Введение к работе
Тюменский регион является основным нефтегазодобывающим регионом России, где в настоящее время добывается свыше 90 % природного газа и около 70 % российской нефти. В регионе имеется развитый электроэнергетический комплекс, основу которого составляют электростанции ОАО «Тюменьэнерго» с установленной мощностью 10421 МВт, электрические сети напряжением 500, 220 и ПО кВ РАО «ЕЭС России» и ОАО «Тюменьэнерго», протяженностью 33,5 тыс. км. Параллельно с электростанциями ОАО «Тюменьэнерго» работает ряд небольших газотурбинных электростанций независимых производителей электроэнергии, суммарной мощностью более 260 МВт, которые расположены вблизи газоконденсатних месторождений и магистральных газопроводов. Зона централизованного электроснабжения ОАО «Тюменьэнерго» превышает 1 млн. км2. Основными потребителями энергосистемы являются предприятия топливно-энергетического комплекса.
Тюменская энергосистема имеет значительные избыточные генерирующие мощности и снабжает электроэнергией не только своих потребителей, но и является одним из основных поставщиков электроэнергии на федеральный оптовый рынок электроэнергии и мощности (ФОРЭМ).
Значительную часть расходуемого топлива на электростанциях ОАО «Тюменьэнерго» составляет попутный газ нефтяных месторождений, что улучшает экологическую ситуацию в регионе, поскольку иначе газ сжигался бы частично в факелах. Большая часть оборудования электростанций и электрических сетей характеризуется относительно небольшой изношенностью. Это выгодно отличает Тюменскую энергосистему от других энергосистем страны и объективно повышает в перспективе ее роль в обеспечении электроснабжения потребителей страны. В энергосистеме имеются хорошие заделы по вводу новых генерирующих мощностей. В перспективе в Тюменской энергосистеме могут быть избытки мощности в размере 4000-5000 МВт. Кроме того, в регионе имеется возможность широкого развития электростанций небольшой мощности - независимых производителей электроэнергии, сооружаемых за счет средств потребителей, прежде всего нефтяных и газовых компаний. РАО «Газпром» рассматривает возможность сооружения новых газотурбинных электростанций для электроснабжения предприятий добычи, транспорта и переработки газа на северных территориях Тюменской области. Рассматривают вопросы сооружения собственных электростанций и нефтяные компании. Важным фактором, создающим хорошие перспективы для развития генерирующих мощностей в Тюменском регионе, является наличие достаточных запасов первичных энергоресурсов, в том числе низконапорного газа, объемы которого оцениваются величиной 1,7 трлн. м3 ,.а также попутного газа, которые могут быть ис-
пользованы преимущественно для выработки электроэнергии в самом регионе.
Для реализации имеющегося потенциала генерирующих источников Тюменского региона для электроснабжения потребителей других регионов необходимо развитие электрических связей Тюменской энергосистемы с другими энергосистемами. Эти связи должны будут функционировать совместно с намечаемыми линиями электропередачи транзита Сибирь - Урал - Центр для транспорта электроэнергии от электростанций Восточной Сибири, а также (при наличии соответствующих договоренностей с Казахстаном) и с существующими ВЛ 1150 кВ и 500 кВ, связывающими ОЭС Сибири с ОЭС Урала через энергосистемы Казахстана. Это требует проведения комплексных исследований по определению эффективности влияния ввода новых линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения на выдачу мощности от электростанций Тюменского региона, а также по обоснованию путей наиболее рационального развития Тюменской энергосистемы и ее интеграции с другими энергосистемами России.
Важной проблемой является повышение надежности энергоснабжения потребителей в пределах Тюменского региона с его сложными климатическими условиями. Перерыв подачи энергии на предприятия топливодобывающей промышленности влечет за собой не только недоотпуск газа и нефти, но и пагубно сказывается на энергоснабжении собственных электростанций Тюменской энергосистемы. Технические сложности усугубляются тем, что в ряде случаев линии электропередачи проходят по вечно мерзлым грунтам, где трудно обеспечивать типовые величины сопротивления заземления опор, вследствие чего возрастает опасность грозовых отключений ВЛ, в т.ч. тупиковых двух-цепных, полностью прерывающих электроснабжение добывающих предприятий в северной части региона.
Перечисленное выше определяет актуальность проведения комплексных исследований режимов работы Тюменской энергосистемы, направленных на повышение надежности и эффективности ее функционирования, а также на обоснование путей наиболее рационального развития энергосистемы и ее интеграции с другими энергосистемами России, что является главной целью диссертационной работы. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие научно-технические задачи:
-
Разработать модели и провести комплекс обосновывающих исследований по определению предельных по условиям устойчивости выдаваемых мощностей от электростанций Тюменского региона при различных вариантах развития линий электропередачи в транзите Сибирь - Урал- Европейская часть России и различных режимах работы электростанций Сибири.
