12 августа 2017г.
На сегодняшний день особенно актуальной является проблема бесперебойного электроснабжения потребителей электрической энергии. Как известно электрическая энергия является неотъемлемой частью жизни современного человека. Данный вид энергии обладает рядом специфических свойств: возможность легко преобразовываться почти во все иные виды энергии (тепловую, механическую, химическую, звуковую, световую и т.д.); процессы ее получения, передачи и распределения несложно автоматизируются; способность передаваться на внушительные расстояния в большом объеме и распределяться между многими потребителями.
Благодаря этому электроэнергетика нашла применение практически во всех сферах деятельности общества: производственная и транспортная промышленность – автоматизация производства посредством привода в движение различных механизмов, увеличение скорости передвижения поездов, и как следствие повышение пропускной способности железных дорог; сельское хозяйство – освещение и обогрев тепличных комплексов, автоматизация ручного труда; наука – работа вычислительной и компьютерной техники; медицина – освещение, обогрев, работа медицинского оборудования, предназначенного как для диагностики, так и для поддержания жизни человека при временной утрате организмом отдельных функций; современный быт – функционирование электрического и электронного оборудования (холодильники, электроплиты, кондиционеры, электрообогреватели, телевизионная и компьютерная техника), электрических и люминесцентных ламп.
Поэтому электроснабжение, как обеспечение потребителей электроэнергией, сегодня приобретает особое значение. В случае нарушения электроснабжения необходимо принять срочные меры по выявлению места возникновения аварии в системе электроснабжения – локализации; осуществить оперативный выезд и прибытие на место ремонтной бригады; принять меры по ликвидации причины перерыва электроснабжения, а также восстановлению электроснабжения для рассматриваемой технической установки. Оперативность решения перечисленных задач влияет на продолжительность перерыва электроснабжения, чем выше оперативность – тем меньше время, в течение которого потребители остаются обесточенными. Также, путем применения совокупности различных методов и средств, организации процесса восстановления снабжения, установки новейшего оборудования можно добиться, как ускорения ликвидации аварий, следствием которых и являются перерывы в электроснабжении, так и сокращения количества аварийных ситуаций, благодаря чему перерыва в электроснабжении и вовсе получится избежать.
Анализ существующих методов сокращения времени обесточения потребителей показал, что в каждой электросетевой компании специализирующейся на производстве, передаче и распределении электрической энергии существует специальная система, которая обеспечивает контроль и управление всеми процессами производства – система оперативно-диспетчерского управления (ОДУ). Безопасность, эффективность и надежность как страны, так и отдельных регионов зависит именно от задач, которые данная система выполняет, а именно: поддержание баланса между количеством производимой и потребляемой мощности в энергосистеме; обеспечение надежного электроснабжения снабжающих предприятий от магистральных сетей 220-750 кВ; поддержание синхронности работы электростанций в пределах энергосистемы; поддержание синхронности работы энергосистемы страны с энергосистемами смежных стран, связанных между собой межгосударственными линиями электропередач.
Система оперативно-диспетчерского управления является иерархической: различные функции распределяются по уровням, каждый из которых подчиняется вышестоящему. Таким образом достигается и поддерживается максимальный и непрерывный контроль и управление всеми составляющими энергосистемы. Данная система представлена оперативно-диспетчерским персоналом, к которому относятся: оперативный персонал; оперативно-ремонтный персонал; оперативные руководители [2].
Важнейшей задачей оперативно-диспетчерского персонала в таких случаях является оперативная ликвидация аварий. Оперативная ликвидация аварий заключается в отделении поврежденного оборудования, или участка сети от энергосистемы, а также в выполнении операции, основные цели которой формулируются следующим образом: ликвидация угрозы для обслуживающего персонала и неповрежденного оборудования; предотвращение дальнейшего развития аварии; возобновление снабжения потребителей электроэнергией и восстановление ее качества (частоты и напряжения) в максимально кратчайшие сроки; организации наиболее надежной послеаварийной схемы энергосистемы и отдельных ее частей.
На начальных этапах проектирования схемы электросети, а также при организации послеаварийных схем энергосистемы после ликвидации аварии, для улучшения качества электроснабжения и повышения его надежности применяются такие технические решения, как: электроснабжение от двух независимых источников питания; дублирование линии.
