регулятор реактивной мощности Компенсация реактивной мощности, УКРМ
По всем вопросам пишите и звоните: E-mail: ukrm2014@gmail.com  моб:8-987-961-7173  Skype: ukrm2010  
Что, где и почем?
Индикаторы ЕЭС

Системный оператор Единой энергетической системы

Авторизация !





Забыли пароль?
Вы не зарегистрированы. Регистрация
Оборудование для ФСК ЕЭС
Реестр №2 ФСК ЕЭС
Реестр №2 ФСК ЕЭС
Последние новости
 
Главная arrow Статьи arrow Статический компенсатор на базе УШР
Качество электроэнергии и энергосбережение
    Нормативные документы по качеству электроэнергии и энергосбережению             Производители приборов - анализаторов электросети             Энергоаудит, консалтинг и инжиниринг             Библиография и глоссарий     
Статический компенсатор на базе УШР Версия для печати Отправить на e-mail
20.03.2010
Кондратенко Д.В., Долгополов А.Г       Статический компенсатор реактивной мощности  на базе УШР  Image
Шибаева Т.А., Виштибеев А.В.             как необходимое  средство повышения   энергоэффективности
                                                                                   
в электроэнергетике 
    
    
     Компенсаторы реактивной мощности (КРМ) на базе управляемых шунтирующих реакторов (УШР) находят все более широкое применение в энергосистемах России и за рубежом. На сегодняшний день УШР является самым распространенным устройством FACTS, обеспечивающим регулирование напряжения (реактивной мощности) в режиме «реального времени». Наиболее перспективным использование КРМ на базе УШР видится в сетях с реверсивными перетоками активной мощности, системах со «слабыми» межсистемными связями и протяженных распределительных сетях.
     Россия с ее огромной территорией, широкой географией населения, значительной неравномерностью распределения и потребления электрической энергии обладает уникальной по протяженности и сложности ведения режимов электрической сетью.
Недостаточное развитие электросетевого комплекса страны снижает эффективность функционирования оптового рынка электроэнергии, препятствует организации свободной торговли между производителями и потребителями электрической мощности и энергии.
     Создание гибких электропередач на основе устройств FACTS является одной из наиболее прогрессивных электросетевых технологий, позволяющей в «темпе процесса» управлять величиной пропускной способности линий электропередачи, оптимально перераспределять потоки активной мощности между элементами сети для снижения потерь электроэнергии и повышения надежности электроснабжения потребителей.
     ОАО РАО «ЕЭС России» Приказом №488 от 19.09.2003 г. с целью применения в Российской электроэнергетике технологии и устройств FACTS, утверждена Программа «Создание в Единой энергосистеме (ЕЭС) России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока и устройств регулирования напряжения».
      В развитие некоторых положений Приказа №488, уточнение перечня конкретных объектов применения устройств и технологий FACTS в ЕЭС/ЕНЭС 29.05.2006 ОАО РАО «ЕЭС России» был выпущен еще один приказ №380 «О создании управляемых линий электропередачи и оборудования для них».
К наиболее широко внедряемым устройствам FACTS первого поколения (FACTS-1), обеспечивающим регулирование напряжения (реактивной мощности)
в режиме «реального времени», относятся управляемые шунтирующие реакторы (УШР).
      Оценка схемно-режимных параметров показывает, что наибольший эффект установки УШР проявляется в сетях 220 кВ и выше на межсистемных линиях электропередачи с реверсивными перетоками активной мощности, загрузка которых в течение суток может меняться от нуля до предельно допустимой по пропускной способности, а также на объектах выдачи мощности гидроэлектростанций, режимы работы которых предусматривают возможность глубокого суточного и сезонного регулирования.
     Лидирующие позиции в сфере компенсации реактивной мощности занимает инжиниринговая компания ОАО «Электрические управляемые реакторы» (ОАО «ЭЛУР»), которая в 2010 г. отмечает десятилетний юбилей. Столь уверенное высказывание о лидирующих позициях может подкрепляться количеством и географией установленных управляемых шунтирующих реакторов (УШР) классом напряжения 35-500 кВ и устройств на базе УШР, которое составляет более 50 шт., суммарной мощностью более 4 ГВА.
     Темпы развития компании за 10 лет существования прямо пропорциональны увеличению понимания эффекта применения УШР и оценке положительного влияния УШР на энергосистему. Имея ежегодную тенденцию к увеличению производимой мощности УШР. пик заказов пришелся на 2008 г. и 2009 г.. когда было произведено порядка 70% установленных на сегодняшний день управляемых компенсаторов на базе УШР (Рис. 1):

