 |
Изменения частоты в эксплуатации. Причины и следствия
|
|
|
|
Необходимость уменьшения колебания частоты. Угловые скорости вращения генераторов могут считаться постоянными только приближенно. Следовательно, в любой системе колебания частоты, имея случайный характер, происходят вокруг номинальной частоты.
Чтобы судить о необходимости регулирования частоты в системе, необходимо знать, какие нарушения в работе потребителей может вызвать колебание частоты, с одной стороны, и в работе системы, с другой стороны.
Если бы удалось экономически оценить значимость этих нарушений, то можно было бы определить и затраты, с которыми связано обеспечение рентабельности регулирования. В действительности это сделать не удается, но становится очевидным, что последствия изменений частоты имеют неодинаковую значимость в различных областях.
Влияние на потребителей. Пассивные нагрузки нечувствительны к изменениям частоты, а на работу различных типов двигателей, приводящих во вращение машины с разными характеристиками, колебания частоты оказывают влияние. Так, изменение их мощности зависит от изменения вращающего момента в функции их скорости, поскольку Р= Сох
Для каждого типа вращающейся нагрузки можно определить коэффициент влияния /спотр — отношение относительного изменения требуемой мощности к относительному изменению частоты:
(4.1)
Если предположить, что напряжение на зажимах потребителя поддерживается постоянным, то можно составить табл. 4.1.
При учете удельного веса различных типов потребителей в их общем количестве, а также доли пассивных нагрузок (для которых Агпотр= 0) в общей нагрузке сети средний коэффициент влияния АП01р= =1,5 -^2,0.
Таблица 4.1. Величины коэффициентов влияния в зависимости от типов потребителей
|
|
|
| Тип потребителей | Основные промышленные потребители | Коэффициент ВЛИЯНИЯ ^'цотр 1 |
| Двигатели, приводящие во вращение машины с постоянным вращающим моментом | Угольная промышленность. Металлургия | 1,0 |
| Двигатели вентиляторов. Синхронные двигатели. Асинхронные двигатели | То же | 3,0 |
| Двигатели центробежных насосов. Синхронные двигатели. Асинхронные двигатели | Угольная промышленность | 3-10,0 |
| Преобразовательные группы с регулированием постоянного напряжения | Электрохимия | |
| Преобразовательные группы без регулирования постоянного напряжения | Электрическая тяга | 3,0 |
| Одноякорные преобразователи и неконтролируемые выпрямители | То же |
Технические нормативы обусловливают отклонение частоты от номинального значения не более чем на 1 Гц, т. е. на 2%. Однако обычно поддерживаются колебания частоты меньше 0,5 Гц, т. е. менее 1%. Соответственно допускаются и малые изменения (1—3%) мощности двигателей (исключение составляют центробежные насосы, где допустимы значительно большие изменения).
Изменения частоты вызывают уменьшение кпд двигателей, поскольку обычно сумма потерь (заложенная при конструировании) минимальна при номинальной частоте. Потери на трение и тепловые потери —возрастающие функции частоты, тогда как потери в стали — убывающие функции частоты. Однако при этом изменения кпд незначительны.
Изменения угловой скорости вращения могут значительно влиять на кпд и работу приводимых машин, особенно Для некоторых областей применения (например, в бумажной промышленности). Однако это еще не указывает на необходимость поддержания частоты с точностью, большей 1%.
Влияние на энергосистему. Последствия изменений частоты на работу энергосистемы могут быть двух видов.
В магнитных цепях, т. е. главным образом в трансформаторах, изменения частоты сопровождаются изменениями магнитного потока. В самом деле, если напряжение U, приложенное к обмотке с числом витков w, постоянно по величине, то поток обратно пропорционален частоте:
т 
Магнитные цепи «работают» главным образом в начале изгиба характеристики, вызванного насыщением, так что даже незначительное уменьшение частоты может вызвать рост насыщения и, как следствие этого, увеличение потерь в стали появление больших гармоник в напряжениях. Изменения частоты, меньшие 1%, не создают таких потерь или таких гармоник в напряжениях, влиянием которых нельзя было бы пренебречь.
