2.1. Теория передачи энергии путем взаимного превращения электрического и магнитного полей

В основах теории электричества часто утверждается, что электрические и магнитные поля связаны между собой и способны взаимно превращаться  друг в  друга. Также часто утверждается, что всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного  и наоборот —  всякое изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля. В /4/ говорится: «Между электрическими и магнитными полями существует глубокая внутренняя связь, проявляющаяся в том, что эти поля могут превращаться  друг в друга. Поэтому электрическое и магнитные поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Это взаимное превращение электрического и магнитного полей было открыто в начале второй половины прошлого века Максвеллом». Максвелл изложил свою теорию в 1864 году в книге «Динамическая теория электромагнитного поля». В то время еще не были разработаны и созданы современные электрические станции, сверхвысоковольтные линии электропередач и энергетические системы. Многие теории создавались интуитивно и предположительно.

Проанализируем эту теорию о связи электрического и магнитного полей с учетом современных достижений науки и практики. Есть заряд – есть электрическое поле. Движется заряд — вместе с ним движется его электрическое поле. Движение заряда вызывает появление магнитного поля. Остановился заряд – не стало магнитного поля. Электрическое поле зависит от потенциала.  Магнитное поле зависит от величины электрического тока.

Связь проявляется в том, что всякое изменение величины тока и напряжения пропорциональны между собой согласно закону Ома, соответственно пропорционально изменяются электрическое и магнитное поля. Таким образом, можно констатировать о наличие какого-то количественного соотношения между электрическим и магнитным полями.

Не выдерживает критики теория превращения электрического и магнитного поля друг в друга. Превращения одного поля в другое не наблюдается. Они без какого-либо физического вмешательства не могут превращаться  друг в друга.  Взаимное превращение электрического и магнитного поля невозможно  себе представить. В линии присутствуют оба вида поля.

Трансформация электрического тока изменяет электрическое и магнитное поля. При повышении напряжения усиливается электрическое поле и обратно пропорционально уменьшается магнитное поле.

Очень важно обратить  внимание на то, что генерация электрической энергии – это есть создание направленного движения зарядов в проводнике – обмотке электрической машины. Это будет необходимо при дальнейшем  обсуждении теории передачи электроэнергии.

Спорным также является вопрос – что движет заряды электродвижущая сила (ЭДС) или магнитное поле. В классической теории ошибочно считается, что силой, создающей упорядоченное движение электронов, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которое определяется электрическим напряжением на концах провода  /2/.

Также спорным является вопрос:  посредством, каких процессов происходит распространение электрической энергии вдоль линии.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Глава 2. Теории электропередачи

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

1.2. Теория генерации реактивной энергии

Электрическая машина как генератор  помимо активной мощности вырабатывает и реактивную мощность, которая наряду с активной мощностью передается вдоль проводов. Ее выработка зависит от тока возбуждения, т.е. от величины магнитной индукции создаваемой ротором. На ее выработку не расходуется механическая мощность. Ее величина определяется  электрическим полем, создаваемым магнитным полем возбуждения. Возникает реактивная составляющая напряжения. Часть этого напряжения компенсируется падением напряжения на индуктивном сопротивлении самого генератора. Напряжение на выводах генератора складывается из активной составляющей напряжения, пропорциональной активной мощности генератора и некомпенсированной части реактивной составляющей напряжения. При неизменной активной мощности генератора напряжение на выводах генератора регулируют изменением  тока возбуждения, при этом меняется реактивная составляющая напряжения. В нормальном режиме напряжение на выводах генератора регулируется автоматически. При снижении напряжения на выводах генератора автоматически увеличивается реактивная составляющая, пропорционально увеличивается выработка реактивной составляющей мощности. Увеличение выработки реактивной мощности повышает напряжение. Таким образом, напряжение на выводах генератора поддерживается на требуемом уровне.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

1.1. Теория генерации активной энергии

 

В учебнике по электрическим машинам получение электрической энергии объясняется следующим образом. «Обмотка возбуждения на роторе создает магнитный поток возбуждения синхронной машины, который сцепляется с обмоткой статора и индуктирует в ней электродвижущую силу ЭДС» /1/. В /2/ говорится, что если внутри проводника напряженность электрического поля Е отлична от нуля, то в проводнике возникнет электрический ток, т.е. движение зарядов. В другом учебнике говорится «В теории электропроводности металлов механизм прохождения тока обусловлено движением свободных электронов под воздействием электрического поля».

В новой редакции учебника «Электрические машины /1/ говорится «Если ротор синхронной машины привести во вращение с некоторой частотой и возбудить его, то поток возбудителя Ф будет пересекать проводники обмотки статора и в последней будет индуктироваться ЭДС».

Таким образом, в теории электромагнитной индукции считается, что под действием магнитного поля в проводнике образуется электрическое поле, вызывающее электрический ток, такое объяснение не имеет физического смысла.

Есть и  другое объяснение теории электромагнитной индукции. В контуре, пересекающем магнитное поле, под действием последнего связанные  электроны становятся свободными, за счет их направленного движения появляется электрический ток и соответственно магнитное поле. Нужно считать, что такое толкование  образование электрического тока за счет действия  магнитного поля возбуждения, отвечает современному представлению. Свободные электроны образуют  электрическое  поле, а движение электронов образует магнитное поле.

Механическая энергия, преобразованная в электрическую — есть активная энергия, которая передается по проводнику электронной проводимостью. Надо признать, что такое утверждение требует доказательств.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Глава 1. О теории генерации электрической энергии

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»

УДК 621.

Рекомендовано к печати решением Ученого совета КГТУ им.И. Раззакова

Протокол №  от 30  апреля 2014г.

 

Рецензенты: Алымкулов К. А.- профессор, доктор технических наук,

Батырканов Ж. И. – профессор, доктор технически наук,

Кадыров И. Ш. —   профессор, доктор технических наук.

 

Рахимов Калый Рахимович

 

О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии.  /КГТУ им. И. Раззакова – Б. ИЦ «Текник», 2014, -75 стр.

ISBN

Рассматриваются теории генерации, реактивной мощности и передачи электрической энергии. Предлагается в теории генерации считать правильным образование электрического тока за счет магнитного поля, а не за счет электрического поля. Делается вывод, что активная мощность генерируется  в обмотке, а реактивная мощность генерируется электрическим полем.

Утверждается, что  принятая теория передачи электрической энергии по проводам электромагнитными волнами не верна, что активная электроэнергия передается электронной проводимостью проводника, а реактивная энергия электрическим полем.

Доказывается, что в электрической цепи не происходит удвоения частоты реактивных мощностей.

Вводятся понятия емкостная и индуктивная реактивная мощности, имеющие различную физическую природу. Емкостная реактивная мощность обуславливается электрическим, а индуктивная мощность магнитным полем.

Критикуется приводимая в учебниках теория устойчивости линии электропередачи.

Рассматриваются существующие методы расчета линий электропередач, предлагается метод расчета по балансу реактивных мощностей, по которому получаются результаты, хорошо совпадающие с измеренными значениями.

Приводятся сведения об источниках и потребителях реактивной мощности на примере Кыргызской энергосистемы и рассматриваются вопросы их компенсации. Приводятся данные по предлагаемым новым конструкциям шунтирующих реакторов  для управления режимами линий, предлагается шире использовать возможности ГЭС, отказаться от применения шунтирующих реакторов на станциях.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, в первую очередь специалистов-энергетиков, работников учебных, научных, проектных организаций и магистров, студентов энергетических специальностей.

