Το ενεργειακό σύστημα της χώρας — μια σύντομη περιγραφή, χαρακτηριστικά της εργασίας σε διαφορετικές καταστάσεις

Το ενεργειακό σύστημα της χώρας είναι ένας συνδυασμός πολλών στοιχείων - σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, υποσταθμοί διανομής κλιμακωτών και βαθμίδων, δίκτυα ηλεκτρικής και θερμότητας.

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής παράγουν ηλεκτρική και θερμική (για ΣΗΘ) ενέργεια. Ηλεκτρική ενέργεια, που παράγονται από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, αυξάνεται στην απαιτούμενη τιμή τάσης σε ενισχυτικούς υποσταθμούς και τροφοδοτείται στο δίκτυο, ιδίως στα κύρια ηλεκτρικά δίκτυα, όπου διανέμεται περαιτέρω ανάλογα με την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνει μια συγκεκριμένη περιοχή, μια επιχείρηση εντός του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας του μια χώρα ή μια ξεχωριστή περιοχή.

Αν μιλάμε για το ενεργειακό σύστημα της χώρας, τα δίκτυα κορμού εμπλέκουν ολόκληρη την επικράτειά της. Τα δίκτυα κορμού περιλαμβάνουν γραμμές 220, 330, 750 kV, μέσω των οποίων ρέουν μεγάλες ροές ισχύος — από αρκετές εκατοντάδες MW έως δεκάδες GW.

Το επόμενο στάδιο είναι ο μετασχηματισμός δικτύων κορμού υψηλής τάσης για περιφερειακούς, κομβικούς υποσταθμούς, υποσταθμούς μεγάλων επιχειρήσεων με τάση 110 kV. Η ισχύς ρέει εντός δεκάδων MW ροής μέσω δικτύων 110 kV.

Σε υποσταθμούς 110 kV, η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται σε υποσταθμούς μικρότερων χρηστών σε κατοικημένες περιοχές και σε διάφορες επιχειρήσεις με τάσεις 6, 10, 35 kV. Επιπλέον, η τάση δικτύου μειώνεται στις τιμές που απαιτεί ο χρήστης. Εάν πρόκειται για οικισμούς και μικρές επιχειρήσεις, τότε η τάση μειώνεται στα 380/220 V. Υπάρχει και εξοπλισμός μεγάλων βιομηχανικών επιχειρήσεων που τροφοδοτείται απευθείας από υψηλή τάση 6 kV.

CHP (CHP) εκτός από την ηλεκτρική ενέργεια, παράγουν θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση κτιρίων και κατασκευών. Η θερμική ενέργεια που παρέχεται από τη θερμοηλεκτρική μονάδα διανέμεται στους καταναλωτές μέσω δικτύων θερμότητας.

Χαρακτηριστικά του συστήματος ισχύος

Κατά την εξέταση της λειτουργίας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στις διαδικασίες μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή και η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας είναι μια πολύπλοκη αλληλένδετη διαδικασία.

Στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, η παραγωγή, μετάδοση και κατανάλωση ενέργειας από τους καταναλωτές γίνεται συνεχώς, σε πραγματικό χρόνο. Συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας (συσσώρευση) στους όγκους του ηλεκτρικού συστήματος δεν λαμβάνει χώρα, επομένως η ισορροπία μεταξύ παραγόμενης και καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας παρακολουθείται συνεχώς στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ιδιαιτερότητα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας είναι η σχεδόν στιγμιαία μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από πηγές στους καταναλωτές και η αδυναμία συσσώρευσής της σε σημαντικές ποσότητες. Αυτές οι ιδιότητες καθορίζουν την ταυτόχρονη διαδικασία παραγωγής και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Στην παραγωγή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας εναλλασσόμενου ρεύματος, η ισότητα της παραγόμενης και της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή αντιστοιχεί στην ισότητα της παραγόμενης και καταναλωμένης ενεργού και άεργου ισχύος.

Επομένως, οποιαδήποτε στιγμή στη στατική λειτουργία του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής πρέπει να παράγουν ισχύ ίση με την ισχύ των καταναλωτών και να καλύπτουν τις ενεργειακές απώλειες στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή να τηρείται η ισορροπία παραγόμενης και καταναλισκόμενης ισχύος .

