Ст. препод. каф. ЭС и ЭЭС Галкин А.И.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ и ПОДСТАНЦИЙ»

Для бакалавров по направлению _” Энергетика и электротехника”_140400

для профилей: “ Электроэнергетические системы и сети”, “Электрические станции”, “Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем”, “Электроснабжение”

Ст. препод. каф. ЭС и ЭЭС Галкин А.И.

Новочеркасск 2014 г.

 

Введение

 

Производство электроэнергии является одной из базовых отраслей современной цивилизации. Электрическая энергия широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, связи, радио и телевидении, на транспорте, в быту. Всё это связано с тем, что электрическая энергия может легко передаваться на большие расстояния и относительно просто с малыми потерями преобразовываться в другие виды энергии.

В настоящее время практически вся электрическая энергия производится, передается и распределяется потребителям специально созданными структурами, называемыми электрическими системами. Рассмотрим основные понятия, относящиеся к ним, и дадим определения установкам, которые их составляют.

Электроэнергетической (электрической) системой называется совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы и питающихся от нее приемников электрической энергии, объединенных общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Основными составляющими электрической системы являются электрическая часть электрических станций, электрические сети и электроприемники.

Длительная устойчивая работа электрической системы возможна только при равенстве генерируемых в системе активных (P_Г) и реактивных (Q_Г) мощностей и соответствующих потребляемых мощностей P_ПОТ и Q_ПОТ:

P_Г=P_ПОТ; Q_Г= Q_ПОТ.

При нарушении этих равенств в системе начинается переходный процесс, который с помощью систем управления должен быть как можно быстрее прекращен, а система перейти к новому установившемуся режиму.

Электрическая станция - энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии или электрической энергии и теплоты за счет преобразования других видов энергии.

В зависимости от источника первичной энергии основные электрические станции делят на тепловые (газ, уголь, мазут), атомные (ядерное топливо) и гидравлические (вода).

 

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, работающих на определенной территории. Она предназначена для передачи электроэнергии от электростанций к потребителям и ее распределения.

Подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления и вспомогательных устройств.

Линия электропередачи - электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами электроэнергетической системы (с возможным промежуточным отбором.) Линии бывают воздушные и кабельные.

 

Приемник электрической энергии (электроприемник) - аппарат, агрегат, механизм, предназначенные для преобразования электрической энергии в другой вид.

Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

 

Неотъемлемыми элементами станций и подстанций являются распределительные устройства.

Распределительное устройство - электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии на одном напряжении, содержащая коммутационные (выключатели и разъединители) и измерительные (тр-ры тока и напряжения) аппараты и соединяющие их сборные шины (иногда в т.н. упрощенных РУ аппараты могут соединяться без сборных шин), устройства управления и защиты. Распределительные устройства сооружаются на всех напряжениях любых станций и подстанций и делятся на открытые (вне помещений) и закрытые (внутри помещений).

 

Гидроэлектростанции.

При сооружении ГЭС обычно преследуют цель выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства по реке и орошения земель. ГЭС обычно имеют водохранилища, позволяющие аккумулировать воду и регулировать ее расход и, следовательно, рабочую мощность станции так, чтобы обеспечить наивыгоднейший режим для энергосистемы в целом.

Процесс регулирования заключается в следующем. В течение некоторого времени, когда нагрузка энергосистемы мала (или естественный приток воды в реке велик), гидроэлектростанция расходует воду в количестве, меньшем естественного притока. При этом вода накапливается в водохранилище, а рабочая мощность станции относительно мала. В другое время, когда нагрузка системы велика (или приток воды мал), гидроэлектростанция расходует воду в количестве, превышающем естественный приток. При этом расходуется вода, накопленная в водохранилище, а рабочая мощность станции увеличивается до максимальной. В зависимости от объема водохранилища период регулирования или время, необходимое для наполнения и срабатывания водохранилища, может составлять сутки, неделю, несколько месяцев и более. В течение этого времени гидроэлектростанция может израсходовать строго определенное количество воды, определяемое естественным притоком.