УДК 621

ББК

Рахимов К.Р., 2014

Содержание:

Статьи и книги по теме:

О теориях генерации, передачи электроэнергии и реактивной мощности

 

РАХИМОВ К. Р.

О ТЕОРИЯХ ГЕНЕРАЦИИ, ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И  РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Бишкек 2014

ГЛАВА 12. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ КЫРГЫЗСТАНА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

12.1. Современное состояние

Становление электрических сетей приведено в первой главе. Энергосистема Кыргызстана первоначально развивалась как отдельные системы Севера и Юга Кыргызстана. Северная система охватывает территории трех областей Чуйской, Иссыккульской и Нарынской областей, имеет связи с энергосистемами Джамбульской и Алматинской областей Казахстана линиями 220 кВ и 500кВ. Сети Чуйской области связаны с сетями Иссыккульской области через две линии 220 кВ, с сетями Нарынской области одной линией 220 кВ.

Сети Иссыккульской и Нарынской областей связаны одной линией 110 кВ.

Южная система охватывает территории трех областей: Ошской, Жалалабатской и Баткенской. Сети Юга тесно связаны с сетями Ферганской долины (Узбекистан). Таласская область первоначально питалась от Жамбульской энергосистемы Казахстана. В настоящее время она питается от линии 500 кВ Токтогульская ГЭС – Фрунзенская. Баткенская область частично питалась от Таджикской и частично от Узбекской энергосистемы. В настоящее время в связи с вводом линии 220 кВ «Алай – Баткен» эта область в основном перешла на питание от энергосистемы Кыргызстана. После ввода линий 500 кВ «Токтогульская ГЭС – Лочин» (г. Андижан) и «Токтогульская ГЭС – Фрунзенская» (с. Чалдовар) энергосистемы Севера и Юга Кыргызстана были объединены (Рис.12.1), кроме того образовалось кольцо на напряжении 500 кВ Андижан — Сырдарьинская ГРЭС — Ташкент — Чимкент — Джамбул — Чалдовар — Токтогульской ГЭС – Андижан.

Источники электроэнергии распределены неравномерно. В Иссыккульской области совершенно отсутствуют электростанции. В Нарынской области имеется всего одна станция Атбашинская ГЭС средней мощности. В Чуйской области действует Бишкекская ТЭЦ, Аламединский каскад ГЭС и Кеминская ГЭС малой мощности. До ввода линии 500 кВ от Токтогулской ГЭС основным источником энергии была Бишкекская ТЭЦ, которая питала все три области.

Развитие сетей было неразрывно связано со строительством и вводом генерирующих мощностей, а также имело зависимость от общей проблемы развития энергосистемы Средней Азии как одного целого. Иногда вопрос решался в зависимости от преобладания инициативы той или иной республики. Так известно, что в схеме выдачи Токтогулской ГЭС подстанция на Севере должна была быть расположена около г. Луговое (Казахстан). Кыргызское правительство настояло, чтобы хоть одна подстанция 500 кВ была расположена на территории Кыргызстана. Проект был изменен и подстанцию построили около с.Чалдовар (Кыргызстан). В другом случае линия 500 кВ «Фрунзенская – Алматы» должна была проходить через Чуйскую долину и иметь подстанцию 500/220 кВ около пос. Кемин. Этим обеспечивалась бы электроэнергией восточная часть республики. Однако эту линию построили в обход Чуйской долины, вследствие этого энергия Токтогулской ГЭС идет в Кемин и частично в Бишкек через Алматы. Вопрос был решен не лучшим образом. Имеют место дополнительные потери энергии и перегрузки линий 220 кВ в Чуйской долине, кроме того, после распада СССР появились некоторые проблемы между отдельными государствами. В данном случае кыргызские энергетики не проявили настойчивости в решении вопроса выбора трассы данной линии.

Кыргызкие энергетики продолжали настаивать на осуществлении проекта строительства линии 500 кВ «Фрунзенскую – Кемин», однако обстоятельства изменились, и острота строительства этой линии на данном этапе считается несвоевременным, что будет изложено ниже.

При решении вопросов схем выдачи мощности от других ГЭС Нижненарынского каскада, все станции выдают мощность в основном в Узбекистан, только одна линия выдает мощность на кыргызскую подстанцию (п/ст. «Октябрьская»). Узбекистан потребляет кыргызскую энергию в Ферганской долине, взамен Север Кыргызстана получает энергию от Узбекистана через Казахстан. Имеет место недостаточная связь между Югом и Севером Кыргызстана. Имея основную часть генерирующих мощностей на Юге, кыргызские энергетики не могут передавать достаточную мощность на Север.

Спорной является выбор схемы выдачи мощности от Камбаратинской ГЭС №2. Среднеазиатским отделением «Энергосетьпроект» предложено выдавать мощность по двум линиям 500 кВ, врезанных в линию 500 кВ «Токтогулская ГЭС – Фрунзенская». Обоснованием является использование этих линий в дальнейшем для выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №1. Однако ввод Камбаратинской ГЭС №1 не ожидается в ближайшем будущем. При принятии этого варианта требуются большие капиталовложения, которые будут заморожены на долгие годы. Нами предложены другие варианты схемы выдачи мощности от Камбаратинской ГЭС №2, которая позволит повысить надежность энергосистемы, и будет выдавать мощность на Север кратчайшим путем, что будет изложено ниже.

Еще в 60–е годы при проектировании схемы развития ОЭС Средней Азии вырисовывалась схема сетей 500 кВ, которая должна была объединить отдельные местные энергосистемы: Ферганскую, Ташкентскую, Чимкентскую, Джамбульскую, Фрунзенскую и Алматинскую. В итоге должен был образоваться энергомост с линиями 500 кВ Фергана – Ташкент – Чимкент – Джамбул – Фрунзе – Алматы.

В настоящее время такой мост образовался немного в другом виде: Ташкент – Чимкент – Джамбул – п/ст. «Фрунзенская» — Алматы. Эта мощная магистраль коснулась территории Кыргызстана только маленьким участком, поскольку п/ст. «Фрунзенская» расположена на территории Кыргызстана почти на границе с Казахстаном. Город Бишкек, пос. Кемин остались в стороне. После суверенизации проект строительства линии «Чалдовар – Кемин» продолжал переходить из одних планов в другие. Имела место договоренность с западными инвесторами о выделении кредита на строительство этой линии. Общая стоимость проекта оценивалось в 112 млн. долларов США. Нами было обосновано нецелесообразность строительства этой линии на этапе 90- тых годов прошлого века. Наше государство находилось в тяжелом финансово – экономическом положении. Стоял вопрос о снижении объемов кредитов. Кредитовать в первую очередь необходимо те объекты, которые дадут максимальный экономический эффект.

О технической и экономической целесообразности проекта ЛЭП-500 кВ «Чалдовар-Кемин». Потребность в электрической мощности в зимний максимум в Кеминском энергоузле составлял в 1995 г. 60 МВт. Замер 1998 г. в зимний максимум показал потребление всего 44 МВт. Через Кемин идет транзитом электроэнергия в Иссык-Кульскую и Нарынскую области, максимальная мощность которых по годам составляла: 95 г. – 414; 96 г. – 370; 97 г. – 407; 98 г. – 364 МВт. Данные замеров говорят, что заметного роста потребляемой мощности в названных областях не наблюдается. Прогноз предполагает незначительный рост потребления электрической мощности Кеминского энергоузла вместе с транзитом примерно до 500 МВт.

