Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина"

Обоснование секционирования шин полуторной схемы распределительных устройств электростанций

О.Н. Калачева, Н.С. Кофтаев, А.М. Сахаров

Иваново, Россия

Введение

В соответствии с современными тенденциями, схема с двумя рабочими системами шин и тремя выключателями на два присоединения рекомендована к применению в РУВН напряжением 220 - 750 кВ и при числе присоединений шесть и более [1]. Каждое присоединение подключается через развилку выключателей, что является дополнительным преимуществом схемы в ремонтных и послеаварийных режимах.

Секционирование сборных шин в схеме 3/2 осуществляется в целях недопущения снижения максимально допустимых перетоков активной мощности в контролируемых сечениях и обеспечения надежности функционирования РУВН при возникновении аварийных возмущений [2].

В данной работе акцентируется внимание на целесообразности применения секционирования шин для полуторной схемы на напряжении 220 кВ и 500 кВ электростанций. Обычно при проектировании данной схемы с количеством цепей от 4 и более шины секционируются для уменьшения ущерба при авариях. Отсутствие секционного выключателя в таких схемах влечет за собой недостаточную надежность, которая может вызвать дополнительный системный ущерб и возникновение частотного ущерба.

1. Исходные данные

В данной статье рассмотрены полуторные схемы РУВН напряжением 220 кВ и 500 кВ электростанций с применением секционных выключателей и без них. Схемы сравнены по величине дисконтированных затрат (ДЗ), в которых надежность схем учтена составляющей ущерба. Для оценки ущерба от ненадежности РУВН работа станции рассмотрена в составе некоторой среднестатистической системы с параметрами: мощность системы - 4000 МВт; резервная мощность - 550 МВт; ТМакс.сист.= 5000 ч/год; уставка АЧР I - 47,4 Гц.

Для анализа ДЗ были использованы показатели надежности элементов РУВН, взятые по данным [3]. В расчетах учитывались показатели надежности воздушных выключателей, ввиду недостаточных статистических данных и непродолжительных сроков эксплуатации элегазовых выключателей в России. Расчет был произведен в ценах до 1992 года, так как на процент изменения ДЗ это влияния не оказывает. Расчет ДЗ велся на 5 лет. Ставка дисконтирования принята равной 8% [4]. Величина удельного системного ущерба была принята Ус0 = 0,15 руб/кВтч [5].

Были рассмотрены примеры схем РУВН:

1) полуторная схема с секционированием (рис. 1) и без секционирования (выключатели QB1 и QB2 отсутствуют) для РУВН 500 кВ с присоединениями: 4 блока 500 МВт, 4 линии, 2 АТ;

2) полуторная схема с секционированием (рис. 2) и без секционирования (выключатели QB1 и QB2 отсутствуют) для РУВН 500 кВ с присоединениями: 4 блока 300 МВт, 3 линии, 2 АТ;

3) полуторная схема с секционированием (рис. 3) и без секционирования (выключатели QB1 и QB2 отсутствуют) для РУВН 220 кВ с присоединениями: 4 блока 300 МВт, 8 линии, 2 АТ.

Рис 1 РУВН 500 кВ по полуторной схеме с секционированием обеих шин с блоками мощностью 500 МВт.

Рис 2 РУВН 500 кВ по полуторной схеме с секционированием обеих шин с блоками мощностью 300 МВт.

Рис 3 РУВН 220 кВ по полуторной схеме с секционированием обеих шин с блоками мощностью 300 МВт.

2. Расчет технико-экономических показателей

Для представленных схем с использованием таблично-логического метода оценки надежности, подробно описанного в [5], были составлены таблицы надежности. При расчете ущерба учитывались случаи потери генерируемой мощности величиной Pген и 2Рген. При потере 2Рген возможно снижение частоты и возникновение потребительского ущерба. Условием появления потребительского ущерба является:

Появление частотного ущерба характерно для случаев, когда потерянная мощность превышает резервную мощность системы. В нашем случае, он появляется при одновременном отключении двух блоков, характерном для схем без секционирования.

Ниже приведены фрагменты таблиц надежности для вышеуказанных схем, где присутствуют ячейки с ситуациями одновременного отключения двух блоков. Данные ячейки выделены серым цветом. При отказе выключателя, примыкающего к точке подключения блока, неизбежно возникает потеря мощности одного генератора на 1,5 часа. А в случае наложения этого отказа на ремонт второго, примыкающего к той же точке выключателя, происходит запирание мощности блока на время восстановления Тв, превышающее 1,5 часа. В иных случаях возможна одновременная потеря мощности двух блоков на время 1,5 часа, которое складывается из времени оперативных переключений (0,5 часа) и времени набора мощности из горячего резерва (1 час).

