Повышение надежности и безопасности электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение надёжности и безопасности электроснабжения

Горбенко Ю.М., Тураев Д.К.

Аннотация

В статье рассматриваются пути повышения надёжности и безопасности электроснабжения. А также рассмотрены проблемы и угрозы для электросетей.

Ключевые слова: электроэнергия, электроснабжение, электроэнергетическая сеть, электростанции линии электропередач.

Annotation

The article discusses ways to improve the reliability and safety of power supply. The problems and threats to the power grid are also considered.

Key words: electricity, power supply, electric power grid, power plants, power lines.

Для жизнеобеспечения современной среды обитания людей, эффективного функционирования общественного производства требуется надёжное (бесперебойное) обеспечение электроэнергией. Перебои (особенно крупные) в электроснабжении по масштабам ущерба могут быть причислены к наиболее опасным видам бедствий, наносящим удар по национальной экономике и по благополучию людей. Поэтому обеспечение надёжности электроснабжения потребителей есть важнейшая задача в энергетике.

Надёжность -- это свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. В энергетике это бесперебойное снабжение электроэнергией в пределах допустимых показателей ее качества и исключение ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

Надёжность электрической системы является комплексным показателем, определяющим её свойства длительно сохранять во времени и устойчиво воспроизводить в процессе эксплуатации свои рабочие характеристики и параметры. Надёжность электрической системы обеспечивается такими свойствами как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, устойчивость, управляемость, живучесть, безопасность, качество:

- безотказность электрической системы (сети) -- её свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного интервала времени;

- работоспособность электрической системы (сети) -- выполнение ею функций с заданными параметрами электрической энергии;

- долговечность электрической системы (сети) -- сохранение ею работоспособности до предельного состояния (т.е. снижения качества передаваемой энергии, эффективности ее транспорта, снижения безопасности эксплуатации);

- управляемость электрической системы (сети) -- приспособленность её к управлению с целью поддержания в ней установившегося режима работы;

- ремонтопригодность электрической системы (сети) -- приспособленность к предупреждению и обнаружению причин отказа (события, заключающегося в нарушении работоспособности) отдельных элементов и их устранения;

- безопасность электрической системы (сети) -- недопуск в ней ситуаций опасных для людей и окружающей среды;

- живучесть электрической системы -- свойство системы противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей;

- качество электрической системы (сети) -- совокупность свойств, определяющих степень пригодности системы по назначению.

В последние годы, с увеличением санкционного давления на Россию в разных областях деятельности и в том числе в сфере энергетики, в значительной степени увеличились требования к энергетической безопасности. Проанализируем методы повышения энергетической безопасности, применительно к воздушным (ВЛ) и кабельным (КЛ) линиям электропередач на основе рассмотренных причин отказа их работы (Рис. 1).

Рисунок 1. Причины отказа ЛЭП

Существующие мероприятия, позволяющие уменьшить вероятность аварий. Прежде всего это проведение диагностических экспериментов для определения «слабых» участков. Проведение таких испытаний обеспечивает ресурс использования линий электропередач. В нормативных документах указывается, что в случае благоприятных условий кабельные линии нужно испытывать не реже одного раза в 2--3 года, а после ремонтных работ проводить внеочередные испытания КЛ обязательно. Испытания проводятся по следующему алгоритму: напряжение испытания - высоковольтное постоянного тока (использование переменного напряжения не рекомендуется из-за большой зарядной реактивной мощности, в этой связи при испытании на переменном токе требуется применение достаточно мощных испытательных установок). КЛ допускают испытывать специальным мегаомметром на напряжение от 1 до 2,5 киловольт. При этом измеряют ток утечки, по величине которого определяют изменение сопротивления изоляции. Для проведения испытаний КЛ отключают и заземляют; а затем у одной из фаз как правило снимают заземление и подают, соответственно, напряжение. При такой методике испытаний, напряжение поочередно подают на каждую жилу кабеля при заземлении других жил. Состояние изоляции кабеля оценивают по току утечки, то есть насколько большой ток утечки, а также какая степень асимметрии по фазам.

