Термин «энергосистема», у всех на слуху и часто воспринимаются как само собой разумеющееся. Однако, если спросить простого обывателя, что же это такое, внятного ответа можно и не получить.
Например, атомная электростанция, с отходящими от неё высоковольтными ЛЭП — это, конечно же, часть энергосистемы. А можно ли считать ли энергосистемой, частную солнечную или ветровую электростанцию? Разберёмся во всём вместе.
Что такое энергосистема?
Строго говоря, то вышеперечисленные примеры не дают полного определения. Ведь энергосистема — это, конечно, совокупность генерации электроэнергии (тепловые, атомные, гидроэлектростанции и т. д.), а также линий для передачи электрической и тепловой энергии.
Эту совокупность, условно можно разделить на несколько,а если точнее, то на четыре уровня. Причём каждый из этих уровней обязательно имеет своё управление.
Уровни
На первом уровне находятся системообразующие электроустановки: крупные электростанции и высоковольтные линии, с помощью которых они соединены между собой (закольцованы). То есть, огромные объёмы электроэнергии, которые вырабатываются электростанциями, может быть передан на значительные расстояния.
Если энергосистема большая, то такая мощность, теоретически может быть передана, с одного её конца на другой.
Однако, так не делают. Почему? Просто нет такой необходимости!
Куда же идёт вся эта энергия? Разумеется, что для потребителей высокое напряжение не нужно. Его нужно понизить. На следующем, втором уровне, а именно, на узловых подстанциях есть трансформаторы. Именно по ним, как по своеобразным мостикам, электрическая энергия из первого, верхнего уровня переходит на более низкий.
Например, напряжение 330 кВ, на таких подстанциях понижается до 110 кВ. При этом к таким подстанциям могут быть подключены и генераторы небольшой мощности, конечно же, если сравнивать их с объектами генерации первого уровня. Примерами таких местных, региональных генераторов могут быть солнечные или ветряные электростанции, а также теплоэлектроцентрали.
Линии 110 кВ, также могут быть закольцованы и образовывать областные распределительные высоковольтные сети. Однако такие сети можно представить как локальные энергоострова. Энергия в основном перемещается по линиям электропередачи внутри такого острова и за исключениями между островами.
На следующем, более низком, третьем по счёту уровне, электроэнергия по линиям приходит на подстанции 110 кВ, где благодаря трансформаторам понижается до напряжений 35 кВ, 10 кВ, 6 кВ. Этот уровень условно можно назвать районным, а напряжение — средним. Линии среднего напряжения уже не так связаны между собой, не закольцованы, как это сделано на двух предыдущих уровнях.
Разумеется, что для производства работ на оборудовании или для обеспечения беспрерывного электроснабжения потребителей должна иметься возможность переключения между этими линиями, но в рабочем режиме, скажем, питание подстанции 35/10 кВ осуществляется только по одной воздушной линии электропередач 35 кВ (ВЛ 35 кВ). Другая же ВЛ 35 кВ может в это время находиться в резерве.
Спускаясь ниже, мы видим сети 6 или 10 кВ. Это четвёртый уровень, или уровень района электрических сетей (РЭС). ВЛ 10 (6) кВ подходят к трансформаторным подстанциям 10/0,4 кВ, от которых отходят ВЛ или кабельные линии (КЛ) 0,4 кВ. От таких линий питаются наши дома, различные учреждения, предприятия и т. д.
Нужно отметить, что некоторые мощные предприятия могут получать питание от линий 35 или 10 кВ
Управление
Разумеется, что без централизованного управления, электростанции и передающие сети не смогут эффективно работать. Поэтому важной частью любой энергосистемы является диспетчерское управление. Причём для каждого уровня существует своё диспетчерское управление.
Первым уровнем энергосистемы управляет диспетчерская служба системного оператора (СО). Эта структура имеется в любой стране. Причём в единственном числе. Задача диспетчерской службы системного оператора не только следить за исправной работой всех составляющих частей верхнего уровня.
Диспетчерская служба СО руководит выработкой энергии на электростанциях, именно она даёт команды на вывод в ремонт или на ввод в работу высоковольтных линий системообразующих сетей и оборудования ПС. То есть диспетчер управляет работой всего верхнего уровня.
Для этого диспетчер должен обладать чёткими знаниями по параллельной работе энергосистем, работе электрических машин, ясно понимать, как происходит распределение напряжения. Диспетчер управляет не только потоками активной мощности, но и реактивной мощностью. Для этого он даёт команды по включению и отключению линий электропередач, а также даёт команды по переводу режима работы генераторов и другого оборудования.
