Основные понятия

Основные понятия

Режимом электроэнергетической системы называется состояние, определяемое значениями мощностей электростанций, напряжений узлов сети, токов и других физических переменных величин, характеризующих процесс производства, передачи и распределения электрической энергии и мощности. Параметры электрического режима должны обеспечивать выполнение электроэнергетической системой плана выработки электрической энергии по количественным и качественным показателям.

Для определения загрузки и перегрузки оборудования электрической сети, оптимальных уровней напряжения в контрольных точках энергосистемы с учетом обеспечения требуемого качества электрической энергии, контроля допустимой пропускной способности электрической сети при прогнозируемых нагрузках, выбора сечений проводов и кабелей, мощностей трансформаторов и автотрансформаторов, а также иного силового электрооборудования, обеспечения статической и динамической устойчивости выполняют расчеты электрических режимов.

Расчеты электрических режимов должны выполняться для нормальных, ремонтных и послеаварийных состояний электрической сети. Рассматриваемые возмущения (моделирование отключений элементов электрической сети) при расчетах ремонтных и послеаварийных режимов выполняются в соответствии с «Методическими указаниями по устойчивости энергосистем», утвержденными приказом Минэнерго РФ от 30.06.2003 № 277. Исходными данными для выполнения расчетов электрических режимов электрической сети являются:

  • Результаты контрольных и внеочередных измерений нагрузок и напряжений в узлах электрической сети, а также перспективные (плановые) нагрузки в узлах;
  • Параметры электросетевых элементов: активные и реактивные сопротивления, индуктивные и емкостные проводимости;
  • Данные диспетчерского графика мощности, задаваемого органами оперативно-диспетчерского управления;
  • Электрические схемы сети, описывающие взаимную связь электросетевых элементов;
  • Значения уровней напряжения в узлах сети, определенные генераторными напряжениями.

При расчетах электрических режимов широкое распространение получили метод систематизированного подбора и метод последовательных приближений (итераций). Метод систематизированного подбора наиболее эффективен в несложных, простых случаях расчетов электрических режимов, а итерационный метод является основным при выполнении расчетов электрических режимов для электрических сетей сложной топологии. Итерационный метод предусматривает пошаговый переход от более грубых результатов к более точным значениям.

На основании результатов расчетов электрических режимов определяются допустимые перетоки с учетом коэффициентов запаса по напряжению и мощности, определяющих статическую и динамическую устойчивости электроэнергетической системы.

Короткое замыкание – замыкание, при котором токи в ветвях электрической сети и электроустановок, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, многократно превышая наибольшие допустимые токи нормального режима. Короткое замыкание возникает при соединении токоведущих частей различных фаз или потенциалов между собой или с корпусом оборудования, соединенного с землей, в сетях электроснабжения или в электроустановках. Причинами короткого замыкания могут быть: ухудшение сопротивления изоляции; механическое нарушение изоляции или ошибочные действия персонала. В трехфазных электрических сетях существуют: однофазные, двухфазные, двухфазные на землю и трёхфазные короткие замыкания. Возросшие при коротком замыкании токи приводят к значительному выделению тепла, и, как следствие, расплавлению (повреждению) электрических проводов. Токи короткого замыкания производят также электродинамическое воздействие на электрооборудование - проводники и их детали могут деформироваться под действием механических сил, возникающих при больших токах. Кроме того, из-за повреждений проводов воздушных линий электропередач и замыканий их на землю в окружающем пространстве может возникать сильное электромагнитное поле, опасное для аппаратуры и работающих с ней людей. Короткое замыкание способно нарушить функциональность как электроэнергетической системы в целом, так и отдельных её элементов.

Для предотвращения и минимизации последствий при коротких замыканиях применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи, а также устройства противоаварийной автоматики для локализации аварийного режима, его ликвидации и в последующем нормализации. В основе всех перечисленных мероприятий лежат расчёты токов короткого замыкания, которые выполняются с целью:

  • Получения расчетных уровней токов короткого замыкания с целью проверки соответствия существующей или планируемой к установке коммутационной аппаратуры ожидаемым токам КЗ;
  • Разработки технических мероприятий по ограничению уровней токов КЗ до допустимых значений. В тех случаях, когда токи короткого замыкания превышают возможности коммутационного оборудования, в электроэнергетической системе выполняют следующие мероприятия:
  • Устанавливают токоограничивающие реакторы на пути протекания токов короткого замыкания (уменьшение токов подпитки);
  • Выполняют деление сети (отключение секционных и шиносоединительных выключателей, линий и других элементов);
  • Используют технологии FACTS и применяют установку вставок постоянного тока (ВПТ);
  • Используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;
  • Применяют токоограничивающие устройства (ТОУ).

Ненормальные режимы приводят к отклонению напряжений, токов и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения ниже допустимых значений нарушается нормальная работа потребителей и устойчивость энергосистемы, а повышение уровней напряжений и токов сверх допустимых пределов угрожает повреждением оборудования и линий электропередач.

