Нормализация параметров качества электроэнергии в сетях ЕНЭС за счет применения быстродействующих пофазно-регулируемых полупроводниковых устройств компенсации реактивной мощности.

Опыт разработки и внедрения

Чуприков В.С., зам. генерального директора по развитию

ООО «Усть-Каменогорский конденсатор», Россия, к.т.н.

 

Наличие потоков реактивной мощности в электрической сети вызывает ухудшение таких показателей качества электроэнергии (ПКЭ) как отклонения, посадки и провалы напряжения. А если она еще и разная по фазам и резко-переменная по времени, то к ним добавляются несимметрия и колебания напряжения. Соответственно, именно реактивная мощность является главным фактором, искажающим напряжение в сети, а устройства ее компенсации, назовем их УК, одновременно улучшают качество электроэнергии. Тем не менее, несмотря на доступность к применению самых эффективных быстродействующих УК типа СТК и СТАТКОМ, качество электроэнергии в сетях ЕНЭС остается на низком уровне, а из 8 нормированных ГОСТ 32144-2013 [1] показателей повсеместно выдерживается только один – отклонение частоты сети!  Давайте разберемся в причинах этого несоответствия.

О реактивной мощности

В течение 40 лет, с начала разработки первых отечественных статических компенсаторов реактивной мощности (СТК) в 1981 году, я занимаюсь вопросами компенсации реактивной мощности (КРМ) резкопеременных нагрузок и восстановления качества напряжения, искаженного этими нагрузками. На десятках крупных металлургических предприятий и сетевых подстанций стоят наши СТК и, обеспечивая стабилизацию напряжения и нормализацию качества питающего напряжения. Но этого крайне мало – на сотнях и тысячах других производств, а также на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог, устройства компенсации или отсутствуют совсем, или выполняют минимальную функцию повышения коэффициента реактивной мощности tg ? до принятого в РФ нормативного значения 0,4.

В чем же вред реактивной мощности? Наличие в электрических сетях потоков реактивной мощности вызывает следующие негативные последствия:

Уровень КРМ в масштабах государства характеризуется параметром, называемым коэффициентом компенсации реактивной мощности Ккрм = Qуст/Рген (отношение общей мощности установленных конденсаторов к суммарной мощности генераторов), который в развитых странах достигает значений 1,1…1,3.  В СССР в 1987 г. значение Ккрм было на уровне 0,26 и Минэнерго планировало его увеличение до 0,6 к 2000 г. Однако после развала СССР и резкого снижения промышленного производства в России в 90-е годы эта задача потеряла свой смысл. Наоборот, из-за повсеместного повышенного напряжение в сетях и с учетом приказа Минтопэнерго РФ №2 от 10.01.2000 г. было отключено большинство оставшихся в работе устройств компенсации реактивной мощности. Данные о значении Ккрм в России в настоящее время отсутствуют, но ясно, что оно невелико.

При низком уровне КРМ не скомпенсированная у потребителя реактивная мощность поступает в сети высокого напряжения и вызывает существенный рост потерь в линиях электропередач. 83% потерь электроэнергии — это потери в проводах линий электропередач и обмотках трансформаторов. В результате общий уровень потерь на транспорт и распределение электроэнергии в РФ составляет 12-15% против 5-8% в странах с высоким уровнем КРМ [2].

Искажения напряжения, вызванные работой резкопеременной и несимметричной нагрузки, распространяются по всей примыкающей энергосистеме и вызывают сбои в работе и аварийные отключения чувствительного технологического оборудования потребителей. Причем, чем слабее сеть, тем она более чувствительна к искажающим напряжение нагрузкам.

Именно поэтому устройства компенсации реактивной мощности, а они одновременно обеспечивают и нормализацию качества электроэнергии, должны устанавливаться непосредственно на шинах такой нагрузки, чтобы не допустить проникновения искажений напряжения в распределительные, а потом и в магистральные сети, где с ними бороться практически невозможно!

