Лекции.ИНФО


Виды электрических станций, принципы их работы



Виды электрических станций, принципы их работы

Электрическая станция (ЭС)предназначенадля преобразования энергии, заключенной в природных энергоносителях (уголь, нефть, природный газ, радиоактивные элементы, потоки воды) в электрическую и тепловую энергию.

До 70% электроэнергии в РФ вырабатывается на тепловых ЭС (ТЭС), использующих энергию сгорания органического топлива. Среди тепловых выделяют конденсационные ЭС (КЭС) с замкнутым циклом теплоносителя. Как правило КЭС состоит из крупных блоков и расположены вблизи источников топлива.

Другой тип ТЭС – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые используют для производства электрической и тепловой энергии и располагают вблизи потребителей.

 

 

На гидроэлектростанциях (ГЭС) может вырабатываться 12 – 18 % общего количества электроэнергии в зависимости от условий паводка на равнинных реках.

 

 

 

Среди ГЭС выделяют гидроаккумулирующие ЭС (ГАЭС), которые призваны создавать запас воды в верхнем бьефе водохранилища в часы малых внешних нагрузок ЭС.

 

 

На девяти атомных ЭС (АЭС) РФ в настоящее время вырабатывается около 15 % электроэнергии. Планируется довести эту величину до 25 %. Для производства электроэнергии используется энергия расщепления ядер радиоактивных элементов.

 

 

К другим типам ЭС относятся ветровые, солнечные, приливные, геотермальные, дизельные. Они работают в основном в изолированных энергосистемах, общая выработка не превосходит 1 %.

 

Термическое действие токов КЗ

При протекании тока КЗ температура проводников и токоведущих частей электрических аппаратов повышается. Поскольку ток КЗ значительно превышает ток рабочего режима, нагрев может достигать опасных значений, превышающих наибольшие допустимые температуры. Критерием термической стойкости проводников является допустимая температура его нагрева то­ками КЗ.

Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты производят с помощью интеграла Джоуля: ,

где iк – ток КЗ в произвольный момент времени t , A; tк– рас­четная продолжительность КЗ, с.

Термически эквивалентный ток КЗIтер – неизменный по амплитуде (синусоидальный) ток, который за время, равное расчетной продолжительности КЗ, оказывает на проводник или электрический аппарат такое же термическое воздействие, как и реальный ток КЗ за это же время. Этот ток связан с интегралом Джоуля соотно­шением: .

Определение температуры нагрева проводников к моменту от­ключения КЗ производят с использованием кривых зависимости температуры нагрева проводников θ от величиныА (постоянная интегрирования).

Порядок определения температуры нагрева проводника, заключа­ется в следующем:

– исходя из начальной температуры проводника θн по кривой находят значение величиныАн при этой температуре;

– определяют значе­ние интеграла Джоуля Вкпри расчетных условиях КЗ;

– находят значение величины Ак, соответствующее конеч­ной температуре нагрева проводника: , причем для сталеалюминевых проводов S– площадь попереч­ного сечения алюминиевой части провода;

– по найденному значению ве­личины Акс помощью кривой определяют температуру нагрева проводника к моменту отключения КЗθк..

Пример выбора выключателя 10 кВ

Паспортные данные Расчетные данные Условие проверки
Uн = 10 кВ Uрmax = 10 кВ Uн³Uрmax
Iн = 200 А Iрmax = 5,8 А Iн³ Iрmax
imax = 20 кА iуд = 8,09 кА imax³ iуд
Iтс = 5 кА Iк= 5,64 кА
tтс =10 с tк = 2 с
Тепловой импульс: Iтс2´tтс = 250 кА2×с Iтс2´tк = 64 кА2×с Iтс2´tтс ³Iк2´tк
Iоткл = 10 кА Iк= 5,64 кА Iоткл³Iк
Sоткл = 100 МВА Sк= 63,5 МВА Sоткл³Sк

 

 

Показатели качества электроэнергии .

Формирование принципов регулирования режимов основывается на опре­деленных требованиях к качеству электрической энергии. Такие требования сформулированы в межгосударственном стандартеГОСТ 13109-97.

Качество электроэнергии характеризуется качеством частоты напряжения переменного тока и качеством напряжения.

