Размещено на http://www.allbest.ru/

Направления модернизации и реконструкции преобразовательных блоков Выборгской вставки постоянного тока

З.С. Лазарев, Р.А. Лытаев, Б.К. Мазуренко, Г.М. Мустафа

Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина, Москва

Выборгская вставка постоянного тока (ВПТ), введённая в эксплуатацию в 1980 г., в значительной мере исчерпала ресурс по преобразователям, а также их системам управления и охлаждения. Рассматриваются мероприятия по модернизации и реконструкции ВПТ, связанные с повышением мощности преобразовательных блоков, заменой вентилей на основе фототиристоров, новых систем управления, охлаждения и других устройств. Разработанные в ВЭИ фотоэлектрический модуль преобразователя и новые системы управления позволяют реконструировать ВПТ, обеспечить повышение надёжности и условия эксплуатации, реверс мощности, а также обеспечить мониторинг и диагностику важнейших видов оборудования.

Выборгское предприятие (ВП МЭС), введённое в строй в 1980 г., является крупнейшей в мире вставкой постоянного тока (ВПТ), содержит 4 комплектных высоковольтных преобразовательных устройства (КВПУ), каждый мощностью 355 МВт (суммарная мощность свыше 1400 МВт).

Выборгская ВПТ является объектом стратегического значения, обеспечивающим энергетическую безопасность России.

За прошедшие почти 30 лет был осуществлен ряд мероприятий по повышению базовой мощности и надежности оборудования. В частности, начиная с 1989 г. проведена поэтапная замена первоначально установленных вентильных блоков на более совершенные изделия типа БВПМ 800/120. В процессе эксплуатации повышен уровень допустимых длительных токов КВПУ с 2,1 кА до 2,4 кА. Введен в эксплуатацию четвертый блок КВПУ (рис. 1). Повышена мощность конденсаторных батарей на ин-верторной и выпрямительной сторонах ВПТ. Выполнен ряд работ в области технической диагностики и мониторинга оборудования. На всех КВПУ внедрена новая, цифровая система управления и регулирования преобразователями (КУРБ) и многое другое.

По инициативе финской стороны проводятся работы по реверсу мощности ВПТ, для чего модернизируются блоки управления КУРБ.

Все эти мероприятия позволили с достаточной надежностью обеспечить требуемые энергетические обязательства.

Между тем на ВПТ в настоящее время сложилась тревожная ситуация, связанная с тем, что часть основного оборудования преобразовательной подстанции уже исчерпала свой ресурс и требует замены.

реконструкция преобразовательный блок ток

1. Высоковольтный тиристорный блок БВПМ 800/120

В первую очередь это касается одного из основных элементов ВПТ -- высоковольтных тиристор-ных блоков - БВПМ 800/120. БВПМ 800/120 - уникальное оборудование, аналога которому по сложности и сроку службы в отечественной энергетике нет. Уже сейчас вентильные блоки имеют такую наработку (20 лет), которая превышает типовые нормативные сроки, характерные для общепромышленных тиристорных преобразователей (обычно не более 10 ^- 15 лет). При этом следует отметить, что за время длительной эксплуатации воздействия на эти изделия повышались и могли в некоторых случаях выходить за проектные рамки. В частности, как уже отмечалось, был увеличен ток КВПУ с 2,1 кА до 2,4 кА. В связи с увеличением базовой мощности Выборгской ВПТ и увеличением установленной мощности конденсаторных батарей на шинах подстанции (при сохранении мощности примыкающих систем) произошло снижение величины такого важнейшего показателя вставки постоянного тока, как эффективное значение отношения короткого замыкания (ЭОКЗ) и, как следствие этого, -увеличение возможного уровня квазистационарных перенапряжений в ряде аварийных ситуаций, прежде всего, при полном сбросе мощности ВПТ (в результате, например, к.з. в примыкающих системах переменного тока). Опасность таких редких ситуаций состоит в том, что вентили, находясь в зарегулированном режиме, должны несколько периодов коммутировать такие напряжения, которые не были известны на стадии разработки БВПМ 800/120 и которые вследствие этого не могли быть заложены в проект. В документации БВПМ 800/120 нет ни одного пункта, который бы гарантировал надежную работу вентиля в этих условиях. Тот факт, что блоки БВПМ 800/120 несмотря на это безаварийно работают в настоящее время, -- следствие достаточности внутренних запасов в вентилях. Однако следует иметь в виду, что эти дополнительные запасы несут отпечаток неопределенности, так как они не были нормированы в процессе разработки и поэтому могут исчезнуть вследствии деградационных процессов.

Выборочный анализ состояния силовых тиристоров в блоках БВПМ 800/120 показал, что в этих приборах наблюдаются параметрические отказы, т.е. «ухудшение» параметров по сравнению с паспортными данными. Оценить масштабы этого явления только по количеству зафиксированных пробитых тиристоров в год, вообще говоря, невозможно, так как пробой -- это заключительный этап в деградации прибора. Ему, как правило, предшествует достаточно длительный процесс старения, который без диагностики зафиксировать нельзя и который вследствие этого не может быть известен эксплуатационному персоналу. В процессе выполнения договора было обнаружено наличие массовых параметрических отказов по тепловому сопротивлению и падению напряжения в проводящем состоянии у тиристоров, которые на ВИП считались вполне работоспособными. Эти отказы какое-то время не приводят к пробою тиристоров, но они ужесточают тепловой режим вентилей и тем самым снижают срок их службы. Явление это новое и причины его недостаточно ясны (аналогичные явления, между прочим, зарегистрированы канадскими специалистами в высоковольтных блоках немецкой и шведской разработки). По всей видимости, оно является следствием процессов деформации контактных поверхностей тиристоров в прижимных устройствах с течением времени. Выяснить причины явления, уточнить степень деградации приборов и разработать, в случае необходимости, рекомендации по стабилизации теплового режима можно лишь в результате исследования тиристорных сборок. Однако эта работа не проводилась по финансовым причинам.

2. Блоки управления тиристоров БУ

Физически и морально блоки управления БУ устарели. Многие элементы БУ давно сняты с производства и не имеют полноценной замены.

3. Внутримодульные уплотнения вентилей БВПМ 800/120

В связи с тем, что надежность уплотнений в процессе эксплуатации существенно снизилась и увеличилось количество течей в БВПМ 800/120, в настоящее время на ВПТ силами ВЭИ проводятся работы по замене внутримодульных водоводов.

4. Шкаф управления ШУ вентилей БВПМ 800/120

Шкаф управления, предназначенный для управления шестью вентилями, разрабатывался по отдельному ТЗ. Средний срок службы ШУ -- 10 лет. Таким образом, эти изделия к настоящему времени полностью исчерпали свои показатели по долговечности. Их элементная база физически и морально устарела и требует либо частичной, либо полной замены.

Особо следует отметить состояние оптических квантовых генераторов типа ЛПИ-104, входящих в состав ШУ. Несмотря на то, что ЛПИ-104 до настоящего времени находятся в работоспособном состоянии, их проектные возможности по ресурсу полностью исчерпаны и реальный остаточный ресурс их неясен и требует тщательного анализа. Следует отметить, что ЛПИ-104 -- стареющие изделия и если процесс их деградации (а следовательно, и отказов) ускорится, то это приведет к отказам КВПУ (со всеми вытекающими из этого последствиями для ВПТ), так как замены этим лазерным устройствам в настоящее время нет.

5. Предлагаемые мероприятия

За 30-летний период существования Выборгской вставки постоянного тока изменились технология, параметры и схемные решения по преобразовательной технике. В ВЭИ совместно с ОАО «Электровыпрямитель» (г. Саранск) создан модуль на высоковольтных фототиристорах для КВПУ; подготовлено производство для выпуска вентильных фаз КВПУ.

В «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2020 г.» предусмотрено расширение и реконструкция ВПТ.

Так как Выборгская ВПТ является действующим объектом, то её реконструкция может осуществляться лишь по этапам поочерёдной заменой КВПУ.

Замена КВПУ может выполняться по двум вариантам:

- вариант 1-максимум: включает замену КВПУ, повышение мощности (с 355 до 500 МВт), замену трансформаторов, реакторов, вентилей и комплектующего оборудования (шкафы управления, системы охлаждения, коммутационное, защитное, измерительное оборудование), систем управления, регулирования и защиты (КУРБ), а возможно, и КУРМ;

- вариант 2-минимум: предусматривает лишь замену вентилей с использованием фототиристоров, шкафов управления, систем охлаждения, модернизация КУРБ (для реверса мощности).

В выпущенном ОАО «Энергосетьпроект» в 2004 г. ТЭО на ВПТ 330/400 кВ предусмотрена реконструкция по варианту 2.

По указанным оценкам с учетом удельной стоимости преобразовательного оборудования 40долл/кВт (оценки 2005 г.) стоимость вентильного оборудования одного КВПУ составляет (40-2) долл.-355 тыс. кВт = 28,5 млн долл.

Стоимость замены вентильного оборудования вставки составляет 28,5-4 =115 млн долл.

Указанные суммы затрат должны предусматривать примерно 10 %-ную надбавку на проведение проектно-конструкторских, исследовательских работ, затраты на испытательные стенды предприятий-поставщиков оборудования. С учётом указанной надбавки затраты на реконструкцию вставки в части поставляемого вентильного оборудования составят 127 млн долл., срок поставки может составить 2-4 года (имея в виду поэтапный ввод четырёх КВПУ).

Модернизация и реконструкция Выборгской ПТ является необходимым условием разработки перспективных ППТ нового поколения, предусмотренных «Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики до 2020 г.».

Размещено на Allbest.ru