ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

ТЕМА 1. Загальна характеристика вузлів навантажень

1.1 Загальна характеристика електроприймачів

До характерних груп електроприймачів належать:

1)Силові приводи загальнопромислових агрегатів (компресорів, вентиляторів, насосів, підіймально-транспортних механізмів). Режим роботи – тривалий, потужність окремого агрегату від кількасот Вт до тисяч кВт при напрузі 0,22–10 кВ. В електроприводі потужних агрегатів переважають синхронні двигуни, які працюють із випереджувальним cosϕ. Підіймально-транспортні механізми працюють у повторно-короткочасному режимі, для якого характерними є різкі зміни (поштовхи) навантаження.

2)Приводи виробничих механізмів (прокатних станів, дробарок, млинів, верстатів). Режим роботи – тривалий, для прокатних станів характерними є великі поштовхи навантаження. Потужність окремих агрегатів від часток кВт до сотень і тисяч кВт. В електроприводі потужних агрегатів застосовуються як синхронні, так і асинхронні двигуни. Нерідко застосовуються потужні електродвигуни постійного струму в поєднанні з потужними випростувачами.

3) Електричні освітлювальні устави.

Це – однофазне навантаження, що

вносить

несиметрію

у

загальне

навантаження

вузла.

Однак,

шляхом

M S

M A

Zст

рівномірного

розподілу

цього

навантаження між фазами, її

можна

Рис. 1.1. Комплексна розрахункова

практично

повністю

усунути. Для

модель навантаження.

освітлювального

навантаження

характерними є відсутність різких змін потужності та залежність від географічного розташування об'єктів освітлення, пори року та часу доби.

4) Перетворювальні пристрої. Вони призначені для перетворення змінного трифазного струму у випрямлений або у трифазний чи однофазний струм зниженої чи підвищеної частоти порівняно з промисловою 50 Гц. Існує багато

3

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

типів перетворювальних пристроїв, які застосовують для живлення електродвигунів приводу машин та механізмів, електролізних ванн, промислового електричного транспорту, електрофільтрів, електрозварювальних та індукційних пристроїв, тощо. Потужність пристроїв цієї групи від сотень кВт до тисяч кВт.

5) Електротехнологічні устави. Електроприймачі цієї групи поділяють на електротермічні, електрозварювальні, електролізні, електрофізичної та електромеханічної обробки матеріалів, електроаерозольної технології. Робота цих приймачів у залежності від типу та призначення супроводжується різкими змінами активної та реактивної потужностей. У поєднанні зі суттєвою нелінійністю характеристик їх елементів електротехнологічні устави помітно впливають на статичну та динамічну стійкість синхронних та асинхронних електродвигунів вузла, а також на стійкість електропостачальної системи в цілому.

Урозрахунках стійкості вузлів навантаження, в залежності від умов завдання на дослідження, кожний конкретний вузол навантаження можна представляти у вигляді різних розрахункових моделей.

Увипадках, коли навантаження не має чітко визначеної специфіки застосовують спрощені види моделей, наприклад, комплексну розрахункову модель навантаження у вигляді найпростішої одновузлової схеми (рис.1). Така модель дозволяє відтворити основні особливості електромеханічних перехідних процесів електродвигунів і врахувати вплив інших електроприймачів. Комплексні розрахункові моделі навантаження містять еквівалентні схеми синхронних та асинхронних електродвигунів, а також статичне навантаження.

Під статичним навантаженням Zст розуміють навантаження, що складається з таких електроприймачів, у яких відсутнє обертове магнітне поле, а саме: електричне освітлення, електротехнологічні устави, комунально-побутові прилади, батареї конденсаторів, електрична ємність повітряних та кабельних

ліній, активні та індуктивні опори елементів, у яких відбуваються втрати відповідної потужності.

4

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

Відповідно до розрахункових умов конкретний склад кожного з еквівалентних елементів моделі може змінюватись. Наприклад, можуть бути взагалі відсутніми синхронні двигуни, батареї конденсаторів тощо. У залежності від складу асинхронного навантаження вузла, що моделюється, групи асинхронних двигунів із близькими параметрами можуть подаватися двома й більше еквівалентними двигунами. Теж саме стосується інших елементів вузла. Такі моделі називають багатоелементними. Застосування таких моделей підвищує точність математичного та фізичного моделювання. Іншими словами, чим більше розрахункова модель наближується до натурного зразка, тим вища точність моделювання об'єкта, звідки випливає, що абсолютно точною моделлю є натурний об'єкт, що моделюється.