Кеминский энергоузел питается по трем линиям 220 кВ: «Чалдовар-Кемин», «Главная-Кемин», «Алматы-Кемин». Максимальные нагрузки этих линий составляли в последние годы:

Таблица 12.1.1

Наименование линии

Год

1995

1996

1997

1998

2000

2005

Чалдовар-Кемин

222

212

244

218

191

167

Главная-Кемин

104

89

68

84

78

76

Алматы-Кемин

144

112

174

109

194

112

Итого:

470

413

468

410

463

355

Из таблицы видно, что линия «Главная-Кемин» загружена только наполовину по сравнению с линией «Чалдовар-Кемин». Линия «Алматы-Кемин» — на 50 -70%, хотя сечение этих линий 300 мм2 и допустимая нагрузка около 250 МВА. В ближайшие годы пропускная способность вышеназванных трех линий достаточна для передачи мощностей необходимых для обеспечения потребностей Кеминского энергоузла. Необходимость претворения данного проекта в советское время обосновывалась быстрым ростом потребления электрической энергии в Чуйско-Иссык-Кульском территориальном комплексе.

Следующим доводом в пользу проекта было увеличение надежности электроснабжения, в настоящее время надежность электроснабжения Кеминского энергоузла является очень даже удовлетворительной.

Другим обоснованием строительства этой линии было сооружение Камбаратинской ГЭС №2, энергию которой предполагалось передавать на север Кыргызстана по двухцепной линии 500 кВ., врезанной в передачу Токтогульской ГЭС – подстанция «Фрунзенская» и далее она должна была передаваться по линии 500 кВ «Чалдовар-Кемин». При строительстве этой линии ожидалось снижение потерь энергии, увеличение уровня напряжения на узловых подстанциях Иссык-Куля и Нарына.

… В связи со снижением потребления промышленностью и сельским хозяйством, ростом потребления населением для целей отопления, годовой график нагрузки стал неравномерным. Нагрузки максимальны только в течение 5 месяцев, в остальные 7 месяцев нагрузки в несколько раз меньше и линии сильно недогружены. В табл. 12.2 приведены данные замеров летнего минимума:

Таблица 12.1.2.

Наименование линии

Год

 

1995

1996

1997

1998

2000

2005

Чалдовар-Кемин

100

47

71

73

110

37

Главная-Кемин

27

5

18

33

12,3

1

Алматы-Кемин

9

-21

0

0

35

60

Кемин-Балыкчи 1

115

28

38

38

64

41

Кемин-Балыкчи 2

43

42

72

46

Кемин-Нарын

0

0

0

8

0

4

Для летнего времени характерно превышение напряжения в конце линии, чем в начале, из-за преобладания зарядной мощности на них. Так, уровень напряжения в день летних замеров на подстанции «Кемин» составлял в 1996 г. 244, в 1997 г. – 230, в 1998 г. – 237 КВ. В 2000 г. 241 кВ, в 2005 г. 233 кВ. При строительстве линии 500 кВ «Чалдовар-Кемин» она будет загружена в зимний максимум всего на 20-30%. При нагрузке Кеминского энергоузла в 500 МВт по ней будет передаваться всего 200-250 МВт, т.е. она будет загружена в зимний максимум всего на 50%, а летом будет работать почти вхолостую. В зимний период на Иссык-Куле и Нарыне на узловых подстанциях были проблемы с удовлетворением уровня напряжения, а одним из доводов строительства линии 500кВ «Чалдовар-Кемин» было то, что при ее вводе должно повыситься напряжение на этих подстанциях. Однако после строительства линий 220 кВ «Балыкчи-Тамга» и «Кемин-Нарын» эта проблема почти решена. Летом даже приходится отключать некоторые из них.

Ориентировочные расчеты показывают, что строительство линии «Чалдовар-Кемин» уменьшило бы потери энергии. Наши расчеты показали, что эти потери снизятся на 25 млн. кВт/ч. Однако цена экономии такого количества энергии будет очень высока. Такое количество энергии можно получить на ГЭС мощностью примерно 7 МВт, строительство которой обойдется примерно в 7 млн. долларов. Если экономическая эффективность строительства этой линии заключается в снижении потерь, то она очень низка. Если у нас есть желание иметь энергетическую независимость от Казахстана, то цена такой независимости будет очень высока.

В целях надежной и экономичной работы энергосистем Кыргызстана и Казахстана нет никакого резона переводить на раздельную работу эти энергосистемы.

Линия 500 кВ «Чалдовар-Алматы» в настоящее время работает в недогруженном режиме, загружена на 30-50%. Мы и в дальнейшем можем использовать возможности этой линии для передачи энергии Токтогулской ГЭС до подстанций «Кемин» и «Главная». Оплата за перетоки составляет небольшую сумму.

…В странах СНГ в настоящее время не строят таких дорогостоящих линий по следующим причинам: во-первых, нет роста нагрузки, во-вторых, нет денег, в-третьих, не вводятся большие мощности на электрических станциях.

…При увеличении добычи угля на Каракечинском месторождении и более широком использовании их населением Иссык-Кульской и Нарынской областей ожидается даже снижение потребления электроэнергии населением.

… Согласно вышесказанным причинам, можно сказать, что ни технических, ни экономических задач строительство линии 500 кВ «Чалдовар-Кемин» глобально не решает. Экономическая целесообразность ее строительства очень низка. Высокая зарядная мощность линии при ее низкой загрузке вызовет определенные трудности в введении режимов энергосистемы. Перегрузки линий 220кВ «Чалдовар-Кемин», «Чалдовар-Главная» снижены путем строительства линии 220 кВ «Чалдовар-Бишкек». Таким образом, без строительства линии 500 кВ «Чалдовар-Кемин» решен вопрос разгрузки этих линий. В заключение можно сказать, что в ближайшее время нет острой необходимости в строительстве этой дорогостоящей линии «Чалдовар-Кемин».

12.2. Перспективы развития энергетической системы Кыргызстана

Ранее разработанный проект выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №2 предусматривает строительство двухцепной ЛЭП – 500 кВ, длиной 46,5 км и врезки ее в линию «Токтогулская ГЭс – п/ст. Фрунзенская», линии 500 кВ от подстанции до пос. «Кемин», длиной 216 км. Согласно этому проекту необходимо построить ОРУ – 500 кВ на Камбаратинской ГЭС №2, расширить п/ст. «Фрунзенская», построить п/ст. «Кемин» и линии электропередачи 500 кВ , общей длиной 309 км. Кроме того необходимо связать п/ст. 500 кВ «Кемин» с имеющейся п/ст. 220 кВ и построить две ЛЭП -220 кВ, длиной 75 км, для дополнительной выдачи мощности в Балыкчи (Рис. ). Такой проект обойдется очень дорого.

Нами предложены новые варианты выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №2, которые обойдутся значительно дешевле ранее предлагавшихся вариантов выдачи мощности этой ГЭС. Кроме того, предлагаемые варианты увеличат надежность электроснабжения Севера Кыргызстана.

