Оценка мероприятий для повышения динамической устойчивости генерирующего оборудования Балаковской АЭС

Балаковская АЭС (БАЭС) расположена в 10,5 км от г. Балаково Саратовской области. Установленная мощность станции составляет 4000 МВт. На БАЭС эксплуатируются 4 энергоблока с реакторами водо-водяного типа ВВЭР-1000 мощностью 1000 МВт каждый. Для производства электрической энергии применяются генераторы типа ТВВ-1000-4У3 номинальной мощностью 1000 МВт, работающие на напряжении 24 кВ.

ОРУ 500 кВ выполнено по нетиповой схеме и имеет следующие присоединения:

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Ключики,

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Куйбышевская №1,

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Красноармейская №2,

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Курдюм,

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Трубная,

· ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Саратовская ГЭС,

· АТ 500/220 кВ (АТ),

· ТГ-2 через 2Т-1 и 2Т-2,

· ТГ-3 через 3Т-1 и 3Т-2,

· ТГ-4 через 4Т-1 и 4Т-2,

· РШ-1СШ,

· РШ-4СШ.

ОРУ 220 кВ выполнено по схеме «две рабочие системы шин с обходной» и имеет следующие присоединения:

· ВЛ 220 кВ Балаковская АЭС - Центральная I цепь,

· ВЛ 220 кВ Балаковская АЭС - Центральная II цепь,

· ВЛ 220 кВ Балаковская АЭС - Ершов,

· ВЛ 220 кВ Балаковская АЭС - Горный,

· ВЛ 220 кВ Балаковская АЭС - Степная,

· АТ,

· ТГ-1 через 1Т-1 и 1Т-2.

Упрощенная нормальная схема электрических соединений БАЭС представлена на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная нормальная схема электрических соединений БАЭС.

Для предотвращения нарушения динамической устойчивости (ДУ) генерирующего оборудования на БАЭС в комплексе противоаварийной автоматики (ПА) реализованы функции автоматической разгрузки при коротких замыканиях в сети 500 и 220 кВ (АРКЗ 500, АРКЗ 220) [1].

АРКЗ 500 и АРКЗ 220 выполнены двухступенчатыми. Обе ступени действуют по факту снижения фазного напряжения прямой последовательности на шинах 500 кВ или 220 кВ. АРКЗ 500 действует на разгрузку Саратовской ГЭС (СарГЭС) на величину от 300 до 700 МВт или отключение одного из блоков 2-4 БАЭС. Объем управляющих воздействий (УВ) определяется величиной доаварийного перетока мощности по ВЛ 500, 220 кВ схемы выдачи мощности (СВМ) БАЭС, а также зависит от состояния отходящих от БАЭС ВЛ 500 кВ.

Действие АРКЗ 500 на разгрузку СарГЭС обусловлено значительным влиянием величины загрузки СарГЭС на ДУ блоков 2-4 БАЭС вследствие «электрической близости» к ОРУ 500 кВ СарГЭС и БАЭС - протяженность ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Саратовская ГЭС около 17 км.

АРКЗ 220 действует на отключение блока 1 при его доаварийной загрузке более 500 МВт.

Логика действия существующих АРКЗ 500 и АРКЗ 220 БАЭС представлена на рис. 2.

Рис. 2. Логика действия существующих АРКЗ 500 и АРКЗ 220 БАЭС.

Проведенные расчеты электромеханических переходных процессов в ПВК Eurostag v.5.1, выполненные в рамках анализа эффективности АРКЗ 500 и АРКЗ 220 и в соответствии с требованиями [2], показали, что нарушение ДУ блоков БАЭС возможно только вследствии затяжных коротких замыканий (КЗ) отключаемых действием устройством резервирования отключения выключателя (УРОВ). При этом тяжесть аварийного возмущения в сети 500 кВ зависит как от присоединения, на котором возникло повреждение, так и от того какой именно из выключателей не отключился. Отключение действием УРОВ ряда выключателей приводит к отключению одного из блоков 2-4, что положительно влияет на ДУ оставшихся в работе блоков. При рассмотрении аварийных возмущений в сети 220 кВ выявлено, что на запас ДУ блока 1 БАЭС влияет отключенное/включенное состояние АТ. энергоблок замыкание автоматика

Также расчетами определено, что возможность нарушения ДУ в большей степени определяется не величиной суммарного перетока СВМ БАЭС, а единичной мощностью каждого блока БАЭС в отдельности.

