Определение режимных условий для осуществления длительной параллельной работы Западного энергорайона Якутской энергосистемы с Организацией экономического сотрудничества Востока

Схема основных электрических сетей 110 - 220 кВ Западного энергорайона Якутской энергосистемы представлена на рис. 1.

Рис 1 Схема основных электрических сетей 110 - 220 кВ Западного энергорайона Якутской энергосистемы

Западный энергорайон Якутской энергосистемы (ЗЭР ЯЭС) исторически является технологически изолированным. ЗЭР ЯЭС характеризуется избытком мощности вследствие расположения на его территории гидроэлектростанций: Каскада Вилюйских ГЭС (КВГЭС) и Светлинской ГЭС, однако перспективный баланс ЗЭР ЯЭС зависит от водности реки Вилюй и величин перспективной нагрузки потребителей (объекты трубопроводной системы «Восточная Сибирь -- Тихий океан», газотранспортной системы «Сила Сибири»).

Введенный в эксплуатацию в 2014 году транзит 220 кВ Олекминск - НПС-15 - Нижний Куранах обеспечил физическую связь ЗЭР и ОЭС Востока, но по условиям обеспечения допустимых уровней напряжения в узлах нагрузки в нормальной и ремонтной схемах и в послеаварийных режимах была выбрана и осуществлена оптимальная точка раздела на ПС 220 кВ НПС-15 на линейных разъединителях ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1, №2.

Целью проведенных Испытаний стало определение основных характеристик, показателей и режимных условий параллельной синхронной работы ЗЭР с ОЭС Востока, а также верификация расчетных моделей ЗЭР и ОЭС Востока для расчетов установившихся режимов и статической устойчивости, переходных режимов и динамической устойчивости и разработка мероприятий для обеспечения устойчивой параллельной (синхронной) работы ЗЭР с ОЭС Востока.

А для успешного проведения Испытаний было осуществлено «режимное» исследование ЗЭР, по результатам которого были определены:

- перечень и состав контролируемых сечений (КС), регулирование и контроль перетоков активной мощности в которых необходимы при параллельной работе ЗЭР и ОЭС Востока (таблица 1);

- величины максимально допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях;

- перечень и объем мероприятий, реализация которых необходима для проведения Испытаний;

- перечень и объем мероприятий, реализация которых необходима для длительной параллельной работы ЗЭР и ОЭС Востока.

Для обеспечения возможности проведения Испытаний (и на перспективу для осуществления параллельной работы) была определена и реализована настройка устройства автоматики ликвидации асинхронного режима (далее - АЛАР) ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1, №2 на ПС 220 кВ НПС-15.

В процессе Испытаний было в общей сложности проведено четыре опыта параллельной синхронной работы общей продолжительностью 2 часа 47 минут. Регулирование перетока активной мощности в диапазоне от 20 до 50 МВт в обоих направлениях осуществлялось по команде диспетчерского персонала Филиала АО «СО ЕЭС» «Объединенное диспетчерское управление энергосистемами Востока» (далее - ОДУ Востока) путем изменения генерации каскада Вилюйских ГЭС.

Таблица 1. Перечень контролируемых сечений ЗЭР ЯЭС

Основными итогами проведенных Испытаний стали подтверждение возможности осуществления длительной синхронной параллельной работы ЗЭР и ОЭС Востока и получение необходимой для проведения дальнейших исследований информации о режимах работы параллельно работающих энергосистем. Указанные исследования были проведены ОДУ Востока совместно с исполнительным аппаратом ОАО «СО ЕЭС» в целях увеличения пропускной способности контролируемых сечений и предотвращения недопустимых изменений параметров электроэнергетического режима в энергосистеме ОЗ Якутского РДУ.

В результате выполнения исследований был определен следующий перечень первоочередных мероприятий для обеспечения возможности длительной параллельной работы:

? Установка устройств автоматики ограничения снижения напряжения (далее - АОСН) с действием на отключение нагрузки потребителей на объектах электроэнергетики Вилюйского энергоузла (в августе 2016 года ОДУ Востока определена настройка устройств АОСН ПС 110 кВ Вилюйск, ПС 110 кВ Верхневилюйск и направлена субъекту электроэнергетики (ПАО «Якутскэнерго») для ее реализации после установки требуемого оборудования.

? ? Изменение коэффициентов трансформации трансформаторов тока (для обеспечения номинального первичного тока 400 А):

* на ПС 220 кВ НПС-13 (на ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13 и ВЛ 220 кВ НПС-13 - НПС-12);

* на ПС 220 кВ Олекминск (на ВЛ 220 кВ Олекминск - Сунтар, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1 и №2).