 

Типы устройств компенсации

Большая часть промышленных потребителей — это асинхронные и синхронные электродвигатели, представляющие собой линейную симметричную нагрузку с соs ? = 0,75…0,9. Для них применяются простые ступенчато-регулируемые или нерегулируемые конденсаторные установки.

Но есть виды нагрузки, работа которых отрицательно влияет практически на все показатели качества напряжения, это в первую очередь дуговые сталеплавильные печи (ДСП), ферросплавные и рудно-термические печи, частотно-регулируемые привода прокатных станов и шаровых мельниц, электрохимические производства с мощными выпрямительными установками, а также тяговые подстанции электрифицированных железных дорог. Для таких нагрузок существует два широко распространенных в мире типа быстродействующих пофазно-регулируемых полупроводниковых устройств компенсации реактивной мощности: СТК и СТАТКОМ. Они обычно включаются между нагрузкой и питающей сетью и, по аналогии с охраной окружающей среды, являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавливая качество электроэнергии, испорченное потребителями, и снижая активные потери в линиях электропередач и оборудовании подстанций [3].

Рис.1.  Включение СТК и СТАТКОМа для компенсации вредного вляния резкопеременной нагрузки

СТК, путем быстродействующей пофазной компенсации реактивной мощности несимметричной резкопеременной нагрузки и пассивной фильтрации ее токов высших гармоник, косвенным образом превращает искаженные токи фаз нагрузки в более-менее симметричные активные токи питающих сетевых трансформаторов. При этом СТК обеспечивает и балансирование нагрузки по активной мощности за счет регулирования реактивной мощности (принцип Штейнметца).

Более совершенное УК, появившееся в конце 90-х годов в связи с развитием мощных IGBT-приборов – это статический компенсатор типа CТАТКОМ, представляющий собой автономный инвертор напряжения, подключаемый к сети через фазные линейные реакторы. Система управления СТАТКОМа построена таким образом, чтобы путем регулирования мгновенного значения своего выходного напряжения независимо в каждой фазе формировать требуемое значение тока, т.е. по физическому принципу СТАТКОМ — это пофазно-регулируемый источник тока (мощности). При этом его система управления, в зависимости от решаемой задачи, может быть реализована как по принципу векторного управления, так и по принципу контроля мгновенного значения сетевого тока для реализации функции активной фильтрации.

Но если источниками реактивной мощности в СТК являются пассивные элементы: конденсаторы и реакторы, то в СТАТКОМах реактивная мощность формируется активными элементами путем формирования тока соответствующей фазы.

Рис.2. Примеры работы СТК (а) и  СТАТКОМа (б)

Фактически рассматриваемые УК превращают любую электрическую нагрузку в чисто активную и симметричную по фазам.

Одной из специфических задач в этой области является симметрирование напряжения за счет балансирования активной мощности однофазных нагрузок. Подробно этот вопрос рассмотрен в [4]. Примером решения такой задачи является установка СТАТКОМа мощностью ±4 МВА напряжением 6 кВ в комплекте с БСК мощностью 4 Мвар, которая  позволила осуществить компенсацию реактивной мощности и балансирование активной мощности двух однофазных печей электрошлакового переплава типа ЭШП-15Л на ЗАО «Энергомаш» (Белгород), обеспечив равномерную нагрузку сетевого трансформатора по фазам и стабилизацию и симметрирование напряжения питания печей, что существенно снизило процент технологического брака за счет нестабильности напряжения. Тренды токов сетевого трансформатора, приведенные на рис.3, показывают, что при включении СТАТКОМа все три фазных тока становятся одинаковыми.

Рис.3. Фазные токи сетевого трансформатора при работе одной и двух печей при отключенном и включенном СТАТКОМе

 

Таким образом, можно констатировать тот факт, что существующие быстродействующие устройства компенсации реактивной мощности типа СТК и СТАТКОМ могут обеспечить электромагнитную совместимость любой промышленной нагрузки с питающей сетью и восстановить нормативные показатели качества электроэнергии в точке передачи электрической энергии согласно ГОСТ 32144-2013.

