CC BY
39
УДК 621.311
И. А. Скиба, С. В. Голобоков
ИНТЕГРАЦИЯ ГОРОДА НИКОЛЬСКА В ПЕНЗЕНСКУЮ ЭНЕРГОСИСТЕМУ
Аннотация. Приведен анализ конфигурации межрайонных электрических сетей в северо-восточной части Пензенской области. Никольский район и г. Никольск административно подчинены Пензенской области, но все вопросы электроснабжения вынуждены решать в Ульяновской энергосистеме. Рассмотрены варианты модернизации электрических сетей Пензенской энергосистемы с возможностью подключения Никольских районных сетей к Кузнецким сетям, а также экономические аспекты такого объединения.
Ключевые слова: районные электрические сети, линии электропередач, центр питания.
Основной задачей распределительных электрических сетей является бесперебойное электроснабжение всех потребителей, расположенных на территории, и соблюдение при этом показателей качества электрической энергии [1]. Предприятия энергетического комплекса ведут финансово-хозяйственную деятельность с целью получения прибыли и минимизации расходов при выполнении производственных программ. Аварийное отключение потребителей приводит к недоотпуску электроэнергии, штрафным санкциям со стороны потребителей и снижению прибыли [1].
Электроснабжение г. Никольска и Никольского района Пензенской области осуществляется от подстанции (ПС) 110/35/10 кВ «Никольск», расположенной на территории Пензенской области, но находящейся на балансе Ульяновского регионального диспетчерского управления (РДУ). Структурная схема электроснабжения представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема электроснабжения г. Никольска
Подстанция построена в 70-х гг. прошлого века. Оборудование подстанции устарело, в связи с чем резко снижается надежность в электроснабжении потребителей. Кроме того, в настоящее время участились случаи возникновения аварийных ситуаций на линиях электропередач (ЛЭП), что также отражается на надежности электроснабжения и экономических показателях Никольской РЭС.
Подстанция 110/35/10 кВ «Никольск» не имеет технологических связей 110 кВ с электросетевым комплексом Пензенской области - запитана от воздушной линии «Барыш - Инза - Умыс», проходящей по территории Республики Мордовия и Ульяновской области, что ограничивает возможности обеспечения технологического присоединения
потребителей в Никольском районе Пензенской области. Согласно Приказу Управления по регулированию тарифов и энергосбережению Пензенской области [2] от 26.04.2011 N 38 для снятия ограничений на технологическое присоединение к электрическим сетям в Никольском районе предусмотрена интеграция РЭС г. Никольска и Никольского района в энергосистему Пензенской области.
Программой перспективного развития Пензэнерго предусматривается строительство подстанции 110/10 кВ «Никольск-2» с установкой двух силовых трансформаторов 25 МВА и питающих воздушных линий 110 кВ «Сосновоборск - Никольск-2» общей протяженностью 70 км и «Цемзавод - Никольск-2» протяженностью 30 км [3]. Схема интеграции представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема перспективного плана развития Пензэнерго в части интеграции г. Никольска
Однако, на наш взгляд программа имеет ряд технических недочетов: 1. Не учитывается повышение нагрузок до уровня критических на ЛЭП 110 кВ «Сурск - Городище - Сосновоборск» и ЛЭП 110 кВ «Кузнецк - Поселки - Сосновоборск» из-за их крайне низкой пропускной способности. На этих линиях используется провод АС-95. При протяженности каждой из этих линий более 30 км передаваемая активная мощность такой линии не превышает 30 МВт.
Мощность потребителей, которыми являются ПС «Городище» и «Сосновоборск», составляет 20 и 26 МВА. Одновременное подключение ПС «Никольск-2» к ПС «Сосновоборск» технически невозможно. В случае отключения воздушной линии (ВЛ) 110 кВ «Сосновоборск - Никольск-2» и резервном питании ПС «Никольск-2» от ПС «Цемзавод» пропускная способность ВЛ «Лунино - Цемзавод» также недостаточна для стабильной работы.
2. В программе отсутствует присоединение ПС «Никольск-2» к существующей ПС «Никольск». Надежность электроснабжения замкнутых схем электрических сетей гораздо выше, чем радиальных. При подключении проектируемой ПС к уже имеющейся ПС «Никольск» в энергосистеме города Никольск образуется энергетическое «кольцо», что в свою очередь существенно повышает надежность электроснабжения данного энергоузла.
3. Подключение к ПС «Сосновоборск» подразумевает питание ее от ПС 110 кВ «Сурск» и ПС 110 кВ «Кузнецк». Однако на сегодняшний момент ввиду недостатка пропускной способности ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1,2» невозможно обеспечить транзит необходимой мощности от центров питания в пиковом режиме. Программа не может обеспечить показатели надежности энергоснабжения во всех эксплуатационных режимах.
