Влияние параметров новых элементов электросетевого оборудования на режимы работы энергосистемы мегаполиса

Развитие электроэнергетики, неотъемлемой основной частью которой являются электрические системы и сети, на современном этапе времени невозможно без применения новых видов электрооборудования. В большей степени это относится к сетям ВН и СВН, хотя для сетей средних и низших классов напряжения эта проблема стоит также остро. Ограничимся в данной работе рассмотрением именно сетей ВН и СВН.

Развитие энергосистем крупных мегаполисов происходит в специфических условиях, таких как высокая плотность нагрузки и генерации, ограниченность и крайне высокая. стоимость свободных территорий внутри мегаполиса, необходимых для возведения новых линий электропередач и. подстанций ВН и СВН, ужесточение требований к архитектурному облику существующих и вновь возводимых сетевых объектов, увеличение выбросов промышленных предприятий и автотранспорта мегаполисов, загрязняющих основную изоляцию открыто стоящего электрооборудования станций и подстанций и многие др. Поэтому возникла необходимость в применении таких типов оборудования, которые бы соответствовали большинству из перечисленных выше условий эксплуатации. В частности, таким оборудованием на основе новейших технологий являются элегазовые комплектные распределительные устройства (КРУЭ) [2], используемые в качестве распределительных устройств подстанций, и относительно новый вид силовых высоковольтных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) [3], используемых вместо воздушных линий электропередач в условиях энергосистем мегаполисов. Практика проектирования сетевых объектов в условиях мегаполисов показывает, что в большинстве случаев сама возможность возведения новых объектов определяется исключительно применением этих типов оборудования. Сети мегаполисов являются смешанными, т. е. такими, в которых наряду с воздушными линиями ВН и СВН существует значительное количество кабельных соответствующих напряжений, количество которых будет увеличиваться.

Естественно, что при применении нового оборудования возникают новые явления в электрических сетях, которых не было ранее [3,4]. Обусловлены они разными причинами, основные из которых заключаются в новых конструктивных особенностях, а как следствие и в новых электрических" параметрах такого оборудования, которое является составной частью любой энергосистемы.

Неизученность влияния параметров нового электрооборудования на режимы функционирования энергосистем и перераспределение потоков мощности в сети, несоответствия нормам режимов напряжения в узлах сети и т. д. может привести к серьезным системным' авариям по причине выхода из строя этого оборудования и в меньшей степени в условиях мегаполисов по причине нарушения статической или динамической устойчивости. Результатом таких аварий являются ограничения электроснабжения потребителей и значительные затраты временных и материальных ресурсов на их устранение.

Примером сказанному могут служить общеизвестные распространенные в средствах массовой информации факты об авариях в Мосэнерго и других энергосистемах, в составе которых соответствующими проектами предусматривались КРУЭ и кабели с изоляцией из СПЭ. К сказанному относится значительное количество пожаров в кабельных линиях ВН и СВН с изоляцией из СПЭ, причиной которых, вероятно, является несоответствие пропускной способности кабельных линий по условию стабильности теплового баланса кабелей протекающим по ним перетокам мощности. Кроме этого не оценено влияние параметров новых элементов электрооборудования на уровни токов коротких замыканий в энергосистемах.

Соответственно, представляется целесообразным и актуальным рассмотрение влияния параметров нового электрооборудования на режимы функционирования энергосистем мегаполисов на примере энергосистемы Санкт-Петербурга.

4:6. Выводы по главе.

1. Показано, что из-за значительнойзарядной мощности КЛ в условиях энергосистемы Санкт-Петербурга на КВЛ 330 кВ ЛАЭС-2 — ПС Приморская с длиной кабельного участка 26 км в режимах минимальных летних нагрузок требуется установка средств компенсации избыточной реактивной мощности таких, как шунтирующие реакторы 330 кВ мощностью 100 Мвар с каждой стороны кабельного участка. Кроме этого, определено, что в большинстве случаев в энергосистеме Санкт-Петербурга (что можно распространить и на энергосистемы других мегаполисов), кроме приведенного выше случая, для минимальных режимов нагрузки для лета на уровне 2015 года проблема повышения напряжения в точках примыкания этих линий к системе не представляет опасности благодаря достаточному количеству генераторов станций, обладающих необходимыми диапазонами регулирования реактивной мощности и способными обеспечить баланс реактивной мощности в системе при заданном напряжении.

2. Показано, что в условиях энергосистемы Санкт-Петербурга на основании расчетов режимов ее смешанной сети с учетом полученных характеристик KJI доказано, что в некоторых послеаварийных режимах возможны перегрузки KJI, таких как KJI 330 кВ ПС Центральная — ПС Василеостровская и KJIS 330 кВ ПС Василеостровская — ПС Северная, по причине неравномерной загрузки параллельных BJI и KJI и необходимы мероприятия по ограничению перетоков мощности по этим KJI в таких режимах.

3. Предложены мероприятия по ограничению перетоков мощности в ПАР по указанным KJI, реализуемым с помощью установки последовательно с KJI 330 кВ ПС Центральная — ПС Василеостровская продольного токоограничивающего реактора с сопротивлением 4,9 Ом. Реактор выбран по условию ограничения перетока мощности по этой KJI до предельно допустимого по тепловому режиму и достаточного для ограничения перетока мощности до допустимых пределов по KJI 330 кВ ПС Василеостровская — ПС Северная.

4. Показано влияние ФПУ на регулирование потоков мощности по линиям электропередач, в частности, для ограничения перетоков мощности по KBJI 330 кВ ЛАЭС-2 — ПС Приморская в целях обеспечения их приемлемого уровня для кабельного участка по условиям его тепловой устойчивости.

5. Показано, что установка продольного токоограничивающего и шунтирующего реакторов на КЛ из СПЭ 330 кВ в смешанной сети мегаполисов незначительно влияет на суммарные потери, мощности в ней.

6. Установлено, что наличие продольного токоограничивающего реактора на КЛ из СПЭ 330 кВ^сглаживает неравномерность загрузки КЛ и ВЛ. в смешанной сети Санкт-Петербурга.

7. Оценены на основании вычисленных активно-индуктивных параметров прямой и нулевой последовательностей ЮГ из СПЭ'330 кВ уровни токов трехфазных и однофазных к.з. в энергосистеме Санкт-Петербурга на шинах 330 кВ ПС Центральная и ПС Василеостровская при установке продольного реактора с сопротивлением 4,9 Ом и без негоУстановлено, что даже без, использования токоограничивающего реактора, но применяя систему заземления экранов в одной точке для всех КЛ, входящих в состав электрической сети, возможно снижение практически в два раза уровней токов однофазных к.з.

8. Приведены технико-экономические обоснования различных допустимых способов реализации прокладки КЛ 330 кВ ПС Центральная — ПС Василеостровская на основании полной стоимости ее строительства с учетом стоимости соответствующей длины кабеля 330 кВ и стоимости трех фаз продольного’реактора с сопротивлением 4,9 Ом. На’их основе.

• получено, что наиболее примлимым является вариант с установкой на линии реактора, позволяющей применить в данном случае кабель из.

СПЭ с наименьшим сечением ТПЖ (1400 мм) и обеспечить наиболее удобный способ прокладки фаз линии треугольником. При этом достигается значительная экономия средств.

9: Выполнен комплексный анализ энергосистемы мегаполиса с учетом новых элементов электросетевого оборудования ВН и СВН, заключающийся в исследовании установившихся режимов системы, уровней токов к.з., ограничения и перераспределения перетоков мощности по внутрисистемным связям.

Заключение

.

В диссертационной работе на примере комплексного анализа режимов работы перспективной энергосистемы Санкт-Петербурга были получены следующие выводы: ¦

1) в целях практического использования проектными организациям на стадии выбора основного первичного электрооборудования оценены перспективы внедрения и приведены характеристики новых элементов электрооборудования ВН и СВН (КРУЭ, кабелей с изоляцией из СПЭ, сухих токоограничи-вающих реакторов и др.), применяемых в энергосистемах мегаполисов;

2) для кабельных линий ВН и СВН показаны наиболее предпочтительные способы прокладки и варианты конструктивного исполнения для энергосистемы Санкт-Петербургаопределены основные параметры кабельных линий из СПЭ напряжением 110+330 кВ (погонные активно-индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей, емкостная проводимость, волновое сопротивление и т. д.) для всего спектра выпускаемых кабельной промышленностью сечений ТПЖ в зависимости от способов их прокладки и систем заземления экранов;

3) показано, что из-за значительной зарядной мощности KJI в условиях энергосистемы Санкт-Петербурга в отдельных точках сети в режимах минимальных летних нагрузок требуется компенсация избыточной реактивной мощности KJI, например, с помощью шунтирующих реакторов 330 кВ;

4) рассчитаны и приведены номограммы предельно допустимых токов KJI из СПЭ 330 кВ в зависимости от способов их прокладки и систем заземления экранов КЛ на территории мегаполисовпоказано, что максимальная пропускная способность КЛ достигается при расположении ее фаз плоскостью и применении системы заземления экранов одножильных кабелей в одной точке и их транспозиции и при увеличении расстояния между осями фаз значительно увеличивается;

5) предложены мероприятия по ограничению перетоков мощности в ПАР, реализуемым с помощью установки последовательно с KJI 330 кВ ПС Центральная — ПС Василеостровская продольного токоограничивающего реакторапоказано, что установка такого реактора незначительно влияет на суммарные потери в сети- *.

6) показано эффективное влияние ФПУ на регулирование потоков мощности по линиям электропередач, в частности, для ограничения перетоков мощности по KBJI 330 кВ ЛАЭС-2 — ПС Приморская в целях обеспечения, их приемлемого уровня для кабельного участка по условиям его тепловой устойчивости;

7) показано благоприятное влияние при определенных условиях КЛ из СПЭ I.

ВН и СВН совместно с токоограничивающими реакторами ВН и СВН на снижение уровней токов к.з.;

8) приведены технико-экономические обоснования различных допустимых способов реализации прокладки КЛ 330 кВ ПС Центральная — ПС Василео-стровская4на основании полной стоимости ее строительства с учетом стоимости соответствующей длины кабеля 330 кВ и стоимости трех фаз продольного реактора с сопротивлением 4,9 Ом;

9) дано обоснование благоприятного влияния К Л из СПЭ ВН и СВН на снижение уровня перенапряжений на подстанциях энергосистемы;

10) выполнен анализ воздействующих на новые элементы электросетевого оборудование в процессе эксплуатации специфических коммутационных перенапряжений;

11) определены предельные уровни воздействующих перенапряжений на экраны одножильных кабелей из СПЭ 330 кВпоказана возможность применения в энергосистеме Санкт-Петербурга системы одностороннего заземления экранов для относительно длинных КЛ из СПЭ ВН и СВН;

12) проанализирована проблема защиты изоляции оборудования от перенапряжений традиционных ОРУ, работающего совместно с КРУЭ. Показано, что на ней может иметь существенные ВЧ перенапряжения наносекундного диапазона, наложенные на перенапряжения микросекундного диапазона;

13) предложен новый аппаратный способ защиты изоляции оборудования традиционных ОРУ, работающего совместно с КРУЭ, от специфических коммутационных перенапряжений;

14) предложена система мероприятий по защите от импульсных и квазистационарных перенапряжений KJI из СПЭ ВН и СВН.