Экономическая эффективность использования УК

Широкое применение УК типа СТК/СТАТКОМ в мире объясняется, в первую очередь, их высокой эффективностью — срок окупаемости составляет 1-2 года.

Помимо выполнения чисто электрических функций, таких как:

УК также существенно улучшают технологические показатели производства. В частности, для мощных дуговых сталеплавильных печей (ДСП) установка СТК обеспечивает повышение производительности печи за счет сокращения времени плавки, а также снижение удельных затрат (на тонну стали) электроэнергии, электродов и футеровки.

Именно положительное влияние СТК на производительность ДСП послужило экономической причиной для его установки на шины электропечной нагрузки. В период с 1985 по 1990 г.г. в СССР были введены в эксплуатацию 4 СТК отечественного производства напряжением 35 кВ и суммарной мощностью 590 Мвар, работающие до настоящего времени на металлургических заводах – Молдавском (г. Рыбница), Дальневосточном (г. Комсомольск-на-Амуре, сейчас «Амурсталь»), Белорусском (г. Жлобин) и Волжском трубном заводах.

 

В современной России только компания АО «Нидек АСИ АЭИ» (до 2012 года АО «Ансальдо-ВЭИ») с 2006 г. поставила на металлургические и общепромышленные предприятия 26 СТК общей мощностью более 2000 Мвар. Практически все крупные металлургические заводы в СНГ, имеющие мощные ДСП, оснащены СТК. Но это совсем не много. Например, в КНР только одна компания RХPE поставляет более 200 СТК в год.

ПОЧЕМУ ЖЕ уровень компенсации реактивной мощности в России так низок, а современные устройства компенсации так редко используются? В результате чего из 8 нормированных ГОСТ ПКЭ повсеместно выдерживается только один – отклонение частоты сети!

Главные причины сложившийся ситуации:

Как же этот вопрос решается за рубежом?

Международный опыт применения законодательных актов в области компенсации реактивной мощности

Обычная практика – наличие тарифа на потребляемую реактивную энергию при превышении коэффициента реактивной мощности tg ? нормированного уровня, который для разных стран лежит в пределах от нуля до 0,5, причем чем слабее сети в стране, тем ниже значение этого нормированного уровня. Его максимально значение 0,5 характерно для стран Западной Европы с самыми мощными сетями.

Есть и другие решения, стимулирующие применение УК. Например, в Германии тариф электроснабжения позволяет пользователю потребить на 50% активной энергии больше без дополнительной оплаты при увеличении значения cos ? до уровня 0,9. Время окупаемости установок компенсации там составляет менее одного года, что подтверждает высокую рентабельность средств коррекции коэффициента мощности.

Самая жесткая тарифная политика в рассматриваемой области имеет место на Украине. Приказом Министерства топлива и энергетики Украины от 17 января 2002 №19 утверждена «Методика вычисления платы за перетекание реактивной электроэнергии» [5]. В методике отмечено:

«Уменьшение потерь активной электроэнергии, обусловленных перетеканием реактивных мощностей, является реальной эксплуатационной технологией энергосбережения в электрических сетях. Эффективное экономическое регулирование реактивных перетеканий необходимо также для обеспечения первоочередных стандартных условий качества электрической энергии, а именно уровней напряжения на границе балансовой принадлежности электросетей электропередающей организации и для уменьшения аварийности основного электрооборудования в энергосистеме и у потребителей электроэнергии.

Во взаимодействии с действующими методиками формирования тарифов на активную электроэнергию плата за перетекание реактивной электроэнергии является адресным экономическим стимулом для уменьшения негативного влияния реактивных мощностей конкретных потребителей на потери активной электроэнергии в основной и распределительной электросетях и на качество напряжения в соответствующем энергорайоне.»

