ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

В конце 2000 г. на вставке постоянного тока (ВПТ) подстанции (ПС) Выборгская, объединяющей несинхронно работающие энергосистемы России и Финляндии, для увеличения поставок электроэнергии в энергосистему Финляндии был введен в эксплуатацию четвертый преобразовательный блок комплексного высоковольного преобразовательного устройства (КВПУ) мощностью 350 МВт [1]. В связи с этим установленная мощность преобразователей вставки постоянного тока достигла 1400 МВт. Однако принимать такую мощность от общих шин 400 кВ ПС Выборгская финская энергосистема, входящая в объединение NORDEL, не может, так как согласно правилам NORDEL аварийный резерв в объединении предусматривается на случай аварийной потери мощности не более 1000 МВт.

После ввода в эксплуатацию парогазового энергоблока (ПГУ) ¹ 1 Северо-Западной ТЭЦ, а также сооружения двухцепной ВЛ, связавшей Се- веро-Западную ТЭЦ с ПС Выборгская, и одноцепной ВЛ 400 кВ, идущей от ПС Выборгская к ПС Кюми, была создана дополнительная электропередача в Финляндию. Общая схема электропередачи Россия – Финляндия показана на ðèñ. 1 для основного режима ее работы. В этом режиме мощность (не более 1000 МВт) передается от преобразователей в финскую энергосистему по ВЛ 400 кВ (ÂË1 è ÂË2 ). Кроме того, от энергоблока Северо-Запад- ной ТЭЦ мощность (около 400 МВт) по выделенным ВЛ 330 и ВЛ 400 кВ ÂË3 с автотрансформатором (АТ) передается на шины ПС Юлликкяля. Распределение мощности по ВЛ 400 кВ ÂË1 è ÂË2 регулируется со стороны финской энергосистемы.

В случае отключения энергоблока Северо-За- падной ТЭЦ для передачи мощности более 1000 МВт применяется резервная схема с выделенным КВПУ (¹ 3 или 4). В резервной схеме мощность (до 1000 МВт) выдается от трех КВПУ на две из трех ВЛ 400 кВ, а выделенный КВПУ ра-

ботает с третьей ВЛ 400 кВ. Пример резервной схемы с выделенным ÊÂÏÓ4 изображен на ðèñ. 2.

В этой схеме к третичным обмоткам преобразовательных трансформаторов (35 кВ) в дополнение к существующему (основному) комплекту конденсаторных батарей (ОКБ) фильтров [1] может подключаться дополнительный комплект батарей (ДКБ) мощностью 60 МВ А на выпрямительной и инверторной сторонах.

Первое опробование основной и резервных схем электропередачи было проведено во время системных испытаний в декабре 2002 г.

На стадии подготовки к проведению испытаний новых схем электропередачи стояли следующие основные задачи:

разработка и согласование с FINGRID программ испытаний в статических и динамических режимах;

проведение исследований статических и динамических процессов для подтверждения возможности и устойчивости передачи 1400 МВт в основной и резервных схемах;

введение в эксплуатацию дополнительных источников реактивной мощности на ПС Выборгская;

введение в эксплуатацию одноцепной ВЛ 400 кВ (ПС Кюми – ПС Выборгская);

подготовка систем осциллографирования и протоколирования процессов во время испытаний.

Следует отметить, что значительное усложнение схемы электропередачи при росте передаваемой мощности существенно увеличило масштаб и сложность необходимых исследований, потребовало разработки новых математических моделей с более детальным учетом характеристик примыкающих энергосистем.

Вероятность появления новых явлений, влияющих на устойчивость электропередачи, оставалась, несмотря на положительные результаты предварительных расчетов, так как по результатам этих расчетов режимы при передаче мощности

& '# ' '-'B '8 (' + 9

& '# ' '-'B ' ' % % '@/5K )

~

ПС Восточная

Через ПС Каменогорская

Ñ-3 ÒÝÖ

~

15:05:00 15:06:00 15:07:00 15:08:00 15:09:00 15:10:00 15:12:00

" @ ( ( 0 (

/M'"", / ' % % ' % '

регулирования КВПУ с последующим сбросом мощности электропередачи. Физические причины такого явления, связанные с насыщением ТН, изложены в отдельной статье [3], где предложены меры, позволяющие устранить нежелательный эффект насыщения ТН.

