Содержание к диссертации
Введение
1. Общая характеристика полуволновых связей, обеспечивающих повышение пропускной способности основной электрической сети сибирь-урал на современном этапе 8
1.1. Полуволновая технология и перспективы ее применения 8
1.2. Характеристика основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе 22
1.3. Общая характеристика полуволновых связей Сибирь-Урал 26
1.3.1. Полу волновая схема Абакан-Челябинск на напряжении 500 кВ 26
1.3.2. Полуволновая схема Итат-Челябинск 28
1.3.3. Схема электропередачи Канск-Челябинск 29
2. Схемы замещения и нормальные режимы сверхдальних линий 32
2.1. Общие положения 32
2.2. Схема замещения и нормальные режимы полуволновой линии 42
2.2.1. Схема замещения полуволновой линии 43
2.2.2. Распределение напряжений и токов вдоль полуволновой линии 45
2.2.3. Пропускная способность полуволновой линии 50
2.3. Схемы замещения и нормальные режимы околополуволновых линий 54
2.3.1 .Настроенные линии и их схемы замещения 54
2.3.2. Фантомные схемы замещения околополуволновых линий 61
3. Анализ нормальных режимов полуволновой электропередачи Абакан-Челябинск 69
3.1. Общая характеристика схемы 69
3.2. Примыкание ПЭП на напряжение 500 кВ в ОЭС Урала .71
3.3. Примыкание ПЭП на напряжении 220 кВ в Челябинской энергосистеме 86
4. Исследование нормальных режимов полуволновой электропередачи Итат-Челябинск 87
4.1. Общая характеристика вариантов схемы 87
4.2 Режимы ПЭП Итат-Челябинск на 500 кВ 90
4.3 Режимы ПЭП 500 кВ секция Березовской ГРЭС-1-Челябинск 96
4.4 Режимы ПЭП Итат-Челябинск на 1150 кВ 104
5. Схемы и режимы электропередачи Канск-Челябинск 118
5.1. Общая характеристика вариантов схемы 118
5.2. Режимы электропередачи 1150 кВ Канск-Итат-Челябинск 120
5.3 Режимы полуволновой электропередачи 500 кВ Канск-Челябинск 121
5.4 Режимы полуволновой электропередачи 1150 кВ Канск-Челябинск 126
5.5 Режимы полуволновой электропередачи 750 кВ Канск-Челябинск 131
Заключение 134
Список литературы 139
Список публикаций по теме 144
- Характеристика основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе
- Распределение напряжений и токов вдоль полуволновой линии
- Примыкание ПЭП на напряжение 500 кВ в ОЭС Урала
- Режимы ПЭП 500 кВ секция Березовской ГРЭС-1-Челябинск
Введение к работе
Актуальность темы. Растущий интерес во многих странах мира к проблеме транспорта больших потоков мощности на сверхдальние расстояния 2000-4000 км определяется возможностью создания в различных регионах мира источников дешевой электроэнергии, удаленных от центров нагрузки [1-3]. Особый интерес к проблеме сверхдальнего транспорта электроэнергии существует в России[4, 5]. Объективной тенденцией развития энергетики нашей страны на ближайшую и отдаленную перспективу является увеличение электронного транспорта энергетических ресурсов за счет возрастающего вовлечения в баланс европейских районов страны ресурсов ее азиатской части.
Необходимо также иметь в виду большие возможности экспорта электроэнергии из России за рубеж. Весьма перспективен экспорт сравнительно дешевой электроэнергии в Украину и Западную Европу от тепловых электростанций, которые могут быть сооружены в Тюменском регионе с ориентацией на использование низконапорного газа [6, 7]. Взаимовыгодным решением является также сооружение электропередачи в Южную Корею для привлечения высокоэффективных мощностей Южно-Якутского гидроэнергетического комплекса [8, 9].
Для решения проблемы транспорта электроэнергии на сверхдальние расстояния наиболее эффективно использовать полуволновую технологию [10]. Полуволновые линии обладают двумя замечательными свойствами, которые определяют их преимущество перед обычными линиями переменного тока. Первое свойство заключается в том, что такая линия не имеет ограничений на передаваемую мощность по условию устойчивости в силу того, что ее реактивное сопротивление равно нулю. Второе необычное свойство полуволновой линии состоит в том, что она сбалансирована по реактивной мощности и для ее работы не требуется установки компенсирующих устройств.
Систематические исследования в области полуволновых электропередач (ПЭП) начали проводиться в Сибирском НИИ Энергетики с 1956 года под руководством основателя школы сибирских электроэнергетиков, д.т.н., профессора В.К. Щербакова [11-13]. В результате проведенного совместно с «Энергосетьпроектом» комплекса НИР были предложены экономичные и надежные схемы и обоснованы оптимальные технико-экономические параметры ЭП полуволнового типа с учетом их работы в составе сложного энергообъединения. Неоценимую роль в доказательстве работоспособности ПЭП сыграли комплексные испытания полуволновой электропередачи в 1967 году в сети 500 кВ ЕЭС Европейской части СССР под руководством объединенного диспетчерского управления, когда по полуволновой линии 500 кВ Волгоград-Москва-Челябинск длиной 2858 км успешно передавалась мощность 1050 МВт [14]. Таким образом, ПЭП являются хорошо проработанным объектом, ждущим своего практического внедрения. Однако отсутствие опыта
эксплуатации таких электропередач вызывает настороженное отношение к ним, что объясняется рядом необычных свойств ПЭП.
Данная работа нацелена на разработку вариантов внедрения полуволновой технологии в основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе и исследованию их схемно-режимных характеристик. Организация полуволновых режимов на направлении Сибирь-Урал с использованием казахской В Л 1150 кВ Экибастуз-Кокчетав-Кустанай представляет, с одной стороны, наиболее эффективный путь повышения пропускной способности основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе, а с другой стороны, ее опыт эксплуатации будет чрезвычайно полезен при проектировании и эксплуатации последующих полуволновых связей, которые могут потребоваться в России и других странах мира.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью работы является обоснование возможных вариантов внедрения полуволновой технологии в основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе и в ближайшей перспективе.
Основными вопросами исследований, диктуемыми поставленной целью, являются:
анализ путей повышения пропускной способности основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе; разработка схем замещения для исследования нормальных режимов околополуволновых линий;
обоснование схемы и исследование режимов сверхдальней ЭП полуволнового типа Абакан-Челябинск на напряжении 500 кВ; анализ схемно-режимных характеристик полуволновой связи Итат-Челябинск на напряжении 500 кВ и 1150 кВ; использование полуволновой технологии при создании сверхдальней связи Канск-Челябинск для выдачи мощности Богу-чанской ГЭС и других ГЭС в ОЭС Восточной Сибири.
Методика проведения исследований. Работа основана на общей теории функционирования электроэнергетических систем, принципах анализа электрических цепей с распределенными параметрами и на фундаментальных разработках в области полуволновой технологии. Моделирование режимов работы сверхдальних связей полуволнового типа осуществлялось как аналитически, так и с использованием специализированного пакета программ.
Научная новизна:
• Предложено использование корректирующего трансформатора в схеме замещения настроенной на полуволну линии, что позволяет придать параметрам схемы замещения понятный физический смысл.
• Обоснованы фантомные схемы замещения для околополуволно- вых линий, облегчающие анализ нормальных режимов.
• Предложен способ регулирования напряжения в полуволновой электропередаче путем подключения устройств реактивной мощности в концевой зоне линии.
Практическая ценность:
• Обоснованы схемы полуволновых связей Сибирь-Урал на напряжении 500-1150 кВ пропускной способностью 800-5300 МВт, которые могут быть реализованы на современном этапе и в ближайшей перспективе.
• Предложена тандемная схема включения автотрансформаторов 500/220 кВ для выполнения функций настраивающих реакторов на напряжении 500 кВ.
• Обоснованы варианты управления сверхдальними электропередачами полуволнового типа с учетом условий работы примыкающих систем.
• Предложен оптимальный путь внедрения полуволновой технологии в основной электрической сети Сибирь-Урал, включающий следующие этапы:
1) Организация полуволновой связи Абакан-Челябинск напряжением 500 кВ и пропускной способностью 800-1500 МВт.
2) Переход к полуволновой электропередаче Итат-Челябинск напряжением 1150 кВ и пропускной способностью 2000-3500 МВт.
3) Сооружение компенсированной электропередачи 1150 кВ Канск-Итат и повышение пропускной способности полуволновой связи Итат-Челябинск до 4500-5500 МВт с целью привлечения мощностей Богучанской ГЭС и других ГЭС ОЭС Восточной Сибири в Европейскую секцию ЕЭС России.
