ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Производство электрической энергии концентрируется преимущественно на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры по­требления электрической энергии (промышленные предприятия, города, сельские районы и т. п.) удалены от ее источников на десятки, сотни и тысячи километров и распределены на значительной территории.

В связи с несовпадением центров производства и потребления энергии не­обходимы электрическая передача и распределение энергии (транспорт электро­энергии) от станций к электропотребителям [1—3]. Эти функции в сложной цепи «электрическая станция — потребитель» возлагаются на развитые электрические сети и линии электропередачи, которые с устройствами автоматического регули­рования, управления и резервирования образуют систему передачи и распределе­ния электрической энергии [3]. Задача такой системы централизованного электро­снабжения состоит в том, чтобы донести выработанную на станциях электроэнер­гию до потребителей.

Система (от греч. Systema — целое (соединение), составленное из частей) — множество элементов, находящихся в соотношениях и связях друг с другом, обра­зующих определенную целостность, единство'.

Для характеристики системы передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ) и всей структуры «генерация — передача — потребление» введем некоторые понятия, термины и определения.

Ряд терминов определяется через понятие электроустановка — совокупность аппаратов, машин, оборудования и сооружений, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления ЭЭ. Электроустановки (ЭУ) разделяют по величине напряжения до 1000В (низко­вольтные ЭУ) и выше 1000В (высоковольтные ЭУ).

Электростанция — электроустановка, служащая для производства (генера­ции) электрической энергии в результате преобразования энергии, заключенной в природных энергоносителях (уголь, газ, вода и др.) при помощи турбо- и гидроге­нераторов.

Подстанция — электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (трансформации) и распределения электроэнергии, состоящая из трансфор­маторов (автотрансформаторов) и других преобразователей ЭЭ, распределитель­ных и вспомогательных устройств. В зависимости от назначения подстанции вы­полняются трансформаторными или преобразовательными — выпрямительными, двигатель-генераторными и др. Подстанция может быть повышающей (повысительной), если преобразование величины напряжения переменного тока осущест­вляется с низшего напряжения на высшее (подстанции электростанций) и пони­жающей (понизительной) — в случае трансформации высшего напряжения на низшее (подстанции предприятий, городов и др.).

Центр, источник электропитания — источник ЭЭ, на сборных шинах (за­жимах) которого осуществляется автоматическое регулирование режима напря­жения. Наряду с электростанциями, это шины подстанции с трансформаторами, оснащенными регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН), регулируемыми источниками реактивной мощности, линейными регуляторами и др.

Распределительное устройство (РУ) — электроустановка, входящая в состав любой подстанции, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении (до 1000В и более). РУ содержат коммутационные аппараты, уст­ройства управления, защиты, измерения и вспомогательные сооружения.

Наряду с подстанциями, электрическая энергия может распределяться на распределительных пунктах — устройствах, предназначенных для приема и рас­пределения ЭЭ на одном напряжении (без трансформации) и не входящих в. со­став подстанции.

Линия электропередачи (ЛЭП) — электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние с возможным промежуточным от­бором. Линии выполняют воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов на промышленных предприятиях и электростанциях и внутренних проводок в зданиях и сооружениях.

Потребитель ЭЭ, электроприемник (ЭП) — аппарат, агрегат, механизм (электродвигатель, преобразователь, светильник и др.), потребляющий или преоб­разующий ЭЭ в другие виды энергии. С позиции структурной иерархии системы передачи и распределения ЭЭ к потребителям может быть отнесена совокупность электрических нагрузок (ЭН) (дом, поселок, завод и т.д.), получающих электропи­тание с шин подстанций того или иного напряжения. В ряде случаев в качестве потребителей рассматривают подстанции, от которых осуществляется электро­снабжение жилого района, промышленного предприятия и других объектов.

