Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по дисциплине

«Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения»

Содержание

Введение

Баланс и компенсация реактивной мощности

Регулирования напряжения

Заключение

Список источников и литературы

Введение

Все элементы электрической системы (станции, подстанции, линии электропередач, сети, приемники энергии) взаимосвязаны непрерывным процессом генерирования, передачи, распределения и потребления электрической энергии. Момент производства электроэнергии практически совпадает с моментом ее потребления, поэтому в любой момент времени мощность, отдаваемая генерирующими установками, должна быть точно равна мощности суммарной нагрузки системы, т. е. должен соблюдаться баланс генерируемых и потребляемых мощностей в системе. Невыполнение этого условия или нарушение баланса мощностей системы приводит к отклонению параметров ее режима.

Баланс активной мощности может поддерживаться только самой системой, т. е. генераторами системы.

Баланс реактивной мощности поддерживается не только системой, но и путем размещения генерирующих источников реактивной мощности (компенсирующих устройств) непосредственно на месте потребления электроэнергии.

Балансу активной мощности сопутствует параметр режима-- частота, а балансу реактивной мощности -- напряжение.

Баланс и компенсация реактивной мощности

Для нормальной работы электроприемников нужна и активная, и реактивная энергия, причем в любой момент времени суммарная генерируемая реактивная мощность в системе должна быть точно равна потребляемой реактивной мощности. Источниками реактивной мощности в системе являются не только генераторы электростанций, но также воздушные и кабельные ЛЭП, батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели, статические компенсирующие установки и др. Таким образом, баланс реактивных мощностей в системе записывается в виде:

где -- суммарная реактивная мощность, генерируемая всеми источниками системы (рабочая мощность), Мвар;, , , -- реактивные мощности, генерируемые соответственно генераторами электростанций, линиями электропередач (зарядная мощность), конденсаторными батареями, компенсирующими установками (синхронные компенсаторы, синхронные двигатели, статические компенсирующие установки и т. п.), Мвар; , , ,-- соответственно суммарная реактивная мощность нагрузок системы, потерь реактивной мощности в системе и расход реактивной мощности на собственные нужды системы, Мвар; -- суммарная потребляемая реактивная мощность, Мвар.

Генерация реактивной мощности электростанциями зависит от числа и мощности работающих генераторов, обеспечивающих покрытие активной нагрузки системы.

Если средний коэффициент мощности современных генераторов -- 0,8 ... 0,9,то получается, что располагаемая реактивная мощность генераторов системы составляет 60...70% от их располагаемой активной мощности. Кроме того, потери реактивной мощности достигают 30...35% от выдаваемой в сеть. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление сети значительно выше активного и при передаче электроэнергии имеет место большое число трансформаций (3--4 и более). В результате суммарная потребность в реактивной мощности превышает располагаемую реактивную мощность генераторов системы, т. е. существует дефицит реактивной мощности, достигающий 10 - 15% и более. Дефицит особенно проявляется в летние месяцы, когда на электростанциях часть электрооборудования выводится в ремонт.

Проблема компенсации реактивной мощности всегда занимала важное место в общем комплексе вопросов повышения эффективности передачи, распределения и потребления электрической энергии. Правильное решение таких задач в значительной мере предопределяет экономию денежных и материальных ресурсов, повышение качества электроснабжения.

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии, которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником, не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания.

Реактивная мощность в индуктивных элементах характеризуется отставанием по фазе тока от напряжения. Ранее показателем потребления реактивная мощность являлся коэффициент мощности, численно равный косинусу угла между током и напряжением (cosц). В настоящее время на основании Приказа Министерства Энергетики РФ от 23 июня 2015 г. № 380 динамику изменения реального значения реактивной мощности принято определять коэффициентом реактивной мощности, численно равного тангенсу угла между током и напряжением (tgц).

Наличие реактивная мощность является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого:

- возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;

- снижается пропускная способность распределительной сети;

- отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Эти факторы являются основной причиной того, что генерирующие компании требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети.

Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности - важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности.