Основные положения, выносимые на защиту:
• Возможные варианты внедрения полуволновой технологии в основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе и в ближайшей перспективе.
• Методические рекомендации по составлению схем замещения сверхдальних электропередач полуволнового типа при исследовании нормальных режимов.
• Результаты анализа схем и нормальных режимов полуволновой электропередачи 500 кВ Абакан-Челябинск.
• Схемно-режимные характеристики полуволновой связи Итат-Челябинск на напряжении 500 и 1150 кВ.
• Результаты исследований режимов работы сверхдальних электропередач Канск-Итат-Челябинск напряжением 1150 кВ и Канск-Челябинск напряжением 500-1150 кВ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на рабочем совещании в ОДУ ОЭС Сибири (г. Кемерово, 2001г.), Всероссийской научно-технической конференции "Энергосистема: управление, качество, безопасность" (г. Екатеринбург, 2001г.), международной конференции "Энергетическое сотрудничество в Северо-Восточной Азии" (г. Иркутск, 2002г.), международной научно-технической конференции "Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния" . Новосибирск, 2003г.), Всероссийской научно-практической конференции "Достижения науки и техники — развитию сибирских регионов" (г. Красноярск, 2003г.), второй Всероссийской научно-технической конференции "Энергосистема: управление, качество, конкуренция" (г. Екатеринбург, 2004г.).
Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 9 печатных работах.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы из 55 наименований. Работа изложена на 144 страницах основного текста, содержит 110 рисунков и 3 таблицы.
Характеристика основной электрической сети Сибирь-Урал на современном этапе
В принятом варианте схемы испытаний 9 гидрогенераторов Волжской ГЭС, номинальной мощностью по 115 МВт каждый, через линию 500 кВ электрической длиной 0,97л должны были работать на шины Челябинской энергосистемы. Если рассматривать реактивные сопротивления трансформаторов ГЭС в качестве настраивающих элементов, то эквивалентная электрическая длина электропередачи возрастала до 1,05л.
Была предусмотрена возможность шунтирования линии в средней ее точке на подстанции Арзамас. В порядке подготовки схемы от линии были отключены все автотрансформаторы, шунтирующие реакторы и разрядники. Для ограничения перенапряжений на линиях были установлены защитные искровые промежутки. Были смонтированы комплекты релейной защиты обратной последовательности и защиты от повышения напряжения по концам линии и в ее средней точке, действующие на отключение выключателей на концах линии и на включение заземляющего выключателя в Арзамасе. Была предусмотрена возможность создания искусственного однофазного КЗ в промежуточных точках линии.
Были проведены следующие испытания: 1. Опыты включения и синхронизации полуволновой линии. 2. Опыты передачи активной мощности. 3. Опыты однофазного короткого замыкания в холостых и нагрузочных режимах. В целом испытания полуволновой линии Волгоград-Урал прошли успешно и подтвердили все положения, полученные ранее аналитически и на электродинамической модели. Результаты испытаний дают основания для следующих выводов: 1. Намеченная программа испытаний полуволновой электропередачи Волгорад-Москва-Урал успешно и полностью выполнена. По линии длиной около 3000 км при минимальной степени перестройки устойчиво передавалась мощность во всем диапазоне изменения нагрузки вплоть до натуральной мощности 1000 МВт. По условиям устойчивости имелась возможность дальнейшего повышения передаваемой мощности. Полуволновая электропередача хорошо управлялась, и затруднений в работе серийного оборудования 500 кВ не наблюдалось. 2. Испытания подтвердили теоретические выводы о том, что полуволновые электропередачи работоспособны и могут быть использованы для передачи электроэнергии на сверхдальние расстояния. 3. Опробованы способы включения и синхронизации полуволновой электропередачи. Результаты испытаний показывают, что эти режимы проходят успешно без специальных мер демпфирования качаний и ограничения внутренних перенапряжений. 4. Проверена особенность регулирования нормального режима полуволной электропередачи и подтверждена возможность обеспечения устойчивой работы и подавления самораскачивания при недостаточных углах настройки с помощью АРВ СД. 5. Проведенная серия аварийных режимов в холостой и нагруженной полуволновой электропередаче показала относительно высокую ее устойчивость при динамических переходах, а внутренние перенапряжения, возникающие в этих режимах, не превосходили расчетного уровня изоляции электропередачи 500 кВ. ОЭС Сибири является одной из крупнейших объединенных энергосистем ЕЭС России [36], ее установленная мощность составляет 45,3 ГВт. Важной особенностью ОЭС Сибири является значительный объем выработки электроэнергии на ГЭС, который составляет почти 50% в общем производстве электроэнергии. Наличие потенциальных избытков сравнительно дешевой электроэнергии в ОЭС Сибири, а также возможность дальнейшего наращивания высокоэффективных мощностей путем достройки Богучанской ГЭС на 3000 МВт и ввода на полную мощность 6400 МВт Березовской ГРЭС-1 определяют особую роль Сибирской энергозоны в формируемом федеральном оптовом рынке энергии и мощности. Степень интеграции Сибирской и Европейской энергозон ФОРЭМ зависит от пропускной способности системообразующей сети в направлении Сибирь-Урал-Центр. Наибольшее ограничение в настоящее время имеет основная электрическая сеть между ОЭС Сибири и ОЭС Урала.