Релейная защита осуществляет постоянный контроль всех элементов энергосистемы, и срабатывает при возникновении повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений релейная защита должна определить и отключить поврежденный участок, воздействуя на выключатели, предназначенные для разрыва токов короткого замыкания. Кроме того, релейная защита должна выявлять ненормальные режимы в зависимости от характера нарушения и либо отключать оборудование, если возможно его повреждение, либо выполнять действия, обеспечивающие восстановление нормального режима, либо сигнализировать оперативному персоналу. В настоящее время применяются микропроцессорные устройства релейной защиты, позволяющие за минимальное время реализовывать практически любые, сколь угодно сложные алгоритмы. В соответствии с правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей силовое электрооборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов устройствами релейной защиты. Основными критериями эффективности релейной защиты являются:

  • Селективность – способность устройства релейной защиты выявить и отключить именно поврежденный элемент энергосистемы, а не какой-либо иной, хотя при наличии короткого замыкания нарушается нормальная работа многих элементов энергосистемы;
  • Быстродействие – способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени (лучше всего мгновенно) выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы;
  • Чувствительность – способность устройства релейной защиты четко отличать режим короткого замыкания любого вида (трехфазное, двухфазное, двухфазное на землю или однофазное короткое замыкание) от всевозможных, даже утяжеленных или неполнофазных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии короткого замыкания;
  • Надежность – отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты, что обеспечивается как функциональной, так и аппаратной надежностью устройства защиты.

В электроэнергетических системах могут возникать нарушения нормального режима работы, которые вызывают опасные перегрузки линий электропередач и межсистемных связей, недопустимые снижения уровней напряжения, асинхронный режим, а также недопустимое снижение и повышение частоты. На объектах генерирующих и электросетевых предприятий для обеспечения стабильной работы энергосистемы, предотвращения возможности развития аварий и минимизации их последствий, а также сокращения времени восстановления электроснабжения потребителей используются устройства противоаварийной автоматики (ПА).

Противоаварийной автоматикой называется комплекс автоматических устройств, предназначенных для ограничения развития и прекращения аварийных режимов в энергосистеме. К противоаварийной автоматике относятся устройства или совокупность устройств, выполняющих функции ПА. Выполнение функций ПА направлено на ограничение развития и прекращение аварийных режимов в энергосистемах, объединенных и единой энергосистеме. Назначение ПА заключается в постоянном контроле параметров энергосистемы, выявлении и фиксации моментов опасного отклонения или внезапного нарушения нормального режима, определении тяжести и вырабатывании соответствующих управляющих воздействий. Обеспечение устойчивой работы энергосистем выполняется за счет применения современных систем ПА, построенных на базе микропроцессорной техники и современных информационных технологий. Данный подход позволяет использовать потенциал быстродействия, точных расчетов места повреждения. Задача систем ПА – реализовывать заданные функции при определенной аварийной ситуации. Существуют следующие комплексы противоаварийной автоматики:

  • Автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ): определяет опасные перегрузки или недопустимые увеличения (изменение) контролируемых параметров, внезапные отключения линий электропередач. АПНУ выполняет разгрузку линий электропередач и межсистемных связей. Разгрузка выполняется за счет управляющих воздействий на загрузку (разгрузку) генераторов, изменение коммутаций электрической сети, отключение нагрузки;
  • Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР): выявляет возникновения асинхронного режима. Управляющее воздействие АЛАР направлено на деление энергосистем в определенных сечениях;
  • Автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ): определяет повышение частоты, превышающие допустимые значения. Управляющие воздействия АОПЧ производят отключение генераторов;
  • Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ), включающую в себя автоматику частотной разгрузки (АЧР), частотную делительную автоматику, дополнительную автоматику разгрузки. Управляющие воздействия АОСЧ направлены на отключение нагрузки, выделение электростанций на изолированную работу для сохранения питания собственных нужд;
  • Автоматика ограничения повышения (снижения) напряжения (АОПН, АОСН): контролирует повышение (снижение) напряжения сверх заданных уровней. Управляющие воздействия направлены на включение шунтирующих реакторов и отключение линий электропередач, вызвавших превышение (снижение) уровней напряжения сверх (ниже) допустимых значений.

При проектировании как системных, так и локальных комплексов ПА производят:

  • Выполнение расчетов электрических режимов в нормальных и ремонтных схемах электрической сети при максимальном и минимальном потреблении рассматриваемого района с учетом нормативных возмущений;
  • Определение режимов, приводящих к недопустимым перегрузкам оборудования, а также снижению уровней напряжения ниже минимально допустимых уровней;
  • Проведение анализа существующих устройств ПА в электрической сети рассматриваемого района;
  • Разработка и обоснование технических решений относительно комплексов ПА, определяющих алгоритмы функционирования, уставки, виды и необходимые объемы управляющих воздействий;
  • Определение перечня и мощности токоприемников, подключенных под действие комплексов ПА с разбивкой по очередям отключения, а также определение автоматического повторного включения обратного отключению;
  • Проведение расчетов достаточности объемов управляющих воздействий при максимальном и минимальном потреблениях рассматриваемого района электрической сети с учетом нормативных возмущений;
  • Разработка технических требований по модернизации существующих устройств ПА, входящих в проектируемый комплекс ПА, а также по установке новых устройств ПА;
  • Разработка функциональных схем комплексов ПА;
  • Разработка требований по размещению и эксплуатации комплексов ПА;
  • Разработка требований по безопасности комплексов ПА;
  • Разработка технических решений для обеспечения приема и передачи информации комплексов ПА.
Наверх