Правильная компенсация реактивной мощности позволяет:

- снизить общие расходы на электроэнергию;

- уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;

- снизить тепловые потери тока;

- снизить влияние высших гармоник;

- подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;

- добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях установки устройств компенсации реактивной мощности позволяют:

- исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;

- снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;

- увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;

- во вновь создаваемых сетях уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

Потребителями реактивной мощности являются электроприёмники, работа которых связана с образованием магнитных полей. К основным из них относятся:

1) Трансформатор - это одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от источника до потребителя. Реактивная мощность потребляемая трансформатором необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую. В трансформаторе потери реактивной мощности составляют 10 - 12 % передаваемой полной мощности. При передаче электроэнергии от источника до потребителя происходит от двух до шести трансформаций, и потому эти потери могут достигать приблизительно 30 - 50 % полной мощности потребителей.

2) Асинхронный двигатель - по принципу действия подобен трансформатору, т.е. энергия первичной обмотки двигателя - статора передаётся во вторичную - ротор посредствам магнитного поля. Реактивная мощность намагничивания двигателя, которая не зависит от нагрузки, по сравнению с трансформатором является определяющей и составляет 60 - 80 % полной. реактивный мощность трансформатор индукционный

3) Индукционные печи (f = 50 Гц) для плавки металлов представляют собой мощные, но не совершенные трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл, расплавляемый индуктированными в нём токами. Магнитопровод в силу своих конструктивных особенностей (большие воздушные зазоры в магнитопроводе, неполное потокосцепление первичной обмотки) требует повышенной намагничивающей силы и создаёт большие потоки рассеяния, следствием чего является повышенное потребление реактивной мощности.

4) Преобразовательные установки. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте. Процесс выпрямления всегда сопровождается генерацией высших гармоник переменного тока. Поэтому первичный ток нагрузки трансформатора обычно отличается от синусоиды. Ток основной частоты будет отставать от напряжения на угол ц, который зависит от угла регулирования и угла коммутации, и, следовательно, выпрямительная часть преобразовательной установки будет потреблять реактивную мощность.

5) Линии электропередачи (ЛЭП). Вокруг каждого проводника, по которому течет ток, возникает магнитное поле и, следовательно, потребляется реактивная мощность. Для длинных воздушных линий, а также для протяженных кабельных превалирует емкостная составляющая реактивного сопротивления линии, вследствие чего длинные воздушные линии высокого напряжения рассматриваются как источники отрицательной реактивной мощности.

Генераторы электростанций не могут обеспечить всей потребности в реактивной мощности. Потому в энергосистемах обширно используются компенсирующие устройства. К ним относятся:

1) Конденсаторные батареи (КБ). Устанавливаются в узлах нагрузки, где они позволяют разгрузить электрические сети от передачи по ним реактивной мощности;

2) Синхронные компенсаторы (СК) - синхронные машины, работающие без перегрузки на валу, т.е. в режиме холостого хода. СК устанавливаются на районных подстанциях, где график нагрузки изменяется в широких пределах, в связи с чем значительно меняется баланс реактивной мощности. СК может быть обеспечен устройством автоматического регулирования возбуждения, и при понижении напряжения он автоматом будет увеличивать выработку реактивной мощности, тем самым стабилизируя напряжение;

3) Статические тиристорные компенсаторы (СТК) состоят из параллельно включенных управляемых реакторов и КБ, которые подключаются к сети высокого напряжения через трансформатор. Для регулирования реактивной мощности используются тиристоры. Такое сочетание реакторов и КБ позволяет применять СТК как для генерации (при преобладании емкостного элемента), так и для потребления реактивной мощности (при преобладании индуктивного элемента). СТК устанавливаются на промежуточных и конечных подстанциях, также в больших узлах нагрузки для стабилизации режима;

4) Шунтирующие реакторы (ШР) используются для потребления излишней реактивной мощности в энергосистемах и стабилизации напряжения. Устанавливаются на конечных и промежуточных подстанциях;

5) Современные способы КРМ - FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systemes - гибкие управляемые системы электропередачи переменного тока) - это электропередачи переменного тока, оснащённые устройствами силовой электроники. Наиболее распространенными являются:

- тиристорно-управляемые устройства продольной компенсации (ТУПК);

- управляемые источники реактивной мощности (поперечные элементы); - фазорегулирующие трансформаторы;

- сложные контроллеры, сочетающие в себе функции нескольких элементов (универсальный регулятор потоков мощности);

- статические компенсаторы, выполненные на базе преобразователя напряжения и комплектуемые из полностью управляемых вентилей (ПУВ) - носят название - СТАТКОМ. Основные их преимущества: компактность, порождают меньшие гармоники в токах и напряжениях, снижают вероятность возникновения резонансных явлений.