Для этого выбирают в основном две конфигурации сети, которые наиболее просты в своем исполнении: двойную радиальная сеть или одинарную замкнутую сеть с двумя источниками питания;
Линия дублирована, тем самым обеспечено резервированное питание потребителей. Поскольку загрузка обеих ВЛ равномерна, число потерь сводится к минимальному, предотвращается повышение токов КЗ в смежных участках, подстанции присоединяются по простейшим схемам. Наибольшей эффективностью сети подобной конфигурации обладают при небольшой удаленности потребителей от источников питания, а также при высоких уровнях нагрузок. Такие сети используются для снабжения электроэнергией различных промышленных предприятий и отдельных районных городов, рассчитаны на напряжение 110 кВ [3].
Питание потребителей сети с такой конфигурации осуществляется от двух источников питания. Явными плюсами данной подобной конфигурации можно назвать: охват сетями значительной территории; возможность при надобности присоединить новые подстанции за счет создания шин между двумя ИП; суммарная длина ВЛ значительно меньше, чем при присоединении подстанций «по кратчайшему пути»; подстанции могут быть присоединены по более простым схемам.
Одним из средств, позволяющих продолжить питание потребителей при кратковременном прекращении подачи электроэнергии от питающей сети, является накопитель электрической энергии. Благодаря способности оперативно накапливать энергию – за сутки или меньше – накопители позволяют обеспечивать потребителей электроэнергией высокого качества, а также осуществляют их питание во время перерывов электроснабжения. С применением накопителей электроэнергии становится возможным: управление режимами нагрузки – в момент пика нагрузки накопитель разряжается, а в ночное время происходит его зарядка, и тем самым выравнивается дневной и ночной графики нагрузки; управление потоками мощности – накопитель осуществляет питание местных нагрузок в случае его перерыва от общей сети; резервирование – использование накопителя позволяет оперативно заменить неисправный или вышедший из работы генератор [1].
Накопители электрической энергии бывают следующих видов:
Аккумуляторные батареи – самое распространенное средство накопления в энергосистеме, принцип действия которого основан на обратимости протекающих в нем химических процессов – окислительно-восстановительных реакций, что обеспечивает многократность его использования.
Сверхпроводниковые накопители (СПИН’ы). Запас энергии в такого рода накопителях происходит в магнитном поле индуктивной катушки из сверхпроводника, образуемом протеканием постоянного тока. Отличаются высоким КПД преобразования свыше 95 % и способностью мгновенной выдачи мощности мощность практически мгновенно.
Маховиковые накопители. Производят запас кинетической энергии при разгоне ротора, после чего преобразовывают и выдают ее в виде электрической.
Суперконденсаторы – улучшенная модель конденсаторов, которая работает на постоянном напряжении и отличается большой плотностью заряда. Еще одна отличительная черта – высокая емкость – обеспечивает накопление значительного количества энергии и в момент необходимости выдает ее в виде больших токов [1].
Как уже было сказано ранее, перерывы в электроснабжении потребителей возникают в случае аварий, причинами которых могут являться повреждения эксплуатируемых электроустановок. Для остановки развития повреждения необходимо оперативно отключить аварийный участок. Это стало возможно благодаря применению устройств релейной защиты, действующих на отключение при появлении самых опасных повреждений – коротких замыканий. Параллельно с отключением поврежденного оборудования или участка линии, должно производиться автоматическое введение в работу резервных источников питания (АВР). За счет АВР дальнейший самозапуск происходит намного быстрее и легче, чем обуславливается эффективность автоматического включения резерва, как средства повышения надежности электроснабжения.
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что безопасность и безаварийность функционирования систем электроснабжения качественной электрической энергией практически нереальна без системы оперативно-диспетчерского управления, которая обеспечивает слаженную работу электростанций, электросетей и потребителей электроэнергии. Именно данная система позволяет в кратчайшие сроки восстановить электроснабжение потребителей, тем самым сокращая время их обесточения. Применение в процессе проектирования электросети особых технических решений, а также ввод работу энергосистемы накопителей электрической энергии позволяет обеспечить резервирование питания потребителей. Использование средств релейной защиты и автоматики позволяет не только ликвидировать распространение аварии, не допуская тем самым повреждение других элементов сети, но и восстанавливают питание отключенных от сети потребителей от резервных источников. Таким образом, применение совокупности рассмотренных методов и средств позволяет повысить надежность электроснабжении, сократив время обесточения потребителей, или же вовсе ликвидируя перерывы в электроснабжении.
Список литературы
1. Алексеев, Б. А. Применение накопителей энергии в электроэнергетике / Б. А. Алексеев // Электро. – 2005. – № 1. – С. 42–46.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СО153-34.20.501-2003*
3. Справочник по проектированию электрических сетей /С74 под ред. Д. Л. Файбисовича. – 4-еизд., перераб. и доп. – М. : ЭНАС, 2012. – 376 с. : ил.
