System energetyczny kraju — krótki opis, charakterystyka pracy w różnych sytuacjach

System energetyczny kraju to połączenie kilku elementów - elektrowni, stacji rozdzielczych typu step-up i step-down, sieci elektroenergetycznych i ciepłowniczych.

Elektrownie produkują energię elektryczną i cieplną (dla CHP). Energia elektryczna, generowanych przez elektrownie, jest podnoszona do wymaganej wartości napięcia w rozdzielniach elektroenergetycznych i wprowadzana do sieci, w szczególności do głównych sieci elektroenergetycznych, gdzie jest dalej rozdzielana zgodnie z ilością energii zużywanej przez dany region, przedsiębiorstwo w systemie elektroenergetycznym kraju lub odrębnego regionu.

Jeśli mówimy o systemie energetycznym kraju, sieci szkieletowe oplatają całe jego terytorium. Sieci magistralne to linie 220, 330, 750 kV, którymi płyną duże strumienie mocy — od kilkuset MW do kilkudziesięciu GW.

Kolejnym etapem jest przekształcenie sieci magistralnych wysokiego napięcia dla regionalnych, węzłowych podstacji, podstacji dużych przedsiębiorstw o ​​napięciu 110 kV. Moc przepływa w granicach kilkudziesięciu MW przez sieci 110 kV.

W podstacjach 110 kV energia elektryczna jest dystrybuowana do mniejszych podstacji użytkowników na obszarach zaludnionych i różnych przedsiębiorstwach o napięciach 6, 10, 35 kV. Dodatkowo napięcie sieciowe jest redukowane do wartości wymaganych przez użytkownika. Jeśli są to osiedla i małe przedsiębiorstwa, to napięcie jest obniżane do 380/220 V. Istnieją również urządzenia dużych przedsiębiorstw przemysłowych, które są bezpośrednio zasilane wysokim napięciem 6 kV.

CHP (CHP) oprócz energii elektrycznej wytwarzają ciepło, które służy do ogrzewania budynków i budowli. Energia cieplna dostarczana przez elektrociepłownię jest dystrybuowana do odbiorców za pośrednictwem sieci ciepłowniczych.

Charakterystyka systemu elektroenergetycznego

Rozważając działanie systemu elektroenergetycznego, należy zwrócić szczególną uwagę na procesy przesyłu energii elektrycznej. Wytwarzanie i przesyłanie energii elektrycznej to złożony, wzajemnie powiązany proces.

W systemie elektroenergetycznym wytwarzanie, przesyłanie i pobór energii przez odbiorców odbywa się w sposób ciągły, w czasie rzeczywistym. Akumulacja (akumulacja) energii elektrycznej w wolumenie systemu elektroenergetycznego nie zachodzi, dlatego w systemie elektroenergetycznym na bieżąco monitorowany jest bilans energii elektrycznej wytworzonej i zużytej.

Osobliwością systemów elektroenergetycznych jest niemal natychmiastowy transfer energii elektrycznej ze źródeł do odbiorców i niemożność jej akumulacji w znacznych ilościach. Właściwości te warunkują jednoczesność procesu produkcji i zużycia energii elektrycznej.

W produkcji i zużyciu energii elektrycznej prądu przemiennego równość wytworzonej i zużytej energii elektrycznej w dowolnym momencie odpowiada równości wytworzonej i zużytej mocy czynnej i biernej.

Dlatego też w każdym momencie w trybie stacjonarnym systemu elektroenergetycznego elektrownie muszą generować moc równą mocy odbiorców i pokrywać straty energii w elektroenergetycznej sieci przesyłowej, czyli musi być zachowany bilans mocy wytwarzanej i pobieranej .

Pojęcie bilansu mocy biernej jest związane z oddziaływaniem reaktywna moc, przesyłane przez elementy sieci elektrycznej, do trybu napięciowego. Zakłócenie bilansu mocy biernej prowadzi do zmiany poziomu napięcia w sieci.

Zazwyczaj systemy zasilania, które mają niedobór mocy czynnej, mają również niedobór mocy biernej. Bardziej efektywne jest jednak nie przesyłanie brakującej mocy biernej z sąsiednich systemów elektroenergetycznych, ale jej generowanie w urządzeniach kompensacyjnych zainstalowanych w tym systemie elektroenergetycznym.

Jednym z głównych wskaźników obecności równowagi między wytwarzaną i zużywaną energią elektryczną jest częstotliwość sieci… Częstotliwość sieci elektrycznej w Rosji, na Białorusi, Ukrainie iw większości krajów europejskich wynosi 50 Hz.Jeżeli częstotliwość sieci elektroenergetycznej kraju mieści się w granicach 50 Hz (tolerancje ± 0,2 Hz), oznacza to, że zachowany jest bilans energetyczny.

W przypadku deficytu wytwarzanej energii elektrycznej, aw szczególności jej składnika aktywnego, dochodzi do deficytu mocy, czyli zaburzenia bilansu energetycznego. W takim przypadku następuje spadek częstotliwości sieci elektrycznej poniżej dopuszczalnej wartości. Im większy deficyt energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym, tym niższa częstotliwość.

