Способи та засоби підвищення стійкості паралельної роботи електричних станцій та систем

Основний спосіб підвищення стійкості системи – це збільшення границі передаваної потужності. З формули (14.4) витікає, що цього можна досягти підвищенням ЕРС генераторів, напруги на шинах навантаження або зменшенням індуктивного опору лінії.

Основні засоби підвищення стійкості наступні:

– застосування швидкодіючих автоматичних регуляторів напруги, що збільшують ЕРС генераторів при зростанні навантаження; для підвищення динамічної стійкості при к.з. особливо велике значення має форсування збудження, за якого контакти спеціального реле шунтують реостати збудження; в результаті в обмотку збудника подається найбільший можливий струм (граничне збудження); в сучасних генераторах граничний струм збудження складає 1,8...2,0 його номінального значення;

– підвищення напруги діючих ліній, наприклад, зі 110 на 220 кВ;

– зменшення індуктивного опору лінії, що досягається розщепленням проводів фаз потужних ліній на два, три чи більше, або застосування поздовжньої ємнісної компенсації з вмиканням у лінію батареї конденсаторів;

– застосування швидкодіючих вимикачів, захистів і автоматичного повторного вмикання ліній (АПВ).

 

Питання для самоперевірки

 

1. Дайте визначення стійкості режиму енергосистеми.

2. Що таке статична стійкість, динамічна стійкість?

3. Наведіть принципову схему ЛЕП та векторну діаграму її при роботі з системою великої потужності.

4. Який вигляд має рівняння руху ротора синхронної машини, що працює на електричну мережу?

5. Наведіть та поясніть кутову характеристику потужності.

6. Що називається ідеальною границею потужності?

7. Яку границю передаваної потужності називають внутрішньою?

8. Що є критерієм стійкості роботи генератора?

9. Наведіть вираз коефіцієнту запасу статичної стійкості.

10. Як змінюється границя передаваної потужності при врахуванні активного опору передачі?

11. Що таке критичний кут відхилення осі ротора синхронного генератора?

12. Поясніть динамічну стійкість роботи електростанції при раптовій зміні опору електропередачі.

13. Що є критерієм динамічної стійкості енергосистеми?

14. Сформулюйте правило площ.

15. Назвіть основні засоби підвищення стійкості паралельної роботи електричних станцій та енергосистем.

 

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ ТА ЗАХИСТ СИСТЕМ

ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ

Загальні положення

Електричні прилади, апарати, електроустаткування призначені для того, щоб за певних умов експлуатації нормально функціонувати. При цьому відбувається їхня взаємодія з навколишнім середовищем, в якому і проявляються їхні функціональні характеристики. Середовище може впливати на технічні засоби агресивно або сприятливо, відповідно обмежуючи або розширюючи їхні функціональні можливості. У свою чергу, технічні засоби можуть так або інакше впливати на середовище. Якщо взаємодія з тієї або іншої сторони носить агресивний характер, говорять про несумісність середовища і технічних засобів. Очевидно, що при несумісності цих сторін не можна забезпечити нормальне функціонування, принаймні, однієї з них, оскільки це призведе до порушення функціональних властивостей, що неприпустимо. Тому взаємодія повинна бути збалансована до рівня сумісності середовища і технічних засобів, коли їх взаємний вплив не порушує умов, необхідних для нормального функціонування.

Електромагнітна сумісність (ЕМС|) характеризує не тільки|не лише| взаємодію між електричними приладами, апаратами, електроустаткуванням|електрообладнанням| і електромагнітним середовищем|середою|, але і взаємодію цих технічних засобів|коштів| між собою. Під ЕМС| розуміють здатність|здібність| електротехнічних засобів|коштів| або їхніх елементів нормально функціонувати в даному електромагнітному середовищі|середі| (обстановці), не вносячи неприпустимих|недопустимих| електромагнітних завад (ЕМЗ|) у це середовище|середу| і не отримуючи|відчуваючи| таких з її сторони. Електромагнітне середовище|середа| формується як результат певного технологічного процесу. В електроенергетичному процесі – це виробництво, передача і споживання|вжиток| електроенергії. Кожному етапу цього процесу властиві певні зміни, викликані|спричинені| відхиленнями від заданого режиму, принципом дії електроустаткування|електрообладнання| і його станом, діями обслуговуючого персоналу, кліматичними чинниками|факторами|, роботою засобів|коштів| захисту і автоматики.

Якщо ЕМС| не забезпечена, тобто окремі елементи електротехнічних засобів|коштів| або прилад в цілому|загалом| не володіють заданою завадостійкістю до внутрішніх (між елементами) і зовнішніх (по відношенню до приладу) завад, то тим самим створюються умови для:

- функціональних порушень з більшими або меншими наслідками, пов’язаними з відмовами, зі|із| скороченням терміну служби і виходом з|із| ладу|строю,буд| устаткування|обладнання|, браком|шлюбом| продукції, аваріями, помилковими спрацьовуваннями захисту і автоматики та ін.;

- пошкоджень|ушкоджень| засобів|коштів| захисту і безпеки людей;

- погіршення якості електроенергії;

- погіршення електромагнітної обстановки в навколишньому|довколишньому| середовищі;

- ураження обслуговуючого персоналу.

Передумовою для цього є|з'являються,являються| невраховані ЕМЗ| або ЕМЗ|, захист від яких не передбачений.

Електромагнітна завада– це випадкова електромагнітна дія, здатна|здібна| викликати|спричиняти| в електротехнічному пристрої|устрої| порушення функціонування, відмову або руйнування. Завада може виявлятися як струм|тік|, напруга|напруження|, електромагнітне поле. В практиці розрізняють кондуктивні| і польові ЕМЗ|. До перших відносяться завади, що розповсюджуються|поширюються| по проводах|проводах|, зокрема, по електричній мережі|сіті|. Польові завади поширюються|поширюються| через навколишнє|довколишній| середовище. Завади створюються джерелами завад, якими можуть бути як електротехнічні засоби|кошти|, так і електротехнологічні процеси. Наприклад, повітряна лінія високої напруги (засіб|кошт|) створює польові завади при передачі електроенергії (технологічний процес), що впливають на лінії зв’язку. Напруженість електричного і магнітного полів навколо|навкруг,довкола| лінії електропередачі характеризує електромагнітну обстановку. Перетворювачі тягової підстанції електрифікованого транспорту створюють кондуктивні| завади в електричній мережі|сіті|, від якої вони живляться. Спотворення синусоїдальної форми напруги|напруження| під впливом|сіті| вищих гармонік|гармошок| струму, що протікають по електричній мережі, |току| характеризують електромагнітну обстановку в цій мережі|сіті|.

Електромагнітна обстановка як сукупність електромагнітних явищ, що існують|наявний| в даному середовищі|середі|, описується характеристиками джерел завад, параметрами їхньої дії, особливостями електротехнічних засобів|коштів|, заходами, спрямованими|спрямованими| на забезпечення ЕМС|, а також зовнішніми чинниками|факторами|, що впливають на вказані характеристики (кліматичні, механічні, виробничі та ін.). Важливою|поважною| характеристикою електромагнітної обстановки є|з'являється,являється| рівень ЕМС|.Рівень ЕМС| – це встановлене|установлене| значення ЕМЗ|, при якій з|із| найбільшою вірогідністю|ймовірністю| гарантується нормальна взаємодія (функціонування) всіх технічних засобів|коштів|, що є|з'являються,являються| як джерелами завад, так і засобами|коштами|, сприйнятливими до цих завад.

Наприклад, ПЯЕ є|з'являються,являються| тими рівнями ЕМС| електричної мережі|сіті|, при яких гарантується нормальне функціонування будь-яких електротехнічних засобів|коштів|, підімкнених до мережі|сіті|, якщо ці ПЯЕ не перевершують допустимих значень.З іншого боку, електротехнічні засоби|кошти| характеризуються своїми допустимими рівнями ЕМС|, які визначають їх завадостійкість, при якій і гарантується нормальне функціонування цих засобів|коштів|. Очевидно, рівні завадостійкості повинні бути вищими за значення ПЯЕ в електричній мережі|сіті|.

Рівень ЕМЗ| може досягти порогового значення, яке, перевищуючи рівень завадостійкості конкретного пристрою,|устрою| викличе|спричинить| порушення його функціонування (відмову). Таке порогове значення називається завадосприйнятністю|. Порушення функціонування може бути як оборотним, так і необоротним|незворотним,безповоротним|. У першому випадку, після|потім| зняття збурюючої дії або зниження рівня ЕМЗ|, пристрій|устрій| відновить свої функціональні можливості|спроможності|. У другому випадку, очевидно, під впливом завади відбуваються необоротні|незворотні,безповоротні| зміни в елементах пристрою|устрою|, внаслідок чого він|устрій| втрачає свої функціональні можливості|спроможності|.

Багато видів кондуктивних| завад викликають додатковий нагрів елект-роустаткування|електрообладнання| або його елементів під впливом підвищеної напруги|напруження|, струмів|токів| вищих гармонік|гармошок|, струмів|токів| зворотної послідовності. Додатковий нагрів призводить|призводить,наводить| до порушення ізоляції, руйнування конструктивних елементів електроустаткування|електрообладнання| і, таким чином, до необоротного|незворотного,безповоротного| порушення функціонування. Проте|однак| ефект від додаткового нагріву виявляється не відразу, а з часом|згодом|. Тому, якщо дія даних завад була короткочасною, то після|потім| їх усунення пристрій|устрій| не втратить своїх функціональних можливостей|спроможностей|. Таким чином, час дії ЕМЗ| також слід віднести, разом з|поряд з,поряд із| рівнями, до характеристик ЕМС|.

Для електричної мережі через сильний зв’язок джерел завад намагаються встановлювати так звані рівні сумісності, які з урахуванням сумарного впливу порушників гарантують достатню електромагнітну сумісність в електроенергетичній системі. Ці рівні сумісності утворюють основу як для вимірювання статистично розподіленої завадостійкості приладів, так і для встановлення статистично розподілених допустимих заважаючих випромінювань. Оскільки максимальне значення завад мережі може бути визначене тільки статистичними методами оцінки, а дотримання абсолютної ЕМС, керуючись цим максимальним рівнем, економічно було б нездійсненним, рівень сумісності розташовується в інтервалі між максимумами щільностей імовірності (рис. 15.1). Наприклад, графічно сумісності розташовують так, щоб цей інтервал з певною ймовірністю (95%) не був перевершений і щоб завадостійкість приладу принципово була вища від цього рівня. Те ж, як високо граничне значення завадостійкості приладу перебуває над рівнем сумісності, є питанням відповідності призначення цього приладу.

 

 

Рисунок 15.1. Рівень сумісності для певної завади

 

Рівні ЕМС електричної мережі 1 та електроприймача, підімкненого до цієї мережі, приведені на рис. 15.2. При цьому завадостійкість ЕП 2 та його завадосприйнятливість 3 залишаються постійними, а рівень завад у мережі 1 зростає. Очевидно, що у випадку а, показаному на рис. 15.2, нормальне функціонування ЕП забезпечено. У випадку б нормальне функціонування ЕП може бути забезпечене, якщо тривалість дії ЕМЗ обмежена в часі. І у випадку в нормальне функціонування неможливе.

Щоб мати можливість цілеспрямовано спланувати електромагнітну сумісність системи, повинні бути відомі: електромагнітна обстановка (характеризується амплітудними значеннями напруг і струмів джерела завад, напруженістю поля, частотними спектрами, крутістю фронтів); механізм зв’язку, що, наприклад, характеризується коефіцієнтами загасання або передатними функціями; сприйнятність, або чутливість приймача завад, що характеризується граничними значеннями завад у частотній та часовій областях.

 

Рисунок 15.2. Характеристика електромагнітного середовища|середи| по рівнях ЕМС

 

У той час як джерела і приймачі завад порівняно легко можуть бути охарактеризовані за допомогою вимірювання їхніх випромінювань або граничних значень завад, ідентифікація ввімкнених між ними механізмів зв’язку вимагає чіткого розуміння електротехніки та великого досвіду в області практичної схемотехніки. Зрештою мова часто йде про паразитні, не передбачені конструктором, шляхи передачі, наприклад, через ємності, індуктивності розсіювання, які часто проявляються лише у вигляді викликаних ними електромагнітних впливів.

В залежності від середовища поширення і віддалення від джерела завади досягають приймального електричного контуру різними шляхами і їхніми комбінаціями. Наприклад, електромагнітні завади називають поступаючими по проводах, якщо вони проникають у приймач через одну або кілька ліній, що підходять до приймача або через пасивні елементи (конденсатори, трансформатори та ін.). Струми, що протікають по обплетінню кабелів і в колі живлення, спричиняють так званий гальванічний зв’язок (рис. 15.3).

Між передавачем завади та приймачем енергія завади може переноситись за допомогою зв’язку через поле або випромінювання. Так, електромагнітний вплив може виникнути в струмовому контурі, але потім поширитися у вигляді електромагнітного поля чи випромінювання і, нарешті, з’явитися в проводах інших контурів як завада. Наприклад, це може мати місце при іскрінні щіток колекторного двигуна, довгих підвідних проводах, які діють як антени.

 

Рисунок 15.3. Механізми зв’язку електромагнітних впливів

 

 

Якщо довжина хвилі велика відносно розмірів джерела завади, електромагнітні впливи поширюються переважно за рахунок струмів або за допомогою електричного чи магнітного поля. Якщо порядки довжин хвиль і розмірів співставні, проявляється випромінювання.