Татаров Е.И. Электроэнергетические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

- и вторая, нагруженная только реактивными нагрузками:

Для каждой из схем определяется распределение мощностей. Полные

мощности на участках сети находятся суммированием проходящих по участкам

активных и реактивных мощностей. Такой расчетный прием называется рас-

щеплением сети, и позволяет уменьшить трудоемкость режимных расчетов се-

ти, выполняемых без применения ПЭВМ.

Схемы замещения питающих электрических сетей с номинальными на-

пряжениями до 220 кВ, как правило, получаются не вполне однородными, т.к.

для разных линий применяются различные сечения проводов и способы их

подвески. Однако на практике часто такие сети можно считать почти однород-

ными, поскольку применяемые сечения проводов изменяются в достаточно уз-

ких пределах, а определяющими потокораспределение являются индуктивные

сопротивления ветвей.

Реальные участки (ветви) сети произвольной конфигурации напряжением

до 220 кВ обладают следующими особенностями:

вет.реакт.вет.акт.

вет.вет.

Анализ, основанный на использовании матричных уравнений второго за-

кона Кирхгофа с комплексными переменными и учете особенностей схем дан-

ного класса напряжений, позволяет вывести правило, существенно повышаю-

щее точность расчетов потокораспределения:

В почти однородных сетях, в первом приближении, активная мощность

нагрузки распределяется в соответствии с реактивными сопротивлениями

ветвей:

а реактивная мощность - в соответствии с активными сопротивлениями:

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

Этим схемам замещения соответствуют расчетные выражения:

kBk

== 11

;

При расчете распределения активной мощности можно ввести дополни-

тельное упрощение, связанное с тем, что погонное индуктивное сопротивление

воздушных линий x

сравнительно мало зависит от сечения проводов, и, следо-

вательно, приблизительно индуктивные сопротивления линий пропорциональ-

ны их длинам. Тогда можно записать:

kBk

Такой прием расчета особенно целесообразен в процессе эскизного (на-

чального) проектирования электрических сетей, когда точные параметры линий

неизвестны. При этом обычно распределение реактивной мощности находят

также по схеме, где параметрами линий являются их длины. Это не вполне вер-

но, но для приближенного представления допустимо, т.к. реактивные нагрузки

сравнительно невелики и не могут существенно исказить результаты расчета

установившегося режима.

ЗАДАЧА:

Найти потокораспределение в кольцевой сети 110 кВ методом расщепле-

ния. Расчетная схема представлена на Рис. 1:

АС-120

50км

АС-150

40км

АС-70

25км

2х25МВ·А

2х16МВ·А

АМВ1530

⋅+= j

АМВ520

⋅+= j

=125 кВ

Рисунок 1

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

Параметры схемы замещения и расчетные нагрузки узлов представлены

на рисунке 2:

=13,5+

j21,2

=8,4+

j16,7

11,25+j11

-j0,8

-j0,7

Р1

Рисунок 2

РЕШЕНИЕ:

На основе исходных данных составляем две схемы замещения:

1. Схему с индуктивными сопротивлениями и активными нагрузками

3.;

2. Схему с активными сопротивлениями и реактивными нагрузками

рисунке 4.

=21,2

=16,7

=11

(В)

30,2МВт

20,1МВт

Рисунок 3

=13,5

=8,4

=11,25

A(В)

16,6Мвар

5,6Мвар

Рисунок 4

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

Распределение активной мощности (без учета потерь мощности при пере-

даче) определим по выражениям:

( )

.МВт24

71611221

71612071611230

⋅++

,,,,

АB

kBk

PPP

МВт

11P21

−

.МВт326

1P2P1P2212

PPPPPP

АВ

−

При расчете величины потока активной мощности на головном участке

возможно использование выражений:

( )

АB

kBk

МВт24

402550

401204025230

×++

или

( )

.МВт9922

482511513

48120482511230

,,,

,,,,,

АB

kBk

⋅++

Относительно высокая погрешность последнего расчета по выражению

для однородных сетей (4,2%) объясняется непостоянством отношений

/ r

) отдельных участков кольцевой сети, равных соответственно:

1,570; 0,977; 1,988.

Распределение реактивной мощности (без учета потерь мощности при пе-

редаче) определяется выражениями:

( )

.Мвар311

482511513

4865482511616

,,,

,,,,,

АB

⋅++

.Мвар35311616

,,,

QQQ

−

.Мвар910

31165616

1P2P12P212

,,,

QQQQQQ

−

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

Совмещая полученные распределения активной и реактивной мощностей,

находим окончательное распределение полной мощности в сети, показанное на

рисунке 5.