Действие методики распространяется на потребителей с месячным объемом потребления электроэнергии не менее 5 000 кВт?час. У таких потребителей помимо счетчика активной энергии устанавливаются 2 счетчика реактивной энергии (генерируемой и потребляемой), т.е. подлежит оплате сам факт перетекания реактивной мощности в питающем фидере, независимо от ее направления!

Плата за потребление и генерацию реактивной энергии определяются тремя составляющими:

П = П1 + П2 – П3

где  П1 – основная плата за потребление и генерацию  реактивной энергии;

П2 – надбавка за недостаточное оснащение электрической сети потребителя средствами компенсации реактивной мощности;

П3 – скидки за участие потребителя в регулировании суточного режима энергосистемы.

 

Основная плата за потребление и генерацию реактивной энергии определяется по формуле:

П1 = ? (Wп + K·Wг) ? ?р ? Т

где  Wп — объем потребленной реактивной энергии в точке учета, квар?ч;

Wг – объем генерации потребителем реактивной энергии в сеть энергопоставщика, квар?ч;

К = 3 – коэффициент ущерба от генерации реактивной энергии из сети потребителя;

?р – экономический эквивалент реактивной мощности, кВт/квар;

Т – средняя закупочная цена на электроэнергию, грн/кВт?ч.

Рассмотренный выше принцип оплаты не просто потребляемой реактивной мощности, а любого ее перетекания, в сочетании с другими стимулирующими применение УК факторами, является самым действенным в вопросе обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии, особенно в протяженных электрических сетях с низким значением мощности короткого замыкания.

Особенности ОЭС Востока

Существенную долю нагрузки магистральных сетей Сибири и Дальнего Востока, идущих вдоль Транссиба и БАМа, составляют тяговые подстанции РЖД. Например, доля суммарной установленной мощности трансформаторов 220/110 кВ тяговых ПС в Амурской энергосистеме составляет 38,2 % от суммарной мощности трансформаторов 220 кВ на всех ПС энергосистемы, что обусловливает существенное негативное влияние тяговой нагрузки на качество электроэнергии в примыкающей сети и является причиной высокого уровня несимметрии и несинусоидальности напряжения. Также необходимо учитывать большую протяженность линий и их удаленность от источников электроэнергии, что определяет низкую мощность КЗ на шинах питающих подстанций и, соответственно, высокую чувствительность напряжения к искажающим факторам – см. рис.4 (генерирующие станции отмечены черными квадратами).

Рис.4. Схема основных электрических сетей 110-500 кВ энергосистем Востока

В результате электрическое оборудование запитанных от этой сети насосно-перекачивающих станций (НПС) нефтепроводов ПАО «Транснефть» и горно-металлургических предприятий региона подвергается воздействию искажений напряжения, что приводит к его отключениям и повреждениям.

Например, на руднике «Александровский» в Забайкалье за период с 2014 по 2017 г.г. произошло 1137 остановок золотоизвлекательной фабрики по причине некачественной электроэнергии. Затраты на восстановление испорченного оборудования составили 40 млн. руб., объем недополученной выручки превысил 250 млн. руб. [6].

Большие проблемы имеют место при освоении Удоканского медного месторождения. На рис.5. приведена схема внешнего электроснабжения его производств. Источником питания его двух подстанций: ПС 220/35/10 кВ «Удоканский ГМК» и ПС 220/10 кВ «Блуждающий» является ПС 220 кВ Чара ОЭС Востока, к которой присоединены тяговые подстанции БАМа.