На рис. 1.1 представлена схема, изображающая связь объектов, участвующих в технологическом процессе обеспечения потребителей электрической энергией [4]. В соответствии с данной схемой, элементами системы передачи и распределения ЭЭ являются: линии электропередачи различных конструкций и напряжений (W), устройства продольной и поперечной компенсации (КУ) параметров ЛЭП (уста­новки продольной компенсации и шунтирующие реакторы); трансформаторные подстанции (силовые трансформаторы (Т) и автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольно-измерительные приборы и т. п.); источники реактивной мощности (ИРМ) (конденсаторные батареи, синхронные и статические тиристорные компенсаторы); устройства защиты и автоматики, т. е. автоматические регуляторы (АР), устройства релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автома­тики (ПА), средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ).

Рис. 1.1. Взаимосвязь объектов, обеспечивающих производство, передачу, распределение и потребление электрической и тепловой энергии

В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы должны обеспечивать бесперебойное электроснабжение всех ЭП при любых воз­можных повреждениях в системах передачи и распределения электроэнергии тех­нически сложно и экономически нецелесообразно. Классификация ЭП по требуе­мой степени надежности электроснабжения и путях ее обеспечения рассматрива­ется в главах 11 и 12.

Электропередача (рис. 1.1) — это линия с повышающей и понижающей подстанциями, служащая для транзитной передачи электроэнергии от станции к концентрированному потребителю, получающему электроэнергию от шин низше­го напряжения понижающей подстанции.

Электрическая сеть (рис. 1.1) — объединение преобразующих подстанций, распределительных устройств, переключательных пунктов и соединяющих их ли­ний электропередачи, предназначенных для передачи ЭЭ от электростанции к мес­там потребления и распределения ее между потребителями. Электрическая сеть эк­вивалентна развитой высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропе­редача в узком смысле представляет собой электрическую есть (рис. 1.1). Развитая электрическая сеть, как по составу электроустановок, так и по функциональному на­значению образует систему передачи и распределения электроэнергии.

В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы передачи распределения электроэнергии не работают изолированно; они связы­вают (объединяют) большинство электрических станций в электроэнергетиче­скую систему для совместной (параллельной) работы на общую электрическую нагрузку и централизованного снабжения электроэнергией всех потребителей.

Электроэнергетическая (электрическая) система (ЭЭС) (рис. 1.1) — совокупность электрической части электростанций, электрических сетей (сетей электропередач) и потребителей электроэнергии (электроприемников), а также устройств управления, регулирования и защиты, объединенных в одно целое общ­ностью режима и непрерывностью (одновременностью) процессов производства, передачи и потребления электрической энергии.

Энергетическая система (энергосистема) — объединение электростанций, электрических и тепловых сетей (ТС) и ряда установок и устройств для производ­ства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии (рис. 1.1). Установки и устройства: источники энергии — паровые котлы (ПК) или гидротехнические сооружения (ГТС), турбины (Т), генераторы (Г), нагрузки — потребители электрические (ЭН) и тепловые (ПТ) и др.

Более широким понятием, чем электрическая сеть, является понятие «.сис­тема электроснабжения». Она объединяет в себе все электроустановки, предна­значенные для обеспечения потребителей электрической энергией. Из рис. 1.1 яс­но, что система электроснабжения эквивалентна (с учетом ЭП) электрической части энергетической системы — электроэнергетической системе.

Электрическая сеть или эквивалентная ей система передачи и распределе­ния электрической энергии, являющаяся частью электроэнергетической системы (рис. 1.1), должна удовлетворять ряду требований [5, 6]: обеспечивать надежное, а в отдельных случаях — бесперебойное электроснабжение, устойчивость работы, питать потребители электроэнергией нормированного качества, удовлетворять условиям экономичности сооружения, эксплуатации и развития (расширения), безопасности и удобства эксплуатации, учитывать возможность выполнения ре­лейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики. Характеристика этих требований и условий приведена в главах 10—13.

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННЫМ И ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ.

