Landets energisystem — en kort beskrivning, egenskaper för arbete i olika situationer

Landets energisystem är en kombination av flera element - kraftverk, upp- och nedstegsdistributionsstationer, el- och värmenät.

Kraftverk producerar elektrisk och termisk (för kraftvärme) energi. Elektrisk energi, som genereras av kraftverk, ökas till det erforderliga spänningsvärdet i boostertransformatorstationer och matas in i nätverket, särskilt till de huvudsakliga elektriska nätverken, där det distribueras vidare i enlighet med mängden energi som förbrukas av en viss region, ett företag inom kraftsystemet ett land eller en separat region.

Om vi ​​talar om landets energisystem, trasslar stamnäten in hela dess territorium. Trunknätverk inkluderar 220, 330, 750 kV-ledningar, genom vilka stora kraftflöden flödar — från flera hundra MW till tiotals GW.

Nästa steg är omvandlingen av högspänningsstamnät för regionala, nodala transformatorstationer, transformatorstationer för stora företag med en spänning på 110 kV. Effekten flyter inom tiotals MW genom 110 kV-nät.

I 110 kV transformatorstationer distribueras el till mindre användarstationer i tätbebyggda områden och olika företag med spänningar på 6, 10, 35 kV. Dessutom reduceras nätspänningen till de värden som användaren kräver. Om dessa är bosättningar och små företag, sänks spänningen till 380/220 V. Det finns också utrustning från stora industriföretag som drivs direkt av högspänning 6 kV.

CHP (CHP) förutom elektrisk energi genererar de värme, som används för att värma upp byggnader och strukturer. Den värmeenergi som värmekraftverket levererar distribueras till konsumenterna genom värmenät.

Kraftsystemets egenskaper

När man överväger driften av kraftsystemet måste särskild uppmärksamhet ägnas åt processerna för överföring av elektrisk kraft. Generering och överföring av elektrisk energi är en komplex process som sammanhänger med varandra.

I elkraftsystemet sker produktion, överföring och förbrukning av energi hos konsumenter kontinuerligt, i realtid. Ansamling av el (ackumulering) i elsystemets volymer sker inte, därför övervakas balansen mellan genererad och förbrukad el ständigt i elsystemet.

Det speciella med elektriska kraftsystem är den nästan omedelbara överföringen av elektrisk energi från källor till konsumenter och omöjligheten att ackumulera den i betydande mängder. Dessa egenskaper bestämmer samtidigt processen för produktion och förbrukning av el.

Vid produktion och förbrukning av elenergi med växelström motsvarar jämlikheten mellan genererad och förbrukad el vid vilket ögonblick som helst jämlikheten mellan genererad och förbrukad aktiv och reaktiv effekt.

Därför måste kraftverken när som helst i kraftsystemets stationära läge generera effekt lika med konsumenternas effekt och täcka energiförlusterna i kraftöverföringsnätet, dvs balansen mellan genererad och förbrukad effekt måste observeras .

Begreppet reaktiv kraftbalans är relaterat till inflytande responsiv kraft, överförs genom elementen i det elektriska nätverket, till spänningsläget. Avbrott i den reaktiva effektbalansen leder till en förändring av spänningsnivån i nätet.

Vanligtvis har kraftsystem som har brist på aktiv effekt också brist på reaktiv effekt. Det är dock mer effektivt att inte överföra den saknade reaktiva effekten från angränsande kraftsystem, utan att generera den i kompensationsanordningar installerade i detta kraftsystem.

En av huvudindikatorerna på närvaron av balansen mellan producerad och förbrukad elektrisk energi är nätverksfrekvens… Frekvensen för elnätet i Ryssland, Vitryssland, Ukraina och i de flesta europeiska länder är 50 Hz.Om frekvensen för landets elsystem ligger inom 50 Hz (toleranser ± 0,2 Hz) betyder det att energibalansen iakttas.

Vid underskott i den genererade elen, i synnerhet dess aktiva ingrediens, uppstår ett effektunderskott, det vill säga att energibalansen rubbas. I det här fallet sker en minskning av frekvensen av det elektriska nätverket under det tillåtna värdet. Ju större underskott av el i kraftsystemet, desto lägre frekvens.