Наличие широкого спектра высших гармоник в питающей сети 220 кВ, уровень которых более чем в 5 раз превышает допустимые по ГОСТ значения (см. таблицу 1) привело к тому, что содержание тока только 5-й гармоники в токе БСК-35, установленных на ПС «Удоканский ГМК», составило 57% от тока частоты сети, а их полный ток превысил 1,3 от номинального значения. В результате уставки токовых защит этих БСК пришлось увеличить до уровня 1,45 от номинального тока, а все установленные конденсаторы будут работать практически при предельной токовой нагрузке, что неминуемо сократит срок их службы. Аналогичные проблемы ожидаются и в БСК-220 кВ строящейся ПС «Блуждающий». Необходимо отметить крайне низкую мощность КЗ на шинах 220 кВ этой подстанции: 319 МВА в максимальном режиме и 266 МВА в минимальном, при том, что максимальная мощность присоединения ГМК «Удокан» к сетям ПАО «ФСК ЕЭС», согласно ТУ, составляет 146 МВт.

Рис. 5. Схема внешнего электроснабжения Удоканского месторождения

Таблица 1. Максимальный измеренный уровень содержания высших гармоник в напряжении сети 220 кВ (ПС 220 кВ Чара)

Для обеспечения надежной работы электрооборудования необходимо принять меры по улучшению показателей качества электроэнергии в магистральных и распределительных сетях ОЭС Востока. СТК и СТАТКОМы, при их установке на тяговые подстанции электрифицированных железных дорог, могут привести ПКЭ к требованиям ГОСТ 32144-2013 [4, 7], но, к сожалению, пока остаются невостребованными.

 

Критический узел Востока – ПС 220 кВ Сковородино

Наиболее тяжелая ситуация с качеством напряжения сложилась на подстанции 220/110 кВ «Сковородино» МЭС Востока, от которой отходит несколько линий к тяговым подстанциям Транссиба. Согласно отчета Департамента оперативно-технологического управления ОАО «ФСК ЕЭС» 2015 г. «…Качество напряжения на шинах 110 кВ по показателям K2U и KU не соответствовало требованиям ГОСТ в течение всего периода измерений. Значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности K2U за сутки с вероятностью 95% могут достигать 4,5–5% при кратковременных повышениях до 9 – 10 %. Значения суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения KU за сутки с вероятностью 95% могут достигать 6,0 –6,5% при кратковременных повышениях до 13,3 – 15,4 %.»

Ситуация усугубилась, когда к тем же шинам 110 кВ через ВЛ длиной 20 км была подключена ПС 110/10 кВ, питающая насосно-перекачивающую станцию НПС-21 трубопровода ВСТО ПАО «Транснефть». Перечисленные выше отклонения ПКЭ от нормированных значений приводили к отключениям электроприводов насосов и повышенному износу оборудования НПС. С 2011 по 2015 год было зафиксировано 40 аварийных остановок НПС-21.

МЭС Востока в течение нескольких лет пыталось решить вопрос восстановления ПКЭ на ПС Сковородино, однако эта высокозатратная задача так и не была решена. Руководство ПАО «Транснефть» в итоге приняло предложение о локальном решении вопроса – доведения ПКЭ до требуемых по ГОСТ значений непосредственно на шинах 10 кВ подстанции, питающей электроприводы магистральных насосов, путем установки двух СТК мощностью ± 10 Мвар. Оборудование СТК-10 кВ было смонтировано на подстанции и в ноябре 2017 г. введено в промышленную эксплуатацию.

Работа СТК обеспечила стабилизацию напряжения на шинах 10 кВ, снижение коэффициента несимметрии по обратной последовательности до 0,5%, снижение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения до 1,5%. За счет достигнутого повышения качества электроэнергии аварийные отключения электродвигателей магистральных насосов практически прекратились [4].

Принцип работы СТК и СТАТКОМа как средства обеспечения качества напряжения, испорченного удаленной нагрузкой

Опыт использования СТК на НПС-21 показывает, что обеспечение требуемого качества питающего напряжения, испорченного удаленной резкопеременной нагрузкой, на локальной подстанции, питающей ответственных потребителей, возможно путем установки на шины подстанции быстродействующих устройств типа СТК и СТАТКОМ.