В настоящее время производство, передача электроэнергии во всех странах мира осуществляется преимущественно на трехфазном переменном токе 50 Гц или 60 Гц. Это объясняется следующими причинами. Основными потребителями являются электропривода различных механизмов, для которых применяют про­стые и надежные трехфазные асинхронные двигатели. Вращающееся электромаг­нитное поле — естественное свойство трехфазной системы. Производство элек­троэнергии технически возможно как генераторами переменного тока, так и по­стоянного тока, рабочее напряжение которых ограничено по конструктивным соображениям до 30 кВ. Для обеспечения экономичности передачи электроэнергии на дальние расстояния необходимо напряжение, значительно превышающее но­минальное напряжение генераторов. Непосредственная трансформация постоян­ного тока невозможна. Поэтому повышение напряжения при токах в несколько тысяч ампер возможно только с помощью явления электромагнитной индукции и трансформаторов, что создает возможность для последующей эффективной пере­дачи электроэнергии переменным током. Потребление электроэнергии произво­дится на относительно низком напряжения — сотни, тысячи вольт. Поэтому на приемном конце электропередачи необходимо снова использовать трансформа­торные устройства. Переменный ток выявил свои преимущества после изобрете­ния трансформатора. По этим двум причинам цепочка: производство, передача и потребление осуществляется, как правило, на переменном токе [7].

Доставка ЭЭ от электростанции к электроприемникам в общем случае осуще­ствляется сетями различного класса номинального напряжения, т. е. выводы генера­торов на электростанциях и электроприемников разделяют сети нескольких ступе­ней трансформации. На рис. 1.2 представлена принципиальная упрощенная схема передачи и распределения ЭЭ, охватывающая все ступени (классы) номинального напряжения. Условная схема отдельной электропередачи в направлении передачи энергии от электрической станции ЭС к электроприемникам ЭП имеет пять линий различного класса напряжения и пять подстанций (ПС1 — ПС5), ступеней транс­формации. Например, если подстанция ПС1 соединяет выводы генератора с ЛЭП 500кВ, то возможными напряжениями линий последующих ступеней будут 220 (330), ПО (150), 35, 10, 0,38 кВ. Чем ниже напряжение сети, тем больше количество линий она имеет и тем меньшая мощность передается по каждой из них.

Рис. 1.2. Условная схема системы передачи и распределения электроэнергии

Свойства линий электропередачи и электрических сетей переменного тока рассматриваются в дальнейшем. Приведем краткую характеристику электропере­дачи постоянного тока.

Для передачи электроэнергии постоянным током сооружаются преобразова­тельные подстанции — выпрямительная (ВПС) на питающем конце электропередачи, преобразующая после трансформации на высокое напряжение переменный ток в по­стоянный с незначительными пульсациями с последующей передачей энергии на рас­стояние, и инверторная (ИПС) на переменном конце с обратным преобразованием по­стоянного тока в переменный для трансформации на низкое напряжение [7].

Упрощенная схема, поясняющая состав главных элементов и общий прин­цип работы линии постоянного тока, дана на рис. 1.3. Для обеспечения работы преобразовательных подстанций необходима значительная реактивная мощность (примерно 50% от передаваемой активной). Эта мощность должна покрываться генераторами, имеющимися в системе, и источниками реактивной мощности (ИРМ), компенсирующими устройствами большой мощности, устанавливаемыми поблизости от преобразователей. Для сглаживания пульсаций тока и ограничения скорости возрастания его при повреждениях в линию включают реакторы.

Рис. 1.3. Принципиальная схема электропередачи постоянного тока

До настоящего времени не созданы удовлетворительной конструкции вы­ключатели постоянного тока высокого напряжения. Отключение линий постоян­ного тока (ЛПТ) производится закрытием вентилей ВПС. Поэтому электропере­дача постоянного тока имеет блоковую схему: ВПС— ЛПТ — ИПСбез присоеди­нения других ИПСв промежуточных пунктах линии. Техническая трудность осу­ществления разветвленных линий электропередачи постоянного тока вызвана также особенностями их режимного регулирования, обеспечения устойчивости, необходимостью локализации аварий и др. [2].

