Разработка комплекса электротехнического оборудования для распределительных подстанций 110-220 кВ нового поколения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка комплекса электротехнического оборудования для распределительных подстанций 110-220 кВ нового поколения

Д.Ф. Алфёров, В.П. Иванов, А.К. Мазуренко, Е.И. Остапенко, А.Р. Шулъга, Р.Н. Шулъга Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина, Москва

АННОТАЦИЯ

Разработаны и обоснованы технические решения по структуре, функциям, исполнению, размещению комплекса электротехнического оборудования распределительных подстанций 110-220 кВ нового поколения в составе одноразрывного вакуумного выключателя, комплекса управления, защиты и автоматики распредустройства, электронно-оптических трансформаторов тока и напряжения. Реализуются методы управляемой пофазной коммутации выключателя, распределённое управление, защита и диагностика, электромагнитная совместимость силовых и микропроцессорных устройств, а также изготовление оборудования на отечественных заводах, выпускающих серийную продукцию.

Электрические сети России являются важнейшим звеном энергоснабжения, которое определяется тремя звеньями: генерацией, транспортом электроэнергии, распределением и потреблением. Каждое из указанных звеньев в условиях рыночной экономики развивается неравномерно.

Так, в США по данным [1] за последние десятилетия 60 % средств вкладывается в генерацию, 30 % - в потребление, и лишь 10 % - в транспорт электроэнергии. В результате электрические сети стали узким местом энергоснабжения, приводящим к ежегодным потерям от 30 до 180 млрд долл. из-за потерь, ухудшения качества и перерывов энергоснабжения.

В нашей стране вплоть до 80-х годов прошлого столетия транспорту электроэнергии уделялось первостепенное значение. Отражением этого являлось планомерное строительство магистральных электропередач, распределительных подстанций (РП) и комплекса оборудования до 1150 кВ. На постоянном токе было освоено напряжение до 1500 кВ, строительство крупнейших в мире преобразовательных станций (ПС) свыше 1400 МВт (Выборгская ПС), Экибастузская ПС свыше 6 МВт.

Переход страны на рыночные отношения затормозил сетевое строительство, внедрение новой техники в практику РП и ПС, что привело к результатам, аналогичным СИТА в смысле ущерба при транспортировке электроэнергии. В результате уровень потерь в сетях и распредустройствах возрос до 14 %, что вплотную поставило задачу обеспечения существенного энергосбережения. Указанные потери при транспорте электроэнергии обусловлены в первую очередь потерями в линиях при их перегрузке, неравномерной загрузкой линий в сетях СВН и ВН (первые перегружены), неконтролируемым перетоком реактивной мощности, снижением качества напряжения и перерывов энергоснабжения.

Решение задачи энергосбережения наиболее рационально за счет новых технических решений, к которым относится применение технологии FACTS. Указанные технологии предполагают применение силовой электроники для управления, контроля и энергосбережения в виде устройств управляемой поперечной компенсации (УШР, БУПК, СТАТКОМ и др.), токоограничителей (ТО) различного типа, преобразователей и накопителей разного типа. Ряд объектов в соответствии с [2] должны улучшить ситуацию в энергосистемах России в основном за счет применения ВПТ и ППТ.

Широкое развитие микропроцессорной техники и средств связи поставило задачу создания интеллектуальных систем управления и создания полностью автоматизированных РП и ПС в виде АСУ ТП.

Выполненные в ВЭИ за последние годы работы позволяют решить задачу создания РП нового поколения на основе новых принципиальных решений в области коммутационных устройств и средств автоматизации.

Так, в работах ВЭИ по перспективным передачам электроэнергии намечены основные решения по применению технологии FACTS в энергосистемах; разработан, изготовлен и испытан вакуумный выключатель (ВВ) ПО кВ с двумя разрывами в одной фазе; разработан, изготовлен и испытан преобразовательный модуль на фототиристорах.

Ранее разработаны в ВЭИ и изготовлены образцы оборудования для РП и ПС, а также системы управления для ПС 330/400 кВ Выборгская в виде КУРБ, КУРМ и СУМТО (соответственно комплексы управления блоком, регулятором мощности и мониторинга трансформаторного оборудования).

Исследовано применение управляемой пофазной коммутации трансформаторов и конденсаторных батарей (КБ), которые показали возможность избежать бросков тока при включении холостого тока трансформатора и КБ, а также повторных пробоев ВВ при его отключении, что исключает повреждение трансформатора и КБ. Снижение коммутационных перенапряжений на РП позволит на следующем этапе снизить защитный уровень ПРЗ и уровни изоляции трансформаторов, КБ и др. оборудования. Становится возможным коммутировать трансформаторы со стороны НН и облегчить привод выключателя.