В случае удовлетворительного состояния изоляции кабеля, этот ток утечки в момент возрастания напряжения на каждой ступени резко возрастает из-за заряда ёмкости кабеля, а потом также резко спадает. При наличии дефектов, ток утечки спадает довольно медленно, а в некоторых случаях может даже возрасти. Ток утечки как правило фиксируют на последних минутах испытаний.

Целостность жил, фазировку, и сопротивление изоляции, а также сопротивление заземления концевых заделок и температуру кабеля определяют во время проведения профилактических испытаний кабелей. Сопротивление кабельной изоляции, согласно нормам, обязано быть не менее 500 кОм. Металлические оболочки кабелей (как правило они применяются для прочности) могут разрушаться не только из -за электрического, но и из-за химического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее подвержены разрушению оболочки КЛ, которые проложены на опасных участках. Они подвержены электрической коррозии, вызванной блуждающими токами. Опасными считаются участки там, где бронированные кабели проложены в агрессивных средах при любом токе утечки.

Оценка надёжности электростанций. Тепловые электрические станции (ТЭС) характеризуются гигантским количеством напряжённых элементов с огромной концентрацией энергии, высокой взрывоопасностью и пожароопасностью. Взаимосвязь выработки теплоэнергии и электроэнергии на ТЭС увеличивает риски проявления ненадёжности. Для теплоэлектростанций одна из главных задач обеспечения надёжности работы -- это бесперебойное обеспечение топливом. Гидроэлектростанции (ГЭС), помимо, непосредственно, самих гидроэнергетических установок, также имеют комплекс гидротехнических сооружений, аварии на которых (связанные с их разрушением) могут привести к очень тяжёлым последствиям не только для электроснабжения, но и для экологии. Отказы ГЭС с достаточно серьёзными последствиями могут произойти из -за необеспеченности гидроресурсами в маловодный год, а также из -за интенсивного срабатывания водохранилища. Подобные отказы зачастую возможно предотвратить регулированием водотока с обеспечением разумно оправданного запаса мощности, с учётом роли каскада гидроэлектростанций в электроснабжении региона и выполнении прочих функций.

Надёжность атомных электростанций (АЭС) дополнительно поддерживается, в том числе и на международном уровне (требования по безопасности в стандартах МАГАТЭ), соответствующими системами контроля. В случае рыночной экономики, потребуется большое участие АЭС в переменных режимах, при этом эпизодические участия атомных электростанций в покрытии переменных нагрузок не должны сказываться на безопасности и надёжности функционирования технологических систем атомных станций. Общим для электростанций (ЭС) всех типов является требование живучести системы собственных нужд при снижениях частоты в энергосистеме или/и напряжения на шинах электростанции, а также удержания агрегатов (блоков) в работе после набросов/сбросов нагрузки, в том числе с отключением от сети, и динамическая устойчивость при расчётных (нормативных) возмущениях, которая для крупных электрических станций, как правило, обеспечивается с помощью ПАА, действующей при наиболее тяжёлых возмущениях и в ремонтных схемах. Помимо всего этого, обязательно должна быть управляемость оборудования для генерации электроэнергии, а также степень её эффективного использования, главным образом, за счёт автоматизации. Благодаря очень высокой степени управляемости ГЭС играют очень значимую роль в управлении режимами ЭЭС и ЕЭС в целом, то есть являются важнейшими объектами системы АРЧМ. Гидроэлектростанции обеспечивают покрытие той части графика, которая переменная, а также полностью решают задачи вторичного регулирования частоты. Более того, почти все гидроэлектростанции участвуют в противоаварийной автоматике ввода резерва при снижении частоты, агрегаты ГЭС широко используются для регулирования напряжения в сети. Работы по повышению надёжности, безотказности и управляемости электростанций всех типов должны быть оговорены нормативной и технической документацией.

Рассмотрим надёжность электрических сетей. Надёжность электросетей определяется не только их структурой, но и их резервированностью; требования относятся также и к главным схемам соединений подстанций. Не менее важны устройства противоаварийной автоматики, ограничивающие длительные повышения напряжения, а также они ограничивают термическую перегрузку линий и оборудования, предотвращающие нарушения устойчивости системы, а также локализуют и ликвидируют последствия аварийного возмущения.

Сформулируем методы повышения надёжности электроэнергетической системы (ЭЭС) (Табл. 1).

надежность безопасность электроснабжение