Энергия передается по воздушным или кабельным линиям постоянного тока высокого напряжения. Реактивные элементы линии не проявляют себя при посто­янном токе, а сопротивление линии ограничивается только омическим значением. Поэтому наибольшая мощность, передаваемая по ЛПТ, ограничена пропускной способностью преобразовательных подстанций и допустимым нагревом прово­дов, кабелей и других элементов.

Из ряда качеств ЛПТ выделим особое: по электропередаче постоянного тока возможно соединение ЭЭС с различной частотой, т. е. возможно выполнить не­синхронную связь различных систем и, в частности, передачу мощности от ГЭС при пониженных напоре и частоте, объединение маломощной системы с более мощной без замены оборудования по параметрам режима короткого замыкания.

Наличие двух подстанций (выпрямительной и инверторной) — дорогих и сложных в эксплуатации — сдерживает широкое применение линий постоянного тока. Применение постоянного тока для передачи электроэнергии может быть альтернативой переменному току для сверхдальних линий (от 1500 км и выше и передаче мощности свыше 2000 МВт). Электропередачи постоянного тока мень­шей протяженности применяются при решении технических задач формирования объединенных энергосистем, не решаемых с помощью электропередач перемен­ного тока (обеспечение устойчивости параллельной работы, несинхронная связь ЭЭС большой мощности, кабельные линии большой протяженности) [2, 7], а так­же в тех случаях, когда сооружение воздушных и кабельных линий ЛЭП пере­менного тока экономически нецелесообразно, например, для пересечения морско­го пространства.

Наиболее полно анализ проблем и сопоставление ЛЭП переменного и по­стоянного тока выполнены в [2, 3, 7].

В дальнейшем рассматриваются системы передачи и распределения ЭЭ на переменном трехфазном токе. В большинстве случаев преимущество этой систе­мы передачи и распределения электроэнергии неоспоримы в электрических сетях по всему диапазону напряжений, начиная с низковольтных линий передачи 0,38 кВ и до ЛЭП сверхвысокого напряжения 1150 кВ, т. е. от обеспечения электро­энергией индивидуальных потребителей до межсистемных связей длиной до 2000 км и более. Прогресс в технике передачи переменным током заключается в инже­нерном освоении и совершенствовании существующих линий, в глубоких науч­ных исследованиях и конструкторских разработках создаваемых линий электро­передачи, в дальнейшем увеличении параметров по напряжению, передаваемой мощности и дальности передачи электрической энергии.

Результаты исследований, накопленный опыт проектирования и эксплуатации электропередач переменного тока позволяют рекомендовать некоторые целесообраз­ные соотношения между указанными параметрами, приведенными в табл. 1.1.

Представленные в табл. 1.1 линии электропередачи образуют сети всех классов напряжений. Известны различные классификации линий и сетей по классам напряже­ний [8—11]. По наиболее распространенной из них, сложившейся в последние 25—30 лет, в зависимости от протяженности, величины передаваемой мощности, номинально­го напряжения и назначения электрические сети подразделяются на протяженные (дальние), системообразующие, питающие и распределительные.

Вместе с тем, в соответствии с этапами транспорта ЭЭ от электростанции к потребителям (рис. 1.2), выделим ЛЭП, формирующие систему передачи энергии, и ЛЭП, составляющих систему распределения энергии.

