Фазоповоротные трансформаторы и их использование
В сетях переменного тока потоки активной мощности в линиях пропорциональны синусу угла фазового сдвига между векторами напряжений источника электрической энергии, расположенного в начале линии и приемника электрической энергии, который расположен в конце линии.
Так, если рассмотреть сеть линий, отличающихся по передаваемой мощности, то можно перераспределить потоки мощности между линиями этой сети, специально меняя величину угла фазового сдвига между векторами напряжений источника и приемника в одной или нескольких линиях рассматриваемой трехфазной сети.
Это делается для того, чтобы загрузить линии наиболее благоприятным для них образом, чего в обычных случаях зачастую не бывает. Естественное распределение потоков мощности таково, что приводит к перегрузкам маломощных линий, при этом возрастают потери электроэнергии, а пропускная способность мощных линий ограничивается. Возможны и другие вредные для электротехнической инфраструктуры последствия.
Принудительное, целенаправленное изменение величины угла фазового сдвига между вектором напряжения источника и вектором напряжения приемника осуществляет вспомогательное устройство — фазоповоротный трансформатор .
В литературе встречаются названия: фазосдвигающий трансформатор или кросс-трансформатор . Он представляет собой трансформатор специальной конструкции, и предназначен непосредственно для управления потоками как активной, так и реактивной мощностей в трехфазных сетях переменного тока различных масштабов.
Главное же преимущество фазоповоротного трансформатора в том, что в режиме максимальной нагрузки он способен разгрузить наиболее загруженную линию, перераспределив потоки мощности оптимальным образом.
Фазоповоротный трансформатор включает в себя два отдельных трансформатора: последовательный трансформатор и параллельный трансформатор. Параллельный трансформатор имеет первичную обмотку, выполненную по схеме «треугольник», которая нужна для организации системы трехфазных напряжений со сдвигом по отношению к фазным напряжениям на 90 градусов, и вторичную обмотку, которая может быть выполнена в виде изолированных фаз с блоком отпаек с заземленным центром.
Фазы вторичной обмотки параллельного трансформатора подключаются через выход переключателя блока отпаек к первичной обмотке последовательного трансформатора, которая, как правило, выполняется по схеме «звезда» с заземленной нейтралью.
Вторичная обмотка последовательного трансформатора, в свою очередь, выполняется в виде трех изолированных фаз, включаемых каждая последовательно в рассечку соответствующего провода линии, соотносящегося по фазе так, что к вектору напряжения источника добавляется компонента, сдвинутая по фазе на 90 градусов.
Так на выходе линии получается напряжение, равное сумме векторов напряжений источника питания и дополнительного вектора квадратурной компоненты, которую вносит фазоповоротный трансформатор, то есть в результате меняется фаза.
Амплитуду и полярность вносимой квадратурной составляющей, которую создает фазоповоротный трансформатор, можно менять, для этого предусмотрена возможность регулировки блока отпаек. Так происходит изменение на необходимую величину угла фазового сдвига между векторами напряжений на входе линии и на ее выходе, связанное с режимом работы конкретной линии.
Стоимость установки фазоповоротных трансформаторов довольно велика, однако затраты окупаются благодаря оптимизации условий работы сети. Это особенно актуально для мощных линий электропередач.
В Великобритании фазоповоротные трансформаторы начали применять еще в 1969, во Франции их устанавливают начиная с 1998 года, с 2002 года началось внедрение в Голландии и Германии, в 2009 – в Бельгии и Казахстане.
В России пока нет ни одного установленного фазоповоротного трансформатора, однако проекты есть. Мировой опыт применения фазоповоротных трансформаторов в названных странах однозначно свидетельствует о повышении эффективности работы электрических сетей благодаря управлению энергопотоками с применением фазоповоротных трансформаторов для оптимального их распределения.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
На Волжской ГЭС запущен первый в России фазоповоротный трансформатор
На Волжской ГЭС «РусГидро» впервые в России введён в опытную эксплуатацию фазоповоротный трансформатор (ФПТ). Инновационное оборудование, изготовленное совместным предприятием «Силовые машины – Тошиба. Высоковольтные трансформаторы» предназначено для выдачи в энергосистему мощности Волжской ГЭС.
