1 – УШР 25/110

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 0,30,5 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