Экономически целесообразные параметры линий электропередачи переменного тока

К первой системе — системе передачи ЭЭ — отнесены внутрисистемные и межсистемные линии, включая протяженные (дальние) линии, напряжением 330—750 кВ. Эти линии являются системообразующими и, в соответствии с их главной функцией, передают электроэнергию от систем с ее избытком к системам с дефицитом энергии, от источников к центрам распределения, питания распреде­лительных сетей. Ко второй системе — системе распределения ЭЭ — отнесем ли­нии 6—110 (220) кВ, основное назначение которых заключаются в распределении ЭЭ между крупными районами распределения (сетевыми районами) и непосред­ственной доставке ЭЭ потребителям. К этой системе относится также низко­вольтная сеть. Такая классификация отличается от традиционной и отражает на­значение дальних ЛЭП и существенно изменившейся, на наш взгляд, в последние годы роли так называемых питающих сетей 110, а в ряде случаев 220 кВ. Эти ли­нии по причине значительной разветвленное™, вызванной появлением вдоль ли­нии новых районов и подстанций электропотребления, все в большей степени вы­полняют функции распределения ЭЭ, а также связи (объединения) местных срав­нительно небольших источников и крупных узлов нагрузки на значительной тер­ритории потребления энергии.

Характеристики систем передачи и распределения электроэнергии рассмот­рим в разд. 1.4 и 1.5.

Важной и неотъемлемой частью системы передачи и распределения ЭЭ яв­ляются различные устройства автоматики и регулирования, краткая характери­стика которых приводится ниже.

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Различные автоматические устройства применяют во всех частях системы передачи и распределения электроэнергии. Высокая скорость изменения электри­ческих величин, особенно в переходных процессах, исключает возможность регу­лирования за счет действия персонала. Некоторые объекты системы работают без обслуживающего персонала. Сложность и непрерывность процессов производст­ва, передачи и распределения ЭЭ определяет необходимость широкого использо­вания автоматических устройств практически на всех объектах. Автоматические устройства позволяют обеспечить ликвидацию аварий и способны выполнять ре­гулирование электрического режима при изменении нагрузки. Широко использу­ются устройства режимной и противоаварийной автоматики, которые наряду с быстродействующими защитами значительно повышают надежность работы всей системы передачи и распределения ЭЭ.

К ним относятся устройства: автоматического регулирования возбуждения (АРВ), автоматического включения резервных элементов (АВР), автоматического повторного включения (АПВ), автоматической частотной разгрузки (АЧР) и др.

Генераторы электростанций и синхронные компенсаторы подстанций име­ют автоматическое регулирование тока возбуждения (АРВ). Изменение тока ста­тора (в основном реактивной составляющей) сопровождается регулированием то­ка возбуждения и ЭДС статора с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый синхронизирующий момент машины и заданный режим напряжения на ее выво­дах и шинах станций, устойчивость генераторов или системы. Для повышения ус­тойчивости системы при коротком замыкании АРВ форсированно увеличивает ток возбуждения. Для этого применяют быстродействующее возбуждение на ос­нове полупроводниковых выпрямителей, автоматически многократно изменяю­щих возбуждение в течение долей секунды. Более подробно регуляторы возбуж­дения и влияние форсировки возбуждения на устойчивость работы синхронных машин и систем электропередач рассматривается в курсах «Электрические маши­ны» и «Переходные процессы в ЭЭС».

Автоматическое повторное включение — вид системной автоматики, примене­ние которой значительно повышает надежность электроснабжения. Наиболее частое дуговое перекрытие гирлянды изоляторов на ВЛ 110 кВ является коротким замыкани­ем и отключается защитой. Через короткий интервал времени, достаточный для деонизации зарядов потухшей дуги, АПВ включает линию. В большей части повторных включений короткие замыкания не возобновляются, линии продолжают нормально работать, а потребители почти не чувствуют перерыва. Основная область применения АПВ — радиальные и транзитные линии напряжением 35 кВ и выше. На линиях с на­пряжением 220 кВ и выше, кроме трехфазного, применяется однофазное автоматиче­ское повторное включение (ОАПВ) и др. Используют АПВ двух- и трехкратного дей­ствия. Особенно резко АПВ повышает надежность электроснабжения потребителей, питаемых по одиночным радиальным линиям.

