Макаровский С. Н., Хвощинская 3. Г.
Наметевшееся оживление промышленного производства в стране и ожидаемый в этой связи рост электрических нагрузок требует неотложных мер по замене в ЕЭС России физически изношенного оборудования. Благодаря этому в ближайшей перспективе складываются благоприятные условия для внедрения в электроэнергетику наиболее прогрессивных образцов сетевого и генерирующего оборудования с качественно новыми техническими характеристиками. Сюда, в частности, относятся асинхронизированные турбогенераторы [1,2], которые благодаря своим техническим возможностям допускают многоцелевое применение. Они могут использоваться не только для получения электроэнергии, но способны одновременно выполнять роль управляемых источников реактивной мощности (ИРМ) с большим регулировочным диапазоном, особенно в сторону ее потребления.
Поскольку асинхронизированный турбогенератор (АСТГ) несколько дороже синхронного турбогенератора (СТГ) такой же мощности [3], при принятии решения о его применении на реконструируемых, расширяемых и вновь строящихся тепловых электростанциях существенно возрастает роль экономического фактора.
Принципиальное отличие АСТГ от СТГ состоит в размещении на его роторе двух обмоток возбуждения, сдвинутых относительно друг друга на определенный угол. Два идентичных тиристорных возбудителя, управляемых микропроцессорным устройством, позволяют реализовать асинхронизированный принцип управления возбуждением, когда регулирование электромагнитного момента и напряжения осуществляется независимо одно от другого. При этом имеется возможность управления не только величиной, но и фазой форсировки возбуждения независимо от угла поворота ротора машины.
Благодаря таким возможностям при включении АСТГ на общие шины с СТГ из-за неодинакового изменения углов внутренних ЭДС этих машин в случае аварийных возмущений во внешней электрической сети между ними возникает уравнительный переток мощности, оказывающий тормозящее действие на СТГ в первом периоде качаний роторов генераторов, повышая тем самым устойчивость СТГ.
В случае нарушения устойчивости генераторов электростанции и возникновения асинхронного режима присутствие АСТГ обеспечивает поддержание более высокого напряжения на шинах энергообъекта.
Таким образом, асинхронизированный принцип управления возбуждением АСТГ способствует повышению динамической устойчивости электростанции и энергосистемы в целом и снижению вероятности нарушения нормальной работы местных потребителей электроэнергии, получающих питание от шин электростанции, или уменьшает масштаб таких нарушений. В результате появляется возможность уменьшить объемы отключений нагрузки и генераторов противоаварийной автоматикой (ПА) предотвращения нарушения синхронного режима энергосистемы, снизив тем самым ущерб от недоотпуска электроэнергии и повторных пусков энергоблоков, отключенных ПА.
В установившихся режимах асинхронизированный принцип управления возбуждением снимает ограничения по статической устойчивости генератора.
В конструкции статора АСТГ реализованы специальные меры, исключающие перегрев и вибрацию торцевых зон в режиме длительной работы машины с большим потреблением реактивной мощности при полной номинальной нагрузке по активной мощности. Симметричный в электрическом и магнитном отношении ротор позволяет АСТГ неограниченно долго работать в асинхронном режиме с замкнутыми накоротко обмотками возбуждения.
Таким образом, в нормальных режимах работы энергосистемы АСТГ может выполнять роль неуправляемого средства компенсации реактивной мощности или управляемого ИРМ с большим регулировочным диапазоном. При этом в зоне своего влияния АСТГ может обеспечивать необходимую по условиям устойчивости и надежности работы загрузку СТГ реактивной мощностью и нормализацию напряжения на сетевом оборудовании с уменьшением числа коммутаций шунтирующих реакторов (ШР) и батарей статических конденсаторов (БСК).
В случаях, когда к шинам электростанции примыкают межсистемные или сильно загруженные линии электропередачи, АСТГ может обеспечить повышение пропускной способности этих линий.
Эффект от использования АСТГ в качестве управляемого ИРМ в общем случае может выражаться в уменьшении затрат на внеплановые ремонты сетевого, генерирующего оборудования и коммутирующих аппаратов ШР и БСК, в снижении ущерба от недоотпуска электроэнергии, в экономии издержек в дефицитных энергорайонах за счет передачи туда более дешевой электроэнергии из избыточных энергорайонов либо в отказе от ввода дополнительных генерирующих мощностей или строительства линий электропередачи.
Тот же эффект мог бы быть получен и при подключении к шинам электростанции коммутируемых или управляемых шунтирующих реакторов (КШР или УШР). Поэтому при оценке эффективности АСТГ он может рассматриваться в качестве альтернативы СТГ такой же мощности в комплексе с КШР или УШР.
По данным заводов-изготовителей УШР примерно в 1,5 раза должен быть дороже КШР, вследствие чего во всех случаях, кроме увеличения пропускной способности линий электропередачи, его экономическая эффективность будет ниже эффективности КШР. Поэтому далее в качестве альтернативных вариантов оборудования рассматриваются АСТГ и комплексы СТГ-КШР. Так как в каждом альтернативном варианте номинальные мощности АСТГ и СТГ принимаются одинаковыми, то фактически сравнивается эффективность дополнительных затрат в АСТГ с эффективностью затрат в дополнительный КШР, подключенный к шинам электростанции.
Ограниченный коммутационный ресурс выключателей ШР не позволяет переключать их в суточных циклах, что может свести на нет возможность увеличения пропускной способности линий электропередачи путем коммутации ШР. С учетом этого, в последующих рассуждениях эффект от повышения пропускной способности линий электропередачи так же, как и эффект от уменьшения дозировок управляющих воздействий ПА, связывается исключительно со свойствами АСТГ и не относится к комплексу СТГ-УШР. Количественная оценка этих двух составляющих эффекта от применения АСТГ представляет самостоятельную нетривиальную задачу, выходящую за рамки настоящего рассмотрения. Далее они учитываются обобщенно