Влияние на нагрузки генераторов и на передачу электроэнергии по линиям. Сдвиги по фазе эдс 0 генераторов непосредственно не связаны с регулированием частоты. Эти сдвиги интегрируют изменения частоты за интервал возмущения At, и если разность частот А/даже станет
равной нулю, то интеграл 
может быть конечным. Если в узле нагрузки системы появится изменение АР потребляемой мощности, то оно вызовет изменение А/ частоты (на что последует реакция средств, регулирующих скорость вращения всех генераторов), а следовательно, и мощности АР, вырабатываемой каждым из этих генераторов в отдельности таким образом, что 
Изменения APt являются функцией АР некоторых характеристик генераторов и средств их регулирования (но не узла, в котором появилось АР). Отклонения мощности APt вызывают перераспределение электроэнергии на линиях системы и могут привести к перегрузкам некоторых связей, равным
|
|
|
Отклонения фазы Дтета для разных генераторов различны, они могут вызвать перераспределение нагрузки или перегрузку и привести к пределу статической устойчивости.
Перераспределения могут быть значительными, нарушающими оптимальное распределение нагрузок между группами, что дополнительно подтверждает необходимость тщательного регулирования и частоты, и фазы.
Причины изменений частоты. Изменения частоты, появляющиеся в системе, —следствие изменений генерируемой и потребляемой мощностей.
Мощность потребителей, питающихся от системы, меняется в каждый момент времени, причем мощности одних потребителей меняются медленно, других—резкими скачками (включения или отключения).
Медленные изменения проявляются изо дня в день почти одинаково и, следовательно, их можно прогнозировать. На них накладываются резкие быстрые изменения, носящие: случайный характер. Каждое из таких изменений вызывает переходный режим, во время которого частота изменяется случайным образом от одной величины к другой после затухающих колебаний.
Характер колебательного процесса зависит от относительной скорости возможных изменений режимов генераторов и двигателей, от быстроты появления новой мощности.
В случае резкого наброса (или резкого сброса) нагрузки мгновенный небаланс мощностей компенсируется энергией, обусловленной механической инерцией вращающихся машин. Это вызывает, как следствие, понижение (или повышение) частоты. Понижение частоты вызывает уменьшение выдаваемой мощности, а также мощности, производимой генераторами (при неизменном открытии клапанов), но в значительно меньшей пропорции. Следовательно, может быть восстановлено равновесие мощностей и установлен новый режим, в котором частота отклоняется от номинального значения. Устранить это отклонение необходимо с помощью системы регулирования турбин, воздействующей на открытие соответствующих клапанов.
В случае медленных изменений потребляемой мощности необходимо, чтобы система регулирования, действуя астатически, обеспечила требуемую мощность, воздействуя на впускные клапаны агрегатов.
|
|
|
Качество электроэнергии
Среди многочисленных видов товаров, которыми мы пользуемся повседневно, есть и такой, как электроэнергия.
Электроэнергия как товар обладает целым рядом специфических свойств. Она непосредственно используется при создании других видов продукции и оказывает существенное влияние на экономические показатели производства и качество, выпускаемых изделий. Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется не непосредственно, а через качество работы электроприемников.
Поэтому, если электроприемник работает неудовлетворительно или вышел из строя, и при анализе качества электроэнергии получен положительный результат, то “виноват” сам электроприемник. Если параметры качества электроэнергии не соответствуют требованиям, то предъявляются претензии поставщику - энергоснабжающему предприятию.
|
|
|
Качество электроэнергии в момент производства не гарантирует автоматически ее качество на месте потребления - оказывает влияние характер потребления электроэнергии электроприемником. Таким образом, качество электроэнергии до и после включения потребителя в точке его присоединения может быть различно.