Η έννοια της ισορροπίας αέργου ισχύος σχετίζεται με την επιρροή δύναμη αντίδρασης, που μεταδίδεται μέσω των στοιχείων του ηλεκτρικού δικτύου, στη λειτουργία τάσης. Η διακοπή του ισοζυγίου άεργου ισχύος οδηγεί σε αλλαγή του επιπέδου τάσης στο δίκτυο.

Τυπικά, τα συστήματα ισχύος που έχουν έλλειψη ενεργού ισχύος είναι επίσης ελλιπή σε άεργο ισχύ. Ωστόσο, είναι πιο αποτελεσματικό να μην μεταφέρεται η άεργος ισχύς που λείπει από γειτονικά συστήματα ισχύος, αλλά να δημιουργείται σε συσκευές αντιστάθμισης που είναι εγκατεστημένες σε αυτό το σύστημα ισχύος.

Ένας από τους κύριους δείκτες της παρουσίας της ισορροπίας μεταξύ της παραγόμενης και της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι συχνότητα δικτύου… Η συχνότητα του ηλεκτρικού δικτύου στη Ρωσία, τη Λευκορωσία, την Ουκρανία και στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες είναι 50 Hz.Εάν η συχνότητα του ηλεκτρικού συστήματος της χώρας είναι εντός 50 Hz (ανοχές ± 0,2 Hz), σημαίνει ότι τηρείται το ενεργειακό ισοζύγιο.

Σε περίπτωση ελλείμματος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, ιδίως του ενεργού συστατικού της, προκύπτει έλλειμμα ισχύος, δηλαδή διαταράσσεται το ενεργειακό ισοζύγιο. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μείωση της συχνότητας του ηλεκτρικού δικτύου κάτω από την επιτρεπόμενη τιμή. Όσο μεγαλύτερο είναι το έλλειμμα ηλεκτρικής ενέργειας στο σύστημα ισχύος, τόσο μικρότερη είναι η συχνότητα.

Η διαδικασία διάρρηξης του ενεργειακού ισοζυγίου είναι η πιο επικίνδυνη για το ενεργειακό σύστημα και αν δεν σταματήσει στο αρχικό στάδιο, τότε θα επέλθει η πλήρης κατάρρευση του ενεργειακού συστήματος.

Για να αποφευχθεί η κατάρρευση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση απουσίας ισχύος στους υποσταθμούς διανομής, χρησιμοποιείται αυτοματισμός έκτακτης ανάγκης — αυτόματη εκφόρτωση συχνότητας (AChR) και αυτοματοποίηση της εξάλειψης ασύγχρονης λειτουργίας (ALAR).

Το AChR απενεργοποιεί αυτόματα ένα συγκεκριμένο μέρος του φορτίου των καταναλωτών, γεγονός που μειώνει το ενεργειακό έλλειμμα στο σύστημα ισχύος. Το ALAR είναι ένα εξελιγμένο αυτόματο σύστημα που εντοπίζει και αφαιρεί αυτόματα τις ασύγχρονες λειτουργίες στα ηλεκτρικά δίκτυα. Σε περίπτωση έλλειψης ρεύματος στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, η ALAR συνεργάζεται με την AFC.

Σε όλα τα τμήματα του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, είναι δυνατές διάφορες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης: ζημιά σε διάφορους εξοπλισμούς σε σταθμούς και υποσταθμούς, ζημιά σε καλώδια και εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, διακοπή της κανονικής λειτουργίας των συσκευών προστασίας ρελέ και αυτοματισμού κ.λπ. χρήστες σύμφωνα με τους κατηγορία αξιοπιστίας ισχύος.

Χαρακτηριστικά ρύθμισης τάσης

Η τάση στο σύστημα ισχύος ρυθμίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζονται κανονικές τιμές τάσης σε όλους τους χώρους. Η ρύθμιση της τάσης του τελικού χρήστη γίνεται σύμφωνα με τις μέσες τιμές τάσης που λαμβάνονται από μεγαλύτερους υποσταθμούς.

Κατά κανόνα, μια τέτοια ρύθμιση πραγματοποιείται μία φορά, στη συνέχεια η τάση ρυθμίζεται σε μεγάλους κόμβους - περιφερειακούς υποσταθμούς, καθώς δεν είναι πρακτικό να ρυθμίζεται συνεχώς η τάση κάθε υποσταθμού καταναλωτή λόγω του μεγάλου αριθμού τους.