Установленная мощность ОЭС Урала оценивается величиной 41 ГВт [37]. Основную роль в топливном балансе электростанций ОЭС Урала играет газ и его доля составляет почти 80%. Главными проблемами ОЭС Урала является сильная изношенность оборудования и трудности с поставками топлива. Учитывая также, что себестоимость производства электроэнергии в ОЭС Урала более чем в два раза превышает таковую в ОЭС Сибири, можно заключить, что наличие сильной связи между ОЭС Сибири и ОЭС Урала будет способствовать повышению экономических показателей работы обеих ОЭС и снижению напряженности в обеспечении электроснабжения потребителей Урала.
На рис. 1.11 приведена схема основной электрической сети в направлении Сибирь-Урал на современном этапе. В 1996 году ОЭС Казахстана отделилась от ЕЭС России вместе с казахской электропередачей (ЭП) 1150 кВ, созданной в 1985 году во времена бывшего СССР [38, 39], а также рядом пограничных линий напряжением 500 кВ. В настоящее время после включения связей 500 кВ, питающих Омскую энергосистему со стороны ОЭС Сибири, параллельная работа между ОЭС Урала и ОЭС Сибири восстановлена. Однако возможности передачи дополнительных потоков мощности в направлении ОЭС Урала по слабым связям 500 кВ весьма ограничены.
После потери казахской ЭП 1150 кВ была поставлена задача её восполнения путем сооружения межсистемной связи 1150 кВ по российской территории. Выполненное Энергосетьпроектом ТЭО ЭП 1150 кВ Сибирь-Урал рассматривает вариант такой связи по трассе Алтай-Карасук-Омск-Курган-Челябинск. Высокая стоимость этой ЭП (более 1 млрд. долл.) и ограниченность инвестиций на ближайшую перспективу позволяет утверждать, что ее сооружение возможно лишь за 2010 годом, т.е. в ближайшей перспективе использование преимуществ совместной работы Сибирской и Европейской энергозон ФОРЭМ ограничено возможностями существующих связей.
На новом этапе взаимоотношений между Россией и Казахстаном, являющимися участниками Евразийского Экономического Сообщества, необходимо проанализировать возможность и эффективность использования казахского участка 1150 кВ в составе основной электрической сети Сибирь-Урал. В настоящее время ВЛ 1150 кВ Экибастуз-Кокчетав-Кустанай эксплуатируется на напряжении 500 кВ и не играет решающей роли в работе ОЭС Казахстана, особенно участок Кокчетав-Кустанай. Что касается участка Экибастуз-Кокчетав, то он дает некоторое повышение надежности электроснабжения таких важных узлов как Астана и Есиль (рис. 1.11). Поэтому можно вести переговоры о предоставлении в аренду или на других условиях участка Экибастуз-Кокчетав-Кустанай для передачи электроэнергии из Сибири на Урал. Поскольку владельцев акционированной сети 500 кВ Казахстана не устраивает параллельная работа сети 500 кВ и электропередачи 1150 кВ на территории Казахстана как в нормальных режимах по условию экономичности, так и в аварийных режимах в связи со снижением надежности при отключении электропередачи 1150 кВ, приводящих к значительным набросам мощности на шунтирующую сеть 500 кВ, то следует рассматривать вариант выделения на изолированную работу казахского участка ЭП 1150 кВ Экибастуз-Кокчетав-Кустанай.