Для оценки качества частоты уста­новлен один показатель – отклонение частоты, под которым понимают медлен­ные плавные изменения частоты (менее одного процента в секунду) относительно ее номинального значения:Δf = f – fном

Причина появления отклонения частоты заключается в нарушении баланса генерируемой и потребляемой активной мощности в электроэнергетической сис­теме. Стандартом установлено нормально допустимое и пре­дельно допустимое значения отклонения частоты соответственно δfнорм = ±0,2 Гц иδfпред = ±0,4 Гц.

Качество напряжения оценивают несколькими показателями, большинство из которых также характеризуется допустимыми значениями.

Показатель качества напряжения Нормы качества напряжения
нормальные предельные
Установившееся отклонение напряжения δUy, % ±5 ±10
Размах изменения напряжения δUt, В зависимо­сти от час­тоты повторения
Коэффициент искажения синусоидальности на­пряжения kU,%, при Uном, кВ, 0,38 6-20 110-330          
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения kU(n), % В зависимо­сти от на­пряжения и номера гармоники 1,5kU(n)норм  
Коэффициент несимметрии напряжений по об­ратной последовательности k2U, %  
Коэффициент несимметрии напряжений по ну­левой последовательности k0U, %  
Длительность провала напряжения при напря­жении до 20 кВ включительно, Δtп, с  
         

Отклонение напряжения: .

Колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения: ,

где Ui, Ui+1 – значения следующих один за другим экстремумов огибающей ам­плитудных значений напряжения.

Несинусоидальность напряжения характеризуется отличием формы кривой напряжения от синусоидальной. Она количественно оценивается коэффициен­том искажения синусоидальности кривой напряжения: ,

где U(n)i – действующее значение напряжения n-й гармоники для i-гo наблюдения.

Несимметрия напряжений характеризуется различием значений напряже­ния в разных фазах. Она обусловлена неравномерным присоединением однофаз­ных электроприемников по фазам.Несимметрия напряжений количественно характеризуется коэффициентаминесимметрии напряжений по обратной и нулевойпоследователь­ности

; ,

где U2(1)i – действующее междуфазное значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в i-м наблюдении; U0(1)i – действующее значение напряжения нулевой последовательности ос­новной частоты; Uном – номинальное междуфазное напряжение.

Регулирование напряжения

Возможность регулирования и изменения напряжения определяется устройствами РПН (регулирование под нагрузкой) и ПБВ (переключение без возбуждения). Трансформаторы с ПБВ 10/0,4 кВв настоящее время изготовляют с основным и четырьмя дополнительными ответвлениями.

Характеристики регулируемых трансформаторов задаются в виде максимального числа поло­жительных и отрицательных по отношению к основному выводу обмотки ВН регулировочных ответвлений с указанием шага коэффициента трансформации ΔkТ в виде ±n×Δkт. Например, для РПН: ±6×1,5%, ±8×1,5%, ±10×1,5%, ± 9×1,78%, ±12×1%; для ПБВ: ±2×2,5%.

Изменение коэффициента трансформации достигается изменением числа отпаек (витков) на одной из обмоток. Для трансформаторов с регулированием на­пряжения, в частности РПН, коэффициент трансформации должен соответство­вать реальному положению переключателя для его n-го ответвления:

.

Управление коэффициентами трансформации трансформаторов осуществляется с целью обеспечения и регулирования заданных режимов напря­жения. Если трансформаторы выполнены без РПН (что имеет место обычно в сетях 6 - 20 кВ и на ряде электростанций), то регулирование их коэффициентовтрансформации, как правило, осуществляется посезонно. При наличии на транс­форматорах РПН регулирование производится при необходимости ежесуточно, в зависимости от изменения нагрузки.

 

Напряжения на участке сети

Режим напряжении 3-х фазной линии проиллюстрирован на рисунке. Если учитывать реальные параметры линии RЛ и XЛто и фазные и линейные напряжения в конце электропередачи отличаются от соответствующие напряжений в начале. По модулю напряжения в конце линии всегда меньше, чем в начале, а фаза их зависит от соотношений активной и индуктивной составляющих сопротивлений линии и нагрузки.

Векторные диаграммы 3-х фазной линии электропередачи без учета (а)

и с учетом (б) сопротивления линии.

На рисунке (а) приведена однолинейная схема электропередачи, а на рисунке (б) – векторная диаграмма одной из фаз.