Processen att bryta energibalansen är den farligaste för energisystemet, och om den inte stoppas i det inledande skedet, kommer en fullständig kollaps av energisystemet att inträffa.

För att förhindra att kraftsystemet kollapsar i avsaknad av ström i distributionsstationerna används nödautomation - automatisk frekvensavlastning (AChR) och automatisering av eliminering av asynkront läge (ALAR).

AChR stänger automatiskt av en viss del av konsumenternas belastning, vilket minskar energiunderskottet i elsystemet. ALAR är ett sofistikerat automatiskt system som automatiskt känner av och tar bort asynkrona lägen i elektriska nätverk. Vid strömbrist i elsystemet samarbetar ALAR med AFC.

I alla delar av kraftsystemet är olika nödsituationer möjliga: skador på olika utrustningar vid stationer och transformatorstationer, skador på kabel och luftledningar, avbrott i normal drift av reläskydd och automationsanordningar, etc. användare i enlighet med deras strömtillförlitlighetskategori.

Spänningsregleringsegenskaper

Spänningen i elsystemet regleras på ett sådant sätt att normala spänningsvärden säkerställs i alla områden. Slutanvändarens spänningsreglering görs enligt genomsnittliga spänningsvärden som erhålls från större transformatorstationer.

Som regel utförs en sådan justering en gång, sedan justeras spänningen vid stora noder - regionala transformatorstationer, eftersom det är opraktiskt att ständigt justera spänningen för varje konsumenttransformatorstation på grund av deras stora antal.

Spänningsreglering i transformatorstationer utförs med hjälp av lindningskopplare och lastbrytare inbyggda i krafttransformatorer och autotransformatorer. Reglering med hjälp av strömbrytare utförs med transformatorn frånkopplad från elnätet (omkoppling utan magnetisering). On-load switching enheter tillåta reglering av lastspänningen, d.v.s. utan att först behöva koppla bort transformatorn (autotransformatorn).

Spänningsreglering med hjälp av krafttransformatorernas strömbrytare kan utföras både automatiskt och manuellt. Beroende på transformatorernas (autotransformatorernas) tekniska skick kan den också förlänga livslängden på strömbrytarna. Beslut fattas om att reglera spänningen uteslutande i manuellt läge, med preliminär belastningsborttagning från transformatorn.Samtidigt bevaras möjligheten att koppla om lindningskopplarens uttag, och vid behov av snabb spänningsreglering kan denna operation utföras utan att först ta bort belastningen från transformatorn.

Förluster av kraft och energi

Överföringen av elektrisk energi åtföljs oundvikligen av effekt- och energiförluster i transformatorer och ledningar. Dessa förluster måste täckas av en motsvarande ökning av kraftförsörjningskapaciteten, vilket leder till en ökning av kapitalinvesteringarna för uppbyggnaden av kraftsystemet.

Dessutom orsakar effekt- och energiförluster ytterligare bränsleförbrukning i kraftverk, kostnaden för el, vilket ökar kostnaden för el. Därför är det i konstruktionen nödvändigt att sträva efter att minska dessa förluster i alla delar av kraftöverföringsnätet.

Se även: Effekt- och energiförlust i elektriska kretsar och Åtgärder för att minska förluster i elnät

Parallell drift av kraftsystem

Länders elsystem eller separata delar av elsystemet inom ett land kan vara sammankopplade med varandra och utgör i sin helhet ett sammankopplat elsystem.

Om två energisystem har samma parametrar kan de arbeta parallellt (synkront). Möjligheten till synkron drift av två kraftsystem gör det möjligt att avsevärt öka deras tillförlitlighet, eftersom i händelse av ett stort effektunderskott i ett av kraftsystemen kan detta underskott täckas av ett annat kraftsystem.Genom att koppla ihop flera länders elsystem är det möjligt att exportera eller importera el mellan dessa länder.

Men om två kraftsystem har vissa skillnader i elektriska parametrar, särskilt frekvensen på elnätet, är deras direkta anslutning till parallelldrift oacceptabel om det är nödvändigt att kombinera dessa kraftsystem.

I det här fallet tar de sig ur situationen genom att använda likströmsledningar för att överföra el mellan kraftsystem, vilket gör det möjligt att kombinera osynkroniserade kraftsystem som kännetecknas av olika nätfrekvenser.