В настоящее время в рамках программы комплексной модернизации «РусГидро» устаревшие и изношенные гидроагрегаты Волжской ГЭС заменяются на новые, повышенной мощности. В результате к 2023 году мощность станции должна увеличиться до 2 744,5 МВт (сейчас она составляет 2 671 МВт). Расчёты проектных организаций показали, что при сохранении существующего положения выдать в энергосистему увеличенную в результате модернизации мощность станции нельзя.
Традиционным способом решения вопросов выдачи мощности является реконструкция действующих и строительство новых сетевых объектов, что требует значительных затрат. После анализа нескольких вариантов в «РусГидро» было найдено более эффективное решение – использование фазоповоротного трансформатора, который позволяет перераспределять мощность в менее загруженные ЛЭП напряжением 500 кВ. Напомним, в настоящее время ГЭС выдает свою электроэнергию и мощность в линии электропередачи двух классов напряжения: 220 и 500 кВ. При этом пропускная способность сети 220 кВ практически исчерпана, а сеть 500 кВ имеет запас пропускной способности.
Главным преимуществом фазоповоротного трансформатора является то, что в режиме максимальной нагрузки он позволяет перенаправлять вырабатываемую электростанцией мощность с более загруженных линий на менее загруженные. Помимо повышения эффективности использования ЛЭП, фазоповоротный трансформатор позволяет снизить перегрузки электросетевого оборудования и уменьшить потери активной мощности в энергосистеме. Таким образом, применение ФПТ повышает надёжность и качество энергоснабжения потребителей.
Введение фазоповоротного трансформатора в опытную эксплуатацию позволяет снизить затраты на присоединение увеличенной мощности Волжской ГЭС к энергосистеме в более чем 6 раз. Экономический эффект от этого технического решения превышает 3 млрд рублей.
«В мире есть опыт использования фазоповоротных трансформаторов, но в России такое оборудование ранее не применялось и не изготавливалось. По результатам опытной эксплуатации мы сформируем перечень объектов, где будем применять фазоповоротные трансформаторы. Они дешевле нового сетевого строительства и являются примером импортозамещения и инновационной технологией», – заявил глава «РусГидро» Николай Шульгинов.
«Применение этой современной, новаторской для ЕЭС России, опробованной на практике в ряде энергосистем мира технологии, позволит не просто оптимизировать загрузку сетей высокого напряжения, но имеет и общесистемный эффект – помогает повысить надёжность работы энергосистемы без строительства новых ЛЭП. Успешное завершение опытной эксплуатации позволит широко внедрять фазоповоротные трансформаторы в тех сегментах ЕЭС России, где их применение технологически и экономически необходимо», – добавил зампредправления «Системного оператора» Сергей Павлушко.
Источник
ФПТ: трансформатор с большой буквы
Фото пресс-службы Волжской ГЭС
Управляя активной мощностью
Cхема выдачи мощности такой крупной ГЭС, как мощнейшая в Европе Волжская, включает распределительные устройства и ЛЭП разных классов напряжения. Однако не исключено возникновение ситуации, когда вследствие вывода в ремонт ЛЭП или электросетевого оборудования, либо в силу изменения режима работы энергосистемы и распределения перетоков активной мощности, линии более низкого напряжения окажутся перегруженными, в то время как у линий более высокого – останется запас пропускной способности.
Гибко регулировать загрузку отходящих от станции ЛЭП за счет управляемого перераспределения потоков активной мощности позволяет фазоповоротный трансформатор. В отличие от обычного трансформатора связи, при переключении устройства регулирования под нагрузкой (РПН) фазоповоротного трансформатора меняется не только напряжение, но и направление тока. Принцип работы такого трансформатора хорошо иллюстрирует простая аналогия: если представить электроэнергию в виде потока воды, а сети 220 и 500 кВ в виде двух труб, то ФПТ выступает в роли своего рода заслонки, которая сдерживает поток в одну сторону, перенаправляя его в другую.