Najbardziej niebezpieczny dla systemu energetycznego jest proces zachwiania bilansu energetycznego i jeśli nie zostanie zatrzymany na początkowym etapie, nastąpi całkowite załamanie systemu energetycznego.

Aby zapobiec załamaniu się systemu elektroenergetycznego w przypadku braku zasilania w podstacjach rozdzielczych, stosuje się automatykę awaryjną — automatyczne rozładowanie częstotliwości (AChR) oraz automatyzacja eliminacji trybu asynchronicznego (ALAR).

AChR automatycznie wyłącza określoną część obciążenia odbiorców, co zmniejsza deficyt energii w systemie elektroenergetycznym. ALAR to wyrafinowany automatyczny system, który automatycznie wykrywa i usuwa tryby asynchroniczne w sieciach elektrycznych. W przypadku braku prądu w systemie elektroenergetycznym ALAR współpracuje z AFC.

We wszystkich sekcjach systemu elektroenergetycznego możliwe są różne sytuacje awaryjne: uszkodzenie różnych urządzeń na stacjach i podstacjach, uszkodzenie kabli i napowietrznych linii energetycznych, zakłócenie normalnej pracy urządzeń zabezpieczających i automatyki przekaźnikowej itp. użytkowników zgodnie z ich kategoria niezawodności zasilania.

Charakterystyka regulacji napięcia

Napięcie w systemie elektroenergetycznym jest regulowane w taki sposób, aby zapewnić normalne wartości napięć we wszystkich obszarach. Regulacja napięcia użytkownika końcowego odbywa się według średnich wartości napięcia uzyskanych z większych podstacji.

Z reguły taka regulacja jest przeprowadzana raz, a następnie napięcie jest regulowane w dużych węzłach - regionalnych podstacjach, ponieważ ciągłe dostosowywanie napięcia każdej podstacji odbiorczej jest niepraktyczne ze względu na ich dużą liczbę.

Regulacja napięcia w podstacjach odbywa się za pomocą pozaobwodowych przełączników zaczepów i przełączników obciążenia wbudowanych w transformatory mocy i autotransformatory. Regulacja za pomocą wyłączników odbywa się przy transformatorze odłączonym od sieci (przełączanie bez wzbudzenia). Urządzenia przełączające pod obciążeniem umożliwiają regulację napięcia obciążenia, tj. bez konieczności uprzedniego odłączania transformatora (autotransformatora).

Regulacja napięcia za pomocą wyłączników podobciążeniowych transformatorów mocy może być realizowana zarówno w sposób automatyczny jak i ręczny.Ponadto w zależności od stanu technicznego transformatorów (autotransformatorów) w celu wydłużenia żywotności wyłączników podobciążeniowych można zostanie podjęta decyzja o regulacji napięcia wyłącznie w trybie ręcznym, ze wstępnym odciążeniem transformatora.Jednocześnie zachowana jest możliwość przełączania zaczepów podobciążeniowego przełącznika zaczepów, aw przypadku konieczności szybkiej regulacji napięcia operację tę można wykonać bez uprzedniego odciążenia transformatora.

Straty mocy i energii

Przesyłaniu energii elektrycznej nieuchronnie towarzyszą straty mocy i energii w transformatorach i liniach. Straty te muszą być pokryte odpowiednim wzrostem mocy zasilania, co prowadzi do wzrostu nakładów inwestycyjnych na budowę systemu elektroenergetycznego.

Ponadto straty mocy i energii powodują dodatkowe zużycie paliwa w elektrowniach, koszt energii elektrycznej, zwiększając tym samym koszt energii elektrycznej. Dlatego w projektowaniu należy dążyć do ograniczenia tych strat we wszystkich elementach elektroenergetycznej sieci przesyłowej.

Zobacz też: Straty mocy i energii w obwodach elektrycznych I Działania ograniczające straty w sieciach elektrycznych

Praca równoległa systemów elektroenergetycznych

Systemy elektroenergetyczne krajów lub odrębne sekcje systemu elektroenergetycznego w obrębie kraju mogą być ze sobą połączone i jako całość stanowią wzajemnie połączony system elektroenergetyczny.

Jeżeli dwa systemy energetyczne mają te same parametry, mogą pracować równolegle (synchronicznie). Możliwość synchronicznej pracy dwóch systemów elektroenergetycznych pozwala na znaczne zwiększenie ich niezawodności, gdyż w przypadku wystąpienia dużego deficytu mocy w jednym z systemów elektroenergetycznych, deficyt ten może zostać pokryty przez inny system elektroenergetyczny.Łącząc systemy elektroenergetyczne kilku krajów, można eksportować lub importować energię elektryczną między tymi krajami.

Jeżeli jednak dwa systemy elektroenergetyczne różnią się parametrami elektrycznymi, w szczególności częstotliwością sieci elektroenergetycznej, to w przypadku konieczności łączenia tych systemów elektroenergetycznych ich bezpośrednie połączenie z pracą równoległą jest niedopuszczalne.

W tym przypadku wychodzą z sytuacji, wykorzystując linie prądu stałego do przesyłania energii elektrycznej między systemami elektroenergetycznymi, co umożliwia łączenie niezsynchronizowanych systemów elektroenergetycznych charakteryzujących się różnymi częstotliwościami sieci.