По расчетам, предоставленным в программе перспективного развития электроэнергетики Пензенской области на 2016-2020 гг., за летний период 2015 г. в системе зафиксирован дефицит генерируемой мощности на уровне 300 МВт [3]. Дефицит мощности в Пензенской энергосистеме покрывается перетоками по ВЛ 220 кВ «Пенза-1 -Ключики-1» и ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-2», которые в нормальном режиме работы составили 143 и 149 МВт соответственно. С учетом протяженности этих линий 170 и 160 км и их физическим износом (линии введены в эксплуатацию в 1969 г.), на данный момент подключение города Никольск к Пензенской энергосистеме технически не представляется возможным.
Согласно Приказу Управления по регулированию тарифов и энергосбережению Пензенской обл. от 23.04.2014 № 37 «Об утверждении схемы и программы перспективного развития электроэнергетики Пензенской области на 2015-2019 гг.» на территории области на период 2015-2019 гг. планируется осуществить:
1. Строительство ВЛ 500 кВ «Ключики - Пенза-2» с расширением ПС «Ключики».
2. Установку автотрансформатора 500 кВ на ПС 500 кВ «Пенза-2».
Строительство ВЛ 500 кВ «Ключики - Пенза-2» будет способствовать усилению сети 500 кВ ОЭС Средней Волги и является частью мероприятий по снятию ограничений выдачи мощности Балаковской АЭС. Однако для Пензенской энергосистемы полный эффект от строительства данной линии достигается при установке на ПС 500 кВ «Пенза-2» второго автотрансформатора 500/220 кВ (АТ-4). Установка АТ-4 на ПС 500 кВ «Пенза-2» запланирована собственником ОАО «ФСК ЕЭС» на 2020 г.
3. Строительство второй ВЛ 220 кВ «Пенза-2 - Пенза-1».
Новая линия позволит увеличить транзит мощности между основными центрами питания г. Пензы. После ввода данных линий в работу планируется поэтапное отключение и вывод в ремонт ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1,2» для дальнейшей их реконструкции.
Для устранения вышеперечисленных недостатков предлагаем внести коррективы в программу по внедрению г. Никольск в Пензенскую энергосистему. Схема предлагаемого плана интеграции г. Никольска в зону ответственности Пензенского РДУ представлена на рис. 3.
Предложенные дополнения в программу будут эффективны после введения в работу ВЛ 500 кВ «Ключики - Пенза-2» и ВЛ 220 кВ «Пенза-2 - Пенза-1» № 2; к ним относятся следующие мероприятия:
1. При вводе в эксплуатацию ВЛ 500 кВ «Ключики - Пенза-2» в 2017 г. основной переток мощности с Балаковской АЭС на крупнейший энергоузел Пензенской области -«ПС Пенза-2» будет выполнен по этой ЛЭП. По подсчетам на летний максимум 2017 г., переток мощности в нормальном режиме составит 305 МВт. Перетоки мощности по ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1» и ВЛ «Пенза-1 - Ключики-2» снижается до 86 и 89 МВт соответственно. Это позволит подключить дополнительных потребителей к сети 220 кВ, в частности г. Никольск от ВЛ 220 кВ «Пенза - Ключики-1,2».
2. Еще до 2000 г. планировалось ввести в эксплуатацию ПС 220/110/10 кВ «Сурск-2» с заходом ВЛ-220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1», однако это не было реализовано по экономическим и техническим (вышеописанным) причинам. На данный момент на ПС 110 кВ «Сурск» ведется реконструкция оборудования. Предлагается установить на ПС «Сурск» автотрансформатор АТ 220/110 кВ мощностью 125 МВА. Питание ПС «Сурск» выполнить ответвлением от ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1», что позволит увеличить нагрузочную способность на ПС «Сурск», разгрузить питающую ВЛ 110 кВ «Кижеватово - Сурск» и создать резервную линию питания.
Рис. 3. Схема предлагаемого плана интеграции г. Никольска в зону ответственности Пензенского РДУ
Для симметии транзита при подключении ВЛ 220 кВ «Пенза-1 - Ключики-1» к ПС 220 кВ «Сурск» предлагается выполнить техническое перевооружение захода ВЛ 220 кВ
«Пенза-1 - Ключики-1,2» на ПС «Кузнецк» с заменой существующей схемы отпаек от двух линий на ПС 220 кВ «Кузнецк», предварительно выполнив разрезку линии «Пенза-1 -Ключики-2».
3. Для увеличения пропускной способности ВЛ 110 кВ «Кузнецк - Поселки - Сосновоборск» при подключении ПС «Никольск-2» к ПС «Сосновоборск» требуется реконструкция указанной ЛЭП [4] с заменой провода АС-95 на провод большего сечения, например АС-120. Для выдачи необходимой мощности с ПС 220 кВ «Сурск» на ПС «Сосновоборск» необходимо построить ВЛ 110 кВ «Сура - Сосновоборск» протяженностью 40 км. Данное мероприятие повысит надежность энергоснабжения ПС «Сосновоборск» и ПС «Городище» в случае выхода из строя ВЛ 110 кВ «Городище - Сосновоборск», проходящей в основном по лесистой местности.
4. Для обеспечения резервного питания ПС «Никольск-2» и ПС «Никольск» от Пензенской энергосистемы построить заход одной из двух цепей ВЛ 110 кВ «Ночка - Никольск» на ПС «Никольск-2».