Также широко, как АПВ, в электропередачах применяется другой вид сис­темной автоматики — автоматическое включение резерва (АВР). Однако область применения АВР отличается от области преимущественного распространения АПВ. Автоматическое включение резерва применяют для восстановления пита­ния потребителей при повреждении в резервированной системе электроснабже­ния, когда параллельно включенные элементы (линии или трансформаторы) рабо­тают раздельно для снижения уровня токов короткого замыкания. Применяют АВР линии, трансформатора, секции шин, в некоторых случаях генератора или двигателя. Наиболее часто применяют АВР в системах распределения ЭЭ.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) — вид системной автоматики, применяют ее в тяжелых послеаварийных режимах, связанных с потерей генера­торных мощностей. Предположим, что отключается ЛЭП, связывающая две ЭЭС. В системе, которая получала мощность, частота будет снижаться. На некоторых подстанциях этой системы устанавливают комплекты АЧР, под действием кото­рой очередями (группами) отключаются потребители, восстанавливается равенст­во механического момента вращения турбины и противодействующего электро­магнитного момента генератора для всех генераторов системы. В результате пре­кращается снижение скорости вращения генераторов и частоты, восстанавливает­ся ее нормальное значение. В ЭЭС, из которой мощность передавалась, происхо­дит повышение частоты. Посредством автоматических регуляторов числа оборо­тов, действующих на впускные клапаны (задвижки) турбин, уменьшается впуск энергоносителя в турбины и восстанавливается нормальная частота. Подробно принципы работы систем режимной и противоаварийной автоматики рассматри­ваются в курсе «Автоматизация энергосистем».

На подстанциях центров питания и объединения ЭЭС включают устройства автоматического регулирования напряжения на вторичных шинах. Используются трансформаторы и автотрансформаторы с РПН, регулируемые источники реак­тивной мощности и др. Регулирование напряжения на этих шинах должно произ­водиться автоматически по заданному закону.

Мощность компенсирующих устройств (конденсаторных батарей, реакто­ров, статических компенсаторов) также должна автоматически регулироваться ступенями или непрерывно (плавно) при изменении реактивных нагрузок и на­пряжения в пунктах электропередачи.

В кабельных сетях 6—35 кВ с компенсированной нейтралью при замыкании фа­зы на землю используют автоматику регулирования величины индуктивного сопротив­ления катушки (реактора), включенного в нулевую точку трансформатора.

В электрических системах и сетях различного назначения используют ряд других устройств управления режимами напряжения [13—18]. Основы регулиро­вания напряжения в системах передачи и распределения ЭЭ рассмотрены в главе 10 настоящего учебного пособия.

Работа систем электроснабжения немыслима без применения различных ав­томатических действующих релейных защит, аппаратов защиты от перенапряже­нии и других. Релейная защита от коротких замыканий предназначена для локализации аварий отключением того элемента, в котором произошло замыкание. Основными требованиями к релейной защите являются быстродействие и селек­тивность (избирательность). Защита от перенапряжений — многократного крат­ковременного превышения номинального напряжения, возникающих в результате 'атмосферных (грозовых) и коммутационных (внутренних) явлений, осуществля­ется автоматически аппаратами ограничения перенапряжения и разрядниками. Защита от замыканий и перенапряжений рассматривается в курсах «Релейная за­щита» и «Техника высоких напряжений».

Центры управления ЭЭС — центральные диспетчерские и оперативные службы и управления (ЦДС, ОДУ, ЦЦУ), а также отдельные объекты системы располагают связью и устройствами измерения, сигнализации, управления и ре­гулирования, действующими на расстоянии. Ряд параметров электрического со­стояния (величины напряжения, тока, активной и реактивной мощности и др.), измеряемые в важнейших пунктах системы, передают на диспетчерский пункт. Наиболее распространенная телесигнализация показывает на диспетчерском пункте включенное или отключенное состояние коммутационных аппаратов, ус­тановленных на главных подстанциях системы. С помощью телеуправления включают или отключают из диспетчерского пункта выключатели, установлен­ные на крупных подстанциях системы и др.

