружении.
Электростанция (ЭС) – это электроустановка производящая электрическую или электрическую и тепловую энергию в результате преобразования энергии, заключенной в природных энергетических ресурсах.
Электроподстанцией (ЭП) называется электроустановка, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения, а также для распределения электрической энергии. Электроподстанция состоит из трансформаторов, сборных шин, коммутационных аппаратов и вспомогательного электрооборудования.
Подстанции, служащие для связи электростанций и линий электропередач – повышающие, а для связи линий электропередач и потребителей электроэнергии - понижающие. Электроподстанции применяются и для связи отдельных частей электрической системы с разными напряжениями.
Слайд 6

Вспомогательное электрооборудование подстанций предназначено для выполнения вспомогательных функций, к нему относятся:

Вспомогательное электрооборудование подстанций предназначено для выполнения вспомогательных функций, к нему относятся:
-

устройства релейной защиты (УРЗ) – для обнаружения факта и места повреждения в электроустановке и для выдачи команды на отключение поврежденного элемента;
- устройства автоматики (УА) – для автоматического включения или переключения цепей и устройств, а также для автоматического регулирования режимов работы элементов электроустановок;
- устройства сигнализации (УС) – сообщают об отклонении режима работы объекта от заданного, о перегрузках и нарушениях нормальной работы различных элементов электрооборудования, о замыканиях на землю и других авариях;
- контрольно-измерительные приборы (КИП) для контроля за работой основного электрооборудования электроподстанции, качеством электроэнергии, а также для учета электроэнергии.
Слайд 7

Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, входящая в состав любой электроподстанции, предназначенная

Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, входящая в состав любой электроподстанции, предназначенная

для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства управления, защиты, автоматики и измерительные приборы.
Центр питания (ЦП) - распределительное устройство генераторного напряжения электростанций или распределительное устройство вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы, к которым присоединены распределительные сети данного района.
Линия электропередачи (ЛЭП) - электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами энергосистемы с возможным промежуточным отбором мощности.
Потребитель электроэнергии, электроприемник (ЭП) - электрическая машина, агрегат, аппарат или их комплекс, потребляющий электроэнергию из сети и расходующую ее на исполнение технологических процессов или преобразующие электрическую энергию в иные виды энергии.
Слайд 8

Слайд 9

В соответствии со схемой, элементами системы передачи и распределения электрической энергии

В соответствии со схемой, элементами системы передачи и распределения электрической энергии

являются:
- линии электропередачи (ЛЭП) различного конструктивного исполнения и напряжений;
- устройства компенсации параметров ЛЭП (КУ);
- повышающие (ПВПС) и понижающие (ПНПС) подстанции;
- источники реактивной мощности (ИРМ);
- устройства автоматического регулирования (УАР), релейной защиты (РЗ), устройства автоматики (УА), средства систем диспетчерского и технологического управления (СДТУ).
Слайд 10

Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической

Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической

энергии на определенной территории, состоящая из электроподстанций, распределительных пунктов, воздушных и кабельных линий электропередач, аппаратура присоединения, защиты и управления.
Основу системы передачи электрической энергии от синхронных генераторов электростанций до центров питания, которыми служат сборные шины вторичного напряжения понижающих подстанций, составляют развитые системообразующие и питающие сети выполненные воздушными линиями электропередачи высокого и сверх высокого напряжения.
Система распределения электрической энергии связывает, с помощью распределительных сетей воздушного и кабельного исполнения, центры питания непосредственно с потребителями электроэнергии. Обычно это сети среднего и низкого напряжений.
Система электроснабжения объединяет все электроустановки, предназначенные для обеспечения потребителей электрической энергией.
Система электроснабжения потребителя - это комплекс центров питания, распределительных электрических сетей и потребителей электроэнергии конкретного технологического назначения.
Слайд 11

Система передачи и распределения электрической энергии должна удовлетворять многочисленным и разнообразным

Система передачи и распределения электрической энергии должна удовлетворять многочисленным и разнообразным

требованиям:
- обеспечивать надежное, а в ряде случаев, бесперебойное электроснабжение;
- обеспечивать устойчивость параллельной работы всех электроустановок, т.е. возможность работы электроэнергетической системы во всех режимах: нормальных, ремонтных, аварийных и послеаварийных;
- снабжать потребителей электроэнергией нормированного качества;
- удовлетворять условиям экономичности, эксплуатации и развития;
- обеспечивать безопасность и удобство эксплуатации;
- учитывать возможность выполнения релейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики.
Слайд 12