Распределение напряжений и токов вдоль полуволновой линии
Абакан-Челябинск в режиме передачи 750 МВт на Урал регулирования под нагрузкой, которые имеются на автотрансформаторах, входящих в состав настраивающего устройства. Пределы РПН для каждого автотрансформатора составляют ± 8x1,4% [46], т.е. в целом для тандемно-соединенных автотрансформаторов диапазон регулирования составляет -22,4% -f- 22,4%, что более чем достаточно для обеспечения нормального уровня напряжений со стороны ОЭС Урала.
Полуволновая ЭП является реверсивным объектом и в случае необходимости поток мощности может быть направлен из Урала в Сибирь. На рис.3.8 показан режим передачи максимальной мощности, значение которой ограничивается мощностью автотрансформаторов и составляет 550 МВт по приемному концу в ОЭС Сибири.
На втором этапе, когда появляется возможность работать с повышением напряжения в средней части линии вплоть до 1200 кВ, максимальная мощность, передаваемая в ОЭС Урала, может быть доведена до 1500 МВт при условии установки второй ветви настраивающего устройства. Происходящее при этом уменьшение сопротивления настройки компенсируется установкой на напряжении 500 кВ настраивающего реактора НР-ІХІ, который ко второму этапу может быть создан (рис.3.9). Из приведенной на рис.3.10 схемы замещения полуволновой ЭП Абакан-Челябинск следует, что условие настройки выполняется, поскольку взаимное сопротивление схемы замещения имеет индуктивный характер.
Определим в первую очередь максимальную мощность, которая может быть передана на Урал, в случае если на участке Экибастуз-Михайловский фаза не восстановлена до 8хАС-330. Учитывая, что на этом участке отсутствует какое-либо оборудование, максимально допустимое напряжение в этом месте определяется условием коронирования линии и составляет порядка 600 кВ. На рис.3.11 показано, что максимальная мощность в этом режиме на шинах Челябинска составляет 1070 МВт.
При восстановленной конструкции фазы на участке Экибастуз-Михайловский максимальная передаваемая мощность существенно зависит от наличия источников реактивной мощности в Абаканском и Челябинском узлах. Если источники реактивной мощности отсутствуют, то максимально передаваемая мощность на Урал составит порядка 950 МВТ (рис.3.12). При этом основным ограничением является посадка напряжения в узле Абакана ниже минимально допустимого уровня итіП.Доп = 475 кВ.
Узел Абакана связан с местной сетью 220 кВ с помощью двух автотрансформаторов 500/220 кВ со стороны третичной обмотки каждого из которых могут быть подключены источники реактивной мощности порядка 240 Мвар. Для поддержания баланса реактивной мощности в Челябинском узле согласно условию (3.1) также могут быть установлены источники реактивной мощности со стороны третичных обмоток автотрансформаторов, входящих в состав настраивающего устройства.
На рис.3.13 показан режим передачи максимальной мощности 1500 МВт на Урал, что требует установки в Абаканском узле источника реактивной мощности 480 Мвар, а в Челябинском - 200 Мвар. В реверсивном режиме возможна передача в ОЭС Сибири порядка 1250 МВт (рис.3.14). При этом в Челябинском узле требуется установка ИРМ суммарной мощностью порядка 480 Мвар. В Абаканском узле требуемый баланс реактивной мощности обеспечивается без использования ИРМ.
Поскольку в средней части линии допустимо повышение напряжения до 1200 кВ, то это означает, что при эксплуатации электропередачи с повышением напряжения в средней части (в концевых точках напряжение соответствует номинальному напряжению 500 кВ) ее пропускная способность может быть доведена до 2400 МВт по отправному концу. Однако по условиям нагрева проводов ВЛ 500 кВ Абакан-Итат, входящей в состав полуволновой ЭП и В Л 500 кВ Означенное-Абакан, по которой осуществляется не только питание полуволновой линии, но и электроснабжение местной нагрузки в узле Абакана, величина которой составляет порядка 500 МВт, максимальная мощность на отправном конце полуволновой электропередачи Абакан-Челябинск будет находиться в пределах 1700-1800 МВт (рис.3.13). Но если иметь в виду кратковременные режимы на время максимума нагрузки продолжительностью в несколько часов, то можно рассчитывать на 30-40% перегрузку В Л Абакан-Итат, а также оборудования на Челябинском конце ПЭП. В этом случае может быть реализован режим передачи в ОЭС Урала порядка 2100 МВт с предельно допустимым напряжением 1200 кВ в узле Экибастуза, если не принимать во внимание фактор устойчивости. При нормируемом коэффициенте запаса по статической устойчивости, равном 20%, Саяно-Шушенская ГЭС может выдать мощность равную 5700 МВт (рис.3.15). Поэтому с учетом этого ограничивающего фактора максимальная мощность на шинах Урала может быть доведена до 1800 МВт с максимальным повышением напряжения в средней части линии 1085 кВ (рис.3.16).
Следует отметить существенное повышение уровня выдаваемой мощности Саяно-Шушенской ГЭС при наличии полуволновой ЭП Абакан-Челябинск. При отсутствии полуволновой ЭП максимально выдаваемая мощность Саяно-Шушенской ГЭС по условиям устойчивости составляет порядка 4500 МВт, в то время как в схеме с полуволновой ЭП максимально выдаваемая мощность достигает 5700 МВт.
Вариант примыкания на напряжении 220 кВ может оказаться предпочтительнее в том случае, когда поставляемая из Сибири мощность полностью потребляется в Челябинской энергосистеме и ее величина не превосходит 800 МВт. На рис.3.17 приведена схема полуволновой ЭП для этого случая, которая отличается от ранее рассмотренной схемы при примыкании на напряжении 500 кВ лишь составом настраивающих устройств. При этом параметры полуволновой ЭП в целом практически не изменяются, в чем можно убедиться сопоставлением схемы замещения на рис.3.18 и схемы, относящейся к случаю примыкания на напряжении 500 кВ (рис.3.5). Отсюда вытекает естественный вывод, что рассмотренные выше характерные нормальные режимы для варианта примыкания полуволновой ЭП на напряжении 500 кВ в ОЭС Урала в полной мере относятся к полуволновой ЭП Абакан-Челябинск в случае ее примыкания на напряжении 220 кВ в Челябинской энергосистеме.
Примыкание ПЭП на напряжение 500 кВ в ОЭС Урала
Регулирование напряжения в Итатском узле осуществляется расположенными в непосредственной близости Березовской ГРЭС-1 и Назаровской ГРЭС. В регулировании потока активной мощности принимают также участие, расположенные на сравнительно небольшом расстоянии Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС. Регулирование напряжения на приемном конце осуществляется за счет устройств регулирования под нагрузкой, которые имеются на автотрансформаторах, входящих в состав настраивающего устройства. Реактивная мощность в конце полуволновой ЭП поддерживается близкой к нулю, так, чтобы исключить потребление реактивной мощности из Челябинской энергосистемы.
На первом этапе возможно также примыкание на напряжении 220 кВ в Челябинской энергосистеме, как это показано на рис.4.9. Указанные параметры настраивающего устройства обеспечивают достаточную степень настройки, как это видно из рис.4.10. Нормальные режимы для этого варианта практически совпадают с приведенными выше нормальными режимами в случае примыкания на напряжении 500 кВ.
Максимальная передаваемая мощность ограничивается пропускной способностью настраивающих устройств и поэтому на втором этапе требуется их усиление. Для этой цели, во-первых, необходимо удвоение трансформаторной мощности и, во-вторых, выбор параметров настраивающего реактора. Если ориентироваться на использование токоограничивающих реакторов ТОРМ-220-1000, то соответствующий настраивающий реактор будет включать 24 токоограничивающих реактора ТОРМ-220-1000 по схеме НР-220-4х6. По техническим соображениям это мало приемлемое решение и поэтому на втором этапе следует ориентироваться на использование настраивающих реакторов напряжением 500 кВ, создание которых не представляет каких-либо трудностей. Настраивающий реактор HP-500-lxl располагается со стороны Итата с целью сделать схему электропередачи более симметричной. Настраивающий реактор со стороны Челябинска, который на 1-ом этапе был собран по схеме НР-220-2хЗ, для обеспечения необходимой пропускной способности включается по схеме НР-220-4х2 (рис.4.11).