Η ρύθμιση της τάσης στους υποσταθμούς πραγματοποιείται με τη βοήθεια εναλλάκτη βρύσης εκτός κυκλώματος και διακοπτών φορτίου που είναι ενσωματωμένοι σε μετασχηματιστές ισχύος και αυτομετασχηματιστές. Η ρύθμιση μέσω διακοπτών εκτός κυκλώματος πραγματοποιείται με τον μετασχηματιστή αποσυνδεδεμένο από το δίκτυο (εναλλαγή χωρίς διέγερση). Συσκευές μεταγωγής σε φορτίο επιτρέπουν τη ρύθμιση της τάσης του φορτίου, δηλαδή χωρίς να χρειάζεται πρώτα να αποσυνδέσετε τον μετασχηματιστή (αυτομετασχηματιστή).

Η ρύθμιση της τάσης με τη χρήση του διακόπτη φορτίου των μετασχηματιστών ισχύος μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο αυτόματα όσο και χειροκίνητα.Επίσης, ανάλογα με την τεχνική κατάσταση των μετασχηματιστών (αυτομετασχηματιστές), προκειμένου να παραταθεί η διάρκεια ζωής των διακοπτών φορτίου, μπορεί να λαμβάνεται απόφαση για ρύθμιση της τάσης αποκλειστικά σε χειροκίνητη λειτουργία, με προκαταρκτική αφαίρεση φορτίου από τον μετασχηματιστή.Ταυτόχρονα, διατηρείται η δυνατότητα εναλλαγής των κρουνών του εναλλάκτη βρύσης σε φορτίο και σε περίπτωση ανάγκης ταχείας ρύθμισης τάσης, αυτή η λειτουργία μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς πρώτα να αφαιρεθεί το φορτίο από τον μετασχηματιστή.

Απώλειες ισχύος και ενέργειας

Η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας συνοδεύεται αναπόφευκτα από απώλειες ισχύος και ενέργειας σε μετασχηματιστές και γραμμές. Οι απώλειες αυτές πρέπει να καλυφθούν με αντίστοιχη αύξηση της ισχύος τροφοδοσίας, η οποία οδηγεί σε αύξηση των επενδύσεων κεφαλαίου για την κατασκευή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.

Επιπλέον, οι απώλειες ισχύος και ενέργειας προκαλούν πρόσθετη κατανάλωση καυσίμου στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας, αυξάνοντας έτσι το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, στο σχεδιασμό είναι απαραίτητο να προσπαθήσουμε να μειώσουμε αυτές τις απώλειες σε όλα τα στοιχεία του δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Δείτε επίσης: Απώλεια ισχύος και ενέργειας σε ηλεκτρικά κυκλώματα και Μέτρα για τη μείωση των απωλειών στα ηλεκτρικά δίκτυα

Παράλληλη λειτουργία συστημάτων ισχύος

Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας χωρών ή ξεχωριστά τμήματα του ηλεκτρικού συστήματος εντός μιας χώρας μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους και στο σύνολό τους να αποτελούν ένα διασυνδεδεμένο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας.

Εάν δύο ενεργειακά συστήματα έχουν τις ίδιες παραμέτρους, μπορούν να λειτουργήσουν παράλληλα (σύγχρονα). Η δυνατότητα σύγχρονης λειτουργίας δύο συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας καθιστά δυνατή τη σημαντική αύξηση της αξιοπιστίας τους, διότι σε περίπτωση μεγάλου ελλείμματος ισχύος σε ένα από τα συστήματα ισχύος, αυτό το έλλειμμα μπορεί να καλυφθεί από άλλο σύστημα ισχύος.Με τη σύνδεση των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας πολλών χωρών, είναι δυνατή η εξαγωγή ή η εισαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ αυτών των χωρών.

Αλλά εάν δύο συστήματα ισχύος έχουν κάποιες διαφορές στις ηλεκτρικές παραμέτρους, ιδίως στη συχνότητα του δικτύου ισχύος, τότε εάν είναι απαραίτητο να συνδυαστούν αυτά τα συστήματα ισχύος, η άμεση σύνδεσή τους με παράλληλη λειτουργία είναι απαράδεκτη.

Σε αυτή την περίπτωση, βγαίνουν από την κατάσταση χρησιμοποιώντας γραμμές συνεχούς ρεύματος για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ συστημάτων ισχύος, γεγονός που καθιστά δυνατό τον συνδυασμό μη συγχρονισμένων συστημάτων ισχύος που χαρακτηρίζονται από διαφορετικές συχνότητες δικτύου.