При транспортировке электроэнергии от места ее производства к потребителям она частично расходуется, и при этом уже возникает проблема должного обеспечения качества энергии у потребителя.
Электроприемники и аппараты, присоединенные к электрическим сетям, предназначенные для работы при определенных номинальных (нормальных) параметрах: номинальной частоте переменного тока, номинальном напряжении, номинальном токе. При работе электропотребителей должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии.
Важнейшими показателями качества электроэнергии являются:
- Отклонение напряжения (медленные изменения напряжения);
- Колебания напряжения (быстрые изменения напряжения).
- Несинусоидальность напряжения;
- Несимметрия напряжения;
- Отклонение частоты (изменение частоты);
- Провал напряжения;
- Импульс напряжения;
- Временное перенапряжение.
Снижение качества электроэнергии может привести к следующим последствиям:
- увеличение потерь активной мощности и электроэнергии;
- сокращение срока службы электрооборудования и преждевременный выход его из строя;
- нарушение нормального хода технологического процесса производства потребителей, что приводит к снижению качества производимой продукции и к увеличению энергозатрат на производство и др.
Требования качества электроэнергии в электрических сетях энергоснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединены электрические сети потребителей или приемники электрической энергии сформулированы в ГОСТ 13109-97 “Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения”.
Нормы, установленные этим стандартом, являются обязательными во всех режимах работы систем электроснабжения, кроме режимов, обусловленных:
- исключительными погодными условиями и стихийными бедствиями (ураган, наводнение и др.)
- непредвиденными ситуациями, вызванными действиями стороны, не являющейся энергоснабжающей организацией и потребителем (пожар, взрыв и т.д.):
- условиями, регламентированными государственными органами;
- ликвидацией последствий, вызванных исключительными погодными условиями.
Нормы, установленные настоящим стандартом, подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей электрической энергии и в договоры на пользование электрической энергией между электроснабжающими организациями и потребителями электрической энергии.
|
|
|
Значения показателей качества электроэнергии, характеризующие свойства электрической энергии, упомянутые выше и установленные ГОСТ 13109-97. не должны выходить за нормальные допустимые в течение 95% времени каждых суток и не должны выходить запредельно допустимые значения в течение 5% времени суток.
В течение длительного времени было затруднено решение проблем, связанных с обеспечением качества электроэнергии, ввиду отсутствия специализированных измерительных приборов. Сегодня Московским энергетическим институтом разработан анализатор качества электрической энергии ЭРИС-КЭ. Этот прибор в полной мере отвечает требованиям ГОСТ 13109-97 и зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений. Лаборатория Карелгосэнергонадзора располагает прибором - ЭРИС-КЭ.О l.A/тк и готова производить измерения показателей качества электроэнергии в сетях энергоснабжающих организаций и потребителей.
Электролаборатория “Карелгосэнергонадзора” готова производить измерения качества электроэнергии по заявкам физических лиц, при их обращении с жалобой на качество электроэнергии в Управление госэнергонадзора по РК. Наш адрес - 185035. г. Петрозаводск, ул. Кирова, 5. Телефон отдела лицензирования и сертификации - 78-51-53.
Снижение качества электроэнергии обусловливает:
•увеличение потерь во всех элементах электрической сети;
•перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции сокращение срока службы (в некоторых случаях выход из строя электрооборудования;
•рост потребления электроэнергии и требуемой мощности элек трооборудования;
•нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейно защиты и автоматики;
•сбои в работе электронных систем управления, вычислительно! техники и специфического оборудования;
•вероятность возникновения однофазных коротких замыканий изза ускоренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные;
•появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередачи, находящихся вблизи действующих;
•помехи в теле и радиоаппаратуре, ошибочная работа рентгеновского оборудования;
•неправильная работа счетчиков электрической энергии.
|
|
|