Для изолированной работы допустимая токовая нагрузка трансформаторов тока присоединений указанных подстанций не являлись ограничивающими элементами и обеспечивали номинальный первичный ток 200 А. В соответствии с Планом-графиком реализации первоочередных мероприятий по обеспечению возможности длительной параллельной работы ЗЭР ЯЭС со второй синхронной зоной ЕЭС России АО «ДВЭУК» было осуществлено изменение коэффициентов трансформации трансформаторов тока (сентябрь 2016 года).

Получение от собственника оборудования (АО «ДВЭУК») согласования возможности кратковременной перегрузки трансформаторов тока не менее чем на 20% продолжительностью не менее 20 минут в послеаварийном режиме:

* на ПС 220 кВ НПС-13 (на ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13 и ВЛ 220 кВ НПС-13 - НПС-12);

* на ПС 220 кВ Олекминск (на ВЛ 220 кВ Олекминск - Сунтар, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1 и №2).

В июле 2016 года было получено требуемое согласование, что обеспечило потенциальную возможность осуществления перетока активной мощности в КС без ограничений по критериям обеспечения допустимой токовой нагрузки ЛЭП и оборудования в нормальной и ремонтных схемах и послеаварийных режимах после нормативных возмущений.

?? Изменение параметров настройки существующих устройств РЗА в электрической сети 220 кВ ЗЭР ЯЭС.

- Реализация алгоритма АЛАР ВЛ 220 кВ Нижний Куранах - НПС-15 № 1 и №2 с отпайкой на ПС 220 кВ НПС-16 в существующих устройствах МКПА на ПС 220 кВ НПС-15. Выполнено для осуществления возможности проведения Испытаний.

После выполнения указанных первоочередных мероприятий максимально допустимый переток активной мощности на связях ЗЭР ЯЭС с ОЭС Востока составит от 40 МВт из ЗЭР ЯЭС и до 70 МВт в ЗЭР ЯЭС.

С целью повышения пропускной способности связей ЗЭР ЯЭС и ОЭС Востока до максимально возможных величин выявлена необходимость реализации следующих мероприятий, позволяющих работать перетоком активной мощности на исследуемых связях, соответствующим 20% коэффициенту запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности: энергосистема пропускной контролируемый сечение

? установка устройств автоматического повторного включения с функцией улавливания синхронизма (АПВ УС) на:

* ПС 220 кВ Сунтар (на ВЛ 220 кВ Сунтар - Олекминск, ВЛ 220 кВ Районная - Сунтар);

* ПС 220 кВ НПС-13 (на ВЛ 220 кВ НПС-13 - НПС-12, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13);

* Каскаде Вилюйских ГЭС 1,2 (на двух ВЛ 220 кВ КВГЭС - Районная);

? установка устройства автоматики разгрузки при перегрузке по мощности (далее - АРПМ) на ПС 220 кВ Олекминск (с контролем перетока активной мощности по н ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1, №2) с действием на отключение нагрузки в ЗЭР ЯЭС при аварийном отключении генерирующей мощности в ЗЭР ЯЭС;

? установка устройства АРПМ на ПС 220 кВ Олекминск (с контролем перетока активной мощности по ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13 и ВЛ 220 кВ Сунтар - Олекминск) с действием на отключение генерации на Каскаде Вилюйский ГЭС при аварийном отключении нагрузки в ЗЭР ЯЭС;

? замена трансформаторов тока присоединений 220 кВ на трансформаторы тока с номинальным первичным током не менее 600 А (увеличение пропускной способности транзита, имеющего оборудование, являющееся ограничивающим элементом):

* на ПС 220 кВ НПС-12 (на ВЛ 220 кВ НПС-13 - НПС-12);

* на ПС 220 кВ НПС-13 (на ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13 и ВЛ 220 кВ НПС-13 - НПС-12);

* на ПС 220 кВ Олекминск (на ВЛ 220 кВ Олекминск - Сунтар, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-13, ВЛ 220 кВ Олекминск - НПС-15 №1 и №2).

? установка управляемых источников реактивной мощности на объектах электроэнергетики Вилюйского энергоузла (ПС 110 кВ Вилюйск, ПС 110 кВ Верхневилюйск), а также на ПС 220 кВ Сунтар;

? установка устройства автоматики ограничения повышения частоты (АОПЧ) на Каскаде Вилюйских ГЭС;

? установка устройств автоматической разгрузки при отключении:

* ВЛ 220 кВ Районная - Сунтар;

* ВЛ 220 кВ Сунтар - Олёкминск;

* ВЛ 220 кВ Олёкминск - НПС-13;

* ВЛ 220 кВ НПС-12 - НПС-13;

