Баркан Я. Д., Эксплуатация электрических систем.
Рассмотрен широкий круг вопросов, относящихся к эксплуатации электроэнергетических систем; вопросы, связанные с формированием нагрузок, эксплуатацией отдельных элементов систем, распределительных устройств и сетей, а также энергосистем в целом. Большое внимание уделено вопросам качества электроэнергии и надежности энергоснабжения.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Содержание данного учебного пособия соответствует курсу «Эксплуатация электрических систем», читаемого студентам электроэнергетических специальностей вузов. Предполагается, что этот курс дает представление о задачах, стоящих перед эксплуатацией электрических систем и должен облегчить адаптацию молодых специалистов к практической работе.
Эксплуатация электрических установок регламентируется различными правилами и инструкциями. Практической работе предшествует детальное изучение этих материалов и сдача экзамена комиссии, определяющей квалификационный уровень работника. Поэтому автор считает, что содержание пособия не должно сводиться к изложению правил и инструкций и подобный материал дан в незначительном объеме, необходимом для понимания задач постановки эксплуатации.
В последние годы были выполнены научные разработки в области совершенствования эксплуатации оборудования и электрических систем, а также созданы многочисленные технические средства, способствующие реализации многих идей в этой области. Однако, как свидетельствует опыт, усложнение установок и взаимосвязей между ними в рамках энергосистем приводит к дальнейшему росту числа проблем, в решении которых должен принимать активное участие эксплуатационный персонал. Основой для работы в этой области должен быть систематизированный материал о постановках задач, которому в пособии уделяется большое внимание.
Эксплуатация это не только оперирование техническими установками и системами в соответствии с определенными правилами, но также и формирование самих правил и стратегий, обеспечивающих успешность действий. Для этого нужно предвидеть восприятие персоналом производственных ситуаций, и при необходимости корректировать их для достижения поставленной цели. Анализ ситуаций с учетом возможностей и склонностей персонала позволяет выявить необходимость в создании различных новых технических средств, а требования к приведению задач управления в соответствие с реальными возможностями персонала связаны с пересмотром структур существующих средств автоматики и созданием новых. Эти проблемы рассматриваются во всех главах пособия.
ВВЕДЕНИЕ
Электроэнергетические системы (ЭЭС) представляют собой важнейшую часть инфраструктуры народного хозяйства страны, обеспечивающую ее энергетические нужды. Эффективность функционирования основной части ЭЭС — электрических систем — определяется в первую очередь требованиями бесперебойности работы потребителей электроэнергии, т. е. надежностью электроснабжения. Надежность работы электроприемников и технологического оборудования, в свою очередь, в значительной мере обусловлена качеством подводимой электроэнергии. Сами ЭС (при прочих равных условиях) должны иметь минимальные издержки. Все это связано с правильно проводимой эксплуатацией, а также с рациональным взаимодействием энергосистем и потребителей электроэнергии.
Электроэнергетические системы представляют собой сложный комплекс элементов, сочетания которых образуют подсистемы, входящие, в свою очередь, в подсистемы большей сложности и в итоге в энергосистемы, обслуживающие территории страны. В территориальном плане они образуют различные подсистемы: сетевые участки, включающие электрические сети и местные подстанции; сетевые предприятия, состоящие из ряда участков и более крупных объектов, имеющих общетерриториальное значение; районные энергосистемы, включающие сетевые предприятия, крупные подстанции и электростанции; объединенные энергосистемы, обслуживающие регионы страны и включающие несколько районных энергосистем единая энергосистема, состоящая из объединенных энергосистем. Таким образом, электроэнергетика имеет иерархическую структуру. Каждый уровень иерархии имеет существенно различающиеся особенности и свойства, которые должны учитываться в процессе эксплуатации. В соответствии с этим задачи эксплуатации также имеют иерархическую структуру.
Эксплуатация электрических систем, являющихся главной частью энергетического комплекса, постоянно совершенствуется. Для достижения более быстрого прогресса в этой области необходимо осмысление всей иерархической структуры задач, включая задачи как эксплуатации элементов, так и объединенных энергосистем. Именно такова структура материала, изложенного в настоящем учебном пособии (рис. В.1).
Для уяснения целей функционирования электроэнергетических систем в гл. 1 рассматриваются аспекты, связанные с потреблением электроэнергии. Суммарное потребление электроэнергии различными территориями характеризуется определенным его изменением во времени — графиками нагрузок. Для обеспечения нормального функционирования энергосистем энергетические мощности должны соответствовать ожидаемому потреблению энергии. Для этого необходимо прогнозирование графиков нагрузки. При этом рассматриваются методы прогнозирования и управления графиками нагрузок для соблюдения народнохозяйственных интересов, а также выявляются сезонные периодичности изменения графиков, в пределах которых мощности энергоустановок можно снизить для проведения их ремонтов. В гл. 1 также рассматриваются методы подготовки оборудования к ремонту.