Image
Рис.1 Темпы развития производства УШР

На Рис.2 приведены места установки УШР (на 01.01.2010 г.). Исходя из количества установленных УШР. можно сделать вывод, что управляемый реактор становится такой же неотъемлемой частью энергосистемы, как и другое трансформаторное оборудование.

Image
Рис.2 География установленных УШР

     Число задач, решаемых с использованием УШР, постоянно увеличивается, таким образом, наравне с традиционным эффектом от сокращения числа коммутаций неуправляемых устройств в транзитных сетях с резко переменным графиком нагрузки, уменьшением нагрузочных потерь, положительного эффекта УШР в нефтяной отрасли [1], все чаще рассматриваются идеи построения «умных сетей» - сетей Smart Grid с использованием компенсаторов реактивной мощности на базе управляемых реакторов [2].
     С сожалением стоит отметить, что при обосновании построения гибких линий электропередач- в том числе с использованием УШР. мало внимания уделяется снижению потерь на корону - потерь, связанным с увеличением напряженности электрического поля у поверхности провода вследствие завышенных напряжений на воздушных линиях, хотя по официальным данным ФСК ЕЭС они составляют порядка 30% всех потерь. Кстати сказать, во вновь разработанных методических указаниях по обоснованию применения устройств FACTS, по непонятным причинам, ничего не говорится о возможности снижения потерь на корону с использованием компенсаторов реактивной мощности.
     Несмотря на все. казалось бы. явные положительные качества УШР. иногда удается слышать и даже читать о том, что управляемые шунтирующие реакторы не оказывают влияния на устойчивость энергосистемы, что не имеет достаточных оснований. Этой теме необходимо будет посветить отдельную дискуссию с соответствующими теоретическими выкладками и анализом практического применения, но. по крайней мере, необходимо сказать, что утверждения о том. что УШР не влияют на устойчивость энергосистемы являются весьма неверными. Более того, увеличению пределов статической устойчивости с применением УШР посвящен ряд работ и статей, в частности, кафедры систем и сетей СПбГПУ или научно-исследовательской лаборатории «Гибкие системы передачи электроэнергии» кафедры электроэнергетических сетей МЭИ.
     Так. например, в [3] показано, что при рассмотрении трехмашинного эквивалента электроэнергетической системы с установкой управляемого реактора на шинах станции обеспечивается статическая устойчивость при быстродействии УШР 0,75-1,5 сек. при различных степенях статизма. Вместе с тем показано, что при постоянной времени УШР Тр менее 0,1 сек. (соответствует быстродействию 0.3-0,4 сек.) может нарушиться колебательная устойчивость системы. Это еще раз подтверждает тот факт, что не всегда обоснованы требования к повышенному быстродействию, а иногда они бывают вредны.

Image
Рис.3 Трехмашинный эквивалент ЭЭС с установленным УШР на станции.

     Тем не менее, встречаются случаи необоснованных упреков УШР в недостаточном быстродействии (согласно результатам испытаний время полного изменения мощности - 0,3 сек.) без каких-либо комментариев и расчетов необходимости конкретного быстродействия. Хочется заметить, что для РТУ-180000 330-У1, установленного на Игналинской АЭС. было показано время полного изменения мощности за 0,15 сек. [4] (см. Рис.4-5), однако расчеты устойчивости показали, что такое быстродействие вредно для энергосистемы и требуемое значение составляет 1 сек. При применении УШР в качестве «шинного» требование к быстродействию УШР менее 0,3-0.5 сек. вообще непонятно.
     Таким образом, без детальных расчетов в конкретных условиях, авторы не берутся утверждать о тех или иных требованиях к компенсаторам реактивной мощности, а необходимое быстродействие может быть достигнуто и с помощью управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов.

Image
Рис.4 Время набора полной полной мощности (0,15 с.)

Image
Рис.5 Время сброса полной мощности (0,15 с.)

      Отдельно хотелось бы рассмотреть проблемы компенсации реактивной мощности в сетях нефтяной отрасли. Связаны они в основном с сильной загрузкой сетей, установкой асинхронных двигателей- а. соответственно, и с проблемами влияния пониженного напряжения на двигательную нагрузку. Как известно, если напряжение сети опускается ниже значения, которое является критическим для асинхронных двигателей, двигатели начинают тормозиться, что вызывает значительное увеличение потребляемого ими тока и провоцирует дальнейшее снижения напряжения на шинах двигателей. Если в течение нескольких секунд не повысить напряжение в центре питания, то дальнейшее снижение напряжения может привести (с тем большей вероятностью, чем больше сопротивление внешней сети) к «опрокидыванию» тех двигателей, которые еще удерживались в работе. Новое снижение напряжения вызывает новое «опрокидывание» - процесс лавины напряжения. Напряжение, которое устанавливается в результате лавины может быть ниже на 50-70% номинального. Время, в течение которого развивается лавина напряжения, составляет в разных условиях от нескольких долей секунды до нескольких секунд.
     На сегодняшний день проблему лавины напряжения решают путем использования батарей статических конденсаторов, к тому же БСК увеличивают cosф и обеспечивают поддержание напряжения при изменении режима. Однако есть и существенные недостатки такого решения, например, существенно увеличив cosф, что. несомненно, положительным образом сказывается на режиме при нормальных условиях, приходится восстанавливать уровни напряжения, изменяя коэффициент трансформации [5], что в случае аварийного отключения нагрузки, медленнодействующего принципа РПН и обратного регулирующего эффекта БСК неизбежно приведет к недопустимому увеличению напряжения у потребителей и дальнейшему аварийному отключению нагрузки, которое будет иметь каскадный характер.
     Справиться с описанной проблемой можно с помощью автоматически регулируемых компенсаторов реактивной мощности - управляемых реакторов. Сочетание управляемых реакторов с батареями статических конденсаторов (Рис. б.) позволяет решать сразу две проблемы - предотвращать лавину напряжения и исключить критическое увеличение напряжения у потребителя в случае аварийного отключения нагрузки.

Image
Рис.6 Упрощенная схема питания нагрузки с применением УШР и различными вариантами подключения БСК.
В качестве одного из возможных примеров можно рассмотреть включение БСК 25 MB ар в слабых сетях ПО кВ (ПС «Эльдикан»), Так, на Рис. 7 показан процесс постановки под напряжение БСК ПО кВ. Можно видеть, что включение батареи приводит к резкому увеличению напряжения на шинах подстанции, а, соответственно, и увеличению токов БСК с последующим ее отключением МТЗ. Таким образом, кроме вероятности повреждения самой БСК существует вероятность повреждения оборудования, как самой подстанции, так и прилегающих к ней ПС.
При одновременном включении БСК и УШР ситуация нормализуется (Рис. 8.). Реактор компенсирует избыточную реактивную мощность, выдаваемую батареей, и переходит в автоматический режим стабилизации напряжения на заданную уставку.

Image
Рис.7 Включение БСК в «слабой» сети 110 кВ.

Image
Рис.8 Одновременное включение УШР и БСК в «слабой» сети 110 кВ.