2. Обнаружилось сильное электромагнитное влияние коммутаций мощного автотрансформатора 330/400 кВ в схеме передачи от энергоблока Северо-Западной ТЭЦ на режимы преобразователей. Кроме того, отмечено влияние на режимы преобразователей переходных процессов при коммутациях ВЛ. Такие процессы сопровождаются помехами в цепях управления преобразователями и иногда заканчиваются отключениями КВПУ. В результате выполненных в 2003 г. специальных ра-

бот по восстановлению характеристик устройств заземления такое влияние практически устранено.

В токах ВЛ 330 кВ выявлены составляющие разностных частот энергосистем России и Финляндии. Эти составляющие достигают нескольких процентов от передаваемых по ВЛ активной и реактивной мощностей (см. ðèñ. 3) и вызваны взаимно наведенными токами в проводах двухцепной ВЛ, одна цепь которой связана с энергосистемой Финляндии через автотрансформатор, а другая питает выпрямители преобразователей. И, хотя негативных последствий такого явления пока не обнаружено, вопрос нуждается в исследовании для оценки возможности возникновения субсинхронных резонансов.

4. При подходе к режиму передачи максимальной мощности 1400 МВт, особенно в резервных схемах при выведенном из работы энергоблоке Се- веро-Западной ТЭЦ, может возникать острый дефицит реактивной мощности в отправной энергосистеме со снижением напряжения на шинах 330 кВ ВПТ до недопустимого уровня.

В процессе эксплуатации электропередачи Россия – Финляндия возникали схемно-режимные условия, отличные от рассмотренных в ходе испытаний. При этом, учитывая отмеченные особенности, приходится считаться с возможными режимными ограничениями, пренебрежение которыми может приводить к нарушению устойчивости электропередачи.

Так, в конце февраля 2003 г. при работе в схеме электропередачи с разделенными шинами 400 кВ ПС Юлликкяля, которая до этого времени не исполь-

~

ÑÊ

зовалась и поэтому не исследовалась, дважды происходило лавинообразное снижение напряжения на шинах как 400 кВ, так и 330 кВ ПС Выборгская. На ðèñ. 4 изображена схема электропередачи с указанием параметров режима в сети 400 кВ, примыкающей к ПС Выборгская, имевшего место в рассмотренном случае.

Перед возникновением лавины напряжения три параллельно работающих КВПУ передавали суммарную мощность около 800 МВт по выделенной ВЛ 400 кВ (ÂË2 ) на одну из временно разделенных секций шин 400 кВ ПС Юлликкяля. При попытке автоматики регулирования частоты в финской энергосистеме увеличить мощность этих КВПУ в течение последующих 1 – 2 с произошло резкое снижение напряжения на шинах 400 кВ ПС Выборгская до 324 кВ, а на шинах 330 кВ – до 279 кВ. Эта ситуация устранилась только после разгрузки КВПУ действиями оперативного персонала ПС Выборгская.

Указанная ситуация сложилась из-за того, что режим работы преобразователей (в данном случае трех КВПУ) оказался на границе статической устой- чивости из-за значительного увеличения реактивного сопротивления приемной энергосистемы.

Как показано в [4], при отношении мощности короткого замыкания (ОКЗ) на шинах переменного тока Sêç к мощности преобразователя Ðïð, меньшем 2,2 – 2,5, режим преобразователя может оказаться статически неустойчивым. Физически это объясняется повышенным влиянием отрицательного регулирующего эффекта по напряжению конденсаторных батарей (которые установлены на ПС для компенсации реактивной мощности преобразователей) при наличии значительного реактивного сопротивления сети переменного тока на основной частоте.

С учетом предвключенных сопротивлений преобразовательных трансформаторов Õò и одной цепи ВЛ 400 кВ Õë минимальное значение мощности КЗ на шинах ПС Юлликкяля должно составлять

3,5 ÃÂ À.

По расчетным данным при разделенных шинах ПС Юлликкяля мощность короткого замыкания Sêç была менее 3 ГВ А. Этот результат подтверждает версию о статической неустойчивости ВПТ в данной схеме и свидетельствует о необходимости в подобных случаях ограничения перетока мощности.

С вводом преобразовательного блока КВПУ-4, дополнительных ВЛ 330 и 400 кВ, дополнительных конденсаторных батарей ДКБ (35 кВ) и КБ-5 (400 кВ) значительно расширился объем поставок электроэнергии в Финляндию (ðèñ. 5). Вместе с тем увеличилось и число отключений (в том числе излишних) защитами оборудования Выборгской ПС. Так, если за 2000 г. число аварийных отключе- ний различными защитами составляло 14 случаев (из них 6 случаев со снижением передаваемой мощности), то в 2001 г. общее число таких отклю- чений составило 23, а в 2002 г. – 59. В 2002 г. че- тыре отключения сопровождались полным прекращением передачи электроэнергии.