Сложившаяся на сегодняшний день схема электрических сетей Кыргызстана имеет следующую картину. Генерирующие ГЭС на 90% представлены ГЭС Токтогулского каскада, суммарной мощностью 2870 МВт и они расположены в южной части республики. В зимний период ТЭЦ г. Бишкек выдает в систему всего мощность до 250 МВт. В летнее время она вырабатывает электроэнергию попутно с выработкой тепловой энергии и для удовлетворения собственных нужд. Следовательно, вся потребляемая мощность северным Кыргызстаном в это время идет от Токтогулской ГЭС. Север Кыргызстана потребляет 2/3 части всей вырабатываемой мощности ТГЭС. Кроме того на Север передается мощность экспортируемая в Казахстан, Вся эта мощность передается по единственной ЛЭП «Токтогулская ГЭС – п/ст. Фрунзенская». Следовательно, постоянно присутствует риск перерыва электроснабжения северного Кыргызстана при отказе этой ЛЭП. Это подтвердила авария, произошедшая на этой ЛЭП осенью 1994 года. Во время этой аварии ЛЭП -500 кВ «Ташкент – Чимкент» находилась на ремонте и не оказалось возможности передавать энергию наших ГЭС на Север через Узбекскую и Южно Казахстанскую энергосистемы. Даже когда все линии функционируют, вызывает сомнение, что Узбекистан позволит транспортировать большую мощность, ввиду загруженности своих линий. Отключение этой линии в 2009г. вызвал развал энергосистемы Севера Кыргызстана и Юга Казахстана и перерыва электроснабжения ряда областей двух государств.

Передача энергии Токтогулской ГЭС имеет еще один существенный недостаток, заключающийся в том, что электроэнергия передается по очень протяженным сетям. В город Каракол энергия ТГЭС проходит по линиям протяженностью 725 км, в г. Нарын -685 км, когда имеются более короткие пути. При перспективном планировании развития сетей в республике надо ставить задачу усиления связей Юга и Севера и выдачу мощности кратчайшими путями с каскада ГЭС на реке Нарын на север Кыргызстана.

Но согласно ранее разработанного проекта строительства ЛЭП -500 кВ п/ст. «Фрунзенская» — п/ст. «Кемин», врезка Камбаратинской ГЭС №2 в линию 500 кВ «Токтогулская ГЭС – п/ст. Фрунзенская» никоим образом не повышает надежность электроснабжения севера Кыргызстана. Сохраняются большие потери мощности и падения напряжения, а на самой линии «ТГЭС-Фрунзенская» потери еще больше увеличатся. Передача мощности в Иссыккульскую и Нарынскую области будет продолжать идти кружным путем. Ускорение ввода Камбаратинской ГЭС №2 мощностью 360 МВт требует решения вопроса выбора наиболее выгодного варианта выдачи ее мощности. Нами предлагается к рассмотрению несколько вариантов выдачи мощности по другим трассам на напряжении 220 и 500 кВ.

Первый вариант выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №2 на напряжении 500 кВ на северо-восток через Джумгальскую и Кочкорскую долины до пос. Кочкор, длиной около 250 км. Около пос. Кочкор предлагается построить п/ст. 500/220 кВ и связать с линией 220 кВ «Кемин-Нарын», при котором образуются линии «Кочкор- Кемин» и «Кочкор-Нарын». От п/ст. «Кочкор» предлагается построить линию 220 кВ «Кочкор-Балыкчи» длиной 60 км или двухцепную длиной 40 км и врезать в линию «Балыкчи- Тамга». По второму варианту предлагается использовать эту же трассу, но использовать напряжение 220 кВ. Предлагается выполнить эту линию одноцепной с применением сдвоенного повода. Эти два варианта имеют преимущества в том, что потребители Иссыккульской и Нарынской областей получат резервное питание, а Кеминский энергоузел еще один резерв. При принятии одного из вышеуказанных вариантов в значительной степени повысится надежность электроснабжения севера Кыргызстана. Не менее существенно то, что разгрузятся линии 220 кВ от п/ст. «Фрунзенская» и уменьшатся потери энергии в них. Очень серьезным фактором является то, что трасса проходит по мало пересеченным местностям, по Джумгальской и Кочкорской долинам и не переходит через высокогорные хребты, чем в меньшей мере вызывается удорожание строительства ЛЭП в связи с горными условиями. Ориентировочные расчеты показывают, что вариант 220 кВ дешевле варианта 500 кВ примерно в 2,5-3 раза. Вариант 500 кВ стоит примерно около 100 млн. долларов, а вариант 220 кВ стоит примерно 35 млн долларов. Вариант 500 кВ примечателен тем, что эта линия при построении Камбаратинской ГЭС №1, мощностью 1800МВт может быть использована для выдачи мощности этой ГЭС. До построения этой ГЭС линия будет использоваться на 25-30%, т.е. большая часть вложенного капитала будет омертвлена на долгие годы. При принятии варианта 220 кВ потребуется дополнительно строительства линии 500 кВ для выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №1, однако линия 220 кВ будет продолжать выполнять свои функции и играть роль распределительных сетей.

Возможны и другие варианты. Например, выдача мощности Камбараты №2 в сторону г. Бишкека на напряжении 220 кВ. Такая линия будет иметь наименьшую длину от станции до приемного узла энергосистемы (примерно 230-240 км). Приемным узлом может быть новая п/ст. «Алаарчинская», то есть не надо строить новую подстанцию. Наиболее приемлемой в этом варианте будет трасса, проходящая вдоль автодороги Ош- Бишкек, что значительно облегчит строительство линии. Этот вариант трассы ранее рассматривался для передачи энергии от Токтогулской ГЭС, однако в последний момент был принят вариант трассы по ущелью Аспара. По протяженности и по стоимости этот вариант выгоднее всех других. Эта линия 220 кВ рассматривается как одноцепная с применением сдвоенного провода. Опыт эксплуатации одноцепных линий 220 кВ со сдвоенными проводами от Курпсайской ГЭС показал их высокую надежность и то, что они имеют высокую пропускную способность. Мощность Курпсайской ГЭС (800 МВт) выдается по двум линиям 220 кВ, выполненным со спаренными проводами 300 мм2 каждая. Такая линия может допускать передачу мощности до 400 МВт. Использование в передаче от Камбараты-2 такой линии вполне оправдано, Для обеспечения местной нагрузки от Камбараты -2 будет забираться на напряжении 110 кВ примерно 60 МВт. В систему по линии более высокого напряжения необходимо передавать примерно 300 МВт. Использование линии 220 кВ со сдвоенными проводами для передачи мощности Камбараты-2 наиболее оптимально: не слишком дорого и пропускная способность достаточна.

Расчеты потерь энергии и падения напряжения показали, что во всех вариантах они находятся в допустимых пределах. Стоимость передач в Кочкор и в Бишкек примерно одинаково, однако передача в Кочкор повышает надежность электроснабжения восточной части Кыргызстана и кратчайшим путем обеспечивает передачу электроэнергии от Камбараты-2 до удаленных потребителей. Хотя расчеты являются приблизительными, они позволяют ориентировать проектировщиков на выбор наиболее оптимального варианта выдачи мощности Камбаратинской ГЭС №2. Для увеличения надежности питания потребителей Нарынской области напрашивается вариант строительства линии 110 или 220 кВ Камбарата 2 — пос. Казарман, протяженность этой линии составит примерно 100 км. При продлении варианта линии 220 кВ до перевала Торугарт можно передавать электроэнергию в Китай кратчайшим путем. Длина линии составит менее 300 км. В настоящее время энергия Токтогулской ГЭС в Торугарт (граница с Китаем) приходит по линиям общей длиной около 750 км. Также представляет интерес такой вариант — связать Камбарату-2 на напряжении 220 кВ с п/ст. «Алабель». Такая связь обеспечивала бы перетоки между Токтогулской ГЭС и Камбаратинской ГЭС №2, а также их взаимное резервирование.