Вспоминая предысторию
Существующая схема выдачи мощности не всегда была узким местом Волжской ГЭС. За последние годы станция столкнулась с уникальным стечением обстоятельств, что и предопределило установку на ней первого в России ФПТ. В рамках реализации Программы комплексной модернизации РусГидро происходит масштабное обновление оборудования станции. «На сегодня из 22 гидротурбин заменено 19. Основное гидросиловое оборудование меняется на более совершенное, более мощное, – рассказывает директор станции Сергей Бологов. – Мощность станции в процессе реконструкции уже возросла на 130 МВт. И впереди до 2023 года плюсом будет еще 73,5 МВт». Но сетевые ограничения возникли не вследствие ПКМ, а из-за изменения режима работы энергосистемы – после того как резко упало потребление энергоемкого Волгоградского алюминиевого завода, расположенного в 5 км от станции, уточняет директор департамента эксплуатации РусГидро Алексей Дудин.
Проблему сетевого ограничения нужно было решать. «По предварительным оценкам, для реконструкции схемы выдачи мощности потребовалось бы 4 млрд рублей в ценах 2014 года, – вспоминает директор департамента развития и стандартизации производственных процессов РусГидро Тимур Хазиахметов. – Что делать? Не отказываться же от увеличения мощности. Когда мы вынесли вопрос о дороговизне техприсоединения на уровень Председателя Правления – Генерального директора Николая Шульгинова, он посоветовал проанализировать применение ФПТ для решения задачи снятия сетевых ограничений выдачи мощности Волжской ГЭС».
На тот момент на территории постсоветского пространства фазоповоротные трансформаторы были представлены очень мало. Наиболее известный пример – фазоповоротный комплекс, установленный на подстанции 500 кВ в Казахстане. В зарубежных странах ФПТ распространены более широко. При этом их использование направлено в большей степени на регулирование межсистемных перетоков, а также регулирование потокораспределения с целью снижения потерь в сетях и предотвращения перегрузки линий при отключении одной из них, рассказывает Тимур Хазиахметов. 
Работая сообща
ФПТ, установленный на Волжской ГЭС, – это полностью российская разработка: и сконструировано, и создано устройство в России. Спроектирован ФПТ был при содействии Научно-технического центра ЕЭС России, а создан по заказу РусГидро в Санкт-Петербурге на заводе «Силовые машины. Тошиба. Высоковольтные трансформаторы».
Однако ФПТ мало сконструировать и собрать, главная загвоздка в том, чтобы грамотно его встроить в сложившийся узел нагрузок. «Проведенные комплексные испытания уже подтвердили, что ФПТ работает в соответствии с проектными параметрами и соответствует заявленным характеристикам, – констатирует Алексей Дудин. – Осталось научиться управлять конкретными режимами, наработать базу использования ФПТ, чтобы Системный оператор, задавая управляющее воздействие, четко понимал, как под влиянием ФПТ изменятся перетоки мощности в конкретных схемно-режимных условиях». Опытная эксплуатация ФПТ будет идти в течение года.
Отработка режимов работы ФПТ в реальных условиях и есть одна из целей НИОКР, проводимых в рамках опытной эксплуатации на Волжской ГЭС. Вторая задача НИОКР, по словам Тимура Хазиахметова, – рассмотреть перспективы применения ФПТ на других объектах РусГидро, где есть схожие ограничения выдачи мощности. Соответствующий анализ будет выполнен силами НТЦ ЕЭС. По предварительным оценкам, возможность установки ФПТ должна быть проверена на Саратовской ГЭС, Саяно-Шушенской ГЭС и других объектах Группы РусГидро. «Когда дойдет очередь до следующих объектов, вопросы, которые там возникли, мы будем решать сообща с сетевиками и Системным оператором, вместе будем искать оптимальные варианты», – подчеркивает Алексей Дудин.
Оценивая эффекты
Теперь созданы практически все условия для того, чтобы дополнительная электроэнергия Волжской ГЭС могла поступать потребителям. И это без дорогостоящего строительства новых электрических сетей, которое традиционно включает в себя работы по землеотводу, проектированию, непосредственно сооружению и монтажу необходимого оборудования. Работы дорогие и весьма продолжительные по времени. За счет выбора варианта с установкой ФПТ РусГидро удалось снизить затраты на присоединение увеличенной мощности Волжской ГЭС к энергосистеме более чем в шесть раз. Экономический эффект от этого технического решения превышает 3 млрд рублей.
Однако при оценке всей пользы ФПТ не стоит принимать во внимание одну экономию, убежден Тимур Хазиахметов. Во-первых, благодаря внедрению ФПТ решается проблема надежности прилегающей сети, повышается управляемость режимом. Во-вторых, снятие ограничений на выдачу мощности в период половодья и паводков уменьшает потенциальный риск сбросов воды свыше турбинных, то есть минимизируются воздействие на отводящий канал и размывы в нижнем бьефе. В-третьих, тем самым решается задача по повышению эффективности использования водных ресурсов. В-четвертых, рост выработки ГЭС снижает цену электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии.
Применение этой современной, новаторской для ЕЭС России, опробованной на практике в ряде энергосистем мира технологии позволит не просто оптимизировать загрузку сетей высокого напряжения, но имеет и общесистемный эффект.
Сергей Павлушко
По результатам опытной эксплуатации мы сформируем перечень объектов, где будем применять фазоповоротные трансформаторы. Они дешевле нового сетевого строительства и являются примером импортозамещения и внедрения инновационных технологий.
Источник
В России впервые введен в эксплуатацию фазоповоротный трансформатор
При сохранении существующего положения выдать в энергосистему увеличенную в результате модернизации мощность станции нельзя.
Из-за нескольких причин (снижение потребления Волгоградского алюминиевого завода и прекращение экспорта электроэнергии на Украину через передачу постоянного тока «Волгоград — Донбасс») Волжская ГЭС столкнулась с проблемой ограничения пропускной способности прилегающей электрической сети в связи с высокой загрузкой ЛЭП более низкого напряжения (110–220 кВ), тогда как ЛЭП более высокого класса напряжения (500 кВ) могут оставаться недозагруженными. Кроме того, ситуацию усугубляет ожидаемое к 2023 году увеличение установленной мощности этой ГЭС с 2 671 до 2 744,5 МВт. Расчеты проектных организаций показали, что при сохранении существующего положения выдать в энергосистему увеличенную в результате модернизации мощность станции нельзя. Из-за ограничений пропускной способности электрической сети 220 кВ в районе размещения ГЭС возникала опасность выхода параметров электроэнергетического режима энергосистемы из области допустимых значений в послеаварийных режимах, приводящая к необходимости ограничения выдачи мощности этой электростанции.
Фазоповоротный трансформатор на Волжской ГЭС / «Вестник РусГидро»
Среди нескольких вариантов в качестве решения проблемы была выбрана установка фазоповоротного трансформатора. Устройство, разработанное совместным предприятием «Силовые машины — Тошиба. Высоковольтные трансформаторы» по заказу генерирующей компании, обеспечивает управляемое перераспределение потоков активной мощности между распределительными устройствами 500 и 220 кВ Волжской ГЭС и выдачу всей располагаемой мощности станции в большинстве схемно-режимных условий работы энергосистемы за счет гибкого регулирования загрузки отходящих от этой электростанции ЛЭП 500 и 220 кВ. В результате внедрения такого трансформатора ожидается снижение затрат на присоединение увеличенной мощности гидроэлектростанции к энергосистеме в более чем 6 раз; экономический эффект такого технического решения превысит 3 млрд рублей.
Разработка схемы выдачи мощности Волжской ГЭС с увеличением установленной мощности гидроэлектростанции и проведенные расчеты позволили определить оптимальное сочетание отпаек устройств регулирования напряжения под нагрузкой автотрансформатора и вольтодобавочного трансформатора для различных сезонов, исключающее ограничения выдачи мощности станцией. В ходе испытаний за счет перераспределения потоков активной мощности между РУ 500 и 220 кВ Волжской ГЭС с помощью фазоповоротного трансформатора удалось осуществить передачу дополнительных 440 МВт активной мощности в сеть 500 кВ и обеспечить возможность гибкого регулирования загрузки линий 500 и 220 кВ, отходящих от ГЭС.
Фазоповоротный трансформатор обладает следующими преимуществами:
- способствует более благоприятной загрузке линий электросетей в сравнении с естественным распределением потоков мощности — в режиме максимальной нагрузки он позволяет перенаправлять вырабатываемую электростанцией мощность с более загруженных линий на менее загруженные,
- повышает эффективность использования ЛЭП,
- позволяет избежать перегрузки маломощных линий и ограничения пропускной способности мощных линий,
- уменьшает потери активной мощности в энергосистеме,
- повышает надежность и качество энергоснабжения потребителей.
Источник