При этом физический принцип работы УК отличается от традиционного: если при компенсации резкопеременной нагрузки УК контролируют и нормализовывают ток, потребляемый нагрузкой из питающей сети, то в данном случае контролируется напряжение на шинах нагрузки и его нормализация проводится путем формирования мгновенных падений напряжения на реактансе сетевого понижающего трансформатора. И если в первом случае мощность УК определяется реактивной мощностью нагрузки, то во втором – величиной существующих отклонений и несимметрии напряжения и мощностью КЗ на шинах нагрузки [4].

Еще одним эффективным способом решения задачи нормализации напряжения в линиях питания ответственных потребителей является установка сериесных активных фильтро-компенсирующих (АФКУ), которые включаются в рассечку между обмоткой НН сетевого трансформатора и отходящими к нагрузке линиями с помощью собственного сериесного трансформатора [8]. При этом ток АФКУ должен быть рассчитан на полный ток нагрузки.

В последнее время регулярно проводятся конкурсы на разработку и поставку т.н. «Устройств повышения качества электроэнергии» от различных компаний, проектирующих свои новые производства в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Чувствительное к качеству электроэнергии технологическое электрооборудование, в основном это мощные частотно-регулируемые привода иностранных производителей, не может надежно работать при существующем качестве электроэнергии.

Например, компания ООО «Мангазея Золото» для нормализации параметров качества электроэнергии на ПС Наседкино, расположенной в 50 км от ПС Могоча, объявила конкурс на установку СТАТКОМа. Согласно опросного листа от ПАО «МРСК Сибири» максимальное измеренное значение коэффициента искажения синусоидальности напряжения 20,97 %, а максимальное измеренное значение дозы фликера Pst =11.57%, Plt =0,97%. Русская Медная Компания осваивает Малмыжское месторождение, расположенное на правобережье реки Амур в 275 км от Хабаровска. Для повышения качества электроэнергии системы электроснабжения безредукторных приводов мельниц требуется установка аналогичных устройств.

То есть каждый новый потребитель в регионе вынужден сам решать вопрос нормализации ПКЭ, испорченных железнодорожной нагрузкой. Важно отметить, что установка рассмотренных выше КУ на локальных подстанциях практически не влияет на качество электроэнергии в питающей высоковольтной сети и не облегчает работу других потребителей.

Проблемы забайкальского преобразовательного комплекса

Забайкальский преобразовательный комплекс реализован на базе трехуровневых преобразователей напряжения и соединяет несинхронные энергосистемы Сибири и Востока на ПС 220 кВ Могоча. Вставка постоянного тока (ВПТ) в течение нескольких лет не может выйти на проектную пропускную способность 200 МВт. Причиной работы вставки в режиме ограничения активного тока является наличие гармонических искажений и несимметрии напряжения в примыкающей сети 220 кВ, которые во много раз превышают допустимые по ГОСТ значения [9]. На рис.6 показана форма напряжения и основные параметры качества напряжения на шинах 220 кВ ПС Могоча.

Рис.6. Форма и параметры качества напряжения на шинах 220 кВ ПС Могоча

 

Соответственно и форма тока инвертора (рис.7) далека от синусоидальной. Вынужденное ограничение передачи вставкой активной мощности обусловлено необходимостью тратить часть своей полной мощности S на реактивную мощность Q и мощность искажений Т. И чем больше искажена сеть, тем меньше активной мощности Р может передать вставка.