Основными причинами роста числа аварийных отключений (по результатам анализа НИИПТ) являются:

прохождение новым преобразовательным блоком (КВПУ-4) периода “приработки”, который характеризуется повышенным потоком отказов, осо-

бенно в системе управления. На КВПУ-4 приходится половина зафиксированных случаев аварийных отключений;

возросшее число коммутаций мощных силовых трансформаторов (на ПС Выборгская появились дополнительно автотрансформатор АТ-З 500 МВ А, преобразовательные трансформаторы КВПУ-4 мощностью 405 МВ А), которые могут вызывать нарушения в системах управления преобразователей и излишние срабатывания защиты;

возрастание из-за увеличения числа отходящих от шин ПС Выборгская ВЛ случаев коротких замыканий, влияющих на работу преобразователей.

Последние чаще всего происходят в периоды грозовой активности, чему в значительной мере способствуют высыхание грунтов, в которых располагаются защитные заземления ВЛ 330 и 400 кВ, а также прохождение трассы по скальным породам при недостаточном уровне проводимости устройств заземления. Грозовые поражения и отключения (нередко двух цепей) этих ВЛ во многих случаях сопровождаются отключениями преобразователей. Опасность таких процессов усугубляется еще и тем, что восстановление напряжения на шинах 330 и 400 кВ Выборгской ПС после отклю- чения КЗ на ВЛ вызывает сложные переходные процессы установления потоков намагничивания силовых трансформаторов (с бросками токов намагничивания) в схеме с резонансно-настроенны- ми фильтрами высших гармоник. Как показал опыт эксплуатации, даже оперативные включения преобразовательных трансформаторов иногда вызывают отключения работающих КВПУ (до двух – трех случаев в год).

Для снижения числа излишних отключений оборудования ВПТ должны быть проведены следующие мероприятия:

усовершенствованы существующие системы управления, регулирования, защиты и автоматики ПС Выборгская;

повышена грозоупорность ВЛ 330 и 400 кВ, отходящих от шин ПС Выборгская;

усовершенствованы защиты КБ-35;

проведены разработка новых и усовершенствование имеющихся в распоряжении оперативного персонала ПС Выборгская инструктивных материалов и средств (программы “Советчик диспетче- ра”, тренажер, инструкции и др.).

Выводы

Увеличение мощности электропередачи 330/400 кВ с вставкой постоянного тока между энергосистемами России и Финляндии, проведенное за счет ввода четвертого преобразовательного блока, дополнительных ВЛ 330 и 400 кВ и использования генераторов энергоблока ¹ 1 Северо-За- падной ТЭЦ, было обеспечено широкими предварительными исследованиями, вводом дополнительных источников реактивной мощности (конденсаторных батарей) на ПС Выборгская, а также проведением испытаний основной и резервных схем электропередачи.

Некоторые выявившиеся в ходе подготовительных работ и испытаний технические проблемы удалось решить. Другие проблемы еще требуют решения для того, чтобы снизить число излишних отключений оборудования защитами, повысить грозоупорность ВЛ 330 и 400 кВ и, тем самым, повысить надежность электропередачи.

Список литературы

1.Îïûò создания и работы Выборгской выпрямительно-ин- верторной подстанции / Балыбердин Л. Л., Галанов В. И., Ковалев В. Д. и др. – Электрические станции, 2001, ¹ 12.

2.Оптимизация настройки регуляторов возбуждения генераторов Северо-Западной ТЭЦ для обеспечения ее паралле-

льной работы с энергосистемой NORDEL / Герасимов А. С., Есипович А. Х., Зеккель А. С. и др. – Электриче- ские станции, 2004, ¹ 4.

3.Переходные процессы, сопровождающие включения и отключения емкостных фильтро-компенсирующих

устройств / Балыбердин Л. Л., Змазнов Е. Ю., Край- чик Ю. С. и др. – Электрические станции, 2004, ¹ 4.

4.Крайчик Ю. С. Область апериодической устойчивости режимов вентильного преобразователя с емкостным филь- тро-компенсирующим устройством. – Известия АН. Энергетика, 2003, ¹ 4.