Условия работы и возросшие масштабы современных систем передачи и распределения ЭЭ требуют применения автоматического регулирования взаимо­связанных и разобщенных объектов в составе автоматизированных систем дис­петчерского и технологического управления (АСДТУ), в основе которых нахо­дится комплекс управляющих и вычислительных ЭВМ, средств связи и передачи информации. Информация с объектов управления вводится в ЭВМ, результаты расчетов поступают на блок принятия решений, в котором заложены критерии оптимальных решений. К управляемым объектам без участия персонала переда­ются оптимальные параметры режима, важнейшие объекты ЭЭС могут автомати­чески управляться от ЭВМ. Применение автоматизированной системы управле­ния указанного содержания возможно лишь при достаточно широком внедрении автоматики на ряде объектов и телеуправления выключателями системы передачи и распределения электрической энергии.

1.4. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Основу системы передачи электрической энергии от электрических стан­ций, ее производящих, до крупных районов электропотребления или распредели­тельных узлов ЭЭС составляют развитые сети электропередач или отдельные электропередачи внутрисистемного и межсистемного значения (системообра­зующие сети) и питающие сети напряжением 220 кВ и выше. Их появление вы­звано необходимостью размещения крупных ТЭС и АЭС за пределами жилых зон, а также возможностью выработки части ЭЭ гидроэлектростанциями, расположенными на относительно удаленном расстоянии от городов. Внутрисистемные и межсистемные магистральные линии электропередачи, включая дальние (про­тяженные) ЛЭП, объединяющие на совместную (параллельную) работу электро­станции и наиболее крупные подстанции (районы электропотребления), состав­ляют системообразующую сеть. Назначение такой сети — формирование ЭЭС и одновременно выполнение функции передачи, транзита электрической энергии.

Одним из основных требований, предъявляемых к таким передающим и связу­ющим сетям, является обеспечение надежности и устойчивости их работы, т. е. обес­печение ее работоспособности во всех возможных состояниях (режимах) — норма­льных, ремонтных, аварийных и послеаварийных. Решение этой задачи в значитель­ной мере возлагается на большой комплекс автоматических устройств: управления, релейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики. Совокупность магист­ральных и системообразующих (передающих) электрических сетей и устройств авто­матического регулирования образуют систему передачи электрической энергии.

Приведем краткую характеристику такой системы по ряду показателей, к которым в первую очередь относятся величины передаваемой мощности, номи­нального напряжения, функциональное назначение и дальность электропередачи, конфигурация (топология) сети.

Системообразующая сеть, являющаяся основной сетью энергосистем, пред­назначена для передачи больших потоков мощности (от сотен МВт до нескольких ГВт) отдаленным потребителям (расстояние до 1000 км и более) и выполняется в основном магистральными линиями электропередачи на переменном токе. Меж­системные линии электропередачи сооружают обычно на напряжение более вы­сокое, чем напряжение внутрисистемных линий соединяемых систем, и включают трансформаторные подстанции по концам. Межсистемные передачи ЭЭ перемен­ным током осуществляются преимущественно на напряжении 500 и 750 кВ. На­пряжение 500 кВ используется для системообразующих сетей в энергосистемах со шкалой номинальных напряжений сетей 110—220—500—1150 кВ и напряже­ние 750 кВ в ОЭС со шкалой 150—330—750 кВ, в которой в качестве следующей ступени возможно напряжение 1800 кВ.