-
Выполнить комплекс обосновывающих исследований оптимальных вариантов развития генерирующих мощностей Тюменского региона с учетом других регионов
России при подробном учете электрических связей и режимов работы энергообъединений, входящих в ЕЭС России.
3. Выявить потенциальную роль Тюменской энергосистемы в обеспечении надежного и
экономичного энергоснабжения потребителей других регионов страны и разработать предложения по наиболее рациональному использованию этого потенциала.
4. Разработать модели, провести исследования и разработать предложения по повыше
нию надежности и эффективности работы Тюменской энергосистемы, в том числе:
мероприятия по повышению молниестойкости двухцепных ВЛ с аномально высокими сопротивлениями заземления опор,
гибридный моделирующий комплекс энергосистемы,
тренажер для управления мощными энергоблоками тепловых электростанций,
предложения по применению в Тюменской энергосистеме регулируемых источников реактивной мощности.
Научная новизна.
Разработаны методические подходы, расчетные модели для анализа установившихся режимов и апериодической статической устойчивости, оптимизации развития генерирующих мощностей Тюменской энергосистемы в составе ЕЭС России, модели, учитывающие особенности молниезащиты ВЛ с аномально высокими сопротивлениями заземления опор, гибридный моделирующий комплекс Тюменской энергосистемы, предназначенный для моделирования переходных и установившихся режимов энергосистемы. С помощью этих моделей проведены комплексные исследования режимов работы Тюменской энергосистемы и обоснованы пути развития энергосистемы и повышения эффективности ее работы, а также наиболее рациональные направления ее интеграции с другими энергосистемами России.
Практическая ценность и реализация результатов.
Получены количественные оценки в отношении перспектив развития Тюменской энергосистемы с учетом других регионов России. Выявлена потенциальная роль Тюмен-ікой энергосистемы в обеспечении надежного и экономичного энергоснабжения потре-эителей России и разработаны предложения по использованию этого потенциала. Разработаны технические решения и предложения, направленные на повышение надежно-:ти работы Тюменской энергосистемы, разработаны предложения по улучшению режимов работы Тюменской энергосистемы в части регулирования напряжения и реактивів й мощности.
На примере конкретной двухцепной ВЛ Тюменьэнерго с аномально высокими сопротивлениями заземления опор произведено сопоставление уточненной и типовой ме-
тодик расчета числа грозовых отключений. Показана целесообразность применения уточненной методики для расчета грозоупорности ВЛ в районах вечной мерзлоты. Определена эффективность" дифференциальной изоляции для ВЛ с аномально высокими сопротивлениями заземления опор. Экспериментами в реальных условиях при помощи специально разработанной аппаратуры доказана возможность массовых регистрации волновых параметров ВЛ в интересах практической молниезащиты, что открывает возможность подготовки банка данных по грозоупорности ВЛ энергосистемы. Доказана возможность эксплуатации в бестросовом исполнении высоких переходов через водные преграды, где велика опасность обрыва троса за счет повышенных гололедных нагрузок.
Разработанные в диссертации предложения используются в энергосистеме, в частности, проведена модернизация и начата опытная эксплуатация двухцепной ВЛ с дифференциальной изоляцией, активно используется гибридный моделирующий комплекс энергосистемы и тренажер для управления мощными энергоблоками, начаты работы по практической реализации предложений по развитию генерирующих мощностей и электрических сетей.
На защиту выносятся:
1. Методические подходы, расчетные модели и результаты комплексных исследо
ваний режимов работы Тюменской энергосистемы в составе ЕЭС, включая:
определение предельных по условиям устойчивости выдаваемых мощностей от электростанций Тюменского региона при различных вариантах развития линий электропередачи в транзите Сибирь - Урал - Центр;
выбор оптимальных вариантов развития генерирующих мощностей Тюменского региона с учетом других регионов России;
улучшение режимов Тюменской энергосистемы по напряжению и реактивной мощности;
совершенствование молниезащиты ВЛ Тюменской энергосистемы.
2. Предложения по развитию Тюменской энергосистемы и повышению ее надеж
ности.
Апробация работы
Основные результаты работы обсуждались на конференции «Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири (1998 г.), на объединенном научно-техническом семинаре специалистов Тюменьэнерго, ЭНИН и Уралэнергосетьпроект (1998 г.), на конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (1999 г.), на научно-техническом Совете «Научно-технического центра Энергия- комплекс» (1998-1999 гг.).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 6-ти печатных трудах.
Структура и объем диссертации