Вызывает интерес этапы развития схемы выдачи мощности Камбараты-2 в связи с большой продолжительностью времени ввода мощностей на ней. Как известно в ближайшее время намечен пуск 1 го агрегата, мощностью 120 МВт. Эту мощность можно будет временно передавать в местную сеть 110 кВ, которую необходимо усилить строительством линий в Минкуш или Казарман. По этим линиям примерно половина мощности будет передаваться в Нарынскую область, а другая часть потребляться местными потребителями. При вводе второго агрегата необходимо строительство линии 220 или 500 кВ. Нами предлагается построить линию 220 кВ до пос. Кочкор. При вводе 3 го агрегата можно усилить сети 220 кВ, соединив Камбарату-2 с подстанцией «Алабель» и введя линию в Китай.

Мощность Камбаратинской ГЭС №1 (мощность 1900 МВт) можно выдавать только на напряжении 500 кВ. Это будут линии соединяющие Север и Юг Кыргызстана и наверняка линия идущая в Китай. Намечен предварительный вариант строительства линии 500кВ «Датка – Кемин», проходящая через створы Камбаратинских ГЭС. Предполагается выдача мощности Камбаратинских ГЭС по этой линии.

Требует решения проблема усиления сетей Юга Кыргызстана в связи с угрозами Узбекистана о выходе их из объединенной энергосистемы. Первоочередными являются строительство линий от п/ст. «Кристалл» до п/ст. «Октябрьская», далее до п/ст. «Узловая», далее до п/ст. «Алай», общей протяженностью около 200 км.

Заключение

  1. На основе изучения состава потребителей и их способов электроснабжения классифицированы потребители, способы электроснабжения, выявлены особенности их проектирования, строительства и эксплуатации. Предложено шире использовать трансформаторные отборы мощности от высоковольтных ЛЭП для чего разработаны различные конструкции минитрансформаторов.
  2. Впервые на основе исследований и изучения, имеющихся научных разработок, проведенных в Кыргызстане и в других государствах, выявлены и классифицированы специфические особенности горных ЛЭП, которые имеют место при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. Рассмотрены особенности выбора уровня изоляции, расчета потерь на корону, грозозащиты и заземления.
  3. Рассмотрен ряд теоретических вопросов, такие как теория передачи энергии по линии электропередачи, её схемы замещения. Предлагается считать, что передача электроэнергии при частоте 50Гц не зависимо от напряжения осуществляется электронной проводимостью, в качестве схемы замещения принимать последовательную схему.
  4. Проведен анализ методов расчетов линий электропередач, на основе которого предложено отказаться от расчетов по уравнениям однородной линии с распределенными параметрами, от применения формул, применяемых при расчете линии, работающей на шины системы бесконечной мощности, от методики расчета с применением параллельной схемы замещения. Предлагается расчет линии вести по так называемой методике баланса реактивной мощности на ней.
  5. На основе проведенного анализа существующей теории устойчивости предлагается отказаться от существующей методики оценки устойчивости генератора и линии электропередачи. Для обеспечения устойчивой работы электрической системы необходимо и достаточно удовлетворять условия параллельной работы генераторов: равенство частот, напряжений и совпадение фаз.
  6. Впервые разработана методика определения диапазона экономически целесообразных нагрузок на линии электропередачи в зависимости от класса напряжения. Предложена методика определения оптимальной нагрузки силовых трансформаторов по условиям минимума потерь энергии. Найдены предельные значения времени максимальных потерь в зависимости от возможных графиков нагрузки. Предложены формулы их расчета для некоторых типов графика нагрузок.
  7. На основе анализа режимов линий предлагается исключить из учебников рекомендацию по установлению устройств продольной компенсации (УПК) вообще и шунтирующих реакторов в начале линии. Предлагается отказаться от применения нерегулируемых шунтирующих реакторов. Предложен новый тип регулируемых реакторов за счет регулирования немагнитных зазоров. Изготовлены несколько экземпляров таких реакторов, которые были установлены на ряде подстанций в качестве заземляющих.
  8. Для управления уровнем напряжения в энергосистеме наряду с шунтирующими реакторами предлагается использовать возможности ГЭС, которые позволят плавнее регулировать напряжение и меньше использовать шунтирующие реакторы.
  9. Предложены варианты развития электрических сетей и энергосистемы Кыргызстана.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

11.3. Режимы работы элементов линии 500кВ на примере электропередач от Токтогульской ГЭС

11.3.1. Режимы шунтирующих реакторов ТГЭС

Согласно проекту на Токтогулской ГЭС предусмотрены шунтирующие реакторы на стороне500 кВ для компенсации емкостных (зарядных) мощностей линий 500 кВ. Были установлены однофазные реакторы типа РОДЦ-60000/500-У1. Суммарная мощность трех фаз составляет 180 МВАр.

На подстанции «Фрунзенская» установлены 2 группы реакторов суммарной мощностью 360 МВАр, на подстанции «Лочин» 1 группа реакторов мощностью 180 МВАр.

Реакторы включаются и отключаются в зависимости от уровня напряжения на шинах станции и подстанций, т.е. они используются только в двух режимах «включено» и «отключено». При превышениях напряжения ШР включаются и, наоборот, при его снижениях отключаются. Таким образом, ведется дискретное регулирование уровня напряжения. Например, включение шунтирующего реактора на Токтогулской ГЭС в среднем снижает напряжение на стороне 500 кВ поданным летних и зимних замеров за 10 лет примерно на 8 кВ. На подстанции «Фрунзенская» включение одной или обеих групп реакторов снижает напряжение на 8-12 кВ. При отключении реакторов соответственно на столько же повышается напряжение на узле.

Согласно замерам на п/ст. «Фрунзенская» с 1996 по 2004г.г. и на Токтогулской ГЭС с 1994 по 2002г.г. перегрузок реакторов не было. Они загружались номинальной мощностью или меньше. Только один раз трехфазная группа реакторов на ТГЭС загружалась до 190 МВАр, т.е. всего на 5,5% больше номинальной мощности. Изменения напряжения на шинах станции и подстанций мало влияли на загрузку реакторов (Таблица 11.1 и 11.2). Анализ режимов работы ТГЭС за 10 лет показывает, что ШР в основном компенсировали реактивную мощность, вырабатываемую генераторами станции. Имел место парадокс, на генераторах вырабатывают реактивную мощность и тут же его компенсируют. Вряд ли здесь есть резон. Шунтирующие реакторы, вместо того, чтобы выполнять свои функции – компенсировать реактивную мощность линий, компенсируют реактивную мощность, вырабатываемую генераторами. В период с июля 2003 года по май 2004 года ТГЭС работала без шунтирующих реакторов. Анализ уровней напряжения показал незначительное повышение среднего напряжения по сравнению с предыдущими годами, но оно находилось на нормальном уровне в 2003г. -525 кВ, в 2004 -528 кВ. Уровень напряжения на п/ст. «Фрунзенская» в эти годы оказался даже ниже, чем по сравнению с предыдущими годами.

