Влияние надежности ЭС на качество электрической энергии

ВЗАИМОСВЯЗЬ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Взаимосвязь качества электрической энергии и надежности ЭС проявляется во влиянии качества электрической энергии на надежность ЭС, с одной стороны,а с другой - во влиянии надежности ЭС на качество электрической энергии.

Влияние качества электрической энергии на надежность ЭС

Причиной снижения частоты может быть техническое несовершенство системы. Особенно остро это проявилось в период Великой Отечественной Войны, когда (по воспоминаниям наркома электростанций Д.Г. Жимерина) «положение с частотой в Уральской энергосистеме становилось невыносимым. Появилась опасность поломки лопаточных аппаратов турбины, от пониженной частоты страдали все потребители. Сокращение утвержденных директивными органами лимитов на электроэнергию оказалось для Наркомата электростанций непосильной задачей», которая была решена только при личном участии И.В. Сталина.

Заводы изготовители паровых турбин для предотвращения их разрушения указывают допустимый диапазон изменения частоты в ЭС. Указывается и частота, при которой турбина должна быть остановлена. Снижение частоты приводит к уменьшению производительности двигателей собственных нужд электростанций, что сопровождается снижением их располагаемой мощности, ростом дефицита активной мощности в системе и дальнейшим снижением частоты. Лавинообразное снижение частоты («лавина частоты») может привести к полному погашению ЭС. При лавинообразном снижении частоты лавинообразно снижается и напряжение («лавина напряжения») в сети. Пониженная частота в ЭС влияет не только на безотказность, но и на долговечность оборудования, т.к. при пониженной частоте в оборудовании (трансформаторы, реакторы), содержащем элементы со сталью, увеличивается ток намагничивания и нагрев сталных сердечников.

Понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения асинхронных двигателей, работающих с полной нагрузкой. При значительном снижении напряжения момент сопротивления механизма может превысить вращающий момент, что приводит к «опрокидованию» двигателя, т.е. к его остановке и, следовательно, к отказу в работе ЭС.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на долговечность электронной техники и люминисцентных ламп. Колебания напряжения с размахом 10-15% могут привести к выходу из строя батарей конденсаторов и вентильных преобразователей. При колебаниях напряжения более 15% возможно отпадание контактов магнитных пускателей с отключением работающих двигателей.

Несимметрия напряжений электрической сети вызывает значительные токи обратной последовательности, которые накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора асинхронных двигателей, что приводит к ускоренному старению изоляции. При несимметрии напряжения 4% долговечность асинхронного двигателя сокращается в 2 раза. В синхронных машинах наряду с нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации.

Несинусоидальные режимы работы ЭС имеют те же недостатки, что и несимметричные. Необратимые физико-химические процесы, протекающие под воздействием высших гармоник и повышенного нагрева токоведущих частей, приводят к снижению долговечности электрических машин, трансформаторов, кабелей из-за ускоренного старения изоляции. Несинусоидальные режимы работы ЭС могут привести к сбоям в работе релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Влияние надежности ЭС на качество электрической энергии

Надежность ЭС оказывает влияние на качество электрической энергии. Так, например, аварийное отключение генерирующего оборудования и непредвиденные превышения нагрузки над ожидаемой величиной, как известно, являются основными причинами нарушения баланса мощности в ЭС и снижения частоты. Небалансы мощности могут быть компенсированы только при высокой режимной управляемости ЭС, обеспеченной достаточным объемом мобильного резерва мощности.

Перегрузка линий электропередачи может привести к их отключению под действием противоаварийной автоматики, выделению дефицитных подсистем, где из-за снижения частоты может быть отключена часть нагрузки потребителей. Предотвратить перегрузку линий электропередачи можно путем своевременного регулирования перетоков мощности, а для этого необходим мобильный резерв генерирующей мощности в ЭС.

 Причиной несимметрии напряжений электрической сети могут быть, например, однофазные короткие замыкания. При повреждении батареи конденсаторов, установленных в электрической сети с целью обеспечения синусоидальности, возникают несинусоидальные режимы работы ЭС.

Аварийные отключения оборудования ЭС могут привести к снижению напряжения у потребителей и их отключению.

Качество электрической энергии и надежность ЭС (являясь свойствами) оказывают взаимное влияние друг на друга. Одним из основных средств обеспечения качества электрической энергии и надежности является резервирование в ЭС.