Современные энергосистемы характеризуются высоким уровнем надежности ее работы. С учетом прогноза потребности народного хозяйства в электроэнергии опережающе вводятся генерирующие мощности, развиваются электрические сети, предусматриваются аварийные резервы мощности и запасы топлива, а системная автоматика обеспечивает статическую и динамическую устойчивость энергосистемы. Однако несмотря на высокую надежность работы энергосистем могут возникнуть условия, при которых невозможно обеспечить электроснабжение всех потребителей и приходится вводить ограничения по мощности и электроэнергии. Основными причинами таких ситуаций являются крупные системные аварии, связанные с нарушением устойчивости всей энергосистемы, разделением систем на ряд несинхронно работающих частей и приводящие к нарушению баланса активных мощностей.
Необходимость введения ограничений может возникнуть в результате ошибок в прогнозировании спроса мощности (особенно в часы максимальной нагрузки энергосистемы) и электроэнергии, отставания ввода топливных баз, а также из-за стихийных явлений, вызывающих повреждения линий электропередачи, перерыв транспорта топлива и т. д. Если в этих условиях не будут введены ограничения и отключение части потребителей, может наступить развал всей энергосистемы с длительным прекращением электроснабжения всех потребителей. Поэтому разработка специальных, заранее подготовленных мероприятий, связанных с возможными ограничениями и отключениями, является необходимым условием безаварийной эксплуатации энергосистем.
Возможно составление следующих графиков: а) ограничения потребления электроэнергии при недостатках топлива или гидроресурсов; б) ограничения нагрузки потребителей при недостатке электрической мощности; в) отключения потребителей по линиям от питающих центров энергосистемы или от приемных подстанций потребителей при явной угрозе возникновения аварии из-за внезапно образовавшегося недостатка мощности в энергосистеме и уменьшении частоты ниже 49,5 Гц, когда нет времени для введения в действие графиков ограничения нагрузки потребителей; г) автоматической частотной разгрузки для предотвращения и ликвидации системных аварий из-за снижения частоты при больших дефицитах мощности в энергосистеме; д) местной разгрузки для отдельных узлов или районов энергосистем исходя из возможного возникновения недостатка мощности при выделении их на раздельную работу.
При составлении графиков ограничений и отключений потребителей учитываются их государственное и хозяйственное значение, технологические особенности производства, схемы электроснабжения потребителей. По каждой энергосистеме составляются списки потребителей и приемников электроэнергии, не подлежащих отключению. Потребители располагаются в графиках ограничения и отключения в порядке ответственности — сначала наименее ответственные, затем более ответственные. По всем потребителям, подлежащим включению в графики ограничения и отключения, энергосбытом совместно с потребителем составляется двусторонний акт о размерах технологической и аварийной брони электроснабжения. Технологической броней электроснабжения считается та мощность (расход электроэнергии), которая обеспечивает предприятию завершение технологического процесса, цикла производства. При определении технологической брони электроснабжения определяется время, необходимое предприятию для завершения технологического процесса, цикла производства, по истечении которого можно отключить соответствующие приемники электроэнергии. Аварийной броней электроснабжения считается наименьшая мощность (расход электроэнергии), обеспечивающая при частичной или полной остановке предприятия сохранность оборудования, безопасность жизни людей, сохранение аварийного и охранного освещения, вентиляции, водоотлива, водоснабжения, отопления, средств пожарной безопасности.
Современные промышленные предприятия являются крупными потребителями электроэнергии со сложной системой электроснабжения, с большим числом распределительных устройств, трансформаторных подстанций, разветвленной электрической сетью. В таких системах возможно возникновение аварийных ситуаций независимо от работы энергосистемы, при которых потребуется введение ограничений по мощности и электроэнергии всего предприятия или части установок и приемников электроэнергии. Поэтому энергетические службы таких промышленных предприятий должны разрабатывать соответствующие графики ограничения и отключения.
Если потребитель при авариях в энергосистеме заранее извещен о необходимости ограничения, то он может принять меры, обеспечивающие снижение потерь, возникающих при отключении электроснабжения. Ущерб в этом случае соответствует ущербу при отключении с предварительным предупреждением. В некоторых случаях можно сохранить в работе все или часть приемников электроэнергии, но при сниженном электропотреблении. Большими возможностями по снижению электропотребления обладают электротермические установки. Так, карбидные или ферросплавные печи без особых затруднений позволяют вести процесс при сниженной мощности. Потери потребителей при этом определяются ухудшением технико-экономических показателей соответствующих электроприемников и недовыпуском продукции.
Отклонение показателей качества электроэнергии от стандартных значений. При проектировании приемников электроэнергии и технологических процессов предполагается, что качество электроэнергии, поставляемое энергосистемами, отвечает требованиям, предусмотренным ГОСТ. Отступление качества электроэнергии от стандартных параметров приведет к нарушению нормальной работы приемников электроэнергии и технологических процессов. На IV Всесоюзном совещании по качеству электроэнергии (1978 г.) широко освещались вопросы влияния низкого качества электроэнергии на работу различных приемников электроэнергии, потерь, возникающих при этом, и пути повышения ее качества. Отмечалось, что в одной из энергосистем мощные преобразовательные подстанции, несимметричные и ударные нагрузки (алюминиевые заводы, химическое производство, электротермия, электрифицированный железнодорожный транспорт, прокатные станы и др.) значительно повысили несинусоидальность напряжения и несимметрию в энергосистемах выше пределов, регламентируемых ГОСТ. Особенно возрастает влияние таких нагрузок на качество электроэнергии, когда они непосредственно подключены к сетям 110, 220 и 330 кВ.
Тиристорные преобразователи алюминиевых заводов являются мощными генераторами в основном 11-й и 13-й гармоник, а тяговые нагрузки электрифицированного железнодорожного транспорта, имеющего однофазное питание на переменном токе, генерируют в сеть в основном 5-ю и 7-ю гармоники. Это приводит к повреждению электротехнического оборудования (например, статических конденсаторов), расстройству электроснабжения ряда потребителей, росту потерь в сетях, значительному экономическому ущербу. В ряде случаев, кроме того, высшие гармоники вызывают неправильную работу устройств релейной защиты и автоматики, ложную работу различных блокировок.
С развитием электротяги возрастает несимметрия напряжения в питающей сети, поскольку нагрузка по фазам зависит от графика движения поездов. Так как к линиям электропередачи, питающим тяговые подстанции, обычно присоединены и другие потребители (сельскохозяйственные электродвигатели насосных станций нефте- и газопроводов, экскаваторы угольных разрезов и др.), то снижение качества электроэнергии отражается на их работе. Возросшие токи утечки из-за уменьшения емкостного сопротивления гирлянд изоляторов для напряжения высших гармоник могут привести к возгоранию траверс деревянных опор воздушных линий электропередачи, из-за снижения емкостного сопротивления для высших гармоник увеличивают уровень наведенных напряжений на заземленные линии, на которых ведутся ремонтные работы.
Экспертные оценки воздействия электроэнергии низкого качества показывают, что народнохозяйственный ущерб, вызванный отклонением частоты и напряжения, несимметрией напряжения и высшими гармоническими напряжениями, составляет в год около 2 млрд. руб. на 1000 млрд. кВт-ч использованной электроэнергии низкого качества, или в среднем 0,5 коп/(кВт-ч).
