НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ И ИХ ОБОРУДОВАНИЯ
Под общей редакцией Ю. Н. Руденко В четырех томах
НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
СПРАВОЧНИК
Под редакцией Μ. Н. Розанова
Том 2
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 2000
Справочник: В 4-х т./ Под общ. ред. Ю. Н. Руденко. Т. 2.
Приводятся методы оценки и оптимизации надежности обеспечения энергоресурсами, генерирующей мощностью и электрическими сетями, а также генерирующего оборудования, линий электропередачи, трансформаторов и коммутационной аппаратуры для управления развитием и эксплуатацией ЭЭС. Излагаются методы определения ущерба потребителей при нарушении электроснабжения и нормативы надежности ЭЭС.
Для специалистов ЭЭС, проектных и научно-исследовательских организаций, студентов и аспирантов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая читателям книга является вторым томом четырехтомного справочника ’’Надежность систем энергетики и их оборудования”. В первом томе ’’Общие модели анализа и синтеза надежности”, изданном в 1994 г. [1], дана характеристика рассматриваемых систем энергетики (электро-, газо-, нефте-, тепло- и водоснабжения) включая их основное оборудование, описаны общие методы и математические модели, предназначенные для исследования надежности этих систем и формирования решений по ее обеспечению, рассмотрены вопросы создания информационной и нормативной базы надежности систем энергетики. Предложенные методы и математические модели опираются на общность свойств технологически различных систем энергетики. Кроме того, в первом томе приведены некоторые математические модели решения задач надежности энергетического комплекса в целом как совокупности специализированных систем энергетики.
Во втором томе рассматриваются методы и математические модели, ориентированные на формирование решений по обеспечению надежности при планировании развития, проектировании и эксплуатации электроэнергетических систем (ЭЭС) и их оборудования. Книга по существу состоит из трех частей. В первой (разд. 1-5) излагаются методы оценки и оптимизации надежности ЭЭС по трем ее составляющим - энергоресурсы, генерирующая мощность, электрические сети (системообразующие и распределительные). Вторая часть (разд. 6-9) посвящена оборудованию ЭЭС. В ней рассматриваются задачи надежности, связанные с проектированием и эксплуатацией генерирующих агрегатов электростанций, линий электропередачи, коммутационной аппаратуры и трансформаторов. В третьей части приводятся методы определения ущерба потребителей при нарушениях электроснабжения, необходимого для оптимизации надежности (разд. 10) и действующие нормативы надежности (разд. 11).
Данный том справочника составили: Н.И. Воропай (§ 4.5), Г.П. Гладышев (участие в подготовке § 6.1, 6.4, 6.5), Т.В. Дзюбина (разд. 2), Г.Ф. Ковалев (разд. 11), С.С. Кустов (разд. 9), Э.А. Лосев (§ 5.2), И.В. Недин (§ 5.1, 5.3), Μ. Н. Розанов (разд. 1, 2, § 3.1, 3.2, 3.4, 4.1-4.4), В.В. Тисленко (§ 5.4), Р.Я. Федосенко (разд. 7), Г.А. Федотова (§ 3.3), В.А. Цветков (разд. 6), Е.М. Червонный (§ 10.5-10.9), Н.В. Шилин (разд. 8), В.И. Эдельман (§ 10.1-10.4).
Авторы выражают свою признательность Ф.И. Синьчугову за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи, учет которых позволил заметно улучшить ее содержание. Авторы благодарят также Н.П. Рукину за большую работу по подготовке рукописи к публикации.
