ДОКЛАД Компенсация реактивной мощности у крупных потребителей электрической энергии (технические средства и решения) КАРЫМОВ Р.Р. к.т.н, доцент Московского энергетического института, ТЕХНИЧЕСКИЙ ДИРЕКТОР ООО «ЭЛЕКТРОСЕТЕВЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ» Казань, март, 2008 г. Казань, март, 2008 г. 1 1. ООО «Электросетевые компенсаторы» основано в 2006 г 2. Основные направления деятельности: - анализ режимов напряжения и реактивной мощности в межсистемных и распределительных электрических сетях; - разработка комплексных технических решений по стабилизации напряжения и повышению пропускной способности передачи электроэнергии на участках: генерация – межсистемная сеть –распределительная сеть – потребитель; - разработка рекомендаций по нормативной базе обеспечения комплексных технических решений в современных хозяйственно-экономических условиях; -инжиниринг проектов по оснащению электропередач и сетевых районов источниками реактивной мощности «под ключ». 3. Стратегическими партнерами компании являются: Запорожский трансформаторный завод (Украина), Nokian Capacitors (Финляндия), Всероссийский электротехнический институт, Московский энергетический институт (Россия). Казань, март, 2008 г. 2 УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР (УШР) 1. УШР – плавнорегулируемые индуктивные сопротивления, управляемые изменением насыщенности магнитной цепи. 2. Применение УШР целесообразно в электрической сети с переменным графиком нагрузки вместо нерегулируемых или ступенчато регулируемых реакторов. 3. Совместно с батареями конденсаторов УШР выполняют функцию синхронных или статических тиристорных компенсаторов. 4. Структурная схема: 5. Основная регулировочная характеристика: ТТ ТН Хс Ток фазы Напряжение фазы Uc КБ УШР ~ Сигнал рассогласования Казань, март, 2008 г. 3 Принцип действия Принципиальная схема фазы: Характерные режимы: I. Холостой ход (не насыщенный режим) Ico = Iу ≈ 0 ico II. Номинальный режим (полупериодное насыщение) Ico = Iу = Iн I Uco II III. Максимальный режим (полнопериодное насыщение) Ico = 1,3Iн ; Iу ≈ 2Iн III I iу Ток фазы Iсo Uу Ф Ф2 Ток управления Iу Uу = (0,01…0,03)Uсo τ = (0,1…1)с Фs - Фs Напряжение фазы Uco Uу Напряжение управления iω Магнитные потоки Ф, Ф2 Казань, март, 2008 г. 4 ТТ УШР Технические требования к УШР 110-500 кВ (РАО ЕЭС России) ОСНОВНЫЕ: ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ: 1. Регулируется автоматически или с помощью оператора значение потребляемой мощности в диапазоне от 0,01 до 1,2 номинальной с неограниченным ресурсом возможных изменений. 2. Гарантированная скорость плавного изменения мощности от одного установившегося значения к другому 0,30,5 с. 3. Действующее значение тока искажения, потребляемого из сети, во всем диапазоне регулирования не более 5% от номинального тока основной гармоники. 4. Сохранение работоспособности в несимметричном и неполнофазном режимах. 5. Быстрый, не более чем за 0,02 с, переход из любого текущего значения в режим повышенного потребления мощности, с последующим возвратом в исходное состояние. 6. Корректировка формы потребляемого тока с уменьшением тока искажения до 2 % от номинального значения основной гармоники. 7. Отбор мощности на стороне низкого напряжения. Казань, март, 2008 г. 5 Технико-экономические показатели УШР 11 1. Основные технико-экономические показатели УШР серии РТУ 110 – 500 кВ: удельная полная масса 1,5 – 3 кг/КВАр; удельные потери: холостого хода 0,5 – 1,0 Вт/КВАр; номинальные 4 – 8 Вт/КВАр. 2. Эксплуатационные показатели: полностью автоматический режим эксплуатации; издержки эксплуатации, надежность, текущее обслуживание аналогично обычным шунтирующим реакторам. 3. Функциональные показатели: в полном объеме выполняют функции обычных шунтирующих реакторов, ступенчато регулируемых реакторов, тиристорнореакторных групп; в сочетании с батареями конденсаторов выполняют функции синхронных или тиристорных компенсаторов. Казань, март, 2008 г. 6 УШР 25/110 Трехфазный управляемый реактор 25 Мвар, 110 кВ на п/ст «Кудымкар», РФ 1999 год. Назначение: Стабилизация напряжения в точке подключения и оптимизация перетоков реактивной мощности в прилегающей сети (подключен в параллель с ШКБ 42 Мвар). Основные технические данные: 1. Номинальное напряжение 121 кВ 2. Номинальная мощность 25 Мвар 3. Диапазон изменения мощности 0,25÷30 МВАр 4. Время изменения мощности 2,0 с 5. Потери: - холостого хода 25 кВт - номинальные 175 кВт 6. Мощность управления 160 КВА 7. Высшие гармоники в токе < 4% 8. Полная масса 69 т Заключение Заказчика (решение выездного семинара РАО «ЕЭС России» на месте установки): 1.Колебания напряжения ограничены до ±1,5%. 2. В часы максимума нагрузки потери энергии в прилегающей сети снижены на 2,5 МВт. 3. За счет повышения пропускной способности транзита, строительство дополнительной линии 220 кВ отнесено на 10-15 лет. Казань, март, 2008 г. 7 Трехфазные управляемые реакторы 25/110, с БСК 54/110 на ПС «Катыльгинская», «Двуреченская» и «Игольская», РФ 2004 г. Назначение: Стабилизация напряжения в точке подключения и оптимизация перетоков реактивной мощности в прилегающей сети (подключены в параллель с ШКБ 54 МВАр). Основные технические данные: 1. Номинальное напряжение 121 кВ 2. Номинальная мощность УШР 25 МВАр 3. Номинальная мощность БСК 54 МВАр 4.Диапазон изменения мощности 0,25÷30 МВАр 5.Потери: - холостого хода 25 кВт - номинальные 200 кВт 6. Мощность управления 160 КВА 7. Высшие гармоники в токе < 4% 8. Полная масса 69 т Заключение Заказчика: 1. На 50% увеличена пропускная способность сети электроснабжения нефтяных приисков. 2. На 20% снижены удельные потери электроэнергии. 3. Колебания напряжения в точках подключения реакторов и прилегающей сети ограничены до ± 1,5% от заданной уставки. Казань, март, 2008 г. 8 Эффективность применения УШР с ШБК на ПС 220 кВ Советско Соснинская НВ ГРЭС 145 МВт Чапаевка ПС 220 кВ Блоки конденсаторов и управляемых реакторов 110 кВ Первомайская || ПС 110 кВ 1 12 км 62 225 km Ломовая ПС 110 кВ 25,8 км Катыльгинская ПС 110 кВ Блоки конденсаторов и управляемых реакторов 110 кВ ЮжноЧеремшанская ПС 35 кВ Двуреченская ПС 110 кВ Зап.Моисеевская Мыльджинская ПС 110 кВ ПС 110 кВ Крапивинская ПС 110 кВ 7 17 км 70 ~ м Игольская ПС 110 кВ || Блоки конденсаторов и управляемых реакторов 110 кВ км 350 km Лугинецкая ПС 110 кВ ,5 к 163 ГТЭС 24 МВт Парабель ПС 220 кВ Тарская ПС 110 кВ 86,2 км || км Останинская ПС 110 кВ Калиновая ПС 110 кВ Томск (ГРЭС-2, ТЭЦ-3) 360 МВт Из Красноярского края, Кемерово 500 МВт ОПЫТ применения компенсирующих устройств на ПС-110кВ. «Игольская» и «Двуреченская» для электроснабжения нефтяных месторождений ОАО «Томскнефть» (Октябрь 2004г.- март 2005г.) 1. К исходу 2003года на нефтяных месторождениях Южного Васюгана ОАО «Томскнефть» возникла кризисная ситуация. Пропускная способность электропередачи 110кВ «Парабель-Лугинецкая-Игольская-Крапивинская» была исчерпана, а уровни напряжения на ПС-110 «Крапивинская» не превышали 85% номинального. 2. И только в августе-октябре 2004года после ввода на ПС-110 «Игольская» батареи статических конденсаторов (БСК) 23МВАР, управляемого шунтирующего реактора (УШР) 25МВАР и ПС-110 «Двуреченская» с БСК-23 и УШР-25 ситуация изменилась коренным образом в лучшую сторону. Пропускная способность выросла на 30-50% , уровни напряжения достигли 105-110% номинального и могут регулироваться в широком диапазоне в зависимости от режимов. 3. Даже непродолжительный период эксплуатации реакторов РТУ25000/110-У1 позволяет отметить, что реакторы совместно с батареями статических конденсаторов: 1.Обеспечивают оптимальные потоки реактивной мощности позволяющие довести передаваемую мощность до предельно допустимой по сечению проводов. По состоянию нагрузок на март 2005г обеспечивается 100% взаимное резервирование эл.нагрузок электропередачи «Парабель Двуреченская - Чапаевка»(Таблица 3). Необходимость перевода региона на напряжение 220кВ потеряло свою актуальность. 2.Снижают потери активной мощности в проводах ВЛ-110кВ. При нагрузке 72 МВт потери составляют 7,5 МВт против 11,9 МВт, в том числе в сетях ООО «ЭнергонефтьТомск» 1.8 МВт против 2.9 МВт. 3. Обеспечивают плавную автоматическую стабилизацию заданных уровней напряжения в установившихся режимах, при сокращении числа коммутаций БСК и РПН в десятки раз. Главный энергетик ЗАО «ЮКОС-ЭП» Казань, март, 2008 г. В.В.Садовой 9 Автоматический режим работы ИРМ Суточный график работы УШР 25/110 п/ст «Кудымкар» Графики напряжения шин и тока РТУ при работе реактора в автоматическом режиме 140 напряжение, кВ, ток реактора, А 120 100 80 Ряд1 Ряд2 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 время суток Напряжение Казань, март, 2008 г. Ток 10 Пример переходного процесса Переходные процессы в управляемом реакторе 25 МВА, 110 кВ и батареях конденсаторов 23 МВА, 110 кВ на ПС «Игольская» при удаленном КЗ на ПС «Парабель» (расстояние около 350 км). 1 2 3 4 5 6 7 1 – напряжение шин 110 кВ ПС «Игольская» фаза «С». 2, 3, 4 – токи фаз батареи конденсаторов 23 МВА, 110 кВ. 5,6,7 – токи фаз управляемого реактора 25 МВА, 110 кВ. Казань, март, 2008 г. 11 СХЕМЫ ИРМ НА БАЗЕ УШР СО – сетевая обмотка реактора; КО – компенсационная обмотка (напряжение 11 кВ); ОУ – обмотка управления (11-38,5 кВ); ПП – полупроводниковый преобразователь. ИРМ на базе УШР и конденсаторной батареи, коммутируемой выключателем В2 (рекомендуется для напряжений до 220 кВ). Достоинством этого технического решения является то, что количество секций конденсаторной батареи может быть любым и зависит от потребности в выдаче реактивной мощности в точке подключения Казань, март, 2008 г. реактора. 12 ИРМ на базе УШР и конденсаторной батареи, подключенной к компенсационной обмотке реактора и коммутируемой выключателем В2. Позволяет регулировать реактивную мощность в диапазоне от – 100% до + 100%. Рекомендуется для сетей с напряжением 110500 кВ. Казань, март, 2008 г. 13 ИРМ на базе УШР и некоммутируемой конденсаторной батареи, подключенной к обмотке управления. Позволяет плавно регулировать реактивную мощность в диапазоне от – 40% до + 100%. Рекомендуется для сетей с напряжением 110500 кВ. Казань, март, 2008 г. 14 Проведенные на физической модели МЭИ исследования показали работоспособность всех трех вариантов предлагаемого устройства. При работе в распределительных сетях ИРМ на базе УШР позволяют: обеспечить значительное увеличение пропускной способности линии электропередачи по условию апериодической статической устойчивости; поддерживать напряжение в узком диапазоне при изменении в широких пределах мощности нагрузки; снизить потери активной