Сравнение уровней напряжения с включенными реакторами и без них показал, что уровни напряжения мало отличаются друг от друга. Напрашивается вывод, что применение ШР на ТГЭС малоэффективно для компенсации реактивной мощности ЛЭП 500 кВ.

Одним серьезным отрицательным фактом является частые отключения и включения шунтирующих реакторов. Как мы выше отметили, в нормальном режиме не претерпевают перегрузок. Но, тем не менее, не так редко реакторы выходят из строя. Причиной оказались переходные процессы, возникающие при коммутациях. При включениях и отключениях возникают коммутационные перенапряжения, которые вызывают большие динамические усилия в реакторе, за счет которых они выходят из строя.

За время после пуска Токтогулской ГЭС имели место ряд повреждений шунтирующих реакторов. Реактор фазы «А» вышел из строя в 1994 году за счет взрыва. Реактор фазы «В» вышел из строя в 2003 году. Имели место взрыв и возгорание масла. Реактор фазы «С» по результатам обследования 2004 года признан негодным к эксплуатации. В нем были выявлены многочисленные дефекты. Имел место выход из строя реактора на п/ст. «Фрунзенская». Выше нами было показано, что в нормальных режимах реакторы не претерпевали перегрузок, ни при каких режимах работы генераторов, линий электропередач. Можно с уверенностью сделать вывод, что причиной повреждения реакторов никак не могут быть какие – либо перегрузки в нормальных режимах. Некоторые предполагают, что причиной их выхода из строя является износ изоляции и старение масла. Однако периодические анализы масла, испытания изоляции не показывали каких- либо серьезных отклонений качества масла и изоляции.

Причиной выхода из строя реакторов являются коммутационные перенапряжения, возникающие при включении и отключении реакторов. При включении реактора с индуктивностью L, возникает колебательный контур с линиями электропередач с емкостью С. Согласно теории, происходит обмен энергией между элементами с емкостью и элементами с индуктивностью. Между магнитными и электрическими полями возникает колебательный процесс. Переток энергии между емкостями и индуктивностями вызывает переходный процесс. Переходные токи, возникающие при включениях и отключениях, вызывают в реакторе большие электродинамические усилия. Электродинамические силы вызывают ослабление прессующих шпилек обмотки, нарушения изоляции стягивающих шпилек, нарушение связи между прессующими вертикальными пластинами, обрыв проводов шлейфа главных выводов обмотки. Осмотры реактора с вскрытием активной части выявляют другие многочисленные дефекты: повсеместное вспучивание изоляции между катушками секции обмотки, выгорание межвитковой изоляции, замыкание стяжных шпилек вертикальных шунтов, смещение экрана на нижней плите вследствие этого ослабление крепежных болтов (согласно акту обследования от 2003 г.). Все эти повреждения являются следствием воздействия электродинамических сил. Эти повреждения вызывают повышенный нагрев, а также приводят к пробою изоляции. Причиной повреждения реакторов является не старение изоляции обмоток и окончания срока службы, а коммутационные перенапряжения.

По конструкции реакторы аналогичны силовым трансформаторам. Однако силовые трансформаторы имеют намного меньший параметр потока отказов. При одинаковом сроке службы трансформаторов и реакторов, на Токтогулской ГЭС и подстанциях «Фрунзенская» и «Лочин» каких-либо повреждений на трансформаторах не происходило, в то время как имели место неоднократные повреждения в реакторах. Причиной повреждений реакторов является частые включения и отключения реакторов. Возникающие при коммутациях переходные токи создают большие электродинамические силы внутри реактора, за счет которых происходят различные механические разрушения или повреждения в магнитопроводе, в крепежных деталях и в обмотках.

Возникающие при коммутациях перенапряжения представляют опасность и для другого оборудования, таких как кабель 500 % и прочие. При стремлении защитить кабель и прочее оборудование от повышений напряжений в 2,5-3 %, установкой шунтирующих реакторов, искусственно создаются перенапряжения, превышающие номинальное в несколько раз. Факты возникновения перенапряжений подтверждаются пробоями искровых промежутков вентильных разрядников. Пробивное напряжение вентильного разрядника РВМК-500П составляет от 660 до 760 кВ, импульсное пробивное напряжение – 1070 кВ. За период 2000 – 2004 годы на Токтогулской ГЭС разрядники на каждой фазе пробивались от 45 до 54 раз.

При включении выключателя реактора, возникающие переходные токи по данным осцилографирования доходили до 2100 А (10,5 номинала), что вызывает катастрофические динамические удары в обмотках реактора, которые приводят к витковым замыканиям, обрывам элементов обмотки и необратимому выходу реактора из строя. Факт возникновения перенапряжений при операциях выключателями также подтверждается срабатываниями вентильных разрядников на п/ст. «Фрунзенская». При проведении около 400 операций выключателями реактора, разрядник фазы «В» сработал 108 раз. Было предложено поменьше производить операции с выключателями реакторов. Предложено в летнее время при малых нагрузках держать реакторы включенными, а зимнее время отключенными, и не производить ежесуточные отключения и включения, что означает включение и отключение производить всего 2 раза в год. Возможен полный отказ от использования шунтирующих реакторов на Токтогулской ГЭС. Обоснованием такого предложения является очень малый приток реактивной мощности от Л-509 (Токтогульская ГЭС — Фрунзенская) , так в 2004 г. ее приток составил в среднем всего 6,35 МВА и малая выработка ее на самой станции 56,6 МВАр. Эта выработанная реактивная мощность идет к п/ст. «Лочин», которая там востребована для поддержания напряжения. Основной приток реактивной мощности, генерируемая на линиях, идет к п/ст. «Фрунзенская».

Использование реакторов на Токтогулской ГЭс противопоказано с точки зрения возникновения коммутационных перенапряжений при включении и отключении шунтирующих реакторов. Коммутационные перенапряжения более опасны для кабелей 500 кВ и прочего оборудования, чем небольшие повышения напряжения на 2-3%. Повышения напряжения при отключенных реакторах на Токтогулской ГЭС находились в пределах нормы. Нормы утверждены Циркуляром № Ц-01-95 (Э) «О допустимых эксплуатационных повышениях напряжения промышленной частоты на электрооборудовании 500-750 кВ ЕЭС России, утвержденного Департаментом науки и техники РАО ЕЭС России от 15.03. 1995 г. Нами предлагается отказаться от использования шунтирующих реакторов на электростанциях. При их включении снижение напряжения автоматически компенсируется выработкой реактивной мощности генераторами станции. Реальные замеры показывают, что ШР мало отсасывают зарядную мощность линии и очень мало влияют на уровень напряжения в системе.

11.3.2. Нагрузки, режимы линий электропередач от ТГЭС и баланс реактивных мощностей на них

Проведен анализ нагрузок линий 500кВ от Токтогулской ГЭС. Измерения показывают сильную зависимость реактивной мощности на линии от величины потока активной мощности (Таблица 11.2.1), величина перетока реактивной мощности вдоль линии изменяется, сток реактивной мощности в линии ТГЭС-«Фрунзенская» происходит в обе стороны, причем в сторону п/ст. «Фрунзенская» идет основная часть а в сторону ТГЭС идет очень незначительная ее часть, в линии ТГЭС- «Лочин» реактивная мощность течет только в сторону п/ст. «Лочин». Имеет место отток небольшой реактивной мощности от ТГЭС в сторону п/ст. «Лочин».