Рис.7. Типовая форма тока ВПТ, обусловленная наличием искажений в питающей сети

 

Все эти годы не прекращались попытки борьбы со следствием, т.е. исправления качества электроэнергии путем применения фильтров высших гармоник, устанавливаемых непосредственно на шины 220 кВ ПС Могоча, которые там совершенно бесполезны, вместо того, чтобы ликвидировать саму причину проникновения этих искажений в сеть 220 кВ путем установки на примыкающих тяговых подстанциях трехфазных СТАТКОМов. Пример такого решения аналогичной задачи мы уже видели (см.рис.3), результат – полная компенсация реактивной мощности и симметрия активных токов нагрузки по фазам. А высшие гармоники тяговой нагрузки можно отфильтровать как с помощью использования алгоритмов активной фильтрации в СУ СТАТКОМа, так и применением обычных силовых фильтров [4]. После проведения этих мероприятий вставка постоянного тока может выйти на номинальную передаваемую мощность.

 

Комплексный подход к решению задачи КРМ и повышения качества электроэнергии

Единство отечественной энергосистемы требует комплексного подхода и координации решений по компенсации реактивной мощности в зависимости от класса напряжения сети и места установки УК [3, 4]. Пример такого подхода приведен в таблице 1.

Напряжение 0,4 кВ. Здесь достаточно применения нерегулируемых или ступенчато-регулируемых конденсаторных установок, а при наличии нелинейной нагрузки – фильтров высших гармоник, пассивных или активных. Задача – обеспечить нормативное значение коэффициента реактивной мощности tg ? = 0,4.

Напряжения 6-10 и 35 кВ.  Для промышленных нагрузок двигательного типа – та же задача, решаемая нерегулируемыми или ступенчато-регулируемыми конденсаторными установками типа УКРМ. Для резкопеременных нагрузок требуется применение СТК или СТАТКОМов с набором функций, соответствующим особенностям компенсируемой нагрузки. Задача – обеспечить полную компенсацию реактивной мощности и нормализацию всех видов искажений напряжения и довести показатели КЭ в точке разделения балансовой принадлежности до норм ГОСТ 32144-2013.

Напряжение 110 кВ.  Шины 110 кВ подстанций РСК должны стать границей протекания реактивной мощности в сети, чтобы не допустить ее перетока в магистральные сети ФСК ЕЭС. Установленные на них УК должны не только скомпенсировать оставщуюся реактивную мощность потребителей, но и обеспечить необходимое регулирование среднего значения напряжения в стационарных, переходных, ремонтных и аварийных режимах работы энергосистемы. А в случае необходимости и довести качество электроэнергии до норм ГОСТ. Типы и мощность этих УК выбираются в зависимости от выполняемых задач на основании проведенных расчетов и моделирования.

Напряжение 220…750 кВ. УК, установленные на подстанциях ФСК ЕЭС, предназначены для выполнения системных функций, в первую очередь регулирования напряжения и обеспечения статической и динамической устойчивости электропередачи.          Следует отметить, что устройства компенсации типа СТК и СТАТКОМ являются многофункциональными и могут выполнять несколько разных функций, определяемых алгоритмами, заложенными в их систему управления. В частности, при их использовании в электроэнергетике, в установившихся режимах СТК может в принципе иметь две или более функций, а выбор активной функции может быть автоматическим (по внешним параметрам или условиям работы энергосистемы) или по командам оператора подстанции. В переходных и аварийных режимах СТК может переключаться на решение специальных задач, регламентированных системой приоритетов.

 

Таблица 2. Комплексное решение задачи КРМ и повышения качества электроэнергии в ЕНЭС

Место установки Напряже-ние, кВ Тип УК Функции УК
ЖКХ и мелкие предприятия 0,4 Конденсаторные установки, ФВГ Обеспечение требуемого значения tg ?

Фильтрация высших гармоник
Промышленные предприятия и тяговые ПС РЖД 6 / 10

35

 УКРМ, СТК, СТАТКОМ Обеспечение требуемого значения tg ?