При совместной работе гидроэлектростанций с тепловыми и атомными станциями нагрузку энергосистемы распределяют между ними так, чтобы при заданном расходе воды в течение рассматриваемого период обеспечить спрос на электрическую энергию с минимальным расходом топлива (или минимальными затратами на топливо) в системе. Опыт эксплуатации энергосистем показывает, что в течение большей части года гидроэлектростанции целесообразно использовать в пиковом режиме. Это означает, что в течение сутокрабочая мощность гидроэлектростанции должна изменяться в широких пределах — от минимальной в часы, когда нагрузка энергосистемы мала, до максимальной в часы наибольшей нагрузки системы. При таком использовании гидроэлектростанции нагрузка тепловых станций выравнивается, и работа их становится более экономичной.

В периоды паводка, когда естественный приток воды в реке велик, целесообразно использовать гидроэлектростанции круглосуточно с рабочей мощностью, близкой к максимальной, и таким образом уменьшить холостой сброс воды через плотину. Наивыгоднейший режим гидроэлектростанции зависит от множества факторов и должен быть определен соответствующим расчетом.

Работа гидроэлектростанций характеризуется частыми пусками и остановами агрегатов, быстрым изменением рабочей мощности от нуля до номинальной. Гидравлические турбины по своей природе приспособлены к такому режиму. Для гидрогенераторов этот режим также приемлем, так как в отличие от паротурбинных генераторов осевая длина гидрогенератора относительно мала и температурные деформации стержней обмотки проявляются меньше. Процесс пуска гидроагрегата и набора мощности полностью автоматизирован и требует всего несколько минут.

Себестоимость электроэнергии на ГЭС ниже т. к. нет затрат на топливо.

 

Структурные схемы КЭС

Как отмечалось выше, генераторы и трансформаторы на КЭС объединяются в блоки. Ниже на рис. приведены возможные схемы электрических блоков КЭС.

Варианты структурных схем КЭС приведены на следующем рис, где количество блоков и (автотрансформаторов) показано условно. Если мощность электростанции выдается на одном повышенном напряжении, то все блоки присоединяются к РУ этого напряжения (а). Для двух РУ повышенного напряжения и эффективно заземленных сетей берется схема на рис.(б). Пожалуй, это наиболее распространенный вариант структурной схемы. Схема

Рис.3.1 Схемы блоков генератор – трансформатор:

а – единичный без генераторного выключателя; б – единичный с генераторным выключателем; в – объединенный; г – укрупненный; д,е – сдвоенные.

 

Рис.3.2 Варианты структурных схем КЭС:

на рис. (в) применяется гораздо реже. Это связано с эффективностью использования номинальной мощности автотрансформаторов. Схема на рис. (г) может применяться, если мощность, выдаваемая на среднем напряжении, будет меньше 15—20 % мощности генератора.

 

Структурные схемы ТЭЦ

Структурные схемы ТЭЦ приведены на следующем рис3.3. Если мощность местной нагрузки 6—10 кВ не менее 50% установленной мощности, а мощность агрегатов 30—60 МВт, то целесообразны схемы а, б. При наличии местной нагрузки на двух напряжениях применяются схемы в и г. Если мощность местной нагрузки менее 30 % установленной мощности генераторов ТЭЦ, то применяются схемы д и е. Номинальное напряжение современных генераторов теплофикационных блоков мощностью более 100 МВт—13,8—18 кВ, и, следовательно, местная нагрузка 6—10 кВ может быть присоединена к этим блокам только через понижающий трансформатор, включенный между генераторным выключателем и блочным трансформатором.

Рис.3.3 Структурные схемы ТЭЦ

 

Графики нагрузок

График нагрузки представляет собой графическое изображение режима работы электроустановки. Все элементы энергосистемы (генераторы, трансформаторы, электродвигатели, синхронные компенсаторы и т. п.), а также электростанции, электрические сети и энергосистемы в целом имеют свои графики нагрузок.

Различают графики суточные (рис.3.4,а и б) и годовые по продолжительности (рис.3.4,в); непрерывные (рис.3.4,а и в) и ступенчатые (рис.3.4, б); зимние и летние; графики активной (рис.3.4,а, б, в) и реактивной нагрузки и т.д.

На графиках различают минимальное, максимальное и среднее значения графически представленного параметра. У графиков различают также базовую, полупиковую и пиковую части. Применительно к рис.3.4,а базовой является та часть, где P<P_min, пиковой — где Р>Р_{дн min} а по- лупиковый — где P_min,<P< Р_{дн min}

Для графиков нагрузки потребителей характерны следующие величины:

средняя активная мощность за сутки или год

 

Рис.3.4

(3.1)

(3.2)

время использования максимальной (наибольшей) нагрузки

 

(3.3)

и

(3.4)

коэффициент заполнения графика

(3.5)

где Т – полное время по оси абсцисс графика.