     Несомненным преимуществом компенсаторов реактивной мощности на базе УШР является возможность его подключения в точку необходимой компенсации реактивной мощности без использования промежуточных устройств. Этот факт особенно важен для создания гибких линий электропередач с применением плавно-регулируемых устройств компенсации реактивной мощности по концам линии.
     Таким образом, аббревиатура FACTS, которая несколько лет назад только начинала активно фигурировать в СМИ и казалась не более чем перспективной идеей построения сетей, в последнее время приобретает все более понятные очертания. С каждым годом значение управляемых линий электропередачи и понимания их необходимости для энергетики РФ растет, в особенности об этом можно судить по применяемости УШР. Несомненно, должен настать тот день, когда понимание необходимости, эффективности, принципов работы УШР будет наиболее полным и понятным энергетикам и, что особенно важно, изучено и регламентировано понятными методиками.
     Если говорить об истории применения управляемых реакторов в России, то так или иначе она связана с ОЭС Сибири. Так первый УШР на напряжении 220 кВ мощностью 100 Мвар был установлен в 2001 году на ПС 500 кВ Читинская (Забайкальская ЭС). Ввод УШР позволил компенсировать реактивную мощность протяженной сети 220 кВ, существенно повысить качество электроэнергии в Читинской и Бурятской ЭС - снизить нерегулярные колебания напряжения, исключить необходимость работы Читинской ТЭЦ-1 в режиме потребления реактивной мощности и исключить необходимость отключения параллельных незагруженных ВЛ 220 кВ в минимальных режимах для регулирования напряжения.
     Первый УШР на напряжении 500 кВ мощностью 180 Мвар был введен в эксплуатацию в 2005 году на ПС 500 кВ Таврическая (Омская ЭС). В 2007 г. введен в эксплуатацию линейный УШР мощностью 180 Мвар на напряжение 500 кВ в узле ПС Барабинская (Сибирь), с присоединением на ВЛ Заря - Барабинская (Новосибирская ЭС).
     Отрицательной особенностью формирования основной системообразующей сети ОЭС Сибири в период 2004-2007 гг. являлась слабая связь Омской энергосистемы с ОЭС Сибири и зависимость показателей режима от внешних перетоков Сибирь - Казахстан, носящих реверсивный характер. До ввода УШР 180 Мвар на шинах ПС Таврическая реверсивные перетоки приводили к сезонным и суточным колебаниям напряжения с амплитудой до 40 кВ. Колебания напряжения негативно сказывались на режимах работы сети 110-220 кВ Омской энергосистемы, приводили к повышенному износу оборудования. Ввод УШР на подстанции Таврическая позволил снизить сезонные и суточные колебания напряжения с 40 до 19 кВ - на 52,5%. Режимная мощность УШР используется в полном диапазоне от 0 до 180 Мвар. что обеспечило снижение уровня напряжения ПС 220 кВ Омской ЭС - Называевская и Загородная.
     УШР в узле ПС Барабинская обеспечивает суточное и сезонное регулирование напряжения на транзите Новосибирск - Омск и в прилегающей сети Новосибирской энергосистемы, нормализует напряжение в режимах включения ВЛ 500 кВ Заря - Барабинская.