24+j11,3

3+j10

2+j5

-j0,8

-j0,7

Рисунок 5

В заключение отметим, что в общем случае точки потокораздела по ак-

тивной и реактивной мощности могут не совпадать.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

РАБОЧИЕ РЕЖИМЫ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

БАЛАНС АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Важнейшими свойствами электрической энергии являются:

1) скорость передачи, близкая к скорости света;

2) невозможность накапливания выработанной электроэнергии в сколь либо за-

метных количествах.

Эти свойства определяют жесткую взаимосвязанность подпроцессов вы-

работки, передачи и потребления электроэнергии. В этой связи можно говорить

об электроэнергии как о кратковременной форме существования энергии в при-

роде, оптимально отвечающей условиям транспортирования и трансформиро-

вания в иные формы существования энергии, отвечающие непосредственным

потребительским нуждам.

В установившемся режиме энергосистемы ее электростанции в любой

момент времени должны вырабатывать активную мощность, равную мощности

потребителей и покрывать потери электроэнергии. Иными словами, должен со-

блюдаться баланс мгновенных активных вырабатываемых и потребляемых

мощностей:

Σ∆

Г П СН Н

Р Р Р Р

где

- суммарная активная мощность, вырабатываемая генераторами элек-

тростанций системы и получаемая из соседних ЭЭС;

- суммарное потребление электроэнергии;

СН

- потребление на собственные нужды электростанций;

- суммарная активная мощность нагрузки потребителей;

Σ∆

- суммарные потери активной мощности.

Представим себе систему, состоящую из одного генератора и одного дви-

гателя, вращающихся с одинаковой частотой при существовании баланса:

РР

пг

∼

ном

Как только мощность генератора

начнет убывать, частота понизится,

установится новый режим:

РР

пг1

∼

ном

Справедливо и обратное.

В реальных электроэнергетических системах, как и в рассмотренном

примере:

при

пг

∼

ном

;

при

пг

∼

ном

Иными словами, при нарушении баланса активных мощностей частота

принимает новое значение.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

При этом важно напомнить, что потребляемая электроприемниками мощ-

ность в свою очередь связана с частотой переменного тока так называемыми

статическими характеристиками по частоте.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть:

1) аварийное отключение генератора;

2) неожиданный рост потребления мощности (неплановый, не предусмотрен-

ный расчетами);

3) аварийное отключение линий или трансформаторов связи.

Если первые две причины вызывают однозначное снижение частоты, то

при возникновении ситуаций третьего типа разделение ЭЭС на части может

произойти таким образом, что в одной из них сложится дефицит генерирующих

мощностей (снижение частоты), но в другой - избыток генерирующих мощно-

стей (повышение частоты).

Требования к частоте в ЭЭС определяются через показатель "отклонение

частоты" (ГОСТ 13109-97):

ном

−

∆

, или

%f 100

ном

−

=∆ .

В нормальных режимах работы ЭЭС допускается отклонение частоты:

нормальное - ± 0,2 Гц;

максимальное - ± 0,4 Гц.

В послеаварийных режимах ЭЭС:

от +0,5 Гц до -1,0 Гц

общей продолжительностью не более 90 час/год.

Рост частоты ликвидируется за счет уменьшения мощности генераторов

или их частичного отключения. Падение частоты требует ввода резерва генери-

рующих мощностей или ограничения мощности потребителей (АЧР, САОН). В

противном случае могут возникнуть наиболее тяжелые из возможных послед-

ствий - развал ЭЭС.

Рассказ о Нью-Йоркской аварии 1977 года.

Комсомольская правда, 1977 г.

Нью-Йорк: Двадцать пять часов во власти мрака

Для всех ньюйоркцев (если они не находились в “уязвимых” местах, вроде лифта или

поезда метро) начало ”великого затмения” 13 июля было довольно прозаичным. Погас свет,

захлебнулось радио, исчезло изображение на экране телевизора. Поначалу было ощущение,

что произошла какая-то мелкая неполадка и через полчаса вновь появится свет.

Но достаточно было взглянуть из окна 25-го этажа, как стало ясно, что дело куда

серьезнее: вместо привычного моря света на фоне неба виднелись зловеще-темные контуры

небоскребов и многоэтажных домов без единого огонька.

25 часов крупнейший город Америки, финансовый центр капиталистического мира

был по существу парализованным. Остановились поезда метро и электрички, заметно по-

убавился поток автомашин на улицах, так как погашение светофоры создали угрозу безо-

пасности движения. Были закрыты предприятия, банки, нью-йоркская фондовая биржа и

большинство магазинов. Город небоскребов и многоэтажных домов сразу обнаружил свою

неприспособленность к неожиданностям в снабжении электроэнергией. Остановились

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

лифты, и многие жители оказались отрезанными от своих квартир: не каждый нашел в

себе силы, чтобы добраться до 30-го или 40-го этажа по лестнице. Иные предпочли перено-

чевать в машинах или гостиницах. Прекратилось поступление воды, отказала канализация.

По предварительным сведениям, первопричиной ”великого затмения”, лишившего

электроэнергии 10 миллионов жителей Нью-Йорка и пригородов, явился удар молнии по се-

ти электропередачи, что вывело из строя электростанцию в Индиэн-Пойнт. Этого было дос-

таточно: город в своем потреблении энергии полностью зависит от одной частной корпо-

рации ”Консолидейтед Эдисон”. В погоне за прибылью корпорация явно пренебрегает ме-

рами по обеспечению надежности системы подачи электроэнергии, хотя печальный опыт

уже имеется: в ноябре 1965 года ”затмение” поразило все атлантическое побережье Аме-

рики и даже Канады.

Вторая проблема - отсутствие сколько-нибудь эффективной кооперации между раз-

личными компаниями и штатами. При этом в полную силу проявляется ”великая американ-

ская традиция самопомощи”, то есть индивидуализма и подчинения всевластию сил стихии

рынка и природы. Как и во время газового кризиса, вызванного в США небывало холодной

зимой, частные компании, на откуп которым отдано обеспечение жизненно важных функ-

ций коммунального хозяйства, проявили удивительную беспомощность перед лицом орди-

нарных капризов природы.

Сейчас создано несколько комиссий на федеральном и городском уровне по рассле-

дованию причин ”великого затмения” 13 июля. Однако, по словам председателя совета ди-

ректоров ”Консолидейтед Эдисон” Ч. Люса, компания не может гарантировать, что такого

рода инциденты не повторятся в будущем.

Паралич города и связанные с этим экономические убытки и неудобства оказались

лишь частицей драмы ”великого затмения”. Как только погасли огни и вышли из строя сис-

темы охранной сигнализации, во многих районах Нью-Йорка воцарились нравы ”дикого За-

пада”. По городу прокатилась волна грабежей, взломов, нападений на прохожих, поджогов и

налетов на магазины. Толпы любителей легкой наживы разбивали витрины магазинов, взла-

мывали двери и тащили все, что попадало под руку: драгоценности, телевизоры, ящики с

продуктами и спиртными напитками, мебель. В Бронксе из одного магазина угнали полсот-

ни новых легковых автомашин. Полицейских, пытавшихся навести порядок, грабители

встречали пулями, градом бутылок и камней. Грабежи продолжались и среди белого дня.

Целые районы города на время оказались во власти стихии. Это была ночь страха и отчая-

нья, выплеснувшегося наружу.

Более трех тысяч арестованный за грабежи, 500 поджогов, несколько сот раненых –

таков, по сообщению американской печати, итог ночи. Ущерб, нанесенный в кварталах Буш-

вик и Виллиамсон в Бруклине, намного превзошел последствия бунтов шестидесятых годов

в этих районах.

Нью-Йорк уже три года находится на грани финансового банкротства, переживает

экономический упадок и подвержен другим болезням американских городов. Сутки ”великого

затмения” показали, что Нью-Йорк переживает и глубокий моральный упадок. Не скоро

зарубцуются раны, нанесенные городу за 25 часов, когда он оказался во власти мрака.

Е. Русаков.

Вариант диссертации Шарыгина М.В.

Крупные системные аварии неоднократно происходили в различных энергосистемах

мира. Ущерб, наносимый системной аварией, огромен. Начиная с 2000 года случилось уже

несколько подобных аварий

Например, 9 сентября 2000 г. произошла системная авария в России. При этом были

обесточены города Челябинск, Екатеринбург, Курган.

14 августа 2003 г. произошла крупнейшая системная авария в объединенной энерго-

системе США и Канады – было потеряно 61 800 МВт нагрузки, в процессе развития аварии

отключилось 263 электростанции (531 энергоблок), включая 10 АЭС (7 в США и 3 в Канаде,

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

всего 19 блоков), 50 млн. человек осталось без электричества, несколько человек погибло,

из-за отключения электроэнергии произошло более 3 тысяч пожаров. Длительность аварии

составила почти двое суток: энергоснабжение Нью-Йорка было восстановлено за 24 часа, а в

течение 44 часов было подано энергопитание всем потребителям. В итоге экономике США и

Канады был нанесен ущерб на сумму не менее 10 млрд. долларов.