Объединенная электроэнергетическая система - совокупность нескольких электроэнергетических систем, объединенных общим режимом

Объединенная электроэнергетическая система - совокупность нескольких электроэнергетических систем, объединенных общим режимом

работы, имеющая общее диспетчерское управление как высшую ступень управления по отношению к диспетчерским управлениям входящих в нее систем.
Единая электроэнергетическая система - совокупность объединенных электроэнергетических систем, соединенных межсистемными связями, охватывающая значительную часть территории страны при общем режиме работы и имеющая диспетчерское управление.
Производство, преобразование, передача, распределение и потребление электрической энергии осуществляется преимущественно с помощью трехфазного переменного тока.
1. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным током, заключается в возможности с помощью трансформаторов повышать, понижать, а также регулировать величину напряжения в электрических сетях.
Слайд 13

С повышением напряжения передачи электрической энергии существенно уменьшаются потери мощности и

С повышением напряжения передачи электрической энергии существенно уменьшаются потери мощности и

падения напряжения в системах передачи и распределения электроэнергии.
Понижение до необходимого уровня – позволяет удовлетворять в потребности электрической энергии большое количество различных по номинальным параметрам электроприемников.
Регулирование – обеспечивает устойчивость параллельной работы электростанций и отдельных электроэнергетических систем, позволяет поддерживать наиболее экономичный режим работы распределительных сетей и обеспечивать требуемое качество напряжения непосредственно у потребителей.
2. Передача электрической энергии от генераторов к потребителям трехфазным переменным током наиболее выгодна экономически, чем однофазным, т.к. достигается экономия проводов в два раза . При этом трехфазные генераторы и трансформаторы дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазовых генератора или трансформатора таковой же суммарной мощностью.
Слайд 14

3. Трехфазная система позволяет технически просто получить круговое вращающееся поле, которое


3. Трехфазная система позволяет технически просто получить круговое вращающееся поле, которое

лежит в основе работы всех трехфазных электрических машин. Трехфазные генераторы, трансформаторы и двигатели просты по конструкции, надежны в работе, имеют хорошие массогабаритные показатели, сравнительно дешевы и долговечны.
4. В трехфазной системе существует возможность подключать как трехфазные, так и однофазные приемники электрической энергии в зависимости от номинальных параметров, на одно из двух напряжений – линейное или фазное.
5. В случае необходимости, электрическая энергия переменного тока, может быть достаточно эффективно преобразована в электрическую энергию постоянного тока.
Слайд 15

§2 Электрические станции Классификация электростанций Электростанции Традиционные ЭС Тепловые 68% Гидравлические

§2 Электрические станции

Классификация электростанций

Электростанции
Традиционные ЭС

Тепловые 68%

Гидравлические 20%

Атомные 12%

Паротурбинные

Газотурбинные

Парогазовые

Конденсационные

ТЭЦ

Речные

ГАЭС

АЭС

на тепловых нейтронах

АЭС на быстрых нейтронах

Слайд 16

Объединение электростанций в энерго­системы дает ряд существенных преимуществ: - повышается надежность

Объединение электростанций в энерго­системы дает ряд существенных преимуществ:
- повышается надежность электроснабжения;
-

уменьшается требуемый резерв мощности в энергосистеме;
- улучшаются условия загрузки агрегатов благодаря выравниванию гра­фика нагрузки и снижению максимума нагрузки энергосистемы;
- появляется возможность более полного использования генерирующих мощностей электростанций, обусловленная различием в их географиче­ском месторасположении;
- улучшаются технико-экономические показатели энергетического обору­дования из-за возможности использования более мощных и экономичных агрегатов.
Слайд 17

Однако объединение электростанций имеет и свои недостатки: 1. Увеличение общей протяженности

Однако объединение электростанций имеет и свои недостатки:
1. Увеличение общей протяженности электрических

сетей влечет за собой увеличение результирующих в них потерь;
2. Усложняются проблемы устойчивости параллельной работы, обусловленные:
- распространением аварийных возмущений на все синхронно работающие генераторы, что приводит к усложнению противоаварийной автоматики и повышению вероятности каскадного развития аварий; 
- распространением отклонений частоты на большие территории даже при локальных причинах их появлений;
3. Повышаются мощности токов КЗ (за счет параллельных связей), приводящие к необходимости замены выключателей на более мощные.
4. Усложняются системы оперативного управления и регулирования режимами работы.
Слайд 18

Обычно суммарная мощ­ность установленных генераторов всех электростанций превышает нагрузку энергосистемы. При

Обычно суммарная мощ­ность установленных генераторов всех электростанций превышает нагрузку энергосистемы. При

этом возникает вопрос о распределении активной нагрузки между электро­станциями и отдельными генераторами.
Режим энергосистемы, обеспечивающий наименьшие затраты, называют оптимальным. При определении оптимального режима надо учитывать тех­нико-экономические показатели оборудования электростанций, стоимость топлива и потери мощности в электрической сети.
В качестве критерия оптимального распределения активных мощностей между тепловыми электростанциями у нас в стране принимают минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме при соблюдении баланса мощности.
Слайд 19

Электрическая часть электростанций включает в себя разнообразное ос­новное и вспомогательное оборудование.

Электрическая часть электростанций включает в себя разнообразное ос­новное и вспомогательное оборудование.
К

основному оборудованию, предназначенному для производства и рас­пределения электроэнергии, относятся: синхронные генераторы; сбор­ные шины (токоведущие части и их изоляторы), предназначенные для приема электроэнергии от генераторов; коммутационные аппараты; электроприем­ники собственных нужд – насосы, вентиляторы и др.
Вспомога­тельное элек­трооборудование предназначено для выполнения вспомога­тельных функций, см.§1.
Слайд 20

Классификация электрических сетей: по роду тока – сети переменного и постоянного

Классификация электрических сетей:

по роду тока – сети переменного и постоянного

тока;
по величине напряжения – сети низкого напряжения -до 1кВ; среднего напряжения - 6-35кВ; высокого - 110-330кВ и сверхвысокого напряжения -500кВ и выше;
по конфигурации – замкнутые и разомкнутые сети;
по конструктивному выполнению – воздушные и кабельные сети , токопроводы, электропроводки;
по выполняемым функциям - системообразующие сети, питающие сети, распределительные сети.

§3 Электрическая сеть

Для передачи электроэнергии применяются стандартные номинальные (междуфазные или линейные) напряжения трехфазного тока частотой 50Гц:
0,38; 0,66; 6; 10; 20; 35; 110; 220; 330; 500; 750 и 1150 кВ

Слайд 21

Слайд 22

Экономически и технически целесообразные параметры ЛЭП

Экономически и технически целесообразные параметры ЛЭП

Слайд 23

К системе передачи ЭЭ относятся внутрисистемные и межсистемные линии напряжением 330

К системе передачи ЭЭ относятся внутрисистемные и межсистемные линии напряжением 330

кВ и выше. Эти линии являются системообразующими и передающими ЭЭ от систем с ее избытком к системам с дефицитом электроэнергии, от источников к центра распределения или питания распределительных сетей.
К системе распределения ЭЭ относятся линии напряжением 10 - 220 кВ, основное назначения которых – распределение ЭЭ между крупными районами распределения и непосредственная передача ЭЭ потребителям. К этой системе относятся также сети низкого напряжения 0,38 - 6 кВ.
Слайд 24

Режим работы электрической сети- состояние в данный момент времени, которое характеризуется

Режим работы электрической сети- состояние в данный момент времени, которое характеризуется

параметрами, определяющими ее процесс функционирования. К основным параметрам режима работы относят: полную, активную и реактивную мощности; напряжение; ток и частоту.
Режимы работы сети:
Нормальный установившийся- значения основных параметров
равны номинальным или в пределах допустимых отклонений от них.
Нагрузки изменяются медленно , что обеспечивает возможность плавного
регулирования работы электростанций и сете и удерживания основных
параметров в пределах допустимых норм.
Слайд 25

Переходный неустановившийся- переход из нормального установившегося режима в другое с резко

Переходный неустановившийся- переход из нормального
установившегося режима в другое с резко

изменяющимися параметрами.
Принято считать аварийным, т.к наступает при внезапных изменениях в
схеме и резких изменениях генерируемых и потребляемых мощностей.
3. Послеаварийный установившийся- наступает после локализации аварии в сети. Отличается от нормального тем, что выходит из строя один или несколько элементов сети (генератор, трансформатор, линия).
Слайд 26

§4 Приёмники и потребители электроэнергии промышленные предприятия (45–60)%; жилые и общественные

§4 Приёмники и потребители электроэнергии

промышленные предприятия (45–60)%;
жилые и общественные здания, коммунально-бытовые

организации и учреждения (25–35)%;
сельскохозяйственное производство (10–15)%;
электрифицированный транспорт (2–5)%.
Потребитель электрической энергии- это электроприемник или группа электроприёмников, связанных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. (цех, завод, станок).
Слайд 27

