Общие сведения об электроустановках

На долю тепловых электрических станций (ТЭС) в настоящее время приходится большая часть выработки электроэнергии. Успешно работают мощные ГРЭС: Рефтинская мощностью 3,8 ГВт, Запорожская, Углегорская, Костромская мощностью по 3,6 ГВт и др. ТЭС единичной мощностью 4,0 и 6,4 ГВт сооружаются в районах Экибастузского (Экибастузские ГРЭС-1, ГРЭС-2) и Канско-Ачинского (Березовская ГРЭС-1) угольных бассейнов. Попутный газ Тюменских месторождений используется на Сургутских ГРЭС-1 и ГРЭС-2. Энергетической программой предусматривается реконструкция и перевооружение ТЭС, показатели работы которых не соответствуют современному уровню.

На передовых рубежах стоит советская энергетика в комбинированном производстве электроэнергии и тепла для централизованного теплоснабжения промышленности и городов. Повышение экономичности ТЭЦ достигается укрупнением теплофикационных агрегатов до 250 МВт, подачей тепла на расстояние до 50 км, что позволит отказаться от использования газомазутного топлива. Крупные ТЭЦ обеспечивают теплом 800 городов. Единичная мощность ТЭЦ достигла 1250 МВт.

Покрытие пиковых нагрузок энергосистем возлагается на ГЭС и гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Разрабатываются новые установки для аккумулирования энергии - подземные ГАЭС с напором до 1000 м и газотурбинные установки (ГТУ) с подземным аккумулированием воздуха.

Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии. Энергетические системы образуют 11 крупных энергообъединений: Северо-Запада, Центра, Средней Волги, Юга, Казахстана, Закавказья, Урала, Северного Кавказа, Средней Азии, Сибири и Востока. В состав Единой энергетической системы страны (ЕЭС) входят несколько энергообъединений.

Основой межсистемных связей в являются в настоящее время линии 500 кВ. Введены в эксплуатацию линии 750 кВ, построена линия 1150 кВ Итат-Кузбасс, которая будет продолжена до Урала. Начато строительство линии постоянного тока 1500 кВ протяженностью 2400 км Экибастуз-Центр.

В перспективе стоит задача всемерного развития и использования возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др.

Энергетической программой предусматривается дальнейшее развитие энергосберегающей политики. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствования энергетического оборудования, реконструкции устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и повышения уровня использования вторичных энергетических ресурсов; улучшения структуры производства, преобразования и использования энергетических ресурсов. В энергетике предусматривается замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Основные определения об электроустановках

Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии.

По особенностям основного технологического процесса преобразования энергии и виду используемого энергетического ресурса электростанции подразделяют на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТУ) и др.

Важную роль выполняют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии.

В России, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии принят трехфазный переменный ток частотой 50 Гц (в США и ряде других стран принята частота 60 Гц). Применение трехфазного тока объясняется большей экономичностью сетей и установок трехфазного тока по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также возможностью широкого использования в качестве электропривода наиболее надежных, простых и дешевых асинхронных электродвигателей.

Наряду с трехфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют и постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии, электрифицированный транспорт и др.). В настоящее время постоянный ток применяется также для передачи электроэнергии на большие расстояния при напряжении до 800 кВ, а в перспективе - до 1500 кВ.

Одним из параметров электроустановок является номинальное напряжение. Номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнергии (электродвигателей, ламп и др.) называется то напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разделяют все электроустановки на две категории: электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки выше 1 кВ. Это разделение вызвано различием в типах и конструкциях аппаратов, а также различием в условиях безопасности, в требованиях, предъявляемых при сооружении и эксплуатации электроустановок разных напряжений.

Стандартные междуфазные напряжения, принятые в России, приведены в табл.1.

Таблица 1

Стандартные напряжения трехфазного переменного тока

Номинальные напряжения для генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток силовых трансформаторов приняты на 5-10% выше номинальных напряжений соответствующих сетей.

Номинальные напряжения для генераторов и синхронных компенсаторов большой мощности, включаемых по схеме блок генератор - трансформатор, определяются из ряда 13,8; 15,75; (18); 20; 24 кВ.

При проектировании, сооружении и эксплуатации электроустановок используют схемы-чертежи, на которых в условных обозначениях показывают элементы установки в той последовательности и взаимосвязи, которая существует на практике или которая будет осуществлена при ее сооружении.

Наиболее употребительные условные и позиционные обозначения, применяемые для выполнения схем электроустановок относятся в основном к оборудованию силовых или, как их еще называют, первичных цепей.