Очевидно, что T_max=k_зпT.

Для графиков нагрузки (работы) электростанций характерными являются время использования средней годовой установленной мощности, равное отношению выработанной за год электроэнергии к среднегодовой установленной мощности:

(3.6)

коэффициент использования среднегодовой установленной мощности

(3.7)

и коэффициент резерва по установленной мощности

(3.7)

Имеют место следующие соотношения:

Каждая электроустановка имеет характерный для нее график нагрузки. Графики строят во время проектирования и при эксплуатации.

Графики нагрузок предназначены для:

а) определения времени пуска и останова агрегатов, включения и отключения трансформаторов;

б) определения количества выработанной (потребленной) электроэнергии, расхода топлива и воды;

в) ведения экономичного режима электроустановки;

г) планирования сроков ремонтов оборудования;

д) проектирования новых и расширения действующих электроустановок;

е) проектирования новых и развития существующих энергосистем, их узлов нагрузки и отдельных потребителей электроэнергии.

Чем равномернее нагрузка генераторов, тем лучше условия их работы, поэтому возникает так называемая проблема регулирования графиков нагрузки, проблема их выравнивания. При этом целесообразно по возможности более полно использовать установленную мощность электро-. станций.

 

Параметры трансформаторов

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ; ток холостого хода; потери холостого хода и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора — это мощность каждой из его обмоток. Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками как одинаковой, так и разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается номинальная мощность каждой из сторон (ВН или СН), имеющих между собой автотрансформаторную связь («проходная мощность»).

Номинальные напряжения обмоток — это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора. Для трехфазного трансформатора — это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную в звезду, — это . При работе трансформатора под нагрузкой и подведении к зажимам его первичной обмотки номинального напряжения на вторичной обмотке напряжение меньше номинального на величину потери напряжения в трансформаторе. Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений

В трехобмоточных трансформаторах определяется коэффициент трансформации каждой пары обмоток: ВН и НН; ВН и СН; СН и НН.

Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Номинальный ток любой обмотки трансформатора определяют по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.

Напряжение короткого замыкания u_к — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Таким образом, в каталогах приводятся три значения напряжения КЗ: u _{к ВН – НН} , u_{к ВН – СН} , u_{к СН - НН}.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно выше активного (у небольших трансформаторов в 2 — 3 раза, а у крупных в 15 — 20 раз), то u _к в основном зависит от реактивного сопротивления, т.е. взаимного расположения обмоток, ширины канала между ними, высоты обмоток. Величина u _к регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение КЗ. Так, трансформатор мощностью 630 кВ*А с высшим напряжением 10 кВ имеет u _K=5,5%, с высшим напряжением 35 кВ — u_к = 6,5 %; трансформатор мощностью 80000 кВ-А с высшим напряжением 35 кВ имеет u_K =9%, a с высшим напряжением110кВ — u_к = 10,5%.

Увеличивая значение u_к, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 MB•А выполнить с u_K = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7 %, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5,0 МВАр).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по значению и_к в зависимости от взаимного расположения обмоток. Если обмотка НН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка СН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН – НН}, а меньшее значение — u_{к ВН – СН}. В этом случае потери напряжения по отношению к выводам СН уменьшатся, а ток КЗ в сети НН будет ограничен благодаря повышенному значению u_{к ВН-НН}. Это понижающий трансформатор на подстанциях.

Если обмотка СН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка НН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН – СН}, а меньшее — u_{к ВН – НН}. Значение u_{к СН - НН} останется одинаковым в обоих исполнениях. Это повышающий трансформатор на станциях.

Ток холостого хода I_Х характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах с холоднокатаной сталью токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода Р_х и короткого замыкания Р_к определяют экономичность работы трансформатора. Потери холостого хода состоят из потерь в стали на перемагничивание и вихревые токи. (Для их уменьшения применяются электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и других с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приводятся значения Р_х для уровней А и Б. Уровень А относится к трансформаторам, изготовленным из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень Б — с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при В= 1,5 Тл, f= 50 Гц)).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250000 кВ-А при U=110кВ (Р_х=200 кВт, Р_к=790 кВт), работающем круглый год (Т_тах=6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43% электроэнергии, пропущенной через трансформатор. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем.

В сетях энергосистем установлено большое количество трансформаторов малой и средней мощности, поэтому общие потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны, и очень важно для экономии электроэнергии совершенствовать конструкции трансформаторов с целью дальнейшего уменьшения значений Р_х и Р_к.

 

6.5 Особенности автотрансформаторов.

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы (AT) большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами той – же мощности:

· меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

· меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты;

· меньшие потери и больший КПД;

· более легкие условия охлаждения.

Особенность автотрансформаторов состоит в том, что обмотки высшего и среднего напряжения имеют кроме магнитной связи, как у всех трансформатор, еще и электрическую связь. Это выполняется за счет того, что обмотка среднего напряжения является частью обмотки высшего напряжения

Указанную особенность рассмотрим на примере одной фазы автотрансформатора (рис. 6.3). Часть высшей обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О — общей. В то ж время обмотка СО является обмоткой среднего напряжения

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_в, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I₀. Ток нагрузки вторичной обмотки I_С складывается из тока I_в, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I₀, созданного магнитной связью этих обмоток: I_c= I_в+I₀, откуда I₀=I_C -I_В.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора, можно записать следующее выражение:

S= U_BI_B~ U_CI_C. Преобразуя правую часть выражения, получаем

S= U_BI_B=[(U_B- U_C)+U_C]I_B=(U_B- U_C)I_B+ U_CI_B,

где (U_B- U_C)I_B= S_T — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичую;

U_CI_B=S_Э— электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Таким образом, S=S_Т+S_Э.

Рис.6.3. Схема однофазного автотрансформатора.

 

Электрическая мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток I_В из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S= S_ном, а трансформаторная мощность — типовой мощностью S_Т= S_тип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где n_ВС = U_B/U_C — коэффициент трансформации; К_т — коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из формулы для К_т следует, что чем ближе U_B к U_С, тем меньше К_т и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Например, при U_В= 330 кВ и U_С=110 кВ К_Т=0,667, а при U_В= 550 кВ и U_С= 330 кВ К_Т= 0,34.

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (см. рис. 6.3) видно, что мощность последовательной обмотки:

;

мощность общей обмотки:

.

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на S_ТИП нельзя.

Синхронные компенсаторы.

Потребители электрической энергии, кроме активной мощности, потребляют от генераторов системы реактивную мощность, которая затрачивается на создание магнитных полей, необходимых для работы асинхронных двигателей, индукционных печей, трансформаторов и других электроприемников.

На создание реактивной мощности механическая энергия турбины практически не расходуется. Однако передача реактивной мощности от генераторов к потребителям связана с дополнительными потерями (мощности и напряжения) в трансформаторах и линиях. Потери напряжения приводят к снижению качества энергии, получаемой электроприемниками. Поэтому для получения реактивной мощности экономически выгодно устанавливать источники реактивной мощности вблизи потребителей, на подстанциях. Такими источниками являются синхронные и статические компенсаторы.

Синхронный компенсатор (СК) — это синхронная машина, работающая в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. В зависимости от тока возбуждения синхронный компенсатор может работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения, и соответственно генерировать или потреблять реактивную мощность. Регулирование тока возбуждения осуществляется специальными схемами АРВ.

В перевозбужденном режиме ЭДС обмотки статора Е_к1 больше напряжения сети U_K (рис.7.1)).

 

Рис.7.1 Векторная диаграмма синхронного компенсатора в перевозбужденном

и недовозбужденном режимах

 

Под действием разности напряжений ΔU= Е_к1 - U_K в статоре СК возникает ток I _к1, отстающий от вектора Δ U₁ на 90°. Компенсатор в этом режиме отдает реактивную мощность в сеть. В недовозбужденном режиме Е_к2< U_K, в статоре СК возникает ток I _к2, опережающий вектор ΔU₂ на 90°, т.е. СК будет потреблять реактивную мощность из сети. Синхронные компенсаторы не несут активной нагрузки на валу, поэтому их конструкция облегчена. Компенсаторы выполняются тихоходными (750—1000 об/мин) с горизонтальным валом и явнополюсным ротором (Рис. 5.2).

Синхронный компенсатор характеризуется номинальной реактивной мощностью, напряжением, током статора, частотой и номинальным током ротора. Номинальное напряжение синхронного компенсатора на 5 —10 % выше номинального напряжения сети.