     В октябре 2009 г. введен в эксплуатацию третий в ОЭС Сибири УШР на напряжении 500 кВ - на ПС 500 кВ Томская (Томская ЭС). Это первый реактор новой трехобмоточной конструкции типа РТУ-180000 500-УХЛ1. Анализ расчетов, выполненных в работе «ПС 500 кВ Томская. Установка УШР. Режимы работы электрических сетей 220 кВ и выше Западной части ОЭС Сибири на период до 2015 г.» (ОАО «Сибирский ЭНТЦ». 2007) показал необходимость установки УШР и подтвердил эффективность его установки. Использование УШР позволяет значительно сократить колебания напряжения на шинах ПС 500 кВ Томская и в прилегающей сети в разрезе суток и сезонов. При использовании полного диапазона мощности УШР от 0 до 180 Мвар возможно поддерживать напряжение на шинах ПС 500 кВ Томская в пределах 513-516 кВ в широком диапазоне режимов. Кроме того. УШР на ПС 500 кВ Томская позволяет поддерживать в допустимых пределах напряжение на шинах системообразующей ПС 500 кВ Итатская при реверсивных перетоках по транзиту Иркутск - Красноярск, изменяющихся в пределах допустимых величин в западном и восточном направлениях.
     На напряжении ПО кВ в ОЭС Сибири установлено 3 УШР мощностью по 25 Мвар в Томской ЭС: на подстанциях 110 кВ Игольская, Катыльгинская, Двуре-ченская Васюганского региона ОАО «Томскнефть» (ЗАО «ЮКОС-ЭП»). УШР введены в эксплуатацию в 2004 г.
     Первые УШР 110 кВ были введены в ОЭС Сибири на ПС ПО кВ Игольская, Катыльгинская, Двуреченская и позволил резко снизить отключения импортного оборудования из-за колебаний напряжения в сети и, как следствие, существенно снизить потери добычи нефти. Оптимизации потоков реактивной мощности позволила довести передаваемую мощность до предельно допустимой по сечению проводов, обеспечить 100% взаимное резервирование нагрузок примыкающих линий электропередач- на 35% снизить потери активной мощности в ВЛ, в десятки раз сократить число коммутаций БСК и РПН трансформаторов и обеспечить плавную автоматическую стабилизацию заданных уровней напряжения в установившихся режимах.
     Наибольшее количество УШР вводится для управления режимами работы сетей схемы выдачи мощности (СВМ) Богучанской ГЭС.
СВМ Богучанской ГЭС предлагается осуществить на напряжении 500 и 220 кВ. На напряжении 500 кВ - по 2 В Л Богучанская ГЭС - Ангара (Ангара -Камала-1, Ангара - Озерная) и ВЛ Богучанская ГЭС - Озерная. На напряжении 220 кВ - по 2 ВЛ Богучанская ГЭС - Приангарская - Раздолинская и 2 ВЛ Богучанская ГЭС - Кодинская.
     Анализ результатов расчетов потокораспределения и уровней напряжения, проведенный в рамках работы «Актуализация ТЭО выдачи мощности Богучанской ГЭС в связи с изменением главной схемы электрических соединений. Корректировка схемы выдачи мощности Богучанской ГЭС с учетом изменения схем КРУЭ-220/500 кВ и уточнения графика ввода мощности гидроагрегатов и Богу-чанского A3» (ОАО «Сибирский ЭНТЦ», 2009 г.) выявил стабильно дефицитные и избыточные узлы по реактивной мощности в зоне влияния Богучанской ГЭС и показал целесообразность установки УШР на напряжении 500, 220 и ПО кВ:

 - на напряжении 500 кВ - б шт. по 180 Мвар: на ПС Ангара, в узле ПС Озерная с присоединением на ВЛ Богучанская ГЭС - ПС Озерная и на ВЛ ПС Ангара - ПС Озерная, в узле ПС Камала-1 с присоединением на ВЛ Ангара - Камала-1 и замена ШР на УШР на ПС Тайшет и шинах Братского ПП.

 - на напряжении 220 кВ - 4 шт. по 100 Мвар: на ПС 500 кВ Ангара (2х100 Мвар), на ПС 500 кВ Озерная (2x100 Мвар).
 - на напряжении ПО кВ - 4 шт. по 25 Мвар: на ПС 220 кВ Раздолинская (2x25 Мвар), на ПС 220 кВ Приангарская (2x25 Мвар).

    УШР на ПС 500 кВ Ангара рекомендовано подключить к шинам ПС через выключатель и развилку разъединителей для исключения резонансных явлений при соизмеримости потребляемой мощности двух реакторов В Л Ангара - Камала-1 с зарядной мощностью ВЛ при подключении УШР со стороны ПС Ангара к ВЛ. Кроме того, по обеспечению нормируемых уровней напряжения в узле ПС Ангара достаточна установка одного реактора. При таком подключении он может использоваться для режимов одностороннего включения ВЛ. отходящих от шин подстанции: Ангара - Камала-1 и Ангара - Озерная. При этом режим холостого хода этих линий со стороны ПС Ангара недопустим.
     Установка УШР в сети 500 кВ на ПС Ангара с секционированием ВЛ обеспечивает нормируемые уровни напряжения на протяженной ВЛ, компенсируя ее зарядную мощность. В узлах примыкания к транзиту 500 кВ на ПС Камала-1 и Озерная в условиях реверсивных перетоков мощности установка УШР на линиях обеспечивает регулирование напряжения на транзите Иркутск - Красноярск и ограничение напряжения в режимах включения протяженных ВЛ (Богучанская ГЭС - Ангара - Камала-1 и Богучанская ГЭС - Ангара - Озерная).
     Установка УШР на шинах Братского ПП и ПС 500 кВ Тайшет позволяет повысить управляемость сети в различных режимах загрузки транзита в зависимости от использования мощности крупных ГЭС - Богучанской, Усть-Илимской, Братской.
     Таким образом, учитывая реверсивные потоки мощности по транзиту 500 кВ и колебания напряжения на шинах подстанций 500 кВ в широком диапазоне, установка УШР в сети 500 кВ позволила повысить степень компенсации реактивной мощности сети 500 кВ Центральной части ОЭС Сибири, существенно повысить качество электроэнергии в зоне размещения Богучанской ГЭС. снизить колебания напряжения на шинах подстанций.
     Дефицитные по реактивной мощности узлы расположены в западной части Нижнего Приангарья. удаленной от крупных электростанций. С ростом нагрузки в районе ПС 220 кВ Абалаково. Раздолинская. Новая Еруда для соблюдения требований баланса реактивной мощности, снижения потерь в сети, обеспечения нормируемых уровней напряжения необходима компенсация реактивной нагрузки непосредственно в узлах потребления. Особенно это характерно для режимов максимальных перетоков. Однако в минимальных режимах и при балансовой загрузке Богучанской ГЭС покрытие реактивной нагрузки потребителей обеспечивается генерацией реактивной мощности протяженных линий 220 кВ усиленного сечения, и сеть становится избыточной по реактивной мощности, чем и обусловлена необходимость применения управляемых средств компенсации реактивной мощности.
     Установка УШР в сети 220 совместно с БСК (УШР 2х100+БСК 4x100 Мвар на ПС 500 кВ Ангара, УШР 2х100+БСК 4x100 Мвар на ПС 500 кВ Озерная) позволяет соблюдать требования баланса реактивной мощности, снизить потери в сети, обеспечить нормируемые уровни напряжения. Установка БСК необходима для выдачи полной мощности Богучанской ГЭС.
     Использование УШР в сети 110 кВ совместно с БСК (УШР 2х25+БСК 4x26 Мвар на ПС 220 кВ Раздолинская, УШР 2х25+БСК 4x26 Мвар на ПС 220 кВ При-ангарская) позволяет обеспечить нормируемые уровни напряжения в сети.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Цыганов СИ., Кондратенко Д.В. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы как средство повышения эффективности работы электроэнергетических систем. // «Электро» №1, 2008.

2. Шакарян Ю.Г.. Новиков Н.Л. Технологическая платформа Smart Grid. //«Энергоэксперт» №4(15), 2009.

3. Обоснование необходимости применения устройств управляемой поперечной компенсации для транзитных электропередач класса 330 - 500 кВ.
А.Н. Беляев. СВ. Смоловик, О.В. Фролов // Материалы Всероссийского научного семинара «Энергетическая безопасность России». СПб. Изд-во СПбГПУ. 2006 г.)

4. Ахметжанов Н.Г., Долгополов А.Г. Кондратенко Д.В. Ввод в эксплуатацию УШР на Игналинской АЭС. // «Новости электротехники», №6. 2008.

5. Евдокунин Г.А., Рагозин А.А. Исследование статической устойчивости режимов дальних линий электропередачи с управляющим шунтирующим реактором // Электричество. 1996. № 8.

6. Кашин И.В.. Смоловик СВ. Устойчивость работы протяженных электропередач переменного тока с регулируемыми устройствами поперечной компенсации Электричество, 2001, №2

Все права на статью принадлежат ОАО "Управляемые шунтирующие реакторы".

Публикация данного материала сделана только в общеобразовательных целях.

Разрешается использовать данный материал только в личных и некоммерческих целях.

При перепечатке и цитировании ссылка на первоисточник и сайт www.ukrm.ru  обязательны.













 

Добавить комментарий

Не допускается:
1.Ненормативная лексика.
2.Пропаганда межнациональной или расовой ненависти.
3.Любая другая информация, не относящаяся к тематике сайта.



< Пред.   След. >
 
ukrm.ru © 2017
Ссылки /// Новости /// Главная