Однак, проводити експериментальні дослідження на складному діючому об'єкті, як правило, не вдається й тому, звичайно, під час фізичного моделювання об'єкту дослідники вимушені обмежуватись мінімальною кількістю модельних елементів, виходячи з можливостей конкретного лабораторного устаткування.

1.2Режими електропостачальних систем промислових підприємств

Укожний момент часу електропостачальна система знаходиться в певному стані, який можна характеризувати множиною параметрів її елементів та координат режиму. Вони мають певні кількісні значення. Розрізняють параметри елементів і координати режиму.

Параметри елементів – це параметри елементів енергетичної системи (номінальні потужності та напруги пристроїв, перерізи та довжини ЛЕП, резистанси, ємності, індуктивності, тощо). Параметри елементів є незмінними (або залежними від координат режиму), коли мова йде про експлуатацію існуючих систем. Вони є керованими на етапі проектування та розвитку енергосистем.

Координати режиму - це поточні значення показників режиму ЕПС, зафіксовані в даний момент часу. Вони поділяються на технологічні (рівні вод на ГЕС, витрати пари та охолоджувальної води на ТЕС) та електричні (напруги,

5

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

активні та реактивні потужності вузлів, струми ліній, коефіцієнти трансформації трансформаторів, тощо).

Розрізняють нормальні та аварійні режими. Перехід з одного стану в інший називається процесом. Він може відбуватись під дією сигналів керування або якихось зовнішніх збурень.

Таким чином, режими енергосистеми - це сукупність станів та процесів переходу з одного стану в інший. Розрізняють такі характерні режими ЕПС: нормальний робочий режим, максимальний, мінімальний і післяаварійний режими. Тобто, неперервне функціювання системи може бути представлене з достатньою точністю у вигляді набору характерних режимів з метою керування нею чи для проектування нових енергосистем.

Режими системи електропостачання як підсистеми визначаються режимами енергосистем і виробництва. В залежності від характеру технологічного процесу (неперервного, циклічного, позмінного, залежного чи незалежного від сезонності протягом року) виробництво задає режим навантажень. З боку енергосистеми на координати режиму електропостачання впливають:

•зміна потужностей джерел живлення, пов’язана з балансом активних потужностей і відхиленнями частоти;

•рівень напруги, пов’язаний з балансом реактивних потужностей;

•короткі замикання й порушення стійкості в енергосистемах.

Аналогічно до енергосистем у системах електропостачання промислових підприємств розрізняють такі режими:

•нормальний усталений режим з параметрами, що лежать у нормованих рамках;

•нормальний перехідний процес, пов’язаний з експлуатаційними змінами схеми електропостачання підприємства чи схеми енергосистеми;

•аварійний перехідний процес з різкою зміною параметрів внаслідок аварійних змін у схемі енергосистеми живлення чи в схемі електропостачання підприємства;

6

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

•післяаварійний усталений режим, що виникає як наслідок аварійного перехідного процесу після вимикання частини елементів схеми енергосистеми

чи схеми електропостачання підприємства.

До нормально усталеного режиму відноситься також різко змінний режим роботи таких споживачів, як прокатні стани, дугові електропечі та інші, що викликає коливання напруги, а при малій потужності джерел живлення – і коливання частоти. Розрахунок координат зазначених режимів є необхідним для забезпечення нормативних вимог, які встановлені ПБЕ, оптимізації роботи електропостачальних систем за мінімумом втрат енергії, забезпечення резервування та інших вимог.

До аварійних перехідних процесів, зумовлених системними аваріями, відносяться короткі замикання в системі, які супроводжуються короткочасними зниженнями напруги в центрі живлення та в самій системі електропостачання підприємств. Ці зниження напруги викликають вимкнення магнітних пускачів та контакторів, що може призвести до великих збитків, якщо не будуть вжиті заходи для збереження у роботі відповідних споживачів. Від аварійних режимів у енергосистемі, пов’язаних зі зниженням частоти за дефіциту активної потужності, система електропостачання не має захисту. Однак, ліквідацію цих режимів можна значно прискорити шляхом вимкнення частини споживачів засобами автоматичного частотного розвантаження (АЧР). Вибір споживачів, вимкнення яких засобами АЧР буде найменш збитковим, складає важливу частину розрахунків параметрів такого режиму.

У деяких випадках для запобігання зниженню частоти за дефіциту потужності в енергосистемі можливе зниження навантаження підприємства шляхом вимкнення частини споживачів за розпорядженням людини – диспетчера енергосистеми.

Розрахунок координат післяаварійного усталеного режиму зводиться до визначення допустимих перевантажень трансформаторів і мереж, які обмежують потужність навантажень споживачів. Визначення координат режимів та їх підтримання здійснюється диспетчерською службою головних енергетиків промислових підприємств.

7