В России устройства FACTS еще не получили широкого распространения, но уже разработана и одобрена программа "Создание в ЕЭС России FACTS".

При росте грузонапряжённости железнодорожного транспорта с пропуском тяжёловесных поездов, а также при организации скоростного движения на электрифицированных участках железных дорог необходимо решать вопросы усиления и совершенствования системы тягового электроснабжения с целью повышения уровня напряжения в контактной сети при максимальных тяговых нагрузках. Одним из решений таких вопросов является применение устройств продольной емкостной (УПК) и поперечной (КУ) компенсаций на тяговых подстанциях. Емкостное сопротивление УПК компенсирует индуктивное сопротивление сети и, следовательно, уменьшаются потери напряжения в сети и симметриируются токи и напряжения на тяговом трансформаторе. КУ компенсирует реактивную индуктивную мощность тяговой нагрузки, снижает потери мощности в контактной сети и тяговом трансформаторе, а также повышает качество электроэнергии, согласно ГОСТ 32144-2013.

Регулирование напряжения

При изменении баланса реактивной мощности изменяется и значение напряжения на питающей линии промежуточной подстанции, чаще всего снижение напряжения.

Согласно ГОСТ 32144-2013 на качество электроэнергии для большинства электроприемников отклонение напряжения от номинального значения не должно превышать ±10.

В настоящее время наиболее эффективным и используемым средством уменьшения потерь напряжения является средства компенсации реактивной мощности, которые также снижают потери активной мощности и электроэнергии в сети. Основным же средством регулирования напряжения является использование специальных технических средств, которые рассматриваются ниже.

1. Синхронные генераторы. Будучи основным источником реактивной мощности в ЭЭС, генераторы электростанций одновременно являются важнейшим из средств регулирования напряжения. У большинства генераторов напряжение на его зажимах U_г может изменяться в пределах

Заданное значение напряжения может поддерживаться автоматическим регулятором возбуждения (АРВ). Напряжение на шинах генератора удается поддерживать на заданном уровне только в том случае, если генерируемая им реактивная мощность Q_г находится в допустимых пределах

При достижении реактивной мощностью предельного значения она фиксируется на этом значении и напряжение генератора уже будет изменяться следующим образом: при достижении нижнего предела изменения мощности -- повышаться, при достижении верхнего предела -- понижаться. Номинальная реактивная мощность генератора определяется номинальным коэффициентом мощности cos. Если требуется загрузить генератор по реактивной мощности больше номинальной, то это возможно в некоторых пределах за счет снижения его активной мощности, так как увеличение реактивной мощности будет ограничиваться токами в статоре и роторе машины. Например, для турбогенераторов при номинальных активной мощности и коэффициенте мощности cos = 0,85 реактивная мощность генератора составляет 0,6 его активной мощности. Уменьшение активной мощности до нуля позволяет увеличить реактивную мощность генератора только до 0,8 его активной мощности, таким образом, снижение активной мощности не дает существенного увеличения реактивной мощности.

2. Синхронные компенсаторы позволяют поддерживать и регулировать напряжение в пределах ±5 % в точке подключения за счет изменения тока возбуждения. Как и у генераторов, регулирование напряжения возможно при изменении реактивной мощности СК в допустимых пределах.

Ту же задачу решают СТК, с тем отличием от СК, что благодаря тиристорной системе управления регулирование осуществляется практически мгновенно. Это особенно важно для стабилизации переходных процессов в ЭЭС.

3.Трансформаторы, автотрансформаторы. Перечисленные выше регулирующие устройства изменяли режимные параметры -- напряжение и реактивную мощность. Кроме них в ЭЭС широко используются линейные регулирующие устройства, позволяющие изменять параметры ветвей схемы замещения. К ним относятся двухобмоточные трансформаторы понижающих подстанций, автотрансформаторы и трехобмоточные трансформаторы для связи сетей различного номинального напряжения, линейные регуляторы, работающие в блоке с автотрансформаторами.

В этих устройствах одна из обмоток имеет несколько регулировочных ответвлений, с помощью которых можно изменять количество рабочих витков обмотки и тем самым изменять коэффициент трансформации. Изменение коэффициента трансформации приводит к изменению напряжения на шинах нагрузки при одном и том же подведенном к трансформатору напряжении.

