Структура централізованих систем електропостачання

Основні терміни і визначення

Лекція № 9. Централізовані і розосереджені системи електропостачання

Підстанція (ПС) – електроустановка, призначена для прийому, трансформації і розподілу енергії.

Джерело електроживлення (ДЕ) – джерело електроенергії, на шинах якого здійснюється автоматичне регулювання режиму напруги. Окрім електростанцій джерелами електроживлення є трансформаторні підстанції, на яких встановлено регулятори напруги, джерела реактивної енергії, лінійні регулятори та ін.

Електрична мережа – об’єднання підстанцій і ліній електропередач.

Електроенергетична система – сукупність електричних частин електричних станцій, електричних мереж, споживачів електроенергії, а також пристроїв керування, регулювання і захисту, які працюють узгоджено і забезпечують безперервність виробництва, передачі і споживання електроенергії.

Енергетична система – система електростанцій, електричних і теплових мереж і устаткування для виробництва, передачі, розподілу і споживання теплової і електричної енергії: парові котли (ПК), турбіни (Т), генератори (Г).

Пропускна здатність лінії електропередач – максимальна активна потужність трьох фаз, яка передається в усталеному режимі з урахуванням режимно-технічних обмежень.

Об'єднана енергетична система (ОЕС) України – сукупність електростанцій, електричних і теплових мереж, інших об'єктів електроенергетики, що об'єднані спільним режимом виробництва, передачі та розподілу електричної й теплової енергії за їх централізованого управління.

Гідроакумулююча електрична станція (ГАЕС) – гідроелектростанція, яка використовується для вирівнювання неоднорідності графіка навантаження енергосистеми за рахунок споживання енергії у нічні години при перекачуванні води із нижньої водойми у верхню і генерування енергії у пікові години.

Маховик – пристрій для акумулювання кінетичної енергії.

Розосереджена система електропостачання – мережа інтегрованих теплових і електростанцій малої і середньої потужності на основі викопних або відновлювальних джерел енергії.

Електроенергія займає особливе місце в зв’язку з універсальністю її використання, можливістю передачі її на значні відстані, ефективним способам концентруванням і розгалуженням електричної форми енергії. Використання електричної енергії спричинило появу прогресивних технологічних процесів, ефективних типів машин і механізмів, автоматизації процесу виробництва і сприяло швидкій електрифікації населених територій. В зв’язку з тим, що транспортування енергії у електричній формі здійснюється з невеликими втратами, економічно вигідним є спорудження високопотужних генеруючих станцій з розгалуженою системою ліній електропередач. При цьому системоутворюючі потужності можуть розташовуватись на значній віддалі від споживачів. Енергосистеми побудовані на цьому принципі мають чітку централізовану систему, в яку об’єднано декілька потужних електростанцій, електрична енергія від яких передається до споживачів.

Для зменшення втрат при транспортуванні електроенергії на великі відстані вона передається високою напругою (220 кВ і вище), для чого на виході електростанцій встановлюються підвищувальні трансформаторні підстанції, а для зворотного перетворення в безпосередній близькості від споживача – понижуючі трансформаторні підстанції. До складу електричної мережі також входять:

- розподільні пристрої (РП), які призначені для прийому і розподілу електроенергії без її трансформації. РП складаються з комутаторів, пристроїв керування, захисту, вимірювань;

- лінії електропередач (ЛЕП);

- пристрої компенсації реактивної потужності;

- джерела реактивної потужності (ДРП: конденсаторні батареї, синхронні і статичні тиристорні компенсатори).

Рис. 1. Основні вузли енергетичної системи

Електрична мережа повинна забезпечувати надійне, нормованої якості електропостачання, мати високий рівень безпеки, економічності експлуатації і можливість розширення. Основною мережею енергосистем є системоутворююча мережа, по якій передається потужність до одиниць ГВт на великі відстані. Для зменшення втрат потужності напруга міжсистемних мереж є найвищою і досягає 500-1150 кВ. Для передачі енергії в середині системи використовується напруга 220 кВ або 330 кВ. Загалом номінальна потужність ліній електропередач залежить від потужності і відстані до споживачів. Призначення розподільчих мереж – транспортування енергії безпосередньо до споживачів напругою 6-10 кВ, розподіл енергії між підстанціям 6-110/0.38-35 кВ, транспортування потужності від електростанцій середньої потужності (десятки, сотні мегават). Систему розподілу електроенергії утворюють мережі 6-220 кВ з дво-, триступеневим пониженням напруги 110-220/35/6-10 кВ. Розподільчі мережі напругою 110-220 кВ передають потужності до десятків МВт, 6-35 кВ – до одиниць МВт, промислові мережі 0.38-0.66 кВ – до сотень кВт, споживацькі мережі 0.22-0.38 кВ – до десятків кВт. Мережі напругою 110-220 кВ будуються на основі повітряних ліній електропередач, містять великі підстанції районного значення і можуть об’єднувати підстанції невеликої потужності. Мережі 35 кВ будуються на основі ліній повітряних електропередач з декількома підстанціями невеликої потужності. Лінії 0.22-10 кВ є кабельними.

Конфігурація мереж залежить від взаємного розміщення електростанцій, приймальних підстанцій і вимог забезпечення надійності електропостачання. В загальному випадку вони можуть мати розімкнену або замкнуту структуру: у випадку розімкненої структури – у вигляді радіальної, рис. 2 а, або магістральної структури, рис. 2 б.

а) радіальна б) магістральна

Рис. 2. Розімкнена конфігурація мережі

При магістральній конфігурації мережі, лінії електропередач мають меншу довжину, тому вони дешевші, ніж радіальні. Однак вони мають меншу надійність. Для збільшення надійності електропостачання мережі великої і середньої потужності резервують за рахунок дублювання ліній електропередач на одній або різних опорах, рис. 3. Така схема характеризується рівномірним навантаженням обох ліній, що відповідає мінімуму втрат. Перевагами розімкнених мереж є їх проста конфігурація, низька матеріаломісткість і ціна. Для резервування живлення споживачів також використовують кільцеві мережі, рис. 4, або мережі з двома джерелами енергії, рис.5.

Рис. 3. Мережа з резервуванням лінії Рис. 4. Кільцеві мережі електро-

електропередач постачання

а) одинарна б) подвійна

Рис. 5. Мережа з двома джерелами енергії

Мережа з двома джерелами живлення охоплює більшу територію. Одинарна мережа утворюється в результаті об’єднання двох магістральних мереж і вимагає мінімальних капітальних витрат, однак має меншу пропускну здатність, ніж подвійна мережа. Під’єднання нових підстанцій до мережі через найближчі пункти призводить до створення багатоконтурних мереж з підвищеною надійністю електропостачання, рис. 6.

Рис. 6. Багатоконтурна конфігурація електромережі

Розрахунок, аналіз режимів, захист багатоконтурних мереж є значно складнішою задачею у порівнянні з розімкненими мережами. Створення багатоконтурних мереж супроводжується додатковими витратами на встановлення допоміжних підстанцій, прокладення додаткових ліній електропередач, тому вони використовуються для електропостачання великих міст і промислових районів.

В якості прикладу на рис. 7 представлена спрощена структура системи передачі і розподілу електроенергії промислового району. Вихідна напруга 15.75 кВ і 13.8 кВ гідростанцій середньої потужності ГЕС-1, ГЕС-2 відповідно підвищується до 330 кВ підвищувальними станціями ПС1 і ПС2 і транспортується до споживача. Зв’язок між гідростанціями і транспортування енергії на приймальну підстанцію ПС3 здійснюється за допомогою ліній електропередач Л1 і Л2 з проміжним відбором енергії на підстанції ПС4. На підстанції ПС3 напруга 330 кВ понижується до 110 кВ і передається в багатоконтурну мережу. В цю ж мережу надходить енергія від теплоелектроцентралей ТЕЦ-1, ТЕЦ-2, ТЕЦ-3. Мережа 110 кВ, яка об’єднує джерела енергії, також виконує функцію розподілу енергії в промисловому районі. Об’єднання передаючих і розподільних частин системи електропостачання здійснюється на приймальній підстанції ПС3 з напругами 330/110/35 кВ, яка має міжсистемний зв’язок з сусідньою енергетичною системою через ЛЕП Л1. Електропостачання споживачів навколо ТЕЦ здійснюється повітряними лініями на генераторній напрузі 6, 10 кВ. Більша частина електроенергії ТЕЦ через підвищувальні трансформатори підстанцій ПС5-ПС7 подається на шини високовольтних ліній, по яким вона транспортується до споживачів, які знаходяться на значній відстані. Шини генераторної напруги ТЕЦ і вторинних напруг підстанцій ПС3-ПС10 є центрами живлення розподільчих мереж напругою 6-110 кВ, а також низьковольтних мереж 0.38 кВ (через підстанції ТП1-ТП3).

Рис. 7. Схема передачі і розподілу електроенергії в промисловому районі

Дана енергетична система забезпечує надійне електроживлення споживачів. Зменшення втрат при транспортуванні і розподілі електроенергії досягається за рахунок багатоступінчатої трансформації напруги. Тому в цій системі доцільно виділити сукупність ліній електропередач ГЕС-1 і ГЕС-2 напругою 330 кВ і елементи розподільчої мережі: багатоконтурну мережу 110 кВ і розгалужені розімкнені мережі напругою 0.38-35 кВ.

Дата добавления: 2014-01-07