? установка устройств автоматики предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) на Каскаде Вилюйских ГЭС и на Нерюнгринской ГРЭС (для обеспечения возможности выдачи мощности электростанций с сохранением димамической устойчивости генерирующего оборудования при нормативных возмущениях);

? восстановление проектной схемы выдачи мощности Светлинской ГЭС (в настоящее время выдача мощности станции (3 ГА по 92,5 МВт) осуществляется по одной ВЛ 220 кВ Светлинская ГЭС - Районная), при параллельной работе отклонения частоты после отключения указанной ВЛ 220 кВ, приводящего к работе устройств АЧР, не будет, однако учет небаланса активной мощности, вызванного ее отключением, существенно снизит величину МДП в КС;

? реализация в полном объеме проектных решений по организации систем телемеханики и связи на объектах электроэнергетики АО «ДВУЭК».

После реализации вышеуказанных мероприятий, допустимый переток активной мощности на связях ЗЭР ЯЭС с ОЭС Востока составит до 110 МВт из ЗЭР ЯЭС и до 120 МВт в ЗЭР ЯЭС.

В 2016 году АО «СО ЕЭС» инициирована разработка технико-экономического обосновании создания (реконструкции) системы релейной защиты и автоматики в операционной зоне Филиала ОАО «СО ЕЭС» Якутское РДУ (ТЭО РЗА Якутского РДУ) для принятия принципиальных технических решений по устройствам РЗА и ПА в энергосистеме ОЗ Якутского РДУ, необходимых для осуществления устойчивой параллельной работы ЗЭР и ЦЭР ЯЭС с ЕЭС России и на перспективу развития в целях повышения эффективности противоаварийного управления и увеличения пропускной способности контролируемых сечений.

В настоящее время утвержден и согласован с собственниками I этап ТЭО РЗА Якутского РДУ. Согласно которому, подтверждена необходимость реализации мероприятий, определенных по результатам предварительных исследования, а также предложены дополнительные мероприятия, реализация которых не влияет на повышение пропускной способности связей ЗЭР ЯЭС и ОЭС Востока, однако является обязательной с точки зрения соблюдения требований нормативно-технической документации АО «СО ЕЭС»:

? установка устройств АЛАР:

* на ПС 220 кВ Нижний Куранах на ВЛ 220 кВ Нижний Куранах - Амга и ВЛ 220 кВ Нижний Куранах -НПС 15 №2 с отпайкой на ПС НПС-16;

* на ПС 220 кВ Олекминск на ВЛ 220 кВ Олекминск-НПС-15 №1, 2 с отпайкой на ПС НПС-14; ВЛ 220 кВ Олекминск- НПС-13 и ВЛ 220 кВ Сунтар-Олекминск;

* на ПС 220 кВ Сунтар на ВЛ 220 кВ Сунтар-Олекминск;

* на ПС 220 кВ НПС-13 на ВЛ 220 кВ Олекминск- НПС-13.

Заключение

Проведенные расчеты позволили определить область допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях без применения ПА, а также возможное приращение значения допустимого перетока активной мощности в них при установке устройств противоаварийного управления.

Список литературы

1. Стандарт организации ОАО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.010.001- 2013 «Правила определения максимально допустимых и аварийно допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС».)

2. СО 153-34.20.576.2003 Методические указания по устойчивости энергосистем.

[1] Standart organizatsii OAO «SO EES» STO 59012820.27.010.001-2013 «Pravila opredeleniya maksimal'no dopustimykh I avariono dopustimykh peretokov aktivnoi moschnosti v kontroliruemikh secheniyach dispetcherskogo tsentra OAO «SO EES» [The standard of organization of JSC «System Operator of the United Power System» STO 59012820.27.010.001-2013 «The rules for determining the maximum allowable and emergency admissible active power flows in controlled cross-sections of the dispatch center of JSC" SO of the UPS»].

[2] SO 153-34.20.576.2003 Metodicheskie ukazaniya po ustoichivosti energosistem [STO 153-34.20.576.2003 Methodical instructions on stability of power systems]

Аннотация

Работа посвящена актуальному на сегодняшний день вопросу - возможности параллельной работы изолированно работающего Западного энергорайона энергосистемы Республики Саха (Якутия) с ОЭС Востока. Описаны особенности функционирования и режимы работы рассматриваемых энергосистем. В качестве исследовательской задачи автором была предпринята попытка оценить режимные условия, необходимые для осуществления стабильной длительной параллельной работы и для увеличения пропускной способности контролируемых сечений до максимально возможных величин.

Результаты исследований могут быть применены для выработки взвешенных технических решений по возможности осуществления параллельной работы, а также для разработки основных принципов организации автоматического противоаварийного управления.

Ключевые слова -- параллельная работа, расчеты электроэнергетических режимов, противоаварийная автоматика