Реализация идеи управляемой пофазной коммутации с помощью разрядников вакуумных управляемых (РВУ) дает особенно значительный эффект для коммутации КБ.

Обсуждение указанных результатов в РАО ЕЭС в 2004 г., отраженное протоколом [3], показало необходимость разработки вакуумного выключателя с управляемой коммутацией (ВВ с пофазным приводом), РВУ и системы запуска (БЗ РВУ), а также рекомендовано проектным организациям и эксплуатации использовать указанные устройства на РП.

Реализованные в настоящее время системы управления РП размещены в здании ОПУ в виде терминалов РЗА, пультов управления и других устройств внутренней установки, что предполагает использование протяженных кабелей связи, что затрудняет создание АСУ РП.

АСУ РП должна содержать как минимум два уровня управления: первый -- на уровне агрегатов (в данном случае распределительного устройства (РУ) и трансформатора), второй -- на уровне РП в виде АРМ и других вспомогательных устройств: оперативного тока, управления собственных нужд и др.

Существующие РП 110-220 кВ могут быть опорными, проходными и т.п., закрытого и открытого исполнения, содержать от одного до трех трансформаторов, иметь блочную, мостиковую и другие схемы.

В качестве прототипа рассматривается блочная схема РП ПО кВ открытого исполнения, что не исключает перехода к более сложной схеме.

Схема содержит:

- комплекс силового оборудования в РУ ВН (разъединители, заземлители, выключатели);

- комплекс трансформаторного оборудования (обычно мощностью 40-63 МВА);

- комплекс измерительного оборудования (ТТ и ТН);

- комплекс защитного оборудования ПРЗ на вводах трансформатора. Система управления, защиты, автоматики, диагностики (в дальнейшем СУР-ЗА) не показана (обычно находится в здании ОПУ). В настоящем проекте ставится задача разработки автоматизированной необслуживаемой РП ПОкВ, а затем 220 кВ с участием ОАО НПП «Контакт» (г. Саратов) и ООО НТЦ «ГОСАН» (г. Москва) для чего предлагается:

- разработать одноразрывный ОВВ с использованием управляемой пофазной коммутации;

- разработать микропроцессорные системы управления комплексом для наружной установки, обеспечивающих первый уровень АСУ РП;

- разработать электронно-оптические трансформаторы тока и напряжения.

Структурная схема предлагаемой РП ПОкВ, разрабатываемой в настоящем проекте, показана на рис. 1.

Разрабатываемый комплекс оборудования РУ ВН обведен пунктиром и содержит:

- ОВВ 110 кВ с УК, РВУ 60 кВ, блок запуска БЗ РВУ;

- микропроцессорный комплекс управления, защиты, автоматики распредустройства КУЗАР;

- испытательные схемы ИС для проверки и настройки КУЗАР;

- электронно-оптические трансформаторы тока и напряжения ЭОТ.

электротехнический оборудование распределительный подстанция

Устройства управления второго уровня в виде АРМ, а также системы оперативного тока, собственных нужд и т.д. не входят в настоящий проект. Разъединители и заземлители предполагаются в виде покупных изделий и не входят в настоящий проект.

Общая концепция разрабатываемой РП предполагает поэтапную разработку: вначале РУ ВН, затем трансформаторы с сухой или элегазовой изоляцией с пониженным уровнем изоляции, а также АСУ ТП, включая АРМ, оперативный ток, собственные нужды и др.

Конечная цель -- создание компактной необслуживаемой, полностью автоматизированной РП. Указанная РП может содержать дополнительно:

- средства компенсации реактивной мощности либо традиционные в виде СК, либо СТК на основе КБ и тиристорных вентилей, ШР или УШР и др.);

- токоограничители ТО в случае развития и расширения РП.

Общие требования к разработке:

- открытая архитектура силовой схемы, позволяющая наращивать, модернизировать и заменять оборудование;

- открытая структура аппаратных средств и программного обеспечения, позволяющая согласовать аппаратуру и протоколы обмена на разных уровнях АСУ, а также развивать АСУ по мере расширения РП;

- высокие требования к надежности РП и АСУ РП за счет применения резервирования в системе управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сеть 2030. Национальный взгляд на второе столетие электроэнергетики. Обзор, июль 2003 г. Департамент энергетики США.

2. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. Распоряжение Правительства РФ №215-р от 22.2. 2008 Перечень электросетевых объектов.

3. Протокол НТС РАО «ЕЭС России» от 21.04.04, г. Москва. Вакуумные коммутационные устройства для защиты оборудования 110-220 кВ.

Труды конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», 2010 г., МЭИ, www.energy2010.mpei.ru

Размещено на Allbest.ru