Из приведенной на рис.4.12 схемы замещения ПЭП Итат-Челябинск вытекает, что условие настройки выполняется, так как взаимное сопротивление схемы замещения имеет индуктивный характер. Если на участке 500 кВ
Экибастуз-Михайловский конструкция фазы не восстанавливается, то это слабое звено будет определять максимально передаваемую мощность (рис.4.13), которая составляет 1050 МВт при передаче в сторону Урала.
Следует заметить, что с повышением передаваемой мощности растет реактивная мощность, потребляемая в настраивающих устройствах и ее покрытие возможно либо за счет привлечения реактивной мощности из ОЭС Сибири, либо путем установки устройств реактивной мощности в Челябинском узле (рис.4.14, рис.4.15). Без использования ИРМ максимальная передаваемая мощность в направлении Сибири составляет 1000 МВт (рис.4.16).
Ограничивающим фактором на передаваемую мощность является пропускная способность элементов, входящих в состав настраивающего устройства со стороны Челябинска. В случае кратковременных режимов на время максимума нагрузки, когда возможно допустить 30-40%-ую перегрузку настраивающего устройства, реализуемая для транспорта максимальная мощность будет ограничиваться допустимым повышением напряжения в средней части линии (рис.4.17) и составляет 2100 МВт.
При организации блочной работы одного или нескольких энергоблоков БГРЭС-1 через полуволновую линию в направлении ОЭС Урала главная задача, как и в выше рассмотренных вариантах, состоит в настройке на полуволновый режим. В данном варианте требования к настраивающему устройству со стороны Челябинска можно несколько облегчить за счет использования в настройке трансформатора Т-1000 и участка линии 500 кВ длиной примерно 20 км, связывающей его с шинами Итатской подстанции.
На рис.4.18 показана принципиальная схема ПЭП для выдачи мощности 3-го энергоблока БГРЭС-1 в узел 500 кВ Челябинской подстанции. Из соответствующей ей схемы замещения (рис.4.19) следует, что взаимное сопротивление полуволновой ЭП носит индуктивный характер, что является достаточным условием настройки. Максимальный режим мощности приведен на рис. 4.20. Для обеспечения минимальных потерь в линии на шинах Итатской подстанции следует поддерживать минимальное рабочее напряжение 475 кВ. Регулирование напряжения со стороны Челябинской подстанции осуществляется за счет устройств регулирования под нагрузкой, имеющихся на автотрансформаторах, входящих в состав настраивающего устройства.
Режимы ПЭП 500 кВ секция Березовской ГРЭС-1-Челябинск
Электропередача 1150 кВ Канск-Итат-Челябинск включает в свой состав обычную компенсированную электропередачу Канск-Итат и полуволновую ЭП Итат-Челябинск напряжением 1150 кВ, характеристики которой были подробно рассмотрены в подразделе 4.4. Существенный вопрос, который возникает в новой ситуации, состоит в том, каким образом сказывается компенсированная электропередача 1150 кВ Канск-Итат на свойства полуволновой ЭП Итат-Челябинск, и, в частности, как она влияет на ее настройку. На рис.5.3,6 приведена схема замещения полуволновой ЭП 1150 Итат-Челябинск с учетом примыкающей компенсировнной ЭП 1150 кВ Канск-Итат. Сравнение этой схемы с аналогичной схемой , но для случая, когда компенсированная линия 1150 кВ Канск-Итат отсутствует, показывает, что компенсированная ЭП Канск-Итат несущественно изменяет параметры схемы замещения полуволновой ЭП 1150 кВ Итат-Челябинск, т.е. практически не сказывается на полуволновых свойствах ЭП Итат-Челябинск.
На рис.5.4 приведен режим передачи максимальной мощности в ОЭСУрала, величина которой ограничивается установленной автотрансформаторной мощностью на Челябинской подстанции. Для рассматриваемого режима принято, что частично мощность поступает по ЭП Канск-Итат из ОЭС Восточной Сибири, и частично из ОЭС Западной Сибири непосредственно на шины 500 кВ Итатской подстанции. Если на Челябинской подстанции установить третий автотрансформатор, то величина максимально передаваемой мощности может быть доведена до 5300 МВт (рис.5.5) и ограничивается допустимым режимом напряжения на полуволновой линии.
