Малогабаритные устройства продольной компенсации для управления режимами электрической цепи

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены перспективы применения УПК на базе преобразователей напряжения на основе анализа режимов района электрической сети 110 кВ. Для этого приведены результаты расчета исследования возможностей применения устройства продольной компенсации реактивной мощности на примере ЛЭП 110 кВ в электрической сети Казахстан.

Анализ режимов произвели как традиционными средствами, так и внедрением малогабаритных устройств продольной компенсации с целью сравнения эффективности их применения.

ABSTRACT

The article discusses the prospects for the use of CCP based on voltage converters based on the analysis of the modes of the area of the 110 kV electric network. For this purpose, the results of the calculation of the study of the possibilities of using a device for longitudinal compensation of reactive power on the example of a 110 kV transmission line in the electric network of Kazakhstan are presented.

The analysis of the modes was carried out both by traditional means and by the introduction of small-sized devices of longitudinal compensation in order to compare the effectiveness of their use.

Ключевые слова. реактивная мощность, линия электропередачи, устройство продольной компенсации, падение напряжения.

Keywords. reactive power, power transmission line, longitudinal compensation device, voltage drop.

Продолжающийся рост нагрузки требует увеличения пропускной способности существующих линий электропередачи и управления их режимами в целях оптимального распределения потоков мощности между ними. Возможны режимы, когда требуется принудительное распределение мощности между отдельными линиями. Поэтому в последние годы интенсивно обсуждаются возможные пути решения этой задачи.

В последние годы для управления режимами электрических сетей широко применяются различные устройства на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

Одной из последних разработок ОАО «ЭНИН» совместно с АО «НТЦ ФСК ЕЭС» является технология малогабаритных устройств продольной компенсации (МУПК) для воздушных линий электропередачи, которая в настоящее время получила активное развитие в США и России [1].

Устройство продольной компенсации реактивной мощности (УПК) позволяет увеличить пропускную способность линий электропередачи, снизить потери и нормализовать напряжение сети, обеспечивая качество электроэнергии для конечного потребителя в соответствии с нормативными документами и повышения энергоэффективности [3].

Учитывая стремление распределительных компаний снизить потери мощности в электрических сетях с одной стороны и существенное увеличение стоимости строительства новых высоковольтных линий электропередачи [2] с другой, внедрение устройств FACTS может оказаться достаточно эффективным решением.

В статье рассмотрены перспективы применения УПК на базе преобразователей напряжения на основе анализа режимов района электрической сети 110 кВ. Для этого предварительно рассмотрены эти устройства и их функциональные возможности, произведен выбор наиболее эффективного средства с целью последующего внедрения в существующий район электрической сети. Затем произведен анализ режимов района электрической сети и определена необходимость их нормализации. Нормализацию режимов произвели как традиционными средствами, так и внедрением малогабаритных устройств продольной компенсации с целью сравнения эффективности их применения.

Анализ режимов района электрической сети  произведена с помощью программного комплекса (ПК) RastrWin3. В том случае, если режимные параметры будут выходить из допустимых пределов, сначала рассмотрим возможность применения традиционных средств нормализации режимов, а затем – применение малогабаритных устройств продольной компенсации на основе преобразователя напряжения.

В качестве экспериментальной электроэнергетической системы принята линия 110 кв (220кВ) между ТЭЦ-3 и подстанцией Сарыозек, расположенная в Алматинской области. На рисунке 1 показана карта-схема рассматриваемого участка сети.

Все потребители относятся ко 2-й категории надежности электроснабжения. Карта-схема электрической сети представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.  Карта-схема электрической сети

Мощность источника питания и потребителей электрической энергии представлена в таблице 1. В качестве источника электроэнергии взяты ТЭЦ-3, расположенная в селе Отеген-Батыр мощностью 173 МВт и Капшагайская ГЭС мощностью 364 МВт.

Для понимания загруженности линии будем рассматривать режим максимальной нагрузки. Нагрузки потребителей в этом режиме представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Режим максимальной нагрузки

В качестве уравнительного и питающего узла взяты ТЭЦ-3 и Капшпгайская ГЭС. Уровень напряжения при максимальной нагрузке представлен в таблице 2.

Таблица 2.

Напряжение при максимальной нагрузке

Согласно ГОСТ 32144-2013 отклонение напряжения не должно превышать 10% от номинального значения. Таким образом, напряжение в этом режиме соответствует требованиям.

В таблице 3 приведена токовая загрузка линии  в режиме максимальной нагрузки. Эксплуатируемые сети проверяются только по условиям нагрева.

Таблица 3.

Токовая загрузка ЛЭП при максимальной нагрузке

Из таблицы 3 видно, что сети «ТЭЦ 3 - Дмитриевка» и «Дмитриевка - Николаевка» в режиме максимальной загрузки не имеют запаса по величине тока.

Анализируя данные таблиц, можно увидеть, что ветви расчетной схемы замещения, представляемые конкретной ЛЭП, не перегружаются по длительно-допустимому току на нагрев. Уровни напряжения в расчетных узлах схемы замещения, представляющих конкретные шины электростанций и подстанций 110-220 кВ, также находятся в допустимых пределах. Но линии «ТЭЦ 3 - Дмитриевка» и «Дмитриевка - Николаевка» по величине тока близки к длительно допустимым токам. Самой загруженной стала ВЛ 110 кВ «Дмитриевка-Николаевка», загрузка которой составила 99,4%. Максимальное отклонение напряжения в узлах нагрузки сети 110 кВ в системе шин ПС 110 кВ "Заречная" равно 4,2%.

Режим максимальной нагрузки сети после установки МУПК.

Режимы максимальной нагрузки сети после установки были рассчитаны в программном комплексе "RastrWin".

На линии «Заречная-Капшагай» и «Капшагай-Капшагайская ГЭС» устанавливаем емкостные сопротивления-3j Ом и -2,4j Ом соответственно и проверяем, какие изменения происходят в режиме системы.

Уровень напряжения при максимальном нагрузочном режиме сети после установки МУПК представлен в таблице 4.

Таблица 4.

Величины напряжений в режиме максимальной нагрузки

Нормативное отклонение напряжения не должно превышать 10% от номинального значения. Таким образом, напряжение в этом режиме соответствует требованиям.

В таблице 5 приведена токовая загрузка линии в режиме максимальной нагрузки после установки МУПК. Эксплуатируемые сети проверяются только по условиям нагрева.

Таблица 5.

Токовая загрузка ЛЭП при максимальном режиме  после установки МУПК

Анализируя данные, полученные от максимального режима системы после установки МУПК, можно увидеть, что ветви расчетной схемы замещения, представляемые конкретной ЛЭП, не перегружаются по длительному допустимому току нагрева. На шинах электростанций и подстанций 110-220 кВ уровень напряжения соответствует стандарту. В то же время общие потери уменьшились на 0,7+3,7 j что свидетельствует о влиянии МУПК на систему.

Заключение. В результате анализа режимов работы исходного района электричекой сети 110 кВ было выявлено, что режимные параметры выходят за допустимые пределы.

При применении традиционных мероприятий нормализации режимов, таких как усиление линий электропередачи, желаемый результат был достигнут лишь частично.

Альтернативным решением стало применение малогабаритных устройств продольной компенсации на базе преобразователей напряжения

С помощью МУПК нормализация послеаварийного режима была проведена успешно. Усиление существующих линий электропередачи не потребовалось.

Список литературы

1. Панфилов Д.И., Шакарян Ю.Г., Асташев М.Г., Рашитов П.А., Антонов А.В. Малогабаритные устройства продольной компенсации для воздушных линий электропередачи // Электротехника. – 2017. – №7. – С. 78-82.
2. Кочкин, В.И. Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах / В.И. Кочкин, Ю.Г. Шакарян. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011. – 311 с.
3. Тохтибакиев К.К., Саухимов А.А., Бектимиров А.Т., Шубекова К.К., Мұрат А.Қ., Мерекенов М.Д. Передовые технологии управления режимами энергосистем. Алматы: ТОО «Издательство LEM», 2017. – 152 с.