Трансформаторы выполняются двух типов: с переключением регулировочных ответвлений без возбуждения, т.е. с отключением от сети (трансформаторы с ПБВ); с переключением регулировочных ответвлений под нагрузкой (трансформаторы с РПН). Трансформаторы первой группы имеют сравнительно небольшой регулировочный диапазон (±2x2,5 %), применяются в распределительных электрических сетях напряжением 6--35/0,4 кВ, и с их помощью осуществляется сезонное регулирование напряжения, так как выполнение переключения требует отключения потребителей на это время. Трансформаторы второй группы снабжены специальным переключательным устройством, позволяющим осуществлять переключения по мере необходимости без отключения потребителей. Такие трансформаторы имеют большее число регулировочных ответвлений и больший диапазон регулирования напряжения. Наличие в трансформаторе устройства РПН обозначается буквой Н в указании его типа. Так, например, трансформатор ТДН-10000/110 имеет мощность 10000 кВ·А, напряжение обмотки НН U_{НН ном} = 11 кВ, напряжение основного ответвления обмотки ВН U_{ВН ном} = 115 кВ и возможность изменения этого напряжения в пределах ±9x1,78 %, т.е. в диапазоне ±16 %. Устройство РПН выполняется на обмотке ВН, так как она имеет меньший ток, и это позволяет сделать переключающее устройство более компактным, а его работу более надежной.

Действие трансформатора как регулирующего устройства показано на рис. 14.3, а. От шин подстанции системы через сеть (Z_э) и трансформатор питается нагрузка с мощностью S_н.

В схеме замещения (рис. 14.3, б) трансформатор представлен сопротивлением обмоток Z_т и идеальным трансформатором без потерь с коэффициентом трансформации n, который может регулироваться. Номинальный коэффициент трансформации равен n_ном = U_{ВН ном}/U_{НН ном} и за счет РПН может изменяться на величину Dn. Пределы регулирования, осуществляемого ступенями, у понижающих трансформаторов достигают ±(12--16 %). Так, у трансформатора ТДН-10000/110 номинальный коэффициент трансформации равен n_ном = 115/11 = 10,455, а величина Dn будет составлять

Изменение коэффициента трансформации на Dn вызывает изменение напряжения на шинах НН на величину DU₂ = De, и оно становится равным

т.е. изменяется на

Например, если при номинальном коэффициенте трансформации напряжение на нагрузке равно U₂ = 9,5 кВ, то после приведения его к стороне ВН оно будет равно U₂^? = U₂n_ном = 9,5 · 115/11 = 99,32 кВ. Выполнив переключение РПН на пять ответвлений в отрицательную сторону, мы изменим коэффициент трансформации на Dn = -5 · 0,186 = -0,93 и тем самым увеличим напряжение на нагрузке на = 0,93 кВ. В результате такого изменения коэффициента трансформации напряжение на нагрузке станет равным 99,32 / (10,455 - 0,93) = 10,43 кВ.

Заключение

Напряжение и реактивная мощность являются важными показателями качества электроэнергии. Кроме того, они связаны прямой зависимостью, и изменение в балансе реактивной мощности сказывается и на изменении уровня напряжения. Хоть реактивная мощность и не является "полезной", но потребители ее все же существуют. Поддерживая эти показатели в норме, потребители будут получать электроэнергию надлежащего качества. Так же не нужно забывать и про баланс активной мощности.

Список источников и литературы

1. Приказ Министерства энергетики РФ от 23 июня 2015 г. N 380

2. "О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии"

3. Электрические системы. Т 2 / Под ред. В. А. Веникова. -- М.: Высш. школа, 1971.

4. Мельников Н А. Электрические системы и сети. -- М.: Энергия, 1975.

5. Б о р о в и к о в В. А., Косарев В. И., Ходот Г А. Электрические сети энергетических систем. -- М.: Энергия, 1977,

6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. -- М.: Энергоатомиздат, 1985.

7. Б л о к В. М. Электрические сети и системы: Учебное пособие для электроэнергетических специальностей вузов. -- М.: Высш. школа, 1986.

8. Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах / Под ред. Г. Н. Александрова. -- Л.: ЛГУ, 1987.

9. К а р а е в Р. И., Волобринский С. Д., Ковалев И. Н. Электрические сети и энергосистемы.--Москва: Транспорт, 1988.

10. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

11. Электротехнический справочник: Том III, книга первая, «Производство, передача и распределение электрической энергии» / Под ред. В. Г. Герасимова. -- М.: Энергоиздат, 1982.

Размещено на Allbest.ru