При максимально передаваемой мощности не превышающей 2000 МВт для полуволновой ЭП Канск-Челябинск можно применить упрощенную схему без концевых автотрансформаторных подстанций, а линию Канск-Итат выполнить на напряжении 500 кВ. Конструкция фазы этой линии, выбранная исходя из экономической плотности тока 0,6-0,8 А/мм2 и условия, чтобы ее волновое сопротивление было близко к волновому сопротивлению ВЛ Итат-Челябинск в габаритах 1150 кВ, соответственно будет 4хАС-600, т.е. четыре составляющих в фазе при ее суммарном сечении фазы 2400 мм2. Геометрические размеры опоры предполагаются как у традиционной линии 500 кВ. Поскольку общая длина линии Канск-Челябинск практически равна полуволновой длине, то настраивающих устройств для рассматриваемой схемы не требуется. Действительно, как видно из рис.5.6 б, схема замещения ПЭП Канск-Челябинск имеет незначительное емкостное взаимное сопротивление по сравнению с сопротивлениями примыкающих систем, что и позволяет обойтись без настраивающих устройств.
На рис.5.7 показан режим передачи максимальной мощности, величина которой ограничивается значением максимального допустимого напряжения на ВЛ 500 кВ Канск-Итат. Критическое напряжение на линии Канск-Итат возникает в узле Итата, где она стыкуется с ВЛ Итат-Челябинск, выполненной в габаритах 1150 кВ. Поскольку на ВЛ 500 кВ Канск-Итат отсутствует какое-либо оборудование, то максимальное допустимое напряжение ограничивается условиями короны и составляет порядка 600 кВ. Таким образом, это главный ограничивающий фактор на величину максимально передаваемой мощности.
Передача максимальных мощностей связана с резким понижением напряжения в Челябинском узле до 460 кВ, в то время как оно должно поддерживаться на уровне номинального напряжения 500 кВ. Поддержание оптимального уровня напряжения в узле Канска (максимального рабочего 525 кВ при передаче максимальной мощности и минимального рабочего 475 кВ в режимах малых нагрузок) осуществляется за счет коммутации шунтирующих реакторов, установленных на компенсированных линиях 500 кВ, примыкающих к этому узлу, а также привлечения необходимой реактивной мощности ГЭС, питающих Канский узел. Проблема поддержания требуемого напряжения в узле 500 кВ Челябинска имеет сравнительно простое решение, которое заключается в подключении шунтирущих реакторов в концевой зоне полуволновой линии Канск-Челябинск. Для этой цели можно использовать шунтирующий реактор напряжением 1150 кВ, который имеется на Кустанайской подстанции. Эффект от подключения реактора при передаче максимальной мощности показан на рис.5.7. В режимах минимальных нагрузок и холостого хода, когда в Канском узле поддерживается минимальное рабочее напряжение, подключение шунтирующего реактора в узле Кустаная также обеспечивает напряжение на шинах Челябинска на уровне номинального напряжения 500 кВ (рис.5.8). Использование шунтирующих реакторов напряжением 500 кВ в узле Кустаная недопустимо, поскольку уровень напряжения в этом узле составляет 600 кВ, что существенно превышает максимально допустимое напряжение для шунтирующих реакторов 500 кВ. Однако желаемый эффект можно получить, если шунтирующие реакторы 500 кВ установить в средней части участка Канск-Челябинск (рис.5.9), где уровень напряжения не превосходит максимальное рабочее напряжение 525 кВ.
Таким образом, даже при отсутствии автотрансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой , имеется сравнительно простой способ поддержания заданного напряжения в Челябинском узле, за счет подключения шунтирующих реакторов в концевой зоне полуволновой электропередачи на расстоянии 150-300 км от Челябинска. Следует заметить, что подключение шунтирующих реакторов практически не сказывается на полуволновых свойствах электропередачи Канск-Челябинск в целом.
В случае, если требуется передача максимальной мощности порядка 4000 МВт, полуволновая ЭП должна выполняться на напряжении 1150 кВ с сооружением автотрансформаторных подстанций в Канском и Челябинском узлах (рис.5.10,а). Длина линии равна практически полуволновой и в целом электропередача будет перестроена за счет сопротивлений автотрансформаторов (рис.5.10,6), т.е. с точки зрения устойчивости данная ЭП эквивалентна аналогичной ЭП, в которой линия имеет нулевую длину.