Вышеуказанные обстоятельства позволили сделать вывод о том, что логику действия существующих АРКЗ 500 и АРКЗ 220 БАЭС целесообразно скорректировать с целью обеспечения возможности выбора оптимальных настроек и минимизации объема УВ.

Логику АРКЗ 500 необходимо выполнить с учетом:

· тяжести КЗ (учет по остаточному напряжению прямой последовательности);

· присоединения, на котором возникло повреждение;

· отказавшего выключателя;

· величины доаварийной загрузки блоков 2-4 (по каждому блоку отдельно);

· величины доаварийной загрузки СарГЭС (суммарно по ГЭС).

Логику АРКЗ 220 необходимо выполнить с учетом:

· тяжести КЗ (учет по остаточному напряжению прямой последовательности);

· величины доаварийной загрузки блока 1;

· эксплуатационного состояния АТ БАЭС.

При выборе настроек предлагаемых АРКЗ дополнительно рассмотрена и обоснована эффективность ввода новых УВ - кратковременная разгрузка турбин (КРТ) на 30 и 50%. Применение КРТ блоков БАЭС с различной глубиной разгрузки позволяет минимизировать объем УВ в зависимости от тяжести аварийного возмущения [1, 3].

Характеристики КРТ блоков 1-4 приняты аналогичными реально снятым характеристикам блоков 1,2 Ростовской АЭС. После выполнения собственником испытаний и получения опытных характеристик КРТ блоков 1-4 настройки АРКЗ 500 и АРКЗ 220 потребуют актуализации.

Расчетные характеристики КРТ 30% и КРТ 50% блоков 1-4 БАЭС представлены на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная характеристика разгрузки блоков 1-4 Балаковской АЭС (КРТ 30% блока 1, КРТ 50% блока 2).

С целью выбора оптимального объема УВ на разгрузку СарГЭС от АРКЗ 500 определена зависимость предельного времени отключения по условию обеспечения ДУ блоков БАЭС для наиболее тяжелого нормативного возмущения - отключение ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Ключики действием УРОВ при близком двухфазном КЗ с отказом выключателя В-21 от величины суммарной генерации активной мощности СарГЭС в диапазоне характерной генерации (рис. 4). Загрузка блоков БАЭС при этом находится на уровне начальных уставок КПР. Полученная зависимость показывает, что при загрузке СарГЭС менее чем на 700 МВт реализация УВ от АРКЗ не требуется.

Рис. 4. Зависимость предельного времени отключения ВЛ 500 кВ Балаковская АЭС - Ключики действием УРОВ при близком двухфазном КЗ с отказом выключателя В-21 от величины суммарной генерации активной мощности СарГЭС.

В результате анализа всего объема возможных нормативных возмущений в различных схемно-режимных ситуациях определена оптимальная логика действия и настройки АРКЗ 500 и АРКЗ 220.

Логика действия предлагаемых к внедрению АРКЗ 500 и АРКЗ 220 БАЭС представлена на рис. 5.

Предложены мероприятия по оптимизации логики действия и настройки АРКЗ 500 и АРКЗ 220, учитывающие тяжесть аварийного события и наиболее влияющие факторы доаварийного режима, позволяющие с минимальным переизбытком реализованных УВ обеспечить ДУ блоков БАЭС при всех нормативных возмущениях в прилегающей сети 500-220 кВ.

Обоснована техническая целесообразность внедрения КРТ блоков в качестве УВ от АРКЗ 500 и АРКЗ 220 БАЭС.

Рис. 5. Предлагаемая логика действия АРКЗ 500 и АРЗК 220 БАЭС

Разработанные алгоритмы могут быть рекомендованы для оптимизации настройки АРКЗ других комплексов ЛАПНУ ЕЭС России.

Предложенные настройки АРКЗ 500 и АРКЗ 220 комплекса учтены в проекте по модернизации комплекса ПА БАЭС.

Список литературы