а)

б)

На векторной диаграмме отложены фазное напряжение в конце линии На угол φ2от него отстает ток нагрузки. Вектор IRЛпредставляет собой напряжение собой на RЛ ,он отложен параллельно току . Вектор . – напряжение на индуктивном сопротивлении линии, он опережает вектор тока на 900. Сумма этих двух векторов (вектор ) называется падением напряжения в линии.Сумма векторов дает вектор напряжения в начале линии . Падением напряжения в линии называется векторная разность напряжений в начале и в конце линии:

Потеря напряжения – это разность модулей :

Отрезок af называется продольной составляющей падения напряжения. Из геометрических сообщений. Отрезок cf называется поперечной составляющей падения напряжения.

Продольная и поперечная составляющая обозначаются соответственно, они определяются:

Модули напряжений в начале и конце линии могут быть связаны:

Фазовый сдвиг между ними определяется:

В реальной сети величина вектора может составлять несколько процентов от U1и U2. Для сетей 0,38; 6; 10 кВ угол θпренебрежительно мал. В расчетах, как правило, пренебрегают поперечной составляющей ,и при этом считается, что продольная составляющая падения напряжения равна потере напряжения.

Величина приближенно определяется без учета потерь мощности (мощности в начале и в конце одинаковы) при номинальном напряжении электропередачи.

Переходный процесс КЗ

Короткое замыкание сопровождается переходным процессом, при котором значения токов и напряжений, а также характер их изменения во времени зависят от соотношения мощностей и сопротивлений источника питания (генератор, система) и цепи, в которой произошло повреждение.

 

На рисунке показан переходный процесс изменения тока в одной из фаз при 3-х фазном КЗ. Результирующая кривая образуется периодической и апериодической составляющими. Основными характеристиками являются: действующее значение установившегося тока КЗIк; ударный ток iу; мощность, выделяющаяся в цепи короткого замыкания Sк.

Максимальное мгновенное значение тока – ударный ток – ,

где kу – ударный коэффициент, который зависит от соотношения активного и реактивного сопротивлений цепи КЗ. Общее время протекания тока КЗ до отключения его защитными устройствами составляет от 0,2…0,3 с до нескольких секунд. Это время определяется инерционностью устройств защиты и выдержкой времени срабатывания токовых реле.

Расчет токов КЗ

Расчет токов короткого замыкания производится по расчетным схемам замещения. Целью расчета токов короткого замыкания (КЗ) являются: проверка аппаратов на термическую и электродинамическую стойкость; выбор защитных аппаратов линий и трансформатора; проверка условий надежности, селективности и чувствительности защиты.

Если ток КЗ на шинах 10 кВ районной подстанции имеет конечное значение, то сопротивление системы определяется: .

Сопротивление системы отражает сопротивление трансформатора 35/10 кВ и других элементов сети высокого напряжения энергосистемы. При расчете напряжение источника принимают UИ = 1,05Uном.

Ток трехфазного КЗв точке К1:

в точке К2:

в точке К3:

Ток двухфазного КЗ: .

Ток однофазного КЗ в наиболее удаленной точке: .

где: Uф – фазное напряжение; ZП– сопротивление петли «фаза – ноль».

Максимальное мгновенное значение тока – ударный ток: .

Мощность короткого замыкания: .

Экономическая плотность тока

Для воздушных линий электропередачи высокого напряжения при выборе сечения проводов технические ограничения (потеря напряжения, нагрев проводов током) как правило, не являются определяющими. Основным является экономический критерий – минимум приведенных затрат:

З=KEн .

Распишем функцию приведенных затрат на отдельную электропередачу.

Капитальные затраты на линию:

К = Кпl,

Kп – погонные затраты на 1 км длины ВЛ. Зависимость Kп от сечения проводов выражается линейной функцией:

В аналитическом виде:

Кп=а+bF,

где: а – постоянная часть стоимости (стоимость изоляции, определяется классом напряжения), b – коэффициент прироста стоимости с увеличением сечения проводов (определяется стоимостью алюминия), b=tga.Т.о. капзатраты:

К = (а + bF)l.

Издержки эксплуатации ВЛ:

И = Иао + Ип.

Издержки на амортизацию и обслуживаниеопределяются нормой годовых отчислений от капитальных затрат:

Иао = Кра.

Для ВЛ норматив отчислений составляет ра = 0,028 1/год.

