Статьи и аналитикаБиблиотекаОбразованиеМероприятия  
Каталог

Применение управляемой УПК на электропередаче 500 кВ Саяно-Шушенская ГЭС – Новокузнецкая.

Аристов И.С., м.н.с., ОАО «Институт «Энергосетьпроект»

Устройства продольной компенсации (УПК) являются одними из наиболее дешевых устройств и широко применяются в энергосистемах мира для повышения пропускной способности линий электропередач. Например, фирма ABB с 1950 года установила в 17 странах 250 устройства продольной компенсации суммарной мощностью порядка 72000 МВА. Дополнительно к основной функции – повышению пропускной способности связей – устройства продольной компенсации при наличии управляемой части может перераспределять перетоки мощности по связям и демпфировать электромеханические качания роторов генераторов электростанций. Применение устройства продольной компенсации за рубежом рассматривают в качестве альтернативы сооружению новых линий, что оказывается выгодным из-за меньшей стоимости устройств и времени строительства, а также проблемы выбора трассы.

По результатам работ, выполненных ОАО «Институт «Энергосетьпроект» и ОАО «ВНИИЭ» в 2007 г., одним из мест применения устройства продольной компенсации в ЕНЭС России на период 2008 – 2015 гг, характеризующихся наилучшими технико-экономическими показателями является ВЛ 500 кВ Саяно-Шушенская ГЭС – Новокузнецкая/Кузбасская.

Установленная мощность Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6400 МВт. В настоящее время максимальная загрузка этой станции не превышает 4200 МВт. Эта величина ограничена рядом причин, в том числе пропускной способностью сечения Красноярск, Хакасия – Запад и линий, отходящих от Саяно-Шушенской ГЭС. Для решения этой проблемы рассматривается применение устройства продольной компенсации различных типов на ВЛ 500 кВ СШГЭС – Новокузнецкая/Кузбасская.

СШГЭС расположена в Хакаской ЭС в ОЭС Сибири. Двухцепная электропередача 500 кВ СШГЭС-Кузбасс протяженностью 450 км связывает СШГЭС с дефицитной Кузбасской ЭС и входит в состав сечения Красноярск, Хакасия – Запад (рис.1). Это сечение является центральным сечением ОЭС Сибири, перетоки по которому контролируются СО-ЦДУ ЕЭС.

Применение устройства продольной компенсации рассматривается с целью повышения пропускной способности сети. Согласно методическим указаниям по устойчивости максимально допустимый переток определяется:

1) условиями статической устойчивости;

2) условием отсутствия токовой перегрузки сетевых элементов;

3) условиями динамической устойчивости.

Исследования на период 2010 г. показали, что максимально допустимый переток по сечению Красноярск, Хакасия - Запад ограничивается в основном условиями статической устойчивости в нормальном режиме, а максимальная выдача мощности Саяно-Шушенскрй ГЭС - условиями динамической устойчивости станции. 

 

Рис.1 Центральная часть ОЭС Сибири

 

Установка двух устройств продольной компенсации суммарной мощностью 460 МВА с компенсацией 30% реактивного сопротивления ВЛ позволит повысить максимально-допустимый переток мощности в сечении Красноярск, Хакасия – Запад на 150 МВт и предельную загрузку СШГЭС на 200 МВт (до 4400 МВт).

Установка двух устройств продольной компенсации суммарной мощностью 1020 МВА с компенсацией 50% реактивного сопротивления ВЛ позволит повысить максимально-допустимый переток мощности в сечении Красноярск, Хакасия – Запад на 300 МВт и предельную загрузку СШГЭС на 300 МВт (до 4500 МВт).

Выбор места установки устройства продольной компенсации определяется рядом условий, в том числе распределением уровней напряжения вдоль ВЛ на ПС.

Предлагались 3 варианта размещения устройства продольной компенсации : у ПС Новокузнецкая/Кузбасская, в середине ВЛ, вариант с разнесением устройства продольной компенсации по линии. 

 

Исследования показали, что для устройств продольной компенсации с 30% степенью компенсации наилучшей является установка в середине ВЛ. В этом случае напряжения не выходят за допустимые пределы.

Для устройств продольной компенсации с 50% степенью компенсации наилучшей является установка с разнесением устройств продольной компенсации : 20% у ПС Новокузнецкая/Кузбасская и 30% в середине ВЛ. Установка устройств продольной компенсации с компенсацией 50% сопротивления линии только вблизи ПС Новокузнецкая/Кузбасская недопустима из-за значительного превышения напряжения сверх допустимого на устройстве продольной компенсации в нормальном и послеаварийных режимах, а установка такого устройства продольной компенсации в середине линии потребует подключения дополнительных ШР на шинах устройств продольной компенсации . 

Целесообразность применения управляемых устройств продольной компенсации рассмотрены с позиции улучшения демпфирования электромеханических колебаний роторов генераторов Саяно-Шушенской ГЭС.

Исследования выполнены в упрощенной модели энергосистемы в среде MatLab.

Устройств продольной компенсации на электропередаче СШГЭС-Кузбасс принимаются частично регулируемыми: степень компенсации нерегулируемой части – 30%, регулируемой – от 0 до 20%. В исходном установившемся режиме степень компенсации управляемого устройства продольной компенсации принята равной 50%.

В основу алгоритма демпфирования положены следующие соображения. После первоначального толчка, вызванного возмущением, при условии сохранения устойчивости, генераторы энергосистемы переходят в режим синхронных качаний.

При синхронных качаниях генератор при росте угла ротора отдает избыточную энергию в систему, а при снижении угла, получает часть её обратно. Для скорейшего затухания переходного процесса необходимо увеличить мощность, отдаваемую генератором и уменьшить долю получаемой обратно. Этого можно достигнуть регулированием устройств продольной компенсации : увеличением степени компенсации при росте угла и уменьшением ее при снижении угла.

В качестве параметра регулирования управляемого устройства продольной компенсации рассмотрены: 1) производная угла роторов генераторов Саяно-Шушенской ГЭС и 2) производная активной мощности, передаваемой по ВЛ.

Регулирование позволяет улучшить демпфирование колебаний роторов генераторов Саяно-Шушенской ГЭС. В частности, это хорошо видно из приведенных на рис.2 осциллограмм переходных процессов после 2-х фазного к.з. на землю на одной из ВЛ 500 кВ и последующего её отключения через Δt = 0,12c.

Рис.2. Изменение угла роторов генераторов Саяно-Шушенской ГЭС в ходе переходного процесса. Регулирование по производной угла.

Рис.3. Изменение эквивалентного сопротивления устройств продольной компенсации в ходе переходного процесса. Регулирование по производной угла.

 

Из приведенных на рис.2 осциллограмм видно, что даже при наличии быстродействующей независимой тиристорной системы возбуждения и регуляторов сильного действия процесс характеризуются недостаточно удовлетворительным затуханием (коэффициент затухания оценивается в размере –0,34 с-1). 

Управляемая УПК позволяет демпфировать электромеханические колебания роторов генераторов СШГЭС при аналогичных возмущениях в энергосистеме. Благодаря действию регулятора, осуществляющего управление степенью компенсации УУПК по производной угла роторов генераторов СШГЭС (рис.2), электромеханические колебания затухают за 3 цикла (коэффициент затухания оценивается в размере –0,9 с-1).

На рис. 3 представлены совмещенные графики изменения относительного угла генераторов Саяно-Шушенской ГЭС и эквивалентного сопротивления УПК в ходе переходного процесса при управлении степенью компенсации УУПК по производной углов роторов генераторов СШГЭС. Из данного рисунка видно, что при отрицательном скольжении генераторов Саяно-Шушенской ГЭС сопротивление УПК снижается, а при положительном скольжении - увеличивается до максимального, за счет чего достигается затухание колебаний.

Как показали исследования, по эффективности демпфирования закон регулирования УУПК по производной угла роторов генераторов СШГЭС схож с законом регулирования УУПК по производной активной мощности, передаваемой по линии. Это хорошо видно из представленных на рис.4. осциллограмм переходных процессов при одном и том же возмущении, но при различных законах регулирования УУПК.

Рис.4. Сравнение законов регулирования УУПК 

Оценка мощности УПК выполнена исходя из максимального тока в нормальном режиме и максимального тока в послеаварийном режиме с учетом 30%-й перегрузки.

Технические параметры одной УПК приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические параметры УПК

Параметры

УПК 30%

УПК50%

УПК 30% +

УУПК 20%

Степень компенсации, %

30

50

50

в т.ч. управляемая ,%

-

-

20

Номинальное напряжение, кВ

500

Максимальный ток в нормальном режиме, А

1240

1386

Максимальный ток в п/ав режиме, А

1946

2263

Ток в п/ав режиме с учетом допустимой 30% перегрузки, А

1362

1584

Номинальная мощность, МВА

230

510

в т.ч. управляемая часть, МВА

-

-

198

 

Таким образом, применение устройств продольной компенсации на ВЛ Саяно-Шушенская ГЭС – Новокузнецкая/Кузбасская позволит повысить пропускную способность сечения Красноярск, Хакасия – Запад на величину до 300 МВт, а также увеличить максимальную выдачу мощности Саяно-Шушенской ГЭС на 300 МВт (до 4500 МВт). Применение УУПК на указанных линиях позволит вдобавок к эффекту неуправляемой УПК значительно улучшить демпфирование электромеханических колебаний роторов генераторов СШГЭС в ходе переходных процессов.

Источник: http://portalenergetika.com/

Категории статьи:
Международный опыт | Магистральные сети | Распределительные сети | Предприятия
Перспективные вопросы развития энергетики | Генерация | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия
Рынок электроэнергетики | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети
Эту страницу просмотрели 7653 раза