В течение суток приток реактивной мощности к шинам ТГЭС по линии «ТГЭС – Фр» меняется от 48 до 76 МВАр, средние значения в 2000-2004г.г. – от 6,35 до 46,4 МВАр, причем ее приток к ТГЭС за этот период все время уменьшалось (табл. 11.2.1).

Таблица 11.2.1

Приток РМ к.

2000г.

2001г.

2002г.

2003г.

2004г.

п/ст. «Фрунзе»

99,2

104,85

132,5

143,45

148,4

к ТГЭС

46,4

39,9

40,2

32,8

6,35

Qcум, МВАр

145,6

144,75

172,7

176,25

154,75

Общая длина двух линий составляет 385 км. Длина линии ТГЭС – п/ст. «Фрунзенская» рана 211 км, длина линии ТГЭС – «Лочин» — 174 км. Расчетная зарядная (емкостная ) мощность их составляет 346,5 МВАр, при принятой удельной зарядной мощности 0,9 МВАр/км, согласно литературным данным. Чем больше линии загружаются, тем большая часть зарядной мощности компенсируется индуктивной мощностью самих линий.

Определенная корреляционная связь просматривается между расчетными и замеренными значениями.

В целом анализ баланса реактивных мощностей по линиям Л-509 и Л – 504 показывает, что приток реактивной мощности к ТГЭС от линии Л – 509 незначительный и имеет тенденцию к уменьшению, постоянно идет отток реактивной мощности от ТГЭС в линию Л – 504 (табл. 11.2.2).

Таблица 11.2.2

День, время

РТГЭС,

МВт

QТГЭС, МВАр

Рп/ст. Фрунзе,

МВт

Qп/ст.Фрунзе,

МВАр

Qсум,

МВАр

5-1

6-1

8-1

28-2

2-2

1-2

1-4

2-4

1-6

3-7

3-8

4-9

28-16

29-10

28-10

28-9

12-20

31-8

29

59

73

103

147

176

205

249

279

293

308

352

411

455

513

543

557

660

-28

-76

-76

14

-21

-42

-28

-35

-28

-14

-35

-28

28

7

7

-28

-14

28

56

56

97

133

148

197

212

238

251

292

330

364

417

477

502

504

602

210

136

136

197

241

200

200

218

136

218

200

192

166

123

161

154

102

120

238

212

212

211

262

242

228

253

160

232

235

220

173

151

168

161

130

134

Подсчитаны средние значения реактивных мощностей за год на Л – 509 (табл. 11.2.3), откуда видно, что приток средней реактивной мощности к ТГЭС составляет от 6,35 до 46,4 МВАр, наблюдается снижение притока. Основная часть реактивной мощности идет к п/ст. «Фрунзенская». Измеренная генерируемая мощность на Л – 509 составляет от 144,75 до 176,25 МВАр.

Таблица 11.2.3

2000г.

2001г.

2002г.

2003г.

2004г.

QТГЭС-Л-509

(приток к ТГЭС)

Qп/ст. «Фр.»

(приток к п/ст. Фр.)

Генерируемая

РМ линии

46,4

 

 

99,2

 

 

145,6

39,9

 

 

104,85

 

 

144,75

40,2

 

 

132,5

 

 

172,7

32,8

 

 

143,45

 

 

176,25

6,35

 

 

148,4

 

 

154,75

Передаваемая на п/ст. «Лочин» реактивная мощность всегда поддерживает необходимый уровень напряжения на этой подстанции. При отключении линии Л – 504 сильно снижается напряжение на подстанции.

11.3.3. Режимы синхронных генераторов ТГЭС в режиме потребления реактивной мощности.

В Кыргызской энергосистеме накоплен некоторый опыт перевода гидрогенераторов в режим недовозбуждения. Несколько лет генераторы Токтогулской ГЭС использовались как потребители реактивной мощности. При переводе генераторов Токтогулской ГЭС в режим недовобуждения использована неудачная тепловая характеристика. Она не была похожа на характеристики других гидрогенераторов этого же типа, снятых как в заводских, так и в условиях эксплуатации. Перевод генераторов этой станции в режим недовозбуждения был использован при выходе из строя шунтирующих реакторов. Для потребления реактивной мощности в 60 МВАр генераторы, мощностью 300МВт, загружались активной мощностью всего в 20 МВт. Нами была подвергнута сомнению такая практика использования генераторов. Такой режим работы увеличивал выработку ресурса рабочего колеса радиально-осевых турбин, поэтому было рекомендовано пересмотреть такой режим работы. По данным одного замера при переводе генераторов в режим недовозбуждения с потреблением 180 МВАр, напряжение на п/ст. «Фрунзенская» была на уровне 528-529 кВ (с 1 до 4 часов). С 20 до23 часов в таком режиме находился всего один генератор с потреблением реактивной мощности в 20-40 МВАр, однако напряжение на п/ст. «Фрунзенская» было в пределах 512-525 кВ. Колебания напряжения соответствовали режиму работы электрической системы (с1 до 4 часов имели место провалы нагрузки, с20 до23 часов пики нагрузки). Нагрузка генераторов реактивной мощностью почти не влияет на уровень напряжения.

Отрицательной стороной применения режима недовозбуждения является частые включения и отключения агрегатов. Ежедневно вводились и выводились в такой режим 3-4 генератора. Исследования АО «ЛМЗ» (г. Санкт – Петербург) показали, что выработка ресурса значительно зависит от количества пусков и остановов турбин.

Проведенные нами исследования показали, что принятый режим недовозбуждения генераторов для регулирования напряжения в энергосистеме имеют сильную отрицательную сторону – повышенный износ лопастей турбин, появление трещин, повреждения их поверхностей за счет очень малой загрузки и частых пусков и остановов гидроагрегатов. Нами было предложено пересмотреть такой режим, определить допустимые величины потребления реактивной мощности при их большей загрузке активной мощностью. В последующие годы при консультации с заводом – изготовителем выяснилось, что гидрогенераторы Токтогулской ГЭС можно загружать реактивной мощностью в 60 МВАр даже при нагрузке активной мощностью до 180 МВт.

Выбранный режим перевода генераторов в режим недовозбуждения нужно считать очень неудачным. Выход из строя рабочих колес на таких мощнейших гидротурбинах чреват очень большими затратами на их замену.

Нужно отметить, что перевод генераторов в принятый режим потребления реактивной мощности малоэффективно. Такой режим почти не влияет на уровень напряжения в электрической системе.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

11.2. Расчеты уровней напряжения на примере линии «Токтогульская ГЭС — п/с Фрунзенская»

Эта линия выполнена в основном проводами 3хАС-300, на высокогорных участках применены 3хАС-400 и 3хАС-500, их протяженность небольшая. За активное сопротивление примем сопротивление поводов 3хАС-300, которое равно R0=0,033 Ом/км, индуктивное сопротивление Х0=0,31 Ом/км.