Таблица 1 Фрагмент таблицы надежности для полуторной схемы РУВН 500 кВ без секционирования шин с блоками 500 МВт

Таблица 2Фрагмент таблицы надежности для полуторной схемы РУВН 500 кВ без секционирования шин с блоками 300 МВт

Таблица 3Фрагмент таблицы надежности для полуторной схемы РУВН 220 кВ без секционирования с блоками 300 МВт

По результатам составления таблиц надежности для всех схем был определен системный ущерб. Наименьший ущерб характерен для схем с применением секционных выключателей, поскольку они локализуют место короткого замыкания. Однако, из теории надежности известно, что большое число элементов приводит к уменьшению надежности. Наложение двух этих особенностей схем приводит к незначительному уменьшению ущерба.

Как было сказано выше, кроме системного ущерба в схемах без секционирования появляется частотный или потребительский ущерб.

Частотный ущерб возникает, когда частота снижается ниже допустимого предела, но не ниже уставки АЧР I. В нашем случае такой ущерб возникает в схемах РУВН на напряжении 220 кВ и 500 кВ с подключением блоков мощностью 300 МВт. Результаты расчетов приведены в таблице IV.

Таблица 4 Результаты расчета частотного ущерба

Потребительский ущерб возникает, когда частота снижается ниже уставки АЧР I. В нашем случае такой ущерб возникает в схеме РУВН на напряжении 500 кВ с подключением блоков 500 МВт. Результаты расчетов приведены в таблице V.

Таблица 5 Результаты расчета потребительского ущерба

Затем путем суммирования был определен общий ущерб всех схем РУВН. Результаты расчетов и процентное изменение ущерба в схемах с применением секционных выключателей и без их применения приведены в таблице VI. секционирование дисконтированный напряжение электростанция

Таблица 6 Результаты расчета суммарного ущерба

Как видно из таблицы VI, с увеличением класса напряжения РУВН ущерб увеличивается. Это можно объяснить повышенной, по сравнению с 220 кВ, частотой отказов элементов РУВН на напряжении 500 кВ.

При увеличении мощности блоков растет величина потери генерируемой мощности при отказе элементов РУВН. А это, в свою очередь, ведет к серьезным возмущениям в системе, что приводит к снижению частоты и появлению частотного или потребительского ущерба.

Капитальные затраты каждого варианта схемы РУВН вычислялись по укрупненным показателям стоимости ячеек высоковольтных выключателей. Цена ячейки выключателя на напряжение 220 кВ принята равной 82,4 тыс.руб., а на напряжение 500 кВ - 246,6 тыс.руб. [3]. Капиталовложения всех рассматриваемых вариантов схем приведены в таблице VII.

Таблица 7 Капиталовложения вариантов схем РУ

От величины капиталовложений напрямую зависят эксплуатационные издержки, которые определены по формуле, взятой из [3]:

где а - общая норма амортизационных отчислений, о.е. (в нашем случае, а = 0,064); b - затраты на эксплуатацию, о.е. (в нашем случае, b = 0,02).

Эксплуатационные издержки для всех рассматриваемых схем приведены в таблице VIII.

Таблица 8 Эксплуатационные издержки вариантов схем РУВН

Главным критерием оценки эффективности секционирования схем является сравнение их по величине дисконтированных затрат. Расчет проведен на срок 5 лет. ДЗ для рассматриваемых вариантов схем представлены в таблице IX.

Таблица 9 Дисконтированные затраты вариантов схем РУВН

Выводы

По результатам исследования можно сделать вывод о том, что секционирование шин РУВН по схеме 3/2 при большом числе присоединений не всегда оправдано.

В нашем случае установка секционных выключателей обоснована только в схеме РУВН напряжением 500 кВ с подключением блоков мощностью 500 МВт. Такой результат является следствием существенного возрастания ущерба в схеме без секционирования шин из-за снижения частоты ниже уставки АЧР I.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что установка секционных выключателей влечет за собой увеличение капиталовложений, следовательно, растут и издержки на эксплуатацию. В тех случаях, когда возникает относительно небольшой частотный ущерб, секционирование невыгодно. Если же возникает потребительский ущерб, то он, как правило, намного больше частотного. В таком случае, исключение случаев потери мощности двух блоков путем секционирования шин, дает возможность избежать крупного ущерба.

Однако, при проектировании подобных схем, необходимо учитывать, что наличие секционных выключателей уменьшает количество одновременно срабатывающих выключателей РУВН при отключении шин. Это позволяет облегчить выбор аккумуляторных батарей для питания оперативным током приводов выключателей.

Также при секционировании шин уменьшается число ситуаций, когда одновременно срабатывает большое количество выключателей. При этом происходит снижение скорости срабатывания ресурса высоковольтных выключателей, что также является положительным фактором секционирования шин.

Список литературы