НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
1. Исходные положения
Основным назначением электрических систем в целом и в частности электрических сетей является обеспечение достаточно обоснованного надежного электроснабжения потребителей. Перерыв электроснабжения вообще является нежелательным, а в ряде случаев может привести к весьма неприятным последствиям — нарушению нормального функционирования установок связи и транспорта, технологических процессов промышленных предприятий, нормальных условий жизни и деятельности населения. В связи с этим могут иметь место аварии на транспорте, порча ценного оборудования и брак продукции на промышленных предприятиях и т. п. Для предотвращения этого при проектировании и эксплуатации электрических сетей и систем принимают специальные меры для улучшения работы всех их элементов и повышения надежности электроснабжения потребителей. Очевидно, что эта мероприятия требуют вложения дополнительных материальных и .денежных средств на сооружение резервных элементов, применения специальных устройств защиты и автоматики, более тщательного надзора за работой электроустановок в период их эксплуатации и т. д.
Естественно, что вопросы обеспечения надежности электроснабжения необходимо решать в зависимости от типа потребителей, характера местных условий и т. п. Эти вопросы регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [Л. 34]. Для менее ответственных потребителей, у которых это не связано с тяжелыми последствиями, разрешается иногда иметь перерыв электроснабжения. Однако такие перерывы не должны быть длительными и не должны повторяться часто. Особо ответственные потребители, прекращение питания которых может привести к опасности для жизни людей и аналогичным явлениям, не должны иметь перерыва в электроснабжении. Для прочих потребителей вопрос об обеспечении необходимой степени надежности электроснабжения решается на основании соответствующего технико-экономического анализа (см. гл. 6).
При этом оценивается экономическая соразмерность дополнительных за- трат на повышение надежности работы элементов системы и народнохозяйственного ущерба, получаемого при отсутствии указанных дополнительных мероприятий. В связи с этим особое значение имеют мероприятия по повышению надежности не требующие значительных дополнительных затрат. К ним, в частности, относится применение устройств защиты и автоматики, стоимость которых значительно меньше стоимости резервных элементов сети. Такие мероприятия должны быть использованы в первую очередь.
При оценке надежности электроснабжения следует различать необходимый резерв, который должен быть обеспечен на электростанциях и в электрической сети. Следует иметь в виду, что эти два вида резерва взаимно связаны: имеющийся на электростанции резерв в генераторной мощности не сможет быть реализован, если пропускная способность соответствующей сети будет недостаточной, и наоборот. Резерв мощности на электростанциях необходим в связи с особенностями производства электроэнергии. При увеличении нагрузки потребителей должна быть увеличена мощность источников питания и наоборот. Практически в настоящее время электроэнергия не может быть запасена заранее. Исключение составляют некоторые новые типы электроустановок, например гидроаккумулирующие электростанции, которые должны получить определенное развитие в будущем. Однако мощности этих установок будут, по-видимому, относительно небольшими. Таким образом, в электрической системе в целом и в отдельных ее узлах в любой момент времени должен быть обеспечен баланс генерируемой и потребляемой мощностей. Во всех режимах также должен иметься определенный резерв мощности, реализуемый при соответствующем росте нагрузок.
Кроме резерва мощности на электростанциях системы должен также иметься резерв по энергии. Это значит, что следует рассматривать работу электрической системы не только для отдельных режимов, но и за длительный период, например за год. При этом на ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС— запас гидроэнергии. Например, на ГЭС с небольшим объемом водохранилища имеющийся годовой запас воды может обеспечить круглосуточную работу части генераторов с неполной нагрузкой или работу всех генераторов с полной нагрузкой в течение нескольких часов ежесуточно. В этих условиях вопрос о целесообразных режимах работы дайной ГЭС должен решаться с учетом получения наибольшей экономической эффективности работы всех электростанций и сетей системы за длительный период.
При оценке величины необходимого резерва следует учитывать не только нормальные режимы работы, но также послеаварийные и ремонтные режимы. Все элементы системы должны периодически отключаться для проведения профилактических или планово-предупредительиых, а также капитальных ремонтов. Эти отключения производятся по специальному плану. Ремонты генераторов приурочиваются к режимам меньших нагрузок, например, в летний период. Для предотвращения отключения потребителей при ремонтах электрических сетей необходимо предусматривать резерв по сети, т. е. наличие резервных линий и трансформаторов.
Помимо учета отключений элементов системы для ремонтов необходимо иметь в виду, что каждый элемент системы — генератор, линия, трансформатор, выключатель и т. п., в процессе эксплуатации может быть поврежден. Эти повреждения связаны прежде всего с внешними условиями работы линий и оборудования — климатическими, наличием атмосферных и коммутационных перенапряжений, возможностью механических повреждений и др. Кроме того, следует считаться с наличием внутренних дефектов, полученных при изготовлении или монтаже, вследствие старения изоляции за длительный период работы оборудования и т. п. (см. § 5-2).
При повреждении какого-либо элемента в электрической сети или системе в целом возникают быстропротекающие переходные процессы (они изучаются в специальных курсах). При этом параметры режима значительно отличаются от допустимых. Это затрудняет или делает невозможной работу ЭП, оборудования сети и т. п. В связи с этим поврежденные элементы должны быть возможно быстрее обнаружены и отключены на период устранения повреждений. Период аварийного ремонта может исчисляться несколькими часами, необходимыми, например, для замены повреждений гирлянды изоляторов ВЛ. Иногда аварийный ремонт может длиться несколько суток или даже недель, например при пробое изоляции обмоток трансформатора или генератора. Для обеспечения электроснабжения потребителей при этом также должны использоваться резервные элементы.
Задачи выявления и отключения поврежденных элементов, включения резервных элементов и производства некоторых дополнительных операций по изменению схем сети и т. п. должны обеспечиваться устройствами защиты и автоматики. При их правильной, четкой и быстрой работе может в значительной степени снизиться продолжительность перерывов электроснабжения потребителей в случаях повреждений элементов сетей и систем.
Практически вопросы повышения надежности электроснабжения потребителей решаются в двух аспектах. При проектировании электрических сетей (с.м. § 5-4) на основании технико-экономического анализа выбираются схемы соединений линий. При этом учитываются особенности схем станций и подстанций, вероятность повреждения отдельных элементов системы, формулируются требования к устройствам защиты и автоматики, применяются соответствующие меры по обеспечению необходимой координации изоляции линий и оборудования подстанций.
При эксплуатации электрических сетей (см. § 5-5) проводятся контроль за состоянием оборудования и профилактические испытания его изоляции, а также своевременные планово-предупредительные и капитальные ремонты, принимаются меры к возможно более быстрому отысканию поврежденных участков сети и устранению повреждений.
