CC BY
33
STATES OF POWER QUALITY INDICATORS IN THE TRANS-BAIKAL
ENERGY SYSTEM Golikov D.G.1, Suvorov I.F.2, Shoyvanov Yu.R.3, Serezhin K.S.4 (Russian Federation) Email: Golikov564@scientifictext.ru
'Golikov Dmitriy Gennadyevich — Master, Head of Department, BRANCH "REGIONAL DISPATCH OFFICE OF THE TRANS-BAIKAL TERRITORY ENERGY SYSTEM", JSC "SYSTEM OPERATOR OF THE UNIFIED ENERGY SYSTEM"; 2Suvorov Ivan Flegontovich - Associate Professor of Technical Sciences; 3Shoyvanov Yuriy Rinchinovich - Candidate of technical sciences, DEPARTMENT OF ENERGY, FACULTY OF ENERGY, TRANS-BAIKAL STATE UNIVERSITY; 4Serezhin Konstantin Sergeyevich - Candidate of technical sciences, Head ofDepartment,
TGC-14 PJSC, CHITA
Abstract: investigation of the influence of traction load and circuit-mode situation on the indicators of the quality of electricity in the Trans-Baikal energy system. The influence of the traction load on the non-sinusoidality, the influence of the traction load on the voltage deviation of 220 kV tires, the analysis of the influence of the circuit mode situation. Measures to ensure acceptable indicators of electricity quality. Alternative ways to reduce harmonic distortion to regulatory limits. Comparison of the harmonic components of the current and voltage of220 kV and 27,5 kV and asymmetry coefficients in the reverse sequence with the load current level at the inputs of 27,5 kV. Keywords: power system, traction load, power quality.
СОСТОЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЗАБАЙКАЛЬСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ Голиков Д.Г.1, Суворов И.Ф.2, Шойванов Ю.Р.3, Серёжин К.С.4 (Российская Федерация)
'Голиков Дмитрий Геннадьевич — магистр, начальник отдела, Филиал «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Забайкальского края», АО «Системный оператор Единой энергетической системы»; 2Суворов Иван Флегонтович - доцент технических наук; 3Шойванов Юрий Ринчинович - кандидат технических наук, кафедра энергетики, энергетический факультет, Забайкальский государственный университет; 4Серёжин Константин Сергеевич - кандидат технических наук, начальник отдела,
ПАО «ТГК-14», г. Чита
Аннотация: исследование влияния тяговой нагрузки и схемно-режимной ситуации на показатели качества электроэнергии в Забайкальской энергосистеме. Влияние тяговой нагрузки на несинусоидальность, влияние тяговой нагрузки на отклонение напряжения шинах 220 кВ, анализ влияния схемно-режимной ситуации. Мероприятия для обеспечения допустимых показателей качества электроэнергии. Альтернативные способы снижения гармонических искажений до нормативных пределов. Сравнение гармонических составляющих тока и напряжения 220 кВ и 27.5 кВ и коэффициентов несимметрии по обратной последовательности с уровнем тока нагрузки на вводах 27,5 кВ.
Ключевые слова: энергосистема, тяговая нагрузка, качество электроэнергии. Введение.
В настоящей статье представлено исследование влияние тяговой нагрузки на качество электроэнергии в Забайкальской энергосистеме, а так же разработка мероприятий для нормализации параметров несимметрии и несинусоидальности напряжений на шинах 220 кВ тяговых подстанций транзита Петровск-Забайкальский - Сковородино.
Статья содержит обзор находящихся в России производителей современных средств компенсации реактивной мощности (СКРМ) и активных фильтро-компенсирующих устройств (АФКУ). С учетом промышленно выпускаемых современных СКРМ и АФКУ предложены мероприятия для обеспечения
показателей качества электроэнергии на шинах 220 (27,5) кВ подстанций на участке Петровск-Забайкальский - Сковородино на период 2018 и 2023 гг.
1. Анализ влияния тяговой нагрузки и схемно-режимной ситуации на показатели качества электроэнергии
Изменение тяговой нагрузки на тяговых подстанциях возникает вследствие изменения количества, массы и скоростного режима поездов.
1.1. Влияние тяговой нагрузки на несинусоидальность.
Измерения тока на вводах 27.5 кВ и его гармонических составляющих выполнено для ПС 220 кВ Могзон за период 12.09.2018 16:36 - 14.09.2018 16:35, равный двум суткам. Результаты измерений, представлены на рисунке 1:
Из рисунка следует, что гармоники тока на вводах 27.5 кВ имеют, в целом, существенную величину. Анализ этих измерений показывает наличие обратной зависимости между уровнем тока первой гармоники и уровнем коэффициента п-й гармонической составляющей. Пунктирными линиями на рисунках отмечены характерные моменты времени, когда такая зависимость явно прослеживается.
Рис. 1. Коэффициенты гармонических составляющих тока ПС 220 кВ Могзон, Т-1, 27,5 кВ
1.2. Влияние тяговой нагрузки на отклонение напряжения шинах 220 кВ.
Уровни напряжения в узлах сети, а, следовательно, и отклонения напряжения, определяются распределением нагрузок вдоль всей, питающей транзит, сети 220 кВ. Для оценки влияния изменения тяговой нагрузки на отклонение напряжения в своей работе я рассмотрел участок сети 220 кВ между ПС 220 кВ Холбон и Могоча.
На основании графика движения поездов рассчитана сумма масс поездов, питающихся от данных тяговых подстанций. После суммирования масс поездов я получил суммарную нагрузку М данного участка. Зависимости отклонений напряжения от номинального на шинах 220 кВ на подстанциях 5и от полученной таким образом суммарной нагрузки М участка представлены на рисунках 3 и 4.
На рисунках сравниваются значения, полученные с минутным интервалом.
На рисунке 2, для удобства сравнения, сплошными черными линиями приведены значения, усредненные за 1 час.
зоо -
- 200 -^ 150
ю 8 6 4 2 0 10
£ СО
5 -
0 10
5 -
12 -
10
8 Ч
огоча 1С] II
ЗиловоТ1
~г
П,(М,1К 213)0
~г
14,(КиЖ)Л:01)
г
I4.IW.IK 1Ш)()
Рис. 2. Отклонения напряжения на шинах 220 кВ на подстанциях и суммарная масса поездов на участке Холбон-
Могоча
Рис. 3. Отклонение напряжения на подстанциях сети 220 кВ и суммарная масса поездов на участке Холбон-
Могоча. Корреляционная зависимость
Сравнение данных, представленных на рисунках 2 и 3, показывает хорошую зависимость М и 8и, а именно: при увеличении тяговой нагрузки напряжение снижается. Такой результат является ожидаемым и свидетельствует о следующем:
- изменение тяговой нагрузки является доминирующим фактором вызывающим отклонение напряжения.
1.3. Анализ влияния схемно-режимной ситуации.
За аналогичный период (12.09.2018 - 14.09.2018) в схеме электрической сети 220 кВ было произведено несколько изменений. Наиболее значимое изменение - включение 13.09.2018 16:36 СТАТКОМ 4 и СТАТКОМ 2 на ПС 220 кВ Могоча. Кроме включения СТАТКОМ производились коммутации, изменяющие схему сети, приведенные ниже в таблице 1.
Таблица 1. Коммутация в электрической сети
№ п/п Дата и время Коммутация
1 12.09.2018 16:32 Включение ВЛ 220 кВ Петровск - Забайкальская - Чита (ВЛ-584)
2 13.09.2018 04:16 Отключение ВЛ 220 кВ Петровск - Забайкальская - Саган-Нур (СПЗ-262)
3 13.09.2018 07:01 Отключение ВЛ 110 кВ Петровск - Забайкальская - Малета (ВЛ-110-52)
4 13.09.2018 11:38 Включение ВЛ 110 кВ Петровск - Забайкальская - Малета (ВЛ-110-52)
5 14.09.2018 02:52 Отключение ВЛ 220 кВ Размахнино - Карымская (ВЛ-208)
6 14.09.2018 10:14 Включение ВЛ 110 кВ Чернышевск - Жирекен (ВЛ-110-69)
Моменты коммутации под номерами, указанными в таблице 1, показаны пунктирными линиями на приводимом ниже графике с результатами измерения коэффициентов несимметрии и несинусоидальности для ПС 220 кВ Могзон (рисунок 4).
Явного влияния, имевшихся за период измерений, изменений схемы сети (включения и отключения ЛЭП) на показатели качества электроэнергии не выявлено. Оценка такого влияния возможна при многократных повторных наблюдениях для исключения влияния переменной, как тяговой так и нетяговой, нагрузки.
Рис. 4. ПС 220 кВ Могзон. Т1 220 кВ
2. Мероприятия для обеспечения допустимых показателей качества электроэнергии. 2.1. Устранение нессиметрии пофазно-управляемыми источниками реактивной мощности. Пофазно-управляемые источники реактивной мощности позволяют снижать уровни несимметрии (рисунок 5).
Рис. 5. Схема ПРИ
Силовые блоки ИРМ, представляющие собой реакторы и батареи статических конденсаторов, могут соединяться по схемам «звезда» (рис. 6) или «треугольник» (рис. 7).
Рис. 7. ИРМ, выполненный по схеме «треугольник»
Для устранения несимметрии возможно применение следующих технических решений:
- установка на ПС 220 кВ Могоча симметрирующих устройств на базе пофазно управляемых ИРМ;
- применение пофазно управляемых ИРМ или активного фильтросимметрирующего устройства повышенной мощности на ПС 220 кВ Сковородино. [2];
- установка пофазно управляемого источника реактивной мощности на ПС 220 кВ Зилово.
- строительство ВЛ 500 кВ от Харанорской ГРЭС до ПС 220 кВ Могоча.
2.2. Снижение гармонических искажений с помощью пассивных фильтров высших гармоник. Фильтры гармоник построены по простейшей схеме с последовательным соединением
конденсаторной батареи и реактора. Фильтры целесообразно располагать на стороне 27,5 кВ на плечах питания тяговой сети подстанции и с каждой стороны межподстанционной зоны. Такая расстановка фильтров «запирает» гармоники на межподстанционной зоне, а достаточно большая ёмкость конденсаторов, требуемая для фильтров третьей гармоники, служит генератором реактивной мощности, потребляемой электровозами.
2.3. Снижение гармонических искажений применением активных фильтров высших гармоник. Активная часть фильтров высших гармоник в виде автономного инвертора позволяет повысить
поглощающие свойства фильтров практически на весь спектр высших гармоник. Принципиальная схема этих фильтров представлена на рисунке 8.
110-220 кВ
Рис. 8. Принципиальная схема фильтров высших гармоник
Заключение:
1. Полное соответствие требованиям ГОСТ 32144-2013 по несимметрии напряжений на шинах 220 кВ тяговых подстанций на участке Забайкальской железной дороги достигается при установке пофазно управляемых ИРМ на ПС 220 кВ Могоча. Сковородино и Зилово.
2. Снижение гармонических искажений до нормативных пределов возможно путём сплошной расстановки пассивных фильтров на всем участке Забайкальской железной дороги. Фильтры должны включаться на стороне 27,5 кВ на оба плеча питания каждой тяговой подстанции.
3. Альтернативный способ снижения гармонических искажений до нормативных пределов состоит в использовании активных фильтров гармоник.
Вывод.
1. Выполненное сравнение гармонических составляющих тока и напряжения 220 кВ и 27.5 кВ и коэффициентов несимметрии по обратной последовательности с уровнем тока нагрузки на вводах 27.5 кВ, при этом выявлено:
- отсутствие значимой зависимости гармонических составляющих тока и напряжения 220 кВ, а также коэффициентов несимметрии от нагрузки;
- гармонические составляющие тока 27.5 кВ для низкочастотной части спектра (n=3-9) изменяются пропорционально изменению тяговой нагрузке при высоком уровне значимости (коэффициент корреляции, как правило, более 80%).
- гармонические составляющие напряжения 27.5 кВ для низкочастотной части спектра (n=3-9) линейно зависят от величины тяговой нагрузки при низком уровне значимости (коэффициент корреляции менее 50%).
2. Заметная корреляция отклонения напряжения на шинах 220 кВ на участке Холбон - Могоча и уровня тяговой нагрузки, рассчитанной по данным графиков исполненного движения поездов, позволяет утверждать, что тяговая нагрузка является основным фактором, вызывающим отклонение напряжения.
3. Явного влияния, имевшихся за период измерений, изменений схемы сети (включения и отключения ЛЭП) на показатели качества не выявлено. Оценка такого влияния возможна при многократных повторных наблюдениях для исключения влияния переменной, как тяговой, так и нетяговой, нагрузки.
Список литературы / References
1. Схема и программа развития электроэнергетики Забайкальского края на 2020-2024 гг,
утверждённая распоряжением Губернатора Забайкальского края от 30.04.2019 № 187-р.
2. Мустафа Г.М., Гусев С.И., Ершов А.М. и др. Расчёт мощности активного
фильтросимметрирующего устройства для нормализации напряжения на шинах ПС 220 кВ
Сковородино // Электрические станции. № 3, 2015. С. 46-53.