Токтогульская ГЭС выдает свою мощность на напряжении 500 кВ двумя линиями на подстанции «Лочин» (Андижан) и «Фрунзенская (Чалдовар). Для компенсации зарядной мощности линий 500 кВ на ОРУ-500 кВ Токтогульской ГЭС и на конечных подстанциях установлены шунтирующие реакторы РОДЦ-60000.500-У1, мощность каждой группы 180 МВАр. Длина линии «Токтогульская ГЭС-Лочин» составляет 174 км, а «Токтогульская ГЭС-Фрунзенская» — 211 км.

Для регулирования напряжения на конечных подстанциях и на ГЭС по мере необходимости включают и отключают шунтирующие реакторы. Реакторы нерегулируемые, поэтому отсутствует возможность плавного регулирования напряжения. Регулирование напряжения происходит дискретно. Например, при включении или отключении группы однофазных реакторов на подстанции «Фрунзенская» напряжение меняется на 8-12 кВ.

Колебание напряжения происходят за счет изменения нагрузки в течение суток, в течение года. При изменении величины тока в линии меняется уровень напряжения в конце линии.

На подстанции «Фрунзенская» не используются устройства регулирования напряжения на автотрансформаторах (РПН), чтобы не вывести их из строя.

Напряжение в начале линии поддерживается на уровне U=525 кВ.

Расчеты произведем для резко отличающихся режимов работы линии, во первых, когда линия сильно недогружена Р=0,25Рнат, во вторых, когда линия перегружена. Натуральная мощность для данной линии составляет Рнат=900мВт. Активное сопротивление линии R=R0* l = 211*0,033=6,963 Ом, индуктивное сопротивление Х=Х0*l=211*0,31=64 Ом.

В случае сильного недогруза, напряжение на конце линии становится больше, чем в начале. Для того, чтобы уменьшить напряжение в конце линии можно снизить напряжение на выводах генератора на 5% (до15кВ). Напряжение на высокой стороне при этом составит 500кВ.

Во втором случае при перегрузке линии напряжение на конце линии сильно уменьшается. Чтобы это уменьшение не было очень большим, напряжение на шинах станции можно поднять до U = 550кВ, соответственно на выводах генераторов до 16.5кВ (на 5%).

По предложенной нами методике расчета по балансу реактивных мощностей определены уровни напряжения на конце линии.

Режим малой нагрузки.

а) Напряжение на шинах станции постоянно.

U1=525кВ. (Uг=15,75кВ). Р=0,25Рнат=0,25*900=225мВт.

На линии генерируется емкостная реактивная мощность.

QC1=U2*b=5252*7,68*10-4=211,7мВАр.

Индуктируется индуктивная реактивная мощность.

QL1=3*I2*х=3*0,2862*64=15,76мВАр.

где:

Суммарная реактивная мощность

Q S = QC1-QL1 = 211,7- 15,7=196 МВАр

При cos =0.866, S =259.8 МВА, sin =0,5; U =454.6кВ, Up1 =262.5кВ, Ua2 = 451.1кВ, Q1 = 130.0 МВАр, Q2 = 326 МВАр, Up2 = Up1 =415.7кВ. . Напряжение на конце линии будет равно U2 =613.4 кВ. Для снижения напряжения включена одна группа шунтирующих реакторов в конце линии. В этом случае реактивная мощность на конце линии снизится до 146 МВАр, соответственно снизится реактивная составляющая напряжения до 278.2 кВ и напряжение на конце уменьшится до 530.0 кВ, что выше допустимого напряжения. При включении второй группы реакторов напряжение снизится до 470.65кВ. Это напряжение недопустимо мало. Лучше регулировать напряжение конца путем изменения напряжения в начале линии. Регулируя ток возбуждения, например, уменьшив его на 5%, до 500 кВ, при этом уменьшится емкостная реактивная мощность линии, увеличится индуктивная реактивная мощность, в целом уменьшается реактивная мощность в конце линии и соответственно напряжение до 496.0 кВ, что всего на 1% меньше требуемого.. Достаточно включение двух групп реакторов в конце линии, чтобы добиться удовлетворительного уровня напряжения и не надо включать реакторы в начале линии. Управление уровнем напряжения компенсацией реактивной мощности в сочетании с регулированием напряжения на ГЭС даёт лучший эффект.

б). Напряжение на шинах станции уменьшено до 500кВ. Qc = 192 МВАр, Ql =17.3МВАр, Q =174.7МВАр, =3.6кВ, Ua2 =451кВ, Q2 =304.7МВАр, Up2 =382.7кВ и U2 =591.5кВ. Включена одна группа реакторов. В этом случае Q2 =124.7MBAp, Up2 = 244.85kB и U2 = 513.2kB. При снижении напряжения в начале линии оказывается достаточно включать всего одну группу реакторов.

Режим перегруза.

а) Напряжение на шинах станции равно номинальному U1=525кВ, Р=1,5Рн =1350 МВт, I1=1,65 кА; QC = 211,7 МВАр, QL = 522.5 МВАр, = -310.5 МВАр, соs =0.9, sin =0.436, Ua =20.0kB, Ua2 = 452.5kB, Up2 =165.9kB, U2 =482.0kB

Напряжение в конце линии получается ниже номинального примерно на 5% (номинальное напряжение в конце линии должно быть равным 500 кВ).

б) Напряжение на шинах станции увеличено на 5% до 550 кВ (UГ=16,5 кВ), тогда при той же нагрузке I1=1,42 кА, QC2=232,3 МВАр, QL2=385.6 МВАр, =281,7 МВАр.. Q = -153.3MBAp, Ua1 =495kB, Ua =17.2kB, Up1 =239.7kB, Up2 =209.7kB и U2 =521.8kB. Расчеты показали, что напряжение в начале достаточно увеличить до 535кВ, при этом напряжение в конце составит 501.8кВ.

Раньше нами приведена наибольшая нагрузка на линию 500кВ с проводами 3АСх300 по условиям нагрева Рнб = 1560 МВт. При такой нагрузке увеличением напряжения в начале линии в допустимых пределах можно добиться удовлетворения уровня напряжения на конце линии.

Как видно из расчетов при малых нагрузках вопрос управления уровнем напряжения с помощью неуправляемых шунтирующих реакторов легче решать в сочетании с управлением напряжения с помощью ГЭС.

Управление уровнем напряжения с помощью ГЭС особенно ценно при работе перегруженной линии. Ввиду отсутствия компенсации индуктивной мощности (синхронных компенсаторов или батарей конденсаторов) управление уровнем напряжения в узле энергосистемы с помощью ГЭС, является лучшим решением.

Эффект регулирования напряжения на конце линии, путем его изменения в начале, усиливается изменением генерирующих на линии реактивных мощностей. При уменьшении напряжения снижается емкостная мощность, одновременно повышается индуктивная мощность на линии за счет увеличения тока, в итоге уменьшается суммарная реактивная мощность. При малых нагрузках на линии за счет этого повышается эффект снижения напряжения на конце линии (при малых нагрузках необходимо снижать напряжение на конце линии).

Как было рассмотрено выше (гл. 6) режим работы линии сильно зависит от ее нагрузки. В зависимости от нее меняется баланс реактивных мощностей в сверхвысоковольтной линии. При малых нагрузках требуется компенсация емкостной мощности, что на практике делается с помощью нерегулируемых шунтирующих реакторов (ШР). При больших нагрузках требуется компенсация индуктивной мощности, чего до настоящего времени на сверхвысоковольтных линиях не производится, хотя разработана соответствующая техника — синхронные компенсаторы достаточно больших мощностей.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме: