Hệ thống năng lượng của đất nước - một mô tả ngắn gọn, đặc điểm của công việc trong các tình huống khác nhau

Hệ thống năng lượng của đất nước là sự kết hợp của một số yếu tố - nhà máy điện, trạm biến áp phân phối bậc thang và bậc thang, mạng lưới điện và nhiệt.

Các nhà máy điện sản xuất năng lượng điện và nhiệt (cho CHP). Năng lượng điện, được tạo ra bởi các nhà máy điện, được tăng đến giá trị điện áp cần thiết trong các trạm tăng áp và được đưa vào mạng, đặc biệt là vào các mạng điện chính, nơi nó được phân phối thêm theo lượng năng lượng tiêu thụ của một khu vực nhất định, một doanh nghiệp trong hệ thống điện của một quốc gia hoặc một khu vực riêng biệt.

Nếu chúng ta nói về hệ thống năng lượng của đất nước, thì các mạng đường trục bao trùm toàn bộ lãnh thổ của nó. Mạng lưới đường trục bao gồm các đường dây 220, 330, 750 kV, qua đó các luồng điện lớn chạy qua — từ vài trăm MW đến hàng chục GW.

Giai đoạn tiếp theo là chuyển đổi mạng đường trục cao áp cho các trạm biến áp khu vực, nút, trạm biến áp của các doanh nghiệp lớn có điện áp 110 kV. Dòng điện trong phạm vi hàng chục MW chảy qua lưới 110 kV.

Trong các trạm biến áp 110 kV, điện được phân phối đến các trạm biến áp người dùng nhỏ hơn ở các khu dân cư và các doanh nghiệp khác nhau với điện áp 6, 10, 35 kV. Ngoài ra, điện áp nguồn được giảm xuống các giá trị theo yêu cầu của người dùng. Nếu đây là các khu định cư và doanh nghiệp nhỏ, thì điện áp được hạ xuống 380/220 V. Ngoài ra còn có thiết bị của các doanh nghiệp công nghiệp lớn được cấp nguồn trực tiếp bằng điện áp cao 6 kV.

CHP (CHP) ngoài năng lượng điện, chúng tạo ra nhiệt, được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà và công trình kiến ​​trúc. Năng lượng nhiệt do nhà máy nhiệt điện cung cấp được phân phối đến người tiêu dùng thông qua mạng nhiệt.

Đặc điểm của hệ thống điện

Khi xem xét vận hành hệ thống điện phải đặc biệt chú ý đến các quá trình truyền tải điện năng. Việc tạo ra và truyền tải năng lượng điện là một quá trình phức tạp liên quan đến nhau.

Trong hệ thống điện, quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng của các hộ tiêu thụ diễn ra liên tục, theo thời gian thực. Tích lũy điện năng (tích lũy) trong các khối lượng của hệ thống điện không diễn ra, do đó sự cân bằng giữa điện năng sản xuất và tiêu thụ được theo dõi liên tục trong hệ thống điện.

Điểm đặc biệt của hệ thống điện là sự truyền năng lượng điện gần như tức thời từ các nguồn đến người tiêu dùng và không thể tích lũy nó với số lượng đáng kể. Những tính chất này xác định tính đồng thời của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng.

Trong sản xuất và tiêu thụ năng lượng điện xoay chiều, sự bằng nhau của điện năng được tạo ra và tiêu thụ tại bất kỳ thời điểm nào tương ứng với sự bằng nhau của công suất tác dụng và phản kháng được tạo ra và tiêu thụ.

Vì vậy, tại bất kỳ thời điểm nào ở chế độ tĩnh tại của hệ thống điện, các nhà máy điện đều phải phát ra lượng điện năng tương đương với lượng điện năng tiêu thụ và bù đắp tổn thất năng lượng trong lưới truyền tải điện, tức là phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng phát và điện năng tiêu thụ. .

Khái niệm cân bằng công suất phản kháng có liên quan đến ảnh hưởng công suất phản kháng, được truyền qua các phần tử của mạng điện, đến chế độ điện áp. Sự phá vỡ cân bằng công suất phản kháng dẫn đến thay đổi mức điện áp trong mạng.

Thông thường, các hệ thống điện thiếu công suất tác dụng cũng thiếu công suất phản kháng. Tuy nhiên, sẽ hiệu quả hơn nếu không truyền công suất phản kháng bị thiếu từ các hệ thống điện lân cận mà tạo ra nó trong các thiết bị bù được lắp đặt trong hệ thống điện này.

Một trong những chỉ số chính về sự hiện diện của sự cân bằng giữa năng lượng điện được sản xuất và tiêu thụ là tần số mạng… Tần số của lưới điện ở Nga, Belarus, Ukraine và ở hầu hết các nước châu Âu là 50 Hz.Nếu tần số của hệ thống điện của quốc gia nằm trong khoảng 50 Hz (dung sai ± 0,2 Hz), điều đó có nghĩa là cân bằng năng lượng được quan sát.

Trong trường hợp thiếu hụt điện năng được tạo ra, đặc biệt là thành phần hoạt chất của nó, sẽ xảy ra thiếu hụt năng lượng, tức là cân bằng năng lượng bị xáo trộn. Trong trường hợp này, có sự giảm tần số của mạng điện dưới giá trị cho phép. Sự thiếu hụt điện năng trong hệ thống điện càng lớn thì tần số càng thấp.

Quá trình phá vỡ cân bằng năng lượng là nguy hiểm nhất đối với hệ thống năng lượng và nếu nó không được dừng lại ở giai đoạn ban đầu, thì sự sụp đổ hoàn toàn của hệ thống năng lượng sẽ xảy ra.

Để ngăn chặn sự sụp đổ của hệ thống điện trong trường hợp không có điện trong các trạm biến áp phân phối, tự động hóa khẩn cấp được sử dụng — dỡ tần số tự động (AChR) và tự động loại bỏ chế độ không đồng bộ (ALAR).

AChR tự động tắt một phần phụ tải nhất định của người tiêu dùng, giúp giảm thâm hụt năng lượng trong hệ thống điện. ALAR là một hệ thống tự động tinh vi, tự động phát hiện và loại bỏ các chế độ không đồng bộ trong mạng điện. Trong trường hợp thiếu điện trong hệ thống điện, ALAR sẽ hoạt động cùng với AFC.

Trong tất cả các phần của hệ thống điện, các tình huống khẩn cấp khác nhau có thể xảy ra: hư hỏng các thiết bị khác nhau tại các trạm và trạm biến áp, hư hỏng cáp và đường dây điện trên không, gián đoạn hoạt động bình thường của các thiết bị tự động hóa và bảo vệ rơle, v.v. người dùng phù hợp với họ hạng mục độ tin cậy điện năng.

Đặc tính điều chỉnh điện áp

Điện áp trong hệ thống điện được điều hòa đảm bảo trị số điện áp bình thường tại các khu vực. Việc điều chỉnh điện áp của người dùng cuối được thực hiện theo các giá trị điện áp trung bình thu được từ các trạm biến áp lớn hơn.

Theo quy định, việc điều chỉnh như vậy được thực hiện một lần, sau đó điện áp được điều chỉnh tại các nút lớn - trạm biến áp khu vực, vì việc điều chỉnh liên tục điện áp của từng trạm biến áp tiêu dùng do số lượng lớn là không thực tế.

Việc điều chỉnh điện áp trong các trạm biến áp được thực hiện với sự trợ giúp của các bộ đổi áp ngoài mạch và công tắc tải được tích hợp trong máy biến áp điện và máy biến áp tự ngẫu. Việc điều chỉnh bằng công tắc ngắt mạch được thực hiện với máy biến áp được ngắt kết nối với nguồn điện (chuyển mạch không có kích thích). Thiết bị chuyển mạch khi có tải cho phép điều chỉnh điện áp tải, tức là không cần ngắt kết nối trước máy biến áp (máy biến áp tự ngẫu).

Việc điều chỉnh điện áp bằng công tắc có tải của máy biến áp lực có thể được thực hiện cả tự động và thủ công, ngoài ra tùy thuộc vào tình trạng kỹ thuật của máy biến áp (máy biến áp tự ngẫu), để kéo dài tuổi thọ của công tắc khi tải, có thể có một quyết định được đưa ra để điều chỉnh điện áp độc quyền ở chế độ thủ công, với việc loại bỏ tải sơ bộ khỏi máy biến áp.Đồng thời, khả năng chuyển đổi các vòi của bộ đổi vòi đang tải được bảo toàn và trong trường hợp cần điều chỉnh điện áp nhanh, thao tác này có thể được thực hiện mà không cần tháo tải ra khỏi máy biến áp trước.

Tổn thất điện năng và năng lượng

Việc truyền năng lượng điện chắc chắn đi kèm với tổn thất điện năng và năng lượng trong máy biến áp và đường dây. Những tổn thất này phải được bù đắp bằng việc tăng công suất cung cấp điện tương ứng, dẫn đến tăng vốn đầu tư xây dựng hệ thống điện.

Ngoài ra, tổn thất điện năng và năng lượng còn gây thêm tiêu hao nhiên liệu trong các nhà máy điện, làm tăng giá thành điện năng, từ đó làm tăng giá thành điện năng. Do đó, trong thiết kế, cần cố gắng giảm những tổn thất này trong tất cả các phần tử của mạng truyền tải điện.

Xem thêm: Công suất và tổn thất năng lượng trong mạch điện Và Các biện pháp giảm tổn thất trong mạng điện

Vận hành song song các hệ thống điện

Hệ thống điện của các quốc gia hoặc các phần riêng lẻ của hệ thống điện trong một quốc gia có thể được kết nối với nhau và tạo thành một hệ thống điện liên kết với nhau.

Nếu hai hệ thống năng lượng có cùng tham số thì chúng có thể hoạt động song song (đồng bộ). Khả năng vận hành đồng bộ hai hệ thống điện giúp tăng đáng kể độ tin cậy của chúng, bởi vì trong trường hợp thiếu hụt điện năng lớn ở một trong các hệ thống điện, sự thiếu hụt này có thể được bù đắp bởi một hệ thống điện khác.Bằng cách kết nối hệ thống điện của một số quốc gia, có thể xuất khẩu hoặc nhập khẩu điện giữa các quốc gia này.

Nhưng nếu hai hệ thống điện có một số khác biệt về thông số điện, đặc biệt là tần số của lưới điện, thì nếu cần kết hợp các hệ thống điện này, việc kết nối trực tiếp chúng với hoạt động song song là không thể chấp nhận được.

Trong trường hợp này, họ thoát khỏi tình trạng này bằng cách sử dụng các đường dây điện một chiều để truyền điện giữa các hệ thống điện, giúp có thể kết hợp các hệ thống điện không đồng bộ được đặc trưng bởi các tần số lưới khác nhau.