СК небольшой мощности включаются в сеть методом прямого асинхронного пуска, когда СК подключают к сети без возбуждения. Разворот компенсатора происходит за счет асинхронного момента. Когда частота вращения приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм.

Мощные СК (10000 кВ-А и выше) включаются в сеть через реактор для ограничения пусковых токов и посадки напряжения на шинах (рис. 7.2).

Параметры реактора выбираются так, чтобы в момент пуска напряжение на шинах подстанции не падало ниже (80 — 85 %) U_H0M, а напряжение на СК было (30 — 65 %) U_H0M, при этом ток не превышает (2 — 2,8) I _ном.

При пуске выключатель Q1 отключен, а Q2 включен. Разворот компенсатора происходит за счет асинхронного момента. Когда частота вращения приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Регулируя ток возбуждения, устанавливают минимальный ток статора и включают выключатель Q1, шунтируя реактор и включая СК в сеть.

 

Рис. 7.2 Схема реакторного пуска синхронного компенсатора

 

(Синхронные генераторы могут работать в режиме синхронного компенсатора, если закрыть доступ пара (или воды) в турбину. В таком режиме перевозбужденный турбогенератор начинает потреблять небольшую активную мощность из сети для своего вращения и отдает реактивную мощность в сеть.

Перевод гидрогенераторов в режим синхронных компенсаторов производится без остановки агрегатов, достаточно освободить камеру гидротурбины от воды.)

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ и ПОДСТАНЦИЙ»

Для бакалавров по направлению _” Энергетика и электротехника”_140400

для профилей: “ Электроэнергетические системы и сети”, “Электрические станции”, “Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем”, “Электроснабжение”

Ст. препод. каф. ЭС и ЭЭС Галкин А.И.

Новочеркасск 2014 г.

 

Введение

 

Производство электроэнергии является одной из базовых отраслей современной цивилизации. Электрическая энергия широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, связи, радио и телевидении, на транспорте, в быту. Всё это связано с тем, что электрическая энергия может легко передаваться на большие расстояния и относительно просто с малыми потерями преобразовываться в другие виды энергии.

В настоящее время практически вся электрическая энергия производится, передается и распределяется потребителям специально созданными структурами, называемыми электрическими системами. Рассмотрим основные понятия, относящиеся к ним, и дадим определения установкам, которые их составляют.

Электроэнергетической (электрической) системой называется совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы и питающихся от нее приемников электрической энергии, объединенных общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Основными составляющими электрической системы являются электрическая часть электрических станций, электрические сети и электроприемники.

Длительная устойчивая работа электрической системы возможна только при равенстве генерируемых в системе активных (P_Г) и реактивных (Q_Г) мощностей и соответствующих потребляемых мощностей P_ПОТ и Q_ПОТ:

P_Г=P_ПОТ; Q_Г= Q_ПОТ.

При нарушении этих равенств в системе начинается переходный процесс, который с помощью систем управления должен быть как можно быстрее прекращен, а система перейти к новому установившемуся режиму.

Электрическая станция - энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии или электрической энергии и теплоты за счет преобразования других видов энергии.

В зависимости от источника первичной энергии основные электрические станции делят на тепловые (газ, уголь, мазут), атомные (ядерное топливо) и гидравлические (вода).

 

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, работающих на определенной территории. Она предназначена для передачи электроэнергии от электростанций к потребителям и ее распределения.

Подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления и вспомогательных устройств.

Линия электропередачи - электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами электроэнергетической системы (с возможным промежуточным отбором.) Линии бывают воздушные и кабельные.

 

Приемник электрической энергии (электроприемник) - аппарат, агрегат, механизм, предназначенные для преобразования электрической энергии в другой вид.

Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

 

Неотъемлемыми элементами станций и подстанций являются распределительные устройства.

Распределительное устройство - электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии на одном напряжении, содержащая коммутационные (выключатели и разъединители) и измерительные (тр-ры тока и напряжения) аппараты и соединяющие их сборные шины (иногда в т.н. упрощенных РУ аппараты могут соединяться без сборных шин), устройства управления и защиты. Распределительные устройства сооружаются на всех напряжениях любых станций и подстанций и делятся на открытые (вне помещений) и закрытые (внутри помещений).