На следующем, втором, региональном уровне энергосистемы, есть свои диспетчерские службы. Это Центральная диспетчерская служба (ЦДС) или Региональное диспетчерское управление (РДУ). Однако, если кто-нибудь будет заявлять, что на этом уровне ответственности меньше, не верьте.
Это неправда. Тут есть за чем следить! Если сравним диспетчерский щит, то у диспетчера ЦДС он будет более насыщен и линиями, и подстанциями. Диспетчер ЦДС также управляет работой оборудования подстанций и линий, как в нормальных, так и в аварийных режимах.
Спустимся ниже, на уровень области. Как уже говорилось выше, здесь высоковольтные линии могут быть как закольцованы, так и не связаны между собой. Разрыв может держаться как по высоковольтным выключателям или по разъединителям. При необходимости нагрузка может быть переведена на другие подстанции или линии.
Разумеется, что для этого требуется чёткая последовательность действий подчинённого персонала. Требуется составить программу или бланк переключений, проверить и произвести переключения. Также в аварийных режимах руководит устранением последствий технологических нарушений диспетчер Центра Управления Сетями (ЦУС).
Синим цветом обозначены линии 35 кВ, красным цветом обозначены линии 110 кВ. Обратите внимание, что на каждой ПС указано действующее значение линейного напряжения на цифровых индикаторах.
На более «продвинутых» диспетчерских пунктах схема может выглядеть примерно так
Наконец, на четвёртом уровне, своим участком электрической сети управляет диспетчер района электрических сетей (РЭС). При этом границы РЭС могут совпадать с административными границами района. Однако, так бывает не везде. Известны примеры, когда несколько РЭС объединялись в один.
На ближнем участке можно увидеть схематичное изображение распределительного пункта (РП-1, РП-2), с отходящими от них линиями, к которые питают КТП 10/0,4 кВ. Положения коммутационных аппаратов в РП обозначены световой индикацией. Мощность трансформаторов обозначена числами синего цвета. Номера КТП обозначены числами чёрного цвета.
Однако, не стоит думать, что работы диспетчеру РЭС достаётся меньше, чем диспетчеру вышестоящего уровня. Это совсем не так. Диспетчер осуществляет оперативное управление электрической сетью 10/0,4 кВ, что позволяет обеспечивать надёжное и бесперебойное электроснабжение потребителей.
Потребители могут быть разными как бытовыми, так и промышленными. Именно от действий диспетчера зависит быстрая ликвидация аварийных ситуаций, оперативные переключения, вывод оборудования в ремонт и ввод оборудования в работу. Из всех перечисленных, это самый загруженный диспетчер. Чего только стоит одно общение с рассерженными потребителями, которые остались без электроснабжения!
Есть такое понятие — диспетчерская дисциплина. Каждый диспетчер в смене является оперативным руководителем и его команды не обсуждаются и обязательны к выполнению подчинённым персоналом.
Соответственно, что диспетчеру РЭС оперативно подчинены бригады РЭС и бригады различных служб, обслуживающих закреплённое оборудование. Тут нужно сказать и об уровнях диспетчеризации.
Ведь оборудование на ПС 35/10 кВ, к примеру, может быть закреплено за диспетчером РЭС и диспетчером ЦУС. Кажется странным? Это только на первый взгляд. На самом деле всё просто.
За диспетчером РЭС закреплены все выключатели отходящих линий 10 кВ, сами линии электропередач 10 кВ, трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ, а также линии 0,4 кВ. В свою очередь, за диспетчером ЦУС закреплено всё остальное оборудование ПС 110/35/10 кВ. Такое чёткое закрепление оборудования есть на всех уровнях управления.
Заключение
Конечно, энергосистема, это целый организм, который работает по своим правилам. Благодаря диспетчерскому управлению, достигается оптимальная работа энергосистемы и безопасность при выполнении различных работ в ней.
Однако, некоторые читатели могут и возразить. Мол, сейчас, когда развитие всяких возобновляемых источников электроэнергии достигло такого уровня, что с их помощью можно вполне обеспечить не только свои потребности. Также можно продавать излишки электроэнергии в распределительную сеть.
В следующей статье попытаюсь объяснить, почему такие виды генерации могут существовать только при наличии нормально функционирующей энергосистемы и чем грозит потребителям отключение от энергосистемы.