Сети этих напряжений служат для выдачи мощности крупных электростан­ций, создания межсистемных связей и питания нагрузочных узлов 500/220, 500/110, 330/110 (150) кВ и узлов внутрисистемных связей 1150/500, 750/330 кВ. Линии электропередачи 330 кВ, а в некоторых ЭЭС — линии 220 кВ, использу­ются для внутрисистемных связей: выдачи мощности и связи крупных электро­станций, для питания и объединения центров электроснабжения 330/110 (150), 220/110 систем распределения электроэнергии. В мощных концентрированных ЭЭС с развитой сетью 500 кВ сети 220 кВ выполняют, как правило, распредели­тельные функции.

Линии электропередачи, передающие потоки равными мощности группы ге­нераторов или соизмеримыми с установленной мощностью энергосистем, относят­ся к сильным связям. При пропускной способности, не превышающей 10—15 % от установленной мощности меньшей из объединяемых энергосистем, связь между ними характеризуется как слабая. По этим связям практически проводят границу между отдельными ЭЭС.

Если одна из энергосистем постоянно располагает избыточной по балансу мощностью и энергией, стоимость которой ниже, чем в другой энергосистеме, то межсистемная ЛЭП работает с неизменным направлением потока мощности. Ли­нию электропередачи с переменным направлением потока называют реверсивной (маневренной). Ее роль состоит главным образом во взаимопомощи между сосед­ними сравнительно мощными системами. Различие между магистралями и ревер­сивными связями часто очень неопределенное.

Необходимо отметить также условность деления системы передачи и рас­пределения ЭЭ на основные электрические сети, т. е. протяженные (дальние) электропередачи, системообразующие сети и системы распределения ЭЭ по их номинальному напряжению. По мере развития основных сетей (роста нагрузок и присоединения понижающих подстанций, появления новых генерирующих ис­точников и охвата территории электрическими системами) они все в большей ме­ре выполняют функции распределения электроэнергии. Это означает, что сети, выполняющие функции передающих, системообразующих, с появлением в энер­госистемах сетей более высокого напряжения постепенно «передают» им эти функции, превращаясь в распределительные [6].

Номинальное напряжение линий электропередачи зависит от передаваемой мощности, количества цепей и расстояния (дальности), на которое передается электроэнергия (табл. 1.1). Выбор номинальных напряжений выполняют на этапе проектирования систем передачи ЭЭ (см. главу. 12), и здесь этот вопрос не рас­сматривается. В данном случае необходимо отметить, что чем больше передавае­мая мощность и протяженность линии, тем выше по техническим и экономиче­ским причинам должно быть номинальное напряжение электропередачи. На со­временном этапе развития ЭЭС ориентировочная передаваемая мощность и длина линии электропередачи в зависимости от класса напряжения характеризуется данными, приведенными в табл. 1.2 [3]. .

Таблица 1.2

Передаваемая мощность и дальность передачи

Передача мощности от удаленных электростанций на первых этапах разви­тия межснстемной связи выполняется в виде неразветвленной электропередачи напряжением (330) 500-1150 кВ (рис. 1.4). Мощные КЭС или ГЭС имеют блоч­ную схему. К каждому трансформатору присоединяют от одного до трех генера­торов, отдающих энергию на шины 500—1150 кВ. Далее энергия передается по длинной линии, через понижающую подстанцию в приемную систему, часть на­грузки которой обеспечивается собственными генерирующими станциями (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Неразветвленная схема передачи электроэнергии

Если на станции несколько блоков и связующая линия многоцепная, то элек­тропередачи могут выполняться на основе блочной или связанной схем. В блочной схеме (рис. 1.5) дальняя передача мощности осуществляется по отдельным попе­речно не связанным электропередачам (блокам) на общую группу шин (подстан­ций) приемной системы, соединенных между собой связями 110—220 кВ.

Рис. 1.5. Блочная схема передачи электроэнергии

Эти связи и станции приемной системы должны удовлетворять потребность мощности в случае выхода из строя какого-либо блока. При отключении цепи (бло­ка) авария локализуется на одной станции, однако приемная система полностью ли­шается соответствующей части мощности передающей станции. В связанной схеме (рис. 1.6),