28 августа 2003 г. произошла системная авария в Великобритании. В результате ава-

рии было обесточено 3 подстанции и отключено 724 МВт нагрузки. Пострадало более 250

тыс.человек. Длительность аварии – около часа.

2 сентября 2003 г. произошла системная авария в Мексике – без света остались четыре

миллиона жителей г. Мехико.

28 сентября 2003 года из-за возникшего крупного дефицита мощности была погашена

вся энергосистема Италии. Энергоснабжение 95% потребителей было восстановлено только

утром 29 сентября.

25 мая 2005 г. произошла системная авария в Москве: официально началось с пожара

трансформаторов на ПС "Чагино", однако на телевизионных кадрах было отчетливо видно,

что горят ТА. Каскадные отключения начались примерно в 10

– 11

часов и были останов-

лены в 12

. Авария затронула Москву, Московскую область, Тульскую, Калужскую и Рязан-

скую области. Через девять часов было восстановлено около 70% отключений. Всего затро-

нуто от 1,5 до 2,0 млн.человек.

Во всех режимах работы ЭЭС должна иметь резерв мощности, реализуе-

мый при росте нагрузки. Принято разделять:

горячий резерв - генераторы ЭЭС нормально загружены ниже Р

ном

, и при

необходимости быстро набирают нагрузку;

холодный резерв - для ввода которого нужен длительный промежуток

времени.

Суммарный необходимый резерв по мощности складывается из:

1) Нагрузочного резерва - служит для покрытия случайных колебаний и не-

предвиденного увеличения нагрузки сверх учтенной в балансе регулярного

максимума нагрузки.

2) Ремонтного резерва - обеспечивающего проведение ППР оборудования

электростанций.

3) Аварийного резерва - для замены агрегатов, аварийно вышедших из работы.

4) - Для покрытия возможного превышения электропотребления против плани-

руемого уровня служит так называемый "народнохозяйственный резерв".

Резервы по энергии создаются за счет запасов первичного топлива на

электростанциях.

Если резервы генерирующей подсистемы исчерпаны, но частота не вос-

становлена, в дело вступает АЧР действующая дискретно. Объем отключений

определяется требованием снижения частоты не ниже 46 Гц - критической час-

тоты технологического оборудования электростанций.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПЕРВИЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(Вариант лекции для дневников)

Регулирование частоты в электрических системах требует изменения

мощности, выдаваемой генераторами в сеть.

Мощность генераторов в установившихся режимах и возможности её из-

менения полностью определяются характеристиками турбин, которыми эти ге-

нераторы приводятся во вращение. Поэтому, рассматривая возможности регу-

лирования частоты в электрических системах, необходимо проанализировать

характеристики первичных двигателей – тепловых и гидравлических турбин –

определяющих изменение выдаваемой генераторами мощности под действием

систем регулирования

∗

На принципиальной схеме регулирующего устройства первичного двига-

теля (тепловой или гидравлической турбины) в качестве источника энергии по-

казан напорный резервуар с водой 1, расположенный по отношению к турбине

3 так, что обеспечивает напор, необходимый для выдачи турбиной номиналь-

ной мощности. Связь между ними обеспечивает трубопровод 2.

Турбина 3 приводит во вращение генератор 4, а также через механическую пе-

редачу 5 вал маятника регулятора скорости турбины 6. Маятник регулятора

связан с муфтой 7, причём изменение скорости вращения вала вызывает пере-

мещение муфты по высоте вала под действием сил, определяемых сжатием

пружины 8 (стремится опустить муфту) и положением инерционных грузов

вращающегося маятника (при увеличении частоты вращения стремятся поднять

муфту по валу).

Перемещение муфты обуславливает изменение положения поршня зо-

лотника 10, в камеру которого под давлением поступает масло. При этом от-

крывается либо верхний, либо нижний канал, и масло из золотника попадает в

серводвигатель 11.

Масло, воздействуя на поршень серводвигателя, смещает его и изменяет

положение регулирующей задвижки 12. Последняя условно отражает действие

направляющего аппарата турбины.

На принципиальной схеме показан также автоматический регулятор час-

тоты 13, который через установочный моторчик 9 воздействует на муфту 7. Бу-

квами А и Б отмечены соответственно рычаги поршня серводвигателя и порш-

ня золотника.

∗

по кн.: Веникова В.А. «Электрические системы. Режимы работы электрических систем и сетей»., М., Высшая

школа, - 1975. (Глава 7)