Применение статических компенсаторов на подстанциях 330. 500 кВ - Реализация проекта, выводы

В соответствии с выполненным институтом Севзапэнергосетьпроект проектом в декабре 2000 г. на ПС Новосокольники были смонтированы две группы сухих компенсирующих реакторов типа РКОС-9900/11, изготовленных НПЦ “Энерком-Сервис” при участии ВНИИЭ. После проведения персоналом Новгородского предприятия МЭС сетевых испытаний по программе, согласованной ОДУ Северо-Запада, МЭС Северо-Запада и Псковэнерго, реакторы были включены в постоянную работу. Это позволило уменьшить некомпенсированные избытки зарядной мощности на 60 Мвар, улучшить режим работы и регулирования напряжения генераторов Псковской ГРЭС и обеспечить поддержание напряжения в сети не выше максимально допустимых значений.
Выполненные по инициативе Департамента электрических сетей РАО “ЕЭС России” сетевые испытания показали:
включение или отключение одной группы реакторов приводит к изменению напряжения на шинах 330 кВ ПС Новосокольники до 1,1% (3,9 кВ), на шинах 110 кВ до 1,8% (2,1 кВ), на шинах 10 кВ до практически номинального значения 10,5 кВ вместо 11,4 кВ без реакторов;
включение или отключение двух групп реакторов удваивает эффект до 7,8 кВ на шинах 330 кВ;
эффективность регулирования напряжения на шинах 330 кВ возрастает на 30% при соответствующей координации положения устройств РПН АТ. При этом достигается полное (до 60 Мвар двумя группами реакторов) потребление реактивной мощности из сети 330 кВ, не менее 60% этой мощности загружает генераторы Псковской ГРЭС. Это следует также из рис. 2, а, когда с помощью РПН напряжение на стороне СН АТ выставляется равным напряжению Uc 110 кВ, что обеспечит нулевой переток реактивной мощности между АТ и сетью 110 кВ;
при включенных реакторах Р1 и Р2 на ПС Новосокольники и ШР1 на ПС Псковской ГРЭС обеспечивается режим работы турбогенераторов ГРЭС по реактивной мощности, близкий к нулевому значению (ночью прием до 10-15 Мвар, днем выдача 10-12 Мвар), а напряжение на шинах 330 кВ не поднимается выше 355 кВ при допустимом 363 кВ;
применение двух групп реакторов обеспечивает ступенчатость регулирования напряжения с достаточно малой дискретностью (0, 30, 60 Мвар), что совместно с генераторами Псковской ГРЭС делает возможным плавное регулирование потоков реактивной мощности и поддержание стабильного напряжения при достаточно глубоких изменениях загрузки сети по активной мощности;
достижение проектной эффективности нового типа реакторов РКОС-9900/10, подключаемых к обмотке НН автотрансформаторов.
На рис. 3 показана установленная на ПС трехфазная группа сухих реакторов. В соответствии с ТУ 16-ИАВК.435642.003ТУ “Реакторы компенсирующие однофазные с естественным воздушным охлаждением РКОС”, согласованные РАО “ЕЭС России” 8/IV 1996 г., фаза реактора имеет параметры, приведенные далее.

Обмотка реактора изготавливается из специального теплостойкого провода с изоляцией из кремнийорганической резины и жилой, скрученной из алюминиевых эмалированных проводов, в соответствии с ТУ 16.К80.02-88.
Подключение реакторов выполнено через вакуумные выключатели типа ВБКЭ-10 производства АО “НТЭАЗ” с коммутационным ресурсом 20 000 включений - отключений до первого ремонта, что при двух-, трехразовых циклах в сутки составит по времени примерно 10 лет (в течение срока эксплуатации за 20 мес выполнено 32 коммутации).