На рис.1 изображена принципиальная электрическая схема части мощной энергосистемы. Основу ее составляют крупные электростанции (КЭС, ТЭЦ, ГЭС). Межсистемные связи выполнены на напряжении 500 кВ, распределение электроэнергии в энергосистеме производится на напряжении 35-220 кВ. Местные распределительные сети выполнены на напряжении 6-10 кВ.

На схеме показаны подстанция А, через шины которой осуществляется связь с соседней энергосистемой, и ряд районных подстанций, от которых получают питание отдельные районы электрических нагрузок потребителей. Системные подстанции А и Б с автотрансформаторами являются мощными коммутационными узлами энергосистемы. По этому признаку их относят также к узловым подстанциям. На подстанции Б установлены два синхронных компенсатора GC.

Рис.1. Принципиальная схема энергосистемы

Объединение электростанций на параллельную работу и создание энергосистем имеет большое народнохозяйственное значение и дает ряд технических и экономических преимуществ:

• позволяет увеличивать темпы развития энергетики и осуществлять это развитие наиболее экономично для современных условий, т.е. за счет преобладающего ввода крупных ТЭС и АЭС с блочными агрегатами большой мощности;
• повышает надежность электроснабжения потребителей;
• обеспечивает повышение экономичности производства и распределения электроэнергии в целом по энергосистеме за счет наиболее рационального распределения нагрузки между электростанциями при наилучшем использовании энергоресурсов (топлива, водной энергии и т.д.);
• улучшает качество электроэнергии, т.е. обеспечивает поддержание напряжения и частоты в пределах, нормированных ГОСТ, так как колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов;
• позволяет снизить суммарный резерв мощности по энергосистеме, который должен составлять 12-20% общей мощности агрегатов энергосистемы.

При параллельной работе нескольких энергосистем а составе объединенной энергосистемы указанные преимущества проявляются в еще большей степени.

Принципы создания энергосистем в России были заложены планом ГОЭЛРО. Особенно быстрыми темпами создание и развитие энергосистем происходило после окончания Великой Отечественной войны. В конце 50-х и в 60-е годы крупные объединенные энергосистемы (ОЭС) Центра, Юга, Урала и Средней Волги были связаны линиями электропередачи переменного тока 220-500 кВ и опытно-промышленной передачей постоянного тока 800 кВ. Было завершено создание Единой энергосистемы европейской части России, которая охватила также объединенные энергосистемы Северо-Запада, Северного Кавказа и Закавказья.

Важнейшим направлением развития энергетики страны является формирование Единой энергосистемы (ЕЭС), в которую наряду с упомянутыми выше энергообъединениями с 1972г. входит также ОЭС Казахстана, а с 1978г. - ОЭС Сибири. ЕЭС России является одним из крупнейших энергообъединений мира.

В восточных районах страны созданы ОЭС Средней Азии и Востока.

Параллельно с ЕЭС России работают энергосистемы стран Европы, а также МНР. Через Выборгскую вставку постоянного тока параллельно, но несинхронно с ЕЭС России работает энергосистема Финляндии и энергообъединение Северных стран Европы. От сетей ЕЭС осуществляется поставка электроэнергии также в Норвегию, Турцию и ряд других стран.

Для усиления межсистемных и внутрисистемных связей используются линии электропередачи до 750 кВ включительно. Начаты работы по созданию электропередачи переменного тока напряжением 1150 кВ и постоянного тока напряжением 1500 кВ.

Объединение энергосистем восточных и западных районов страны даст значительный экономический эффект за счет возможности использования общей установленной мощности электростанций для обеспечения смещенных по времени максимумов нагрузки.

Для оперативного руководства работой энергосистем создана единая система диспетчерского управления, основными задачами которой являются:

• оперативное планирование и регулирование режима работы энергосистем в целях полного удовлетворения потребности народного хозяйства в электрической энергии и тепле;
• обеспечение бесперебойного питания потребителей и надежной работы энергосистем; предупреждение и ликвидация аварийных режимов;
• обеспечение необходимого качества энергии и тепла (напряжение, частота, параметры пара и воды в теплосети);
• обеспечение максимальной экономичности работы энергосистемы в целом и рационального расходования энергоресурсов.

В настоящее время действует следующая структура диспетчерского управления: Центральное диспетчерское управление (ЦДУ), находящееся в Москве; объединенные диспетчерские управления (ОДУ Центра, Юга, Урала и т.д.); центральные диспетчерские службы районных энергетических систем (Мосэнерго, Ленэнерго и др.); пункты управления электростанциями, диспетчерские пункты предприятий электрических и тепловых сетей.

Диспетчерские пункты оборудуются новейшими средствами управления: диспетчерскими щитами, устройствами телеуправления, телесигнализации, телеизмерений, средствами связи, вычислительной техники, автоматики и т.п.