Авторы
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1. ДЕКОМПОЗИЦИЯ ЗАДАЧ НАДЕЖНОСТИ
При решении задач анализа и синтеза надежности при управлении развитием и эксплуатацией электроэнергетических систем [1] необходимо учитывать отказы, приводящие к нарушению электроснабжения и недоотпуску электроэнергии потребителям и обусловленные следующими причинами:
дефицитом электроэнергии из-за недостатка энергоресурсов, например, вследствие серии маловодных лет или холодных зим, приведших к срабатыванию многолетних запасов, требующим лимитирования потребления электроэнергии;
дефицитом мощности в Единой ЭЭС (ЕЭЭС) страны или в ее отдельной объединенной ЭЭС (ОЭЭС) из-за аварийного простоя генерирующих агрегатов или превышения потребления над прогнозом нагрузки при ограниченной пропускной способности связей между ОЭЭС, не вызывающим нарушения устойчивости параллельной работы ОЭЭС, но либо требующим ограничения электропотребления по указанию диспетчерских управлений, либо приводящим к снижению частоты, что также сопровождается уменьшением потребления электроэнергии;
автоматическим отключением потребителей для предотвращения нарушения устойчивости по основной сети ОЭЭС или межсистемным связям ЕЭЭС, т. е. для предотвращения развития аварии при коротких замыканиях на линиях, аварийных отключениях мощных блоков и т. д.;
автоматическим отключением потребителей при снижении частоты в аварийно отделившихся дефицитных частях системы;
прекращением электроснабжения потребителей или недопустимым снижением напряжения при аварийных отключениях линий распределительной сети, а также при их плановых ремонтах в нерезервированных сетях;
кратковременными перерывами (обусловленными действием защит и автоматики) или глубокими снижениями напряжения при авариях в распределительной сети, а также в основной сети, если от нее непосредственно осуществляется электроснабжение потребителей, приводящими к нарушению работы электроприемников.
Эти причины отказов ЭЭС и должны учитываться соответствующими методами расчета надежности. Анализ причин отказов позволяет выделить три составляющие надежности, обеспечивающие удовлетворение спроса потребителей на электроэнергию, а именно [3]:
обеспеченность энергоресурсами (запасами);
обеспеченность мощностью (производительностью);
обеспеченность электрическими сетями — основными системообразующими и распределительными как общего назначения, так и специализированными (системы электроснабжения промпредприятий, городов и сельскохозяйственного назначения).
Такое деление положено в основу декомпозиции задач расчетной оценки надежности ЭЭС, рассматриваемых в последующих разделах справочника.
Задачи надежности решаются как при управлении развитием, так и при управлении функционированием ЭЭС для временных уровней, принятых в соответствующих автоматизированных системах проектирования и диспетчерского управления [1].
Очевидно, что для надежного электроснабжения потребителей ЭЭС должна быть обеспечена энергоресурсами - топливом для тепловых электростанций (ТЭС) и водой для гидроэлектростанций (ГЭС). При управлении развитием здесь возникают задачи определения средней потребности в топливе, производительности поставщиков, емкости складов для многолетних запасов топлива. Кроме того, при планировании развития ЭЭС, содержащих гидроэлектростанции, оценка надежности обеспечения энергоресурсами необходима для выбора установленной мощности тепловых электростанций. В рамках эксплуатации на этих расчетах надежности должно основываться планирование поставок топлива, а в дефицитных условиях - лимитирование электропотребления. Повышение качества оценки надежности возможно за счет использования прогнозов притока воды в водохранилища ГЭС на год и на пятилетие при решении эксплуатационных задач и на 15-20 лет - для проектных.
Надежность электроснабжения по второй составляющей обеспечивается резервом мощности генераторов электростанций. При управлении развитием должны определяться его оптимальная величина в ЕЭЭС и распределение по ОЭЭС, а в условиях функционирования должны выделяться его ремонтная и включенная составляющие.
И, наконец, исследования надежности по третьей составляющей необходимы для выбора и определения пропускной способности основных системообразующих сетей включая межсистемные связи распределительных сетей ЭЭС, питающих узлы нагрузки, и систем электроснабжения промышленных предприятий, сельскохозяйственных и городских сетей.
Для решения всех этих задач используются методы расчета надежности - балансовой, структурной (схемной) и режимной. Методы балансовой надежности позволяют оценить степень удовлетворения спроса на электроэнергию, методы структурной надежности — вероятности различных состояний групп элементов ЭЭС (генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и коммутационной аппаратуры распределительных устройств), методы режимной надежности - учесть пропускные способности электрических сетей.