Издержки накомпенсацию потерь электроэнергиисоставляют:

Ип= ∆WCэ ,

где∆W– годовые потери энергии ВЛ; Cэ– стоимость 1 кВт·час потерь.

При определении годовых потерь энергии используем потери мощности при максимуме нагрузки и эквивалент годового графика нагрузки по продолжительности – время потерь τ:

.

Исходная функция приведенных затрат составит:


Зависимость составляющих функции и суммарных затрат от сечения проводов можно представить графиком, который имеет экстремум, соответствующий оптимальному сечению.

 

Минимум приведенных затрат соответствует экономической плотности тока. Для её определения возьмём производную от приведенных затрат и приравняем её к нулю:

= (Ен + Рэ)·l·b – 3I2max· l·τ·Сэ =0.

Отношение силы тока к сечению провода является плотностью тока:

(А/мм2) .

Экономическая плотность тока (соответствующая минимуму приведенных затрат):

,

где: – время потерь; Сэ – стоимость электроэнергии; b – стоимость алюминия.

Для ВЛ 35 кВ и выше с плотным графиком нагрузки в Европейской части РФ экономическая плотность тока составляет 1 А/мм2.

Метод экономических интервалов. Если учитывать, что сечения проводов могут иметь только стандартные значения, то выражение для приведенных затрат на электропередачу можно рассматривать как функцию максимального расчетного тока нагрузки:

З = f(Imax).

Для каждого стандартного сечения провода эта функция имеет вид квадратичной параболы.

С увеличением стандартного сечения вид параболы изменяется следующим образом:

Выделенные участки соответствуют минимальным затратам для данного сечения. Таким образом каждое стандартное сечение провода имеет свой экономический интервал расчетной нагрузки.

Виды электрических станций, принципы их работы

Электрическая станция (ЭС)предназначенадля преобразования энергии, заключенной в природных энергоносителях (уголь, нефть, природный газ, радиоактивные элементы, потоки воды) в электрическую и тепловую энергию.

До 70% электроэнергии в РФ вырабатывается на тепловых ЭС (ТЭС), использующих энергию сгорания органического топлива. Среди тепловых выделяют конденсационные ЭС (КЭС) с замкнутым циклом теплоносителя. Как правило КЭС состоит из крупных блоков и расположены вблизи источников топлива.

Другой тип ТЭС – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые используют для производства электрической и тепловой энергии и располагают вблизи потребителей.

 

 

На гидроэлектростанциях (ГЭС) может вырабатываться 12 – 18 % общего количества электроэнергии в зависимости от условий паводка на равнинных реках.

 

 

 

Среди ГЭС выделяют гидроаккумулирующие ЭС (ГАЭС), которые призваны создавать запас воды в верхнем бьефе водохранилища в часы малых внешних нагрузок ЭС.

 

 

На девяти атомных ЭС (АЭС) РФ в настоящее время вырабатывается около 15 % электроэнергии. Планируется довести эту величину до 25 %. Для производства электроэнергии используется энергия расщепления ядер радиоактивных элементов.

 

 

К другим типам ЭС относятся ветровые, солнечные, приливные, геотермальные, дизельные. Они работают в основном в изолированных энергосистемах, общая выработка не превосходит 1 %.

 









Читайте также:

  1. I. Ультразвук. Его виды. Источники ультразвука.
  2. III. Типы и виды лингвистических словарей.
  3. VIII.3. Виды внимания и их характеристика.
  4. Административно – правовые режимы: понятие, признаки, назначения, правовое регулирование, виды
  5. Административное наказание как мера административной ответственности, его виды и цели
  6. Административное наказание. Виды административных взысканий.
  7. Амортизация как способ полного воспроизводства основных фондов. Виды амортизации. Норма амортизации. Амортизационный фонд. Методы начисления и учета амортизации.
  8. Артериальные гипертензии, ее виды, основные патогенетические механизмы нейрогенной гипертензии.
  9. Аспекты (виды) лексического значения: сигнификативное, структурное, эмотивное, денотативное.
  10. Атомно-кристаллическое строение металлов. Виды кристаллических решеток.
  11. Базы данных. Виды БД по характеру хранимой информации, по способу хранения, по структуре организации. Основные типы данных.
  12. Банки: сущность, виды, банковские операции


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 229;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная