Экономическая эффективность при применении статического регулятора напряжения на подстанции 110 кВ «Яндекс»

УДК 37.036.5, 621.3

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СТАТИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОДСТАНЦИИ 110 КВ «ЯНДЕКС»

В.Н. Крысанов, В.В. Рябчунова

В статье рассматривается задача эффективности применения статического регулятора напряжения на примере подстанции 110 кВ «Яндекс» Рязанской области

Ключевые слова: энергоэффективность, подстанция, статический регулятор напряжения

В настоящее время в связи с интенсивным развитием электрических сетей и систем, большую значимость приобретают задачи, связанные с регулированием напряжения и реактивной мощности. При увеличении потребляемой мощности и недостаточном введении новых генерирующих мощностей происходят значительные просадки напряжения, не выдерживаются ГОСТы качества электроэнергии, особенно для удаленных потребителей. Регулирование напряжения осуществляется для достижения оптимума целевой функции (минимизация затраты топливных ресурсов, снижение потерь э/э) с соблюдением требуемых потребителями параметров электроснабжения.

Среди способов регулирования напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий можно выделить:

а) регулирование на шинах электростанций и подстанций. На шинах электростанций изменением тока возбуждения генераторов повышают напряжение в часы максимума нагрузки и снижают напряжение в часы минимума нагрузок;

б) регулирование на отходящих линиях. В этом случае могут быть использованы трансформаторы с РПН, ВДТ и конденсаторы для продольной компенсации;

в) совместное регулирование напряжения - включает в себя первый и второй способы регулирования;

г) дополнительное регулирование напряжения - применяется в том случае, когда не удается обеспечить требуемое качество напряжения у определенной части потребителей электрической энергии;

д) регулирование изменением схемы электроснабжения [1]. Для поддержания уровней напряжения в допустимых пределах используют различные методы, которые можно

Крысанов Валерий Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8(920)228-56-06, e-mail: sovteh2000@mail.ru Рябчунова Виктория Валерьевна - ВГТУ, магистрант, тел. 8(951)862-85-52, e-mail: vikushka170990@rambler.ru

разделить на две группы: не требующие затрат на установку специальных регулирующих устройств и связанные с установкой таких устройств.

Первая группа мероприятий включает в себя: рациональное построение системы электроснабжения; правильный выбор ответвлений обмоток у трансформаторов, имеющих устройство переключения обмоток без возбуждения (ПБВ); использование перемычек на напряжении до 1 кВ между цеховыми трансформаторами; снижение сопротивления системы внутризаводского электроснабжения включением на параллельную работу трансформаторов ГПП.

Ко второй группе мероприятий по регулированию напряжения относят: установку на ГПП трансформаторов, имеющих устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН); применение компенсирующих устройств; применение специальных регуляторов напряжения. Трансформаторы с РПН позволяют регулировать напряжение под нагрузкой, т. е без отключения от сети, без перерыва электроснабжения потребителей. Устройства РПН устанавливаются на мощных трансформаторах с напряжением выше 20 кВ. Регулировочные ступени трансформаторов выполняются на обмотке высшего напряжения со стороны присоединения ее к нейтрали.

В качестве примера оптимальных способов регулирования напряжения на ПС 110кВ (наиболее распространенный тип подстанций РАО ЕЭС) рассмотрим ПС 110 кВ «Яндекс».

Подстанция Яндекс расположена на площадке в северо-восточной части г.Сасово Рязанской области в районе станкостроительного завода «САСТА».

На подстанции 110 кВ «Яндекс» установлены два трансформатора ТРДН-63000/110 с переключающим устройством типа МЯ V III 350Y-76-10191W и автоматическим регулятором напряжения Тар80п 260. При оптимальном регулировании напряжения на шинах подстанции по поддержанию баланса активной и реак-

тивной мощностей необходимо выполнять 4896 переключений в сутки. Таким образом, ресурс РПН вырабатывается за 100 дней. При этом загруженность настроек Тар80п 260 идет до 5-10 переключений в день. Так существующее на подстанции устройство оказалось неработоспособно. В связи с выходом из строя существующего регулятора напряжения возможны 2 варианта модернизации: установка такого же нового РПН (с присущими ему недостатками как дискретность регулирования, низкая надежность, ограниченный срок ресурса) и установка линейного либо вольтодобавочного трансформатора, оснащенного ТРН. Рассмотрим вольтодобавочный трансформатор. Его применение, наряду с повышением надежности, позволяет реализовать плавное, быстродействующее регулирование напряжения. При модернизации также необходимо учесть задачу компенсации реактивной мощности.

Необходимо отметить, что помимо основной задачи по регулированию потенциала контрольной точки по оптимальному закону, ТРН, переведённый в режим кососимметричного управления, позволяет решить вопрос компенсации реактивной мощности (на подстанциях обычно решается установкой шунтирующих реакторов)[2].

На рисунке представлена однофазная принципиальная схема регулятора.

Он состоит из автотрансформатора (АТ), вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) и тиристорного регулятора (ТР), содержащего 2 группы тиристоров (VI У2 и У3-У4) и системы управления (СУ), осуществляющей определенный алгоритм включения тиристорных групп.

АТ

Однофазная схема регулятора

Тиристорные группы VIУ2 осуществляют функции регулирования вводимой эдс. Тири-сторные группы V3•V4 служат для снятия перенапряжений в те моменты времени, в которые группы V1,V2 находятся в запертом состоянии. Возможна реализация как «однозонного»,

так и «двузхонного» (реверсивного) регулирования напряжения [3].

Регулятор осуществляет двухтактную коммутацию вольтодобавочного трансформатора, запитанного от третичной обмотки основного автотрансформатора. Последний содержит две группы встречно-параллельно включенных силовых тиристоров (или тири-сторных блоков, в высоковольтном варианте). Одна группа осуществляет фазовое управление напряжением, вводимого в основную цепь через вольтодобавочный трансформатор. Вторая группа осуществляет функцию снятия перенапряжений с обмоток вольтодобавочного трансформатора в те моменты, когда первая группа находится в закрытом состоянии.

При необходимости, структура пофазного изменения коэффициента трансформации силовых автотрансформаторов позволяет реализовать функцию симметрирования напряжения в контрольных точках.

Принцип работы ТРН (двухтактная коммутация) сопровождается генерацией высших гармоник в сеть. Поэтому был приведен первичный анализ гармонического состава выходного напряжения и тока в предлагаемой схеме, а также определены в первом приближении ее основные регулировочные характеристики при симметричном и кососимметричном управлении.

В процессе расчетов варьировалось нагрузка АТ (0,5 Рн ;0,75 Рн ; Рн ), степень его подмагничивания 1под=0-0,31н. Анализируя полученные результаты можно сделать следующие выводы: учитывая ограничения, накладываемые электромагнитными характеристиками автотрансформаторов СВН, целесообразно осуществлять режим регулирования потребления реактивной мощности при загрузке АТ не более 0,7-Рн; подмагничивание автотрансформаторов постоянным током позволяет увеличить потребление реактивной мощности последнего с 0,3-0,5% до 20-30% от 8н. При этом потребление активной мощности автотрансформатором увеличивается до величины порядка 1,5% от 8н; коэффициент нелинейных искажений сетевого тока при подмагничивании может изменяться от 2% (при Р=Рн) до 22% (при Р=0,5 Рн), а коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения от 3,1% (при Р = 0,5 Рн) до 3,4% (при Р = Рн).

В некоторых режимах работы сети, может возникнуть задача компенсации реактивной мощности емкостного характера в высоковольтных линиях.

Произведем расчет реактивной мощности по подстанции 110 кВ «Яндекс». Полная мощность подстанции составляет 56 МВт, tg ф=0,5.

S = V Pa 2 + QP 2 ,

где Ра - активная мощность, Qр - реактивная мощность.

Тогда реактивная мощность

QР = VS2 -Pa2.

Активная мощность рассчитывается по формуле

Pa = S  cos j,

cos j

V

1

1+tg 2j

0,894,

РА = 50МВт. Таким образом, реактивная мощность 0р=25МВАр.

Реактивная мощность разделяется на емкостную составляющую и индуктивную. Величиной индуктивной составляющей, обусловленной первичной обмоткой трансформатора можно пренебречь. Тогда, величина неском-пенсированной реактивной мощности ёмкостного характера для рассматриваемого объекта может составить

А0 = 0С - б, Ьб = 25Ш 6.

Таким образом, с применением ТРН потребление активной мощности может увеличиться с 0,125МВА до 7,5МВА.

Дальше рассмотрим экономический эффект применения статического регулятора напряжения на подстанции 110 кВ «Яндекс. По смете данной подстанции стоимость поставки регулятора напряжения МЯ V III 350Y-76-10191W производства Германии составляет 26 337 600,0 рублей с НДС.

Еще добавим сюда стоимость монтажа и установки РПН, как правило, это составляет 1020% от стоимости. Полная стоимость РПН и его установки получается 31 605 120,0 рублей.

Рассмотрим также другие варианты регуляторов напряжения. Например, стоимость устройства типа ВРТДНУ для регулирования напряжения в сетях 110 кВ составляет 250000 рублей. Оно обладает рядом известных недостатков: ступенчатым регулированием, малым быстродействием, ограниченным сроком службы, сложностью реализации автоматического управления.

Стоимость статического регулятора напряжения на основе тиристоров составляет 149 440 рублей. Добавим стоимость установки 10-20% от стоимости устройства и получается итоговая сумма 179 328 рублей. При ориентировочной стоимости одного кВАр 1000 руб., положительный экономический эффект от применения ТРН в режиме кососимметричного управления, может составить 7,5 млн. руб..

Полученная величина экономического эффекта приблизительная и требует опытных подтверждений, однако, результаты работы по ТРН [4] позволяют прогнозировать рассчитанную величину.

Таким образом, применение статического регулятора напряжения не только выполняет задачу компенсации реактивной мощности и ведут к снижению потерь электроэнергии и возможности не применять дорогостоящие симметрирующие и компенсирующие устройства.

Литература

1. Энергетические системы - forca.ru/knigi/arhivy/ energeticheskie- sistemy-22. html

2. Крысанов В.Н. Симметрирование напряжения в электрических сетях - Электротехнические комплексы и системы управления №4/2008

3. Либкинд М.С. Подмагничивание силовых трансформаторов постоянным током с целью регулирования потребленной или реактивной мощности — М.: Госэнергоиздат, 1959

4. Крысанов В.Н. Компенсация реактивной мощности линий электропередач высокого напряжения регулятором напряжения №3/2008

Воронежский государственный технический университет

ECONOMIC EFFICIENCY AT USE OF THE STATIC REGULATOR OF TENSION

ON SUBSTATION 110 KV «YANDEX»

V.N. Krysanov, V.V. Ryabchunova

In article the problem of efficiency of use of the static regulator of tension on the example of substation of 110 kV of "Yandex" of the Ryazan region is considered

Key words: energy efficiency, substation, static regulator of tension