5. Конечным шагом в данной программе предлагается строительство ВЛ 110 кВ «Цемзавод - Никольск-2» и тем самым замыкание энергетического «кольца» в составе ПС «Никольск-2», ПС «Никольск» и ПС «Цемзавод» [1].
Из вышеизложенного следует, что данные рекомендации существенно повысят надежность электроснабжения г. Никольск, потребителей Никольского района и предприятия «Азия-цемент» [1]. Построение межсистемных связей добавит дополнительный переток мощности между Пензенской и Ульяновской энергосистемами, что позволит оптимизировать режимы работы «МРСК Волги» [5]. Повышение мощности центров питания г. Никольска также создает резерв для подключения к энергосистеме новых потребителей и упрощает процедуру согласования.
Кроме повышения надежности реализация предложенных мероприятий позволит снизить потери энергии на транзит от центров питания к ТП потребителей. Величина потерь при передаче электроэнергии зависит от протяженности ЛЭП, номинального напряжения, конструктивных особенностей ЛЭП, передаваемой мощности, количества часов максимальных нагрузок в году. В нашем случае эффект снижения потерь при транзите электрической энергии может быть получен за счет изменения центров питания и расстояния до них. Номинальное напряжение и конструктивные параметры ЛЭП остаются прежними.
Размеры потерь в электрических сетях Пензаэнерго - филиала ОАО «МРСК Волги» -в 2011 г. составили 428 230 тыс. кВт-ч или 10,25 % от объема транзита. Предположим, что потребление электроэнергии районными сетями пропорционально трансформаторной мощности подстанций. Суммарная мощность трех ПС 110 кВ - «Ночка», «Никольск» и «Цемзавод» - составляет 173 МВА, а полная установленная мощность Пензенской энергосистемы - около 6 тыс. МВА. На долю РЭС г. Никольска приходится примерно 3 % от объема потребления и величины транзита электрической энергии всей энергосистемы. Потери электроэнергии на транзит составят около 0,3 % от объема транзита или 12 850 тыс. кВт-ч.
Основной транзит электроэнергии на нужды Никольского энергоузла идет от ПС 220 кВ «Барыш» Ульяновской энергосистемы, протяженность ЛЭП составляет 146 км. После ввода в строй ПС 110 кВ «Никольск-2» основной транзит пойдет от ПС 220 кВ «Кузнецк», протяженность ЛЭП составляет 108 км. Таким образом, после интеграции Никольского энергоузла в Пензенскую энергосистему расстояние от центра питания до ПС 110 кВ «Никольск-2» сократится на 38 км. Будем считать, что за счет сокращения длины линий возможно снижение потерь на треть от существующего - пропорционально длине ЛЭП [5].
В натуральном выражении снижение объема потерь составит 3850 тыс. кВт-ч. Транзит ведется на напряжении 110 кВ, тариф на электрическую энергию высокого напряжения для промышленных предприятий составляет 2,3 руб./кВт-ч. Таким образом, Никольская РЭС вынуждена закупать дополнительные объемы электроэнергии для компенсации потерь на транзит. При снижении потерь будет получена экономия 3850 • 2,3 = 8864 тыс. руб.
Для точной оценки потерь за счет аварийных отключений требуется большой объем информации, которой в свободном доступе нет. Приближенно можно считать, что потери вследствие недоотпуска электроэнергии потребителям и штрафные санкции за вынужденный простой составляют 2-3 % от объема реализации. В денежном выражении это составит около 100 млн руб. ежегодно. Полученная экономия в полном объеме будет использоваться для компенсации капитальных вложений в реализацию мероприятий по интеграции Никольской РЭС в состав Пензенской энергосистемы.
Список литературы
1. Боровиков, В. А. Электрические сети и системы / В. А. Боровиков, В. К. Косарев, Г. А. Ходот. -Л. : Энергия, 1977. - 392 с.
2. Приказ Управления по регулированию тарифов и энергосбережению Пензенской области от 26.04.2011 № 38 «Об утверждении схемы и программы перспективного развития электроэнергетики Пензенской области на 2012-2016 гг.». - URL: http://docs.cntd.ru/document/949114236
3. Программа перспективного развития электроэнергетики Пензенской области на 2016-2020 гг. -URL: http://tarif.pnzreg.ru/razvitie_electroenergii.
4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / под ред. Д. Л. Файбисовича. -М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 320 с.
5. URL: http://www.mrsk-volgi.ru/ru/o_kompanii/tehnichesk/
Скиба Илья Александрович
студент,
Пензенский государственный университет E-mail: term220@gmail.c0m
Голобоков Сергей Владимирович
кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизированных электроэнергетических систем, Пензенский государственный университет E-mail: golobokov_sv@mail.ru
УДК 621.311 Скиба, И. А.
Интеграция города Никольска в Пензенскую энергосистему / И. А. Скиба, С. В. Голобоков // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. - № 3 (15). - C. 83-88.
Skiba Il'ya Aleksandrovich
student,
Penza State University
Golobokov Sergey Vladimirovich
candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of automated electric power systems,
Penza State University
