АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВА ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ, ОТКЛЮЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ КАК СПОС

ТОРМОЖЕНИЯ КАК СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС

Сибирский институт проектирования энергетических

систем Департамент электрических сетей ОАО «Сибирский ЭНТЦ»

Москва 2010 г.

Шушенской ГЭС, для снятия ограничений на выдачу мощности станции на

год выхода станции на полную мощность (2014 г.) и дальнейшую перспективу

Цель работы

части генераторов (ОГ) на станции и части нагрузки (ОН) в

приемной части системы;
2. Поперечное электрическое торможение (ПЭТ) – осуществляемое посредством параллельного подключения к электрической схеме тормозного сопротивления для погашения избыточной кинетической энергии генераторов;
3. Устройства FACTS – устройства продольной компенсации (УПК) для увеличения пропускной способности схемы выдачи мощности в до- и послеаварийных режимах станции и демпфирования качаний генераторов. Рассматривается установка УПК на ВЛ 500 кВ СШГЭС –Новокузнецкая и СШГЭС – Кузбасская.

СШГЭС использовалась подробная цифровая модель ОЭС Сибири (западная и центральная

часть Сибири) и Казахстана.
Для определения эффективности мероприятий рассмотрено наиболее тяжелое нормативное возмущение группы III – отключение одной цепи ВЛ 500 кВ СШГЭС – Кузбасская действием УРОВ при двухфазном КЗ на землю вблизи шин 500 кВ СШГЭС с отказом одной фазы выключателя в РУ 500 кВ СШГЭС.
Развитие электрической сети 220-500 кВ принималось на базе Инвестиционной программы ОАО «ФСК ЕЭС», утвержденной 24.12.2009 г., и предложений, принятых в работе «Схема развития ЕЭС и ОЭС России, включая развитие ЕНЭС, напряжением 220 кВ и выше на перспективу до 2015 г. по ОЭС Сибири», ОАО «Сибирский ЭНТЦ» 2009-2010 гг.

и электрической мощностью генератора, вследствие чего происходит ускорение ротора генератора.

Применение ОГ снижает мощность турбины, тем самым уменьшает имеющейся небаланс мощности.

Отключение части генераторов (ОГ)

В МВт

допустимо возможная при потере генерации в ОЭС Сибири, принята в

объеме 700 МВт);
Износом оборудования (существует опасность повреждения подпятника);
Появляется возможность возникновения дефицита реактивной мощности при ОГ, следствие чего снижаются уровни напряжения в ЭС;
Снижение надежности вследствие риска потери агрегатов отключаемых при ОГ, в том числе и на длительное время.

напряжения станции при этом уменьшается количество необходимой коммутирующей аппаратуры и

упрощает компоновку ПЭТ, их номинальная мощность не зависит, при этом от количества генераторов, находящихся в работе и может варьироваться лишь изменением числа подключаемых резисторов;
на генераторном напряжении позволяет изменять мощность ПЭТ автоматически в зависимости от числа находящихся в работе агрегатов.

Влияния мощности ПЭТ на предельную загрузку СШГЭС по условию сохранения динамической устойчивости:
1 - ПЭТ подключен к шинам низкого напряжения (НН), в работе 10 генераторов;
2 - ПЭТ подключен к шинам высокого напряжения (ВН), 10 генераторов;
3 - к НН,9 генераторов;
4 - к НН, 8 генераторов.

СШГЭС по условию сохранения динамической устойчивости от времени отключения ПЭТ

при применении однократного включения нагрузочных резисторов для различного числа генераторов и места установки.

Получить дополнительный эффект от применения многократного ЭТ на СШГЭС ввиду конструктивных особенностей существующих турбин (рабочая зона турбины порядка 500-600 МВт) невозможно, так как многократное ЭТ должно осуществляться совместно с разгрузкой турбин.
Главным недостатком ПЭТ является его большой конструктивный размер.

1- к НН, 10 генераторов
2 - к ВН, 10 генераторов
3 - к НН, 9 генераторов
4 - к НН, 8 генераторов

УПК оказывает положительный эффект на динамическую устойчивость станции. Также стоит

отметить что динамическая устойчивость станции существенно зависит и от относительного эквивалентного сопротивления системы в послеаварийном режиме. Уменьшение послеаварийного сопротивления можно достичь с помощью управляемого устройства продольной компенсации.
УПК на ВЛ СШГЭС – Новокузнецкая, Кузбасская:
неуправляемая часть (НУПК-30% компенсации индуктивного сопротивления каждой ВЛ), размещаемого на ПП в 300-315 км от СШГЭС вблизи населенных пунктов. НУПК установлено в рассечку обеих линий совместно, чтобы идущие в одном коридоре ВЛ 500 кВ СШГЭС – Новокузнецкая и СШГЭС – Кузбасская, приходили электрически в один узел НУПК и выходили из одного узла – ПП. Такая схема установки НУПК позволит повысить как надёжность, так и пропускную способность СВМ, поскольку при коротком замыкании на одной из ВЛ 500 кВ СШГЭС – Новокузнецкая или СШГЭС – Кузбасская, средствами РЗиА отключается только часть этой ВЛ до ПП. При установке же НУПК в рассечку каждой линии в отдельности при аварии на одной из них средствами РЗиА отключается вся линия полностью.
управляемая часть (УУПК- 8÷20% компенсации, где Хс = 12÷27 Ом), размещаемых на ВЛ вблизи ПС 500 кВ Новокузнецкая и Кузбасская (вызвано необходимостью его постоянного обслуживания).
Мощность УПК определена по допустимому длительному току провода АС-330×3, равному 2190 А, и составляет:
НУПК – 2×630 МВА, УУПК – 2×390 МВА

Устройство продольной компенсации (УПК)

угла ротора в течение полупериода отдает избыточную энергию в систему,

а в течение другой половины, при снижении угла, в силу инерционности, получает часть обратно. Для скорейшего затухания переходного процесса необходимо увеличить мощность, отдаваемую генератором и уменьшить долю получаемой обратно. Этого эффекта можно достигнуть управлением степенью компенсации УПК – увеличением степени компенсации в первой половине цикла и уменьшением во второй.

В МВт

управлением (диапазон 8-20%) для демпфирования качаний генератора и без управления

УПК (20%) (только для уменьшения послеаварийного сопротивления), исходный режим соответствует загрузке СШГЭС на 5350 МВт (в работе 10 генераторов).

Изменения угла ротора эквивалентного генератора СШГЭС:
1-без управления УПК
2-с управлением УПК

приводит к потере энергоснабжения потребителей.

Недостатки УПК:
1.Возможно самовозбуждение генераторов;
2.Возможно повышение

уровня напряжения в местах установки УПК выше допустимой.

Однако стоит отметить, что разработка грамотной системы управления и эксплуатации УПК позволит избежать этих недостатков.

– Новокузнецкая и СШГЭС – Кузбасская, эффект от применения УПК

равен эффекту получаемому от применения ОГ-4 на станции.

Перспективы использования устройства ПЭТ на СШГЭС довольно проблематичны, в связи с отсутствием места на станции для его установки. Эффект от применения ПЭТ в значительной мере зависит от мощности установки. Чтобы получить эффект сравнимый с эффектом от использования ОГ и УПК необходимо устройство мощностью 150 МВт на один генератор, размеры такого устройства ориентировочно будут составлять 5х5х4 м.

В МВт

СШГЭС. Строительство ВЛ 500 кВ Алюминиевая – Абаканская – Итатская

и установка УПК помогут снять часть ограничения по выдачи мощности СШГЭС после завершения ремонтных работ по восстановлению станции.
Результаты работы использовались в работах Сибирского института проектирования энергетических систем ОАО «Сибирский ЭНТЦ».
В завершении хочется отметить, что освоение более эффективных средств автоматического предотвращения нарушения устойчивости (например, электрическое торможения и УПК) – очевидное условие для развития современной противоаварийной автоматики в ЕЭС России.