Рис. 3. Установка сухих реакторов на ПС Новосокольники

Монтаж и эксплуатация реакторов показали: установка РКОС проводится с минимальным объемом трудовых, финансовых и временных затрат. Пофазный монтаж реакторов при их массе около 3 т, диаметре 2,2 м и высоте 2,2 м с изоляторами выполнен на бетонных стойках на высоте 2,5 м без установки ограждений;
отсутствует вспомогательное хозяйство, свойственное масляным реакторам (маслосборные сооружения, система охлаждения, система пожаротушения и т.д.);
конструкция реакторов является малообслуживаемой;
потери XX (при отключенном положении реакторов) равны нулю;
удельная стоимость РКОС с выключателями составила 5 дол. США на 1 квар установленной мощности. Экономия по сравнению с применением нерегулируемых масляных реакторов 330 кВ имеет место за счет значительно более дешевого коммутационного оборудования, отсутствия вспомогательного хозяйства и небольшого объема строительно-монтажных работ, выполняемых в короткие сроки. Кроме того, обеспечивая функции регулирования реактивной мощности, вакуумнореакторные группы более чем в 2 раза дешевле управляемых шунтирующих реакторов с учетом общих капиталовложений.
Неоспоримым преимуществом сухих реакторов может оказаться достаточно простая возможность их переноса на другой объект при кардинальном изменении со временем положения с потреблением реактивной мощности в регионе (рост потребления и загрузка сети и т.п.).
Положительные результаты проектных и строительно-монтажных работ, сетевых испытаний и эксплуатации позволили создать программу дальнейшего внедрения ВРГ на ПС 330 кВ МЭС Северо-Запада. Первоочередные из них: подстанции Старорусская, Великорецкая, возможно, Окуловская, Кингисепп, Сясь и подстанции 330 кВ транзита Карелия - Кола при вводе вторых цепей по транзиту.
В декабре 2001 г. на ПС 500 кВ Амурская МЭС Востока включены в работу 4 ВРГ. ПС 500 кВ Амурская связана с Зейской ГЭС и ПС 500 кВ Хабаровская линиями длиной 356,7 км и 600 км (рис. 2, б), зарядная мощность которых около 850 Мвар. Установленная мощность реакторов при напряжении 525 кВ 3 х 180 + 4 х 30 = 660 Мвар (Р1, Р2, Р3, РК1, РК2) и компенсирует около 80% зарядной мощности линий.
При общей длине линии между ПС Хабаровская и Зейской ГЭС, равной 850 км, напряжение на ПС Амурская, находящейся между ними, при отсутствии реакторов с достаточной точностью определится как
(1)
где U1 - напряжение в начале - конце линии; δ - угол передачи; λ - волновая длина линии (λ = 51° при длине 850 км), а передаваемая мощность
(2)
где Рнат = 960 МВт - натуральная мощность ВЛ при U = 525 кВ. Значения UA/U1 в зависимости от угла δ приведены далее.

Откуда следует, что при напряжении 525 кВ в начале линии на ПС Амурская при отсутствии реакторов напряжение может достигать 583 кВ. Полная компенсация зарядной мощности всей линии с помощью реакторов в режиме XX (δ = 0, Р = 0) выравнивает напряжение в начале и середине линии.
Кроме того, на ПС Амурская имеются два автотрансформатора АТ1 и АТ2 типа 3хАОДЦТН- 167000/500/220 с номинальными напряжениями обмоток 500/√3, 230/√3
мощность фазы третичной обмотки 50 МВ-А. На стороне СН имеется РПН в линии ± 12% (6 ступеней по ± 2%). Максимальное напряжение на шинах 500 кВ не более 535 кВ, что выше допустимого напряжения, равного 525 кВ. Расчетный ток трехфазного КЗ на шинах 500 кВ - 4 кА без учета Бурейской ГЭС и 5,4 кА с ее учетом.
Коммутация четырех групп сухих реакторов РК1 и РК2 осуществляется вакуумными выключателями типа ВВЭ-М-10-31,5/3150. Наличие реакторов позволило создать на стороне НН АТ две системы шин собственных нужд с четырьмя отходящими фидерами на каждой системе шин. Для ограничения токов КЗ на стороне НН автотрансформаторов используются по два комплекта токоограничивающих реакторов РБНГ-10-2500-0,35 У1.
Регулирование напряжения на шинах 500 кВ производится путем коммутации (включения и отключения) на шинах 11 кВ автотрансформаторов АТ1 и АТ2 четырех трехфазных групп реакторов. Управление выключателями производится вручную дежурным персоналом ПС по указанию диспетчера ОДУ или с помощью системы регулирования. Система регулирования содержит автоматический регулятор напряжения (АРН), управляющий включением и отключением реакторных групп в функции отклонения напряжения на шинах 500 кВ от уставки, и два автоматических регулятора (АРРМ), управляющих РПН АТ1 и АТ2 с целью ограничения перетока реактивной мощности.
В соответствии с программой, согласованной ОДУ Востока и Амурэнерго, персонал МЭС Востока провел 21 мая 2002 г. эксплуатационные испытания компенсирующих реакторов РКОС 4 х 9900/10 кВ на ПС Амурская. В процессе испытаний измерялись реактивные мощности групп реакторов при их различных комбинациях, напряжения на шинах 500, 220 и 11 кВ, загрузки линий и АТ. Передаваемые по ВЛ активные мощности не превышали 50% натурального значения, а загрузка АТ не превышала 25% номинальной мощности. При включенных Р1 - Р3 и различных комбинациях РКОС напряжение на шинах 500 кВ находилось в пределах 506 - 513 кВ, а на шинах 220 кВ в пределах 237-241 кВ. Включение и отключение одной группы РКОС (30 МВ-А) приводят к изменению напряжения на шинах 500 кВ на 3 кВ и на 220 кВ - на 1 кВ.
Далее для сравнения приведены результаты измерений напряжений для двух граничных случаев:
№ 1, когда реакторы 500 кВ Р1 - Р3 включены, а все РК1 - РК2 отключены;
№ 2, когда Р1 отключен, а Р2, Р3 и все РК1 - РК2 включены.

Из анализа полученных результатов следует: замена ШР 500 кВ, 180Мвар (например, при выводе в ремонт) на РКОС 4 х 30 = 120 Мвар, подключенные к обмоткам НН АТ, приводит к некоторому увеличению напряжения на шинах 500 кВ с одновременным улучшением уровней напряжений на шинах СН и НН.

Рис. 4. Установка сухих реакторов на ПС Амурская

При увеличении мощности РКОС со 120 Мвар до 180 Мвар (6 х 30 Мвар) напряжения на соответствующих шинах составят 516, 239 и 10 кВ, что характеризует более высокую эффективность подключения РКОС к обмоткам НН АТ по сравнению с подключением ШР к шинам 500 кВ;
ступень в 30 Мвар, изменяя напряжение на шинах 500 кВ на 0,6%, вполне достаточна для регулирования напряжения.
Проведенный МЭС Востока сравнительный анализ потребления электрической энергии за счет потерь реакторами РКОС 10 кВ и РОДЦ 500 кВ показал примерно равное удельное потребление. На рис. 4 показан внешний вид установки группы сухих реакторов на ПС 500 кВ Амурская.

Выводы

1. Подключение источников реактивной мощности к третичной обмотке автотрансформаторов оптимальным образом влияет на уровни напряжений на шинах ВН, СН и НН.
2. Применение в качестве источников реактивной мощности статических тиристорных компенсаторов позволяет осуществить их поэтапный ввод с учетом увеличения нагрузок электрических сетей.
3. В слабозагруженных электрических сетях на первом этапе предлагается использовать сухие компенсирующие реакторы, коммутируемые вакуумными выключателями, которые в последующем по мере роста нагрузок могут быть дополнены до схемы СТК конденсаторными батареями и тиристорными вентилями.
4. Подключение реакторной нагрузки к обмоткам НН АТ дает возможность применить вакуумные выключатели с большим коммутационным ресурсом для суточного ведения режима по реактивной мощности путем ее ступенчатого изменения.
5. Проведенные испытания сухих реакторов на ПС 330 кВ Новосокольники (2 х 30 Мвар) МЭС Северо-Запада и ПС 500 кВ Амурская (4 х 30 Мвар) МЭС Востока показали их высокую эффективность при меньших финансовых затратах по сравнению с использованием традиционных компенсирующих устройств.

Список литературы

1. Кочкин В. И., Обязуев А. П., Фокин В. К. Статические тиристорные компенсаторы для электрических сетей высокого и сверхвысокого напряжения. - Электрические станции, 1993, № 11.
2. Кочкин В. И. Управляемые шунтирующие реакторы для линий электропередачи высокого напряжения. - Энергетик, 1999, №5.
3. Результаты эксплуатации управляемого подмагничиванием трехфазного шунтирующего реактора / Брянцев А. М., Долгополов А. Г., Лурье А. И. и др. - Электрические станции, 2001, № 12.
4. Свидетельство Роспатента 17381. Управляемое компенсирующее устройство/ РАО “ЕЭС России”, ОАО ВНИИЭ, НПЦ “Энерком-Сервис”, 2001.