Снижение колебаний напряжения

Фильтрация высших гармоник

Балансирование нагрузки
Региональные сетевые компании 35 / 110 БСК, УШР, СТК, СТАТКОМ Компенсация реактивной мощности нагрузок для разгрузки линий и сетевых трансформаторов

Стабилизация и симметрирование напряжения
Федеральная сетевая компания 220 … 750 БСК, УШР, СТК, СТАТКОМ, УПК Компенсация реактивной мощности линий

Регулирование напряжения

Ограничение перенапряжений

Демпфирование колебаний активной мощности

Быстродействующее регулирование в аварийных режимах

 

Естественно, что реализация такого комплексного решения рассматриваемой задачи возможна только при наличии государственной тарифной политики, стимулирующей применение средств КРМ.

 

Выводы

  1. Существующие быстродействущие пофазно-регулируемые полупроводниковые устройства компенсации реактивной мощности типа СТК и СТАТКОМ позволяют обеспечить электромагнитную совместимость с питающей сетью любой промышленной и железнодорожной нагрузки и нормализовать показатели качества электроэнергии в точке передачи электрической энергии согласно ГОСТ 32144-2013.
  2. Отсутствие в РФ тарифной политики по потреблению реактивной мощности и нарушениям показателей качества электроэнергии потребителями, в частности тяговыми подстанциями РЖД, приводит к существованию отдельных районов с перманентно плохим качеством электроэнергии, негативно влияющим на остальных потребителей региона.
  3. Решение задачи повышения качества напряжения, испорченного удаленной резкопеременной нагрузкой, возможно путем установки устройств типа СТК и СТАТКОМ непосредственно на шины нагрузки потребителя. Другим эффективным способом решения задачи нормализации напряжения в линиях питания ответственных потребителей является установка сериесных АФКУ.
  4. Нормализация параметров качества питающего напряжения для локальной нагрузки практически не влияет на качество электроэнергии в примыкающей высоковольтной сети. Наиболее эффективным решением проблемы низкого качества электроэнергии в магистральных сетях Сибири и Дальнего Востока является установка на тяговых подстанциях РЖД трехфазных компенсирующих устройств с пофазным управлением.
  5. Высокое качество электроэнергии в сетях ЕНЭС может быть обеспечено только при условии стимулирования применения современных средств компенсации реактивной мощности на государственном уровне, требующего принятия соответствующих законов, формирующих тарифную политику Российской Федерации в этой области.

 

 ЛИТЕРАТУРА

  1. ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
  2. Аксенов В.В., Чуприков В.С. Об опыте снижения технических потерь и повышении качества электроэнергии в электрических сетях за счет внедрения устройств компенсации реактивной мощности // «Энергоэксперт», №5, 2017 г.
  3. Чуприков В.С. Компенсация реактивной мощности — ключ к повышению передаточной способности электрических сетей // «Энергоэксперт», №4, 2008 г.
  4. Аксенов В.В., Чуприков В.С. Устройства симметрирования напряжения в электрических сетях: принцип работы, опыт внедрения и перспективы применения // «Энергоэксперт», №3, 2019 г.
  5. Приказ Министерства топлива и энергетики Украины от 17 января 2002 №19 «Об утверждении Методики вычисления платы за перетекание реактивной электроэнергии».
  6. Сайт Золотодобыча, ссылка: https://zolotodb.ru/article/11727.
  7. Чуприков В.С. Демин А.И., Фомин А.В. Обеспечение электромагнитной совместимости тяговых подстанций и систем внешнего электроснабжения за счет применения статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности // Материалы XV Международной научно-технической конференции «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования. Энергоэффективность и энергосбережение», Москва, 19-20 марта 2013 г.
  8. Гусев С.И., Мустафа Г.М. Особенности использования модульных многоуровневых преобразователей для нормализации показателей качества напряжения электрической сети.// «Электроэнергия. Передача и распределение». №4., 2018.
  9. Дроздов А.В. Эксплуатация вставки постоянного тока на основе преобразователей напряжения в условиях значительных искажения питающего напряжения // Доклад на Научно-практической конференции «Опыт и перспективы применения силовой электроники и электропередач постоянным током для повышения надежности электрических сетей и реализации международных проектов», Москва, 2017.