мощности в линии за счет уменьшения передаваемой по ней реактивной мощности в режимах больших нагрузок; существенно снизить отклонение напряжения при колебаниях нагрузки, а при набросе нагрузки и при коротком замыкании еще и предотвратить нарушение устойчивости асинхронной нагрузки; существенно сократить время пуска мощного асинхронного двигателя и обеспечить нормальный уровень напряжения после пуска. Казань, март, 2008 г. 15 Автоматизированный ИРМ-110/25/25 на ПС «Звездная» (ПС «Сугмутская-2»), РФ 2007г. 110кВ 4 ТН 5 ТТ 1 2 САУ(АСТАН) 3 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (АСТАН); 4 - Выключатель 110 кВ. 5 – Разъединитель 110 кВ Основные технические данные: 1. Номинальное напряжение 2. Номинальная мощность 3. Диапазон изменения мощности 121 кВ 25 Мвар ± 25 Мвар Казань, март, 2008 г. 16 Управляемые источники реактивной мощности на базе УШР и БСК ИРМ-110/50/25 ИРМ-110/25/25 110кВ 110кВ ТН 4 ТТ 1 4 ТН 1 2 2 5 5 ~0,4 кВ 2,5кВт ~0,4 кВ 2,5кВт САУ(ИРМ) 3 4 ТТ САУ(ИРМ) 3 ± 250 В; 1000 Вт ~ 220 В; 1000Вт 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ ± 250 В; 1000 Вт (300Вт)* ~ 220 В; 1000Вт (500Вт)* 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ * - В скобках указано значение для автоматизированных систем Казань, март, 2008 г. 17 Автоматический ИРМ-110/50/25 на ПП 110 кВ «Таврическая», РФ, 2008г. 110кВ ТН 4 ТТ 1 4 2 5 ~0,4 кВ 2,5кВт САУ(ИРМ) 3 ± 250 В; 1000 Вт ~ 220 В; 1000Вт 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ Основные технические данные: 1. Номинальное напряжение 2. Номинальная мощность 3. Диапазон изменения мощности 121 кВ 50 Мвар от -25 до +50 Мвар Казань, март, 2008 г. 18 Суточный график изменения напряжения до ввода ИРМ-110/50/25 Казань, март, 2008 г. 19 Суточный график изменения напряжения после ввода ИРМ-110/50/25 Казань, март, 2008 г. 20 Казань, март, 2008 г. 21 Изменения параметров сети до и после ввода в работу ИРМ-110/50/25 на ПП 110 кВ «Таврическая» • 1. Увеличено напряжение на ПП Таврическая и прилегающем узле на 4,5% и снижены колебаний напряжения 8,7 раз. • • • • • • • • • • • • • • • 2. Снижена загрузка: 2.1 автотрансформаторов на: ПС Кирилловская ПС Прогресс 2.2 питающих линий: ВJI -110 Кирилловская - Айка BJI - 110 Инга – Таврическая ВЛ -110 Прогресс – Таврическая ВЛ - 110 Прогресс – Фотон по полному току на 3,2% по реактивной мощности 9,2% по полному току на 2,2% по реактивной мощности 20% по полному току на 12% по реактивной мощности 37% по полному току на 7% по реактивной мощности 33% по полному току на 6,5% по реактивной мощности 35% по полному току на 6,6% по реактивной мощности 42% Казань, март, 2008 г. 22 Технические решения по схемам компенсации реактивной мощности на границе балансового раздела «сеть-потребитель» Вариант 1 Вариант 2 Казань, март, 2008 г. Вариант 3 23 Источники реактивной мощности в распределительной сети 110 кВ Принципиальная схема подключения ИРМ к двухтрансформаторной подстанции 110 кВ. Функциональное назначение оборудования БСК(ФКУ)35, 6 снижение реактивной составляющей тока трансформаторов (вплоть до полной компенсации). БСК 110 - повышение напряжения узла нагрузки (вплоть до наибольшего рабочего). Повышение пропускной способности сети по условиям предельно допустимого рабочего тока и напряжения. Автоматическая стабилизация напряжения узла нагрузки по заданной уставке в нормальных, ремонтных, аварийных и послеаварийных режимах. УШР 110 Плавное регулирование напряжения узла нагрузки в пределах допустимого рабочего диапазона. Казань, март, 2008 г. 24