Главы 2 и 3 посвящены эксплуатации элементов ЭЭС. В гл. 2 рассмотрены характеристики энергетических установок электростанций в статике и динамике. Изложены такие формы эксплуатации, как режим скользящих параметров пара, управление турбинами в режиме «до себя», а также требования к много- и малоцикловому изменениям режимов турбин, исходя из температурных напряжений элементов конструкции. В главе рассматриваются и другие вопросы, существенные для понимания эксплуатации, но мало известные большинству персонала.
В гл. 3 излагаются вопросы эксплуатации элементов электрических систем. Показано, что наиболее существенными проблемами в области эксплуатации трансформаторов являются их нагрузочная способность, перевозбуждение магнитопроводов и использование устройств переключения ответвлений для управления коэффициентами трансформации. Рассматривается также эксплуатация выключателей, в том числе определение
использованного ресурса для уменьшения числа их выводов из работы при проведении ревизий. В главе изложены как теоретические основы требований эксплуатации, так и технические средства, разработанные для этого.
Распределительные электрические сети — это сложное сочетание сети, трансформаторов и коммутационных аппаратов, к эксплуатации которых предъявляются определенные требования, обусловливающие нормальную работу электроприемников. Требования к эксплуатации распределительных сетей в нормальных режимах рассмотрены в гл. 4.
Требования к эксплуатации распределительных сетей в аварийных режимах, определяющие надежность электроснабжения, рассматриваются в гл. 5. В главе уделяется внимание анализу статистики повреждений, компенсации емкостных токов при замыканиях фазы сети на землю, а также методам поиска мест повреждения, использующим для этого технические средства и оптимальные стратегии. Приводятся также соображения об организации работы аварийных бригад.
Гл. 6 посвящена вопросам качества электрической энергии. В ней рассмотрены причины, вызывающие ухудшение показателей качества электроэнергии, и средства, с помощью которых могут быть улучшены эти показатели.
Рис. ВЛ. Структура изложения материала
Эксплуатация распределительных устройств (РУ) рассматривается в гл. 7. Здесь дана классификация РУ, имеющая важное значение при дипломном проектировании. Так как схемы некоторых РУ в процессе эксплуатации выбираются исходя из соображений надежности, изложены некоторые положения теории надежности, которые автор включил в пособие в связи с отсутствием в некоторых вузах этой дисциплины. В главе рассматриваются также вопросы программирования оперативных переключений, так как опираться на запоминание в оперативной работе нецелесообразно. Приведены основные материалы о размещаемых в РУ средствах определения мест повреждения на линиях электропередачи.
В гл. 8, посвященной эксплуатации электростанций, рассматриваются главные проблемы обеспечения надежного питания собственных нужд тепловых и атомных электростанций. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что на электростанциях наблюдаются некоторые стандартные ошибки персонала, которые могут привести либо к остановке электростанций, либо к тяжелым повреждениям ответственного оборудования. В главе рассмотрены возможности создания блокировок от неправильных действий персонала для выявленных стандартных ситуаций.
Задачи, связанные с уменьшением расхода энергии на передачу, рассматриваются в гл. 9. Здесь показано, что стремление снизить расход энергии на передачу в большинстве случаев одновременно улучшает качество электроэнергии и повышает надежность работы электрических систем. В главе приведена структура этого расхода: нагрузочные потери, расход на вращение агрегатов в режиме синхронных компенсаторов (СК) и потери на коронный разряд линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Показаны возможности оптимального выбора числа агрегатов, работающих в режиме СК, и технические средства определения потерь на корону для определения констант описания короны, вводимых в оптимизационные модели.
Эксплуатация энергосистем (районных и объединенных) в основном связана с надежностью их функционирования. Здесь основная опасность заключается в возможности возникновения аварий каскадного (лавинного) типа. Персонал практически не может предотвратить их возникновение, а в случае появления уже не успевает что-либо предпринять для локализации аварий. Поэтому наиболее радикальное эксплуатационное решение сводится к созданию многоэшелонной системы противоаварийного управления. Эта система должна выполнить три задачи: 1) предупредить возникновение каскадных аварий; 2) в случае их появления локализовать развитие процесса; 3) осуществить функцию автоматического восстановления режима работы. Только в этом случае каскадные аварии самоликвидируются, а их длительность не превышает двух-трех минут. Вот этим вопросам и посвящена гл. 10.
Оптимальные решения в области эксплуатации можно выбрать лишь с учетом свойств персонала: быстродействия, способности к запоминанию, умения осуществлять выбор правильного решения из многих возможных и т. д. Свойствам персонала, участвующего в эксплуатации ЭЭС, посвящена гл. 11, в которой приведены сведения, позволяющие избежать переоценки возможностей персонала. Эти сведения необходимы для выбора правильного соотношения между машинными и человеческими функциями, а также выбора формализованных методов, которые, с одной стороны, требуют программируемых форм организации труда, а с другой — эвристики. Эта глава может быть полезна и для постановки работы оперативного персонала в ЭЭС и представляет собой подборку материалов из многочисленных источников.
