Системы электроснабжения

  Введение.             

От первых опытов по электричеству до начала его широкого практического применения в 70—80-х годах XIX в. прошло более 300 лет.

Первые электрические установки были постоянного тока и применялись в телеграфии, освещении, гальванотехнике и минном деле. Они использовали электрохимические источники (например, медно-цинковые батареи) и имели значительные ограничения по мощности.

С разработкой электромашинных источников, генераторов, появились первые электростанции, блок-станции для питания, в основном, электрического освещения, а также дополнительно — вентиляторов, насосов и подъемников.

Генераторы этих электростанций приводились во вращение поршневыми паровыми машинами, радиус электроснабжения — до 1—1,5 км на постоянном токе. Выдержав конкуренцию с газовыми компаниями, эти станции быстро развивались, в первую очередь, в крупных городах — Париже, Нью-Йорке, Петербурге и других.

В 90-х годах XIX века с разработкой трехфазного синхронного генератора, трансформаторов и асинхронного двигателя начался переход на трехфазный переменный ток.

Первый опыт, 1891 г.: электропередача Лауфен—Франкфурт, протяженность 170 км, напряжение 15 кВ, передаваемая мощность 220 кВт.

В конце XIX века напряжение электропередач достигло 150 кВ. Электроэнергия быстрыми темпами стала завоевывать ведущие позиции в промышленности, транспорте, быту.

В настоящее время практически повсеместно используются трехфазные системы переменного тока частотой 50 и 60 Гц.

Преимущества электроэнергии:

- производство, в основном, преобразование механической энергии в электрическую — разнообразие используемых ресурсов, гидроэлектростанций, ГЭС, теплоэлектростанций, ТЭС, атомных электростанций,  АЭС, возможности концентрации мощностей и управления их размещением;

- передача — возможность надежной и экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния;

- распределение — простота канализации электроэнергии потребителям независимо от их мощности;

- потребление — простота и экономичность преобразования электроэнергии     в другие виды энергии, механическую, тепловую, световую, а также существование ряда высокоэффективных электротехнических технологий — электролиз, гальванотехника.

Оренбургская область один из крупных аграрно-промышленных регионов страны. Жизнедеятельность промышленности и аграрного сектора области обеспечивает коллектив АО «Оренбургэнерго».

Истоки образования Оренбургской энергетики восходят к 20-м годам XX века, когда на территории области было намечено сооружение первых тепловых электростанций и линий электропередач. До этого периода в Оренбургской губернии электроэнергетика была развита слабо. В 1913 году действовало 7 дизельных электростанций, общей мощностью 1,6 МВт, одна из которых была построена в Оренбурге на берегу Урала.

В конце 20-х - начале 30-х годов построена и поставлена под нагрузку временная электростанция в Орске; в 1932 году введен в эксплуатацию первый генератор в Оренбурге. В эти же годы в области построены еще 2 теплоэлектроцентрали в Медногорске и Бугуруслане.

По мере увеличения генерирующих мощностей на электростанциях велось в 1958 году завершено сооружение Ириклинского водохранилища емкостью более 3 млрд. куб. метров с последующим вводом в 1959 году Ириклинской гидроэлектростанции мощностью 30 кВт.

Для электроснабжения Оренбургского газоперерабатывающего комплекса в 1972 - 1975 годах введена в действие первая очередь еще одной крупной тепловой электростанции Оренбурга Каргалинской ТЭЦ, а в 1980 году вторая очередь теплоэлектроцентрали. Итогом интенсивного развития генерирующих предприятий явилось завершение строительства двух очередей крупнейшей на Южном Урале тепловой электростанции - Ириклинской ГРЭС мощностью 2400 тыс. кВт. В 1978 году с подключением последнего населенного пункта к централизованному источнику электроснабжения полностью завершена электрификация области. С ростом промышленного производства и сельскохозяйственной области требовались дополнительные мощности и увеличение надежности электроснабжения потребителей. Вновь построенные объекты электроснабжения дали возможность все колхозы и населенные пункты 13 - ти сельских районов центральной части Оренбургской области подключить к государственной энергосистеме и остановить сотни мелких неэкономичных дизельных электростанций высвободить большое количество персонала. В 1993 году в Оренбургской энергосистеме включена ЛЭП Ириклинская ГРЭС-ПС «Газовая» напряжением 500 кВ, что позволило обеспечить надежное электроснабжение Центрального энергоузла потребителей Оренбургского газового комплекса и создать перспективу передачи электроэнергии в западные районы области.

В настоящее время действуют:

Ириклинская государственная районная электростанция мощностью 2400 тыс. кВт - крупнейшая конденсационная электростанция энергосистемы;

Орская ТЭЦ №1 - старейшая теплоэлектроцентраль энергосистемы. Ее установленная мощность 290 тыс. кВт, тепловая - 1734 Гкал/час;

Сакмарская ТЭЦ - электрическая мощность 445 тыс. кВт, тепловая - 1552 Гкал/час;

Каргалинская ТЭЦ - имеет большое народнохозяйственное значение для региона. Основным видом топлива является природный газ.

1.Технологическая часть

1.1 Электрические сети

Электрическая сеть как часть электроэнергетической системы обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, ее передачу на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и ее распределение по некоторой территории вплоть до непосредственных электроприемников.

Электрические сети современных энергосистем характеризуются многоступенчатостью, т.е. большим числом трансформаций на пути от источников электроэнергии к ее потребителям. Топологическая структура отдельных звеньев этой многоступенчатой сети достаточно сложна, она насчитывает десятки, а подчас и сотни узлов, ветвей и замкнутых контуров. Наряду со сложностью конфигурации характерной особенностью электрических сетей является их многорежимностъ. Под этим понимается не только разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе при нормальном функционировании системы, вызываемое естественным изменением во времени нагрузки потребителей, но и обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях.

Примечание. Сети напряжением до 1 кВ называются сетями низкого напряжения, НН. Сети напряжением выше 1 кВ, в свою очередь, делятся на сети среднего, СН, высокого, ВН, сверхвысокого, СВН, и ультравысокого ,УВН, напряжения.

Все электроприемники, генераторы, трансформаторы и прочие элементы электроэнергетических систем проектируются для работы в длительном нормальном режиме при определенном напряжении, при котором эти элементы обладают наиболее целесообразными технико-экономическими показателями. Эти напряжения называются номинальными, и их значения всегда устанавливаются Государственным стандартом. В настоящее время для электрических сетей стандартизованы 4 напряжения менее 1 кВ- ,40, 220, 380 и 660 В, и 12 напряжений выше 1 кВ -3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Все перечисленные цифры соответствуют линейным , междуфазным значениям напряжений трехфазной системы переменного тока.

Как уже упоминалось, сети современных энергосистем характеризуются весьма сложной структурой и конфигурацией. В этих условиях невозможно классифицировать их по какому-либо одному признаку, который мог бы считаться определяющим. Однако ряд признаков в той или иной мере связан со значением номинального напряжения сети Uном. К числу таких признаков можно условно отнести охват территории, назначение сети и частично характер ее потребителей. В таблице 1 приводятся элементы классификации по указанным выше признакам.

По размерам территории, охватываемой сетью, могут быть выделены так называемые местные, Uном  35 кВ, районные, 110—220 кВ и региональные сети, Uном  330 кВ. Линии электропередачи СВН, являющиеся основой последней категории сетей, служат как для связи отдельных районов и относительно небольших энергосистем в региональных объединенных энергетических сетей, ОЭС, так и для связи между собой крупных объединений.

По назначению различают системообразующие и распределительные сети. Первые осуществляют функции формирования районных энергосистем , РЭС, путем объединения их электростанций на параллельную работу, а также объединение РЭС и ОЭС между собой. Кроме того, они осуществляют передачу электроэнергии к системным подстанциям, выполняющим роль источников питания распределительных сетей. Распределительной линией считается линия, питающая ряд трансформаторных подстанций или вводы к электроустановкам потребителей. Такие линии и являются основой распределительной сети. Распределительные линии в принципе могут быть выделены в сетях различных номинальных напряжений. В связи с этим не следует отождествлять понятия местных и распределительных сетей, как это делалось ранее. В настоящее время по мере развития сетей СВН верхняя граница этого диапазона в ряде ОЭС сдвинулась в сторону более высоких напряжений, и современные сети 110—220 и даже 330 кВ постепенно приобретают характер распределительных. Так , по мере наложения вновь создаваемой сети 750 кВ на сеть 330 кВ в тех районах, где ранее последняя выполняла функции системообразующей, сети 330 кВ постепенно переходят в разряд распределительных. В будущем аналогичный процесс будет наблюдаться в тех частях ЕЭС России, где линии напряжением 1150 кВ возьмут на себя роль основных связей между ОЭС, в которых сейчас основными являются сети 500 кВ.

Наконец, местные и распределительные сети, согласно таблице 1, могут различаться по характеру подключаемых к ним потребителей. При этом определенную специфику имеют сети, осуществляющие электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельскохозяйственных районов и называемые соответственно промышленными, городскими и сельскими. Так, сельские электрические сети характеризуются значительной протяженностью. Они охватывают территории со сравнительно невысокой плотностью нагрузки, годовое число часов использования максимума которой также относительно невелико. Напротив, чисто промышленные сети, будучи относительно короткими, снабжают территории с большой плотностью нагрузки, причем, как правило, графики нагрузки промышленных предприятий характеризуются высокой степенью заполненности. В какой-то степени промежуточное положение занимают в этом плане городские сети. Сочетание коммунально-бытовых и промышленных потребителей на городских территориях обусловливает значительную неравномерность графиков нагрузок узлов городской сети. Эта неравномерность в ряде случаев, когда основными источниками питания города являются ТЭЦ, работающие по тепловому графику, вызывает необходимость привлечения дополнительных маневренных мощностей, позволяющих системе своевременно и быстро реагировать на резкие спады и подъемы нагрузки.

Помимо признаков, косвенно связанных со значением номинального напряжения сети, существуют и другие. Так, например, классифицируют сети по роду тока, по конфигурации, по отношению к помещению и по конструктивному выполнению.

В соответствии с родом тока различают сети переменного и постоянного тока. О первой группе речь шла выше. В дополнение следует упомянуть, что в России сети трехфазного переменного тока напряжением НО кВ и выше выполняются с глухим заземлением нейтрали, а сети более низких напряжений — с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.

Сети постоянного тока используются для обеспечения некоторых электротехнологических процессов в промышленности, например в электролизных цехах алюминиевых заводов. На постоянном токе осуществляется электропривод ряда механизмов и частично электрификация транспорта. Протяженные электропередачи постоянного тока используются чаще всего в качестве межсистемных связей.

С точки зрения конфигурации различают разомкнутые и замкнутые сети. К разомкнутым относятся сети, образованные радиальными или радиально-магистральными линиями, осуществляющие электроснабжение потребителей от одного источника питания, причем каждый потребитель получает питание с одного направления. К числу замкнутых относятся сети, которые обеспечивают питание потребителей не менее чем с двух сторон. Наиболее простой формой замкнутой сети является одноконтурная ,кольцевая, сеть. Питающие сети, как правило, являются сложно-замкнутыми, т.е. имеют большое число контуров.