Классификация электроприёмников: I категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь

Классификация электроприёмников:

I категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь

за собой: опасность для жизни людей значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Перерыв в электроснабжении допускается только на время автоматического ввода резервного питания.
Из состава электроприёмников I категории выделяется особая группа, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

по степени надежности электроснабжения:

Слайд 28

II категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску

II категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску

продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для включения резервного питания силами эксплуатационного персонала, но не более 30 минут.
III категория – все остальные электроприёмники, не подходящие под определения I и II категорий.
Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое выездной бригаде на восстановления питания, но не более 1 суток.
Слайд 29

электроприёмники, работающие от сети с частотой (50,60) Гц; электроприёмники, работающие от

электроприёмники, работающие от сети с частотой (50,60) Гц;
электроприёмники, работающие от сети

повышенной (пониженной) частоты;
электроприёмники, работающие от сети постоянного тока;
по величине номинального напряжения:
до 1 кВ, и выше 1 кВ – переменный ток;
до 1,5 кВ, и выше 1,5 кВ – постоянный ток;

по роду тока:

Слайд 30

по режиму работы: продолжительный режим работы электроприемника соответствует номинальной неизменной нагрузке,

по режиму работы:

продолжительный режим работы электроприемника соответствует номинальной неизменной нагрузке,

продолжающейся столь долго, что температура его частей достигает установившихся значений. Установившейся температурой считается температура, изменение которой в течение 1 часа не превышает 1°С.
Слайд 31

кратковременный режим работы электроприёмника характеризуется тем, что он работает при номинальной

кратковременный режим работы электроприёмника характеризуется тем, что он работает при

номинальной мощности в течение времени, за которое его температура не успевает достичь установившейся. При отключении электроприёмник длительно не работает, и его температура снижается до температуры окружающей среды.
Слайд 32

повторно-кратковременный режим - это такой режим, при котором кратковременные рабочие периоды

повторно-кратковременный режим - это такой режим, при котором кратковременные рабочие периоды

номинальной нагрузки чередуются с паузами. Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы перегревы отдельных частей электроприёмника при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений.

Значение при ПКР не должно превышать 10 мин. Электротехническая промышленность выпускает оборудование со стандартными значениями ПВ, равными 15,25, 40 и 60 %.

Слайд 33

по техническому назначению: электропривод – это электроприемники общепромышленных установок, производственных механизмов,

по техническому назначению:

электропривод – это электроприемники общепромышленных установок, производственных механизмов,

подъемно – транспортное оборудование;
электротехнологическое оборудование – электросварочные, электронагревательные, электролизные установки и т.д;
преобразовательные установки. Для преобразования трехфазного тока в постоянный или трехфазного тока промышленной частоты в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты на территории промышленного предприятия;
электрическое освещение.
Слайд 34

§5 Единая электроэнергетическая система Единая энергетическая система России (ЕЭС России) состоит

§5 Единая электроэнергетическая система
Единая энергетическая система России (ЕЭС России) состоит из 71 региональных

энергосистем, которые, в свою очередь, образуют 7 объединенных энергетических систем (ОЭС):  
Востока, Сибири, Урала, Средней Волги, Юга, Центра и Северо-Запада.
Функцию управления режимами работы ОЭС осуществляют оперативные диспетчерские управления (ОДУ).
Все ОДУ объединены в организацию ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы».
Электроэнергетический комплекс России, на конец 2020 г., включает около 849 электростанций единичной мощностью свыше 5 МВт.
Общая установленная мощность электростанций России составляет около 245 млн. кВт.
Ежегодно все станции вырабатывают около одного триллиона кВт∙ч электроэнергии.
Слайд 35

Установленная мощность парка действующих электростанций по типам генерации имеет следующую структуру:

Установленная мощность парка действующих электростанций по типам генерации имеет следующую структуру:
-

тепловые электростанции (468 станций) - примерно 67%,
- гидравлические – порядка 20%,
- атомные (16 действующих АЭС) - около 12%,
- альтернативные (солнечные, ветровые, гидротермальные) — около 1,1%.
Сетевое хозяйство ЕЭС России насчитывает более 10 700 линий электропередачи класса напряжения 110 – 1150 кВ.
Общая длина ЛЭП 35 кВ и выше составляет более 600 тыс. км, а линий 0,4…20 кВ более 2 млн. км.
Число ПС напряжением выше 35 кВ превышает 17 тыс. с общей мощностью трансформаторов более 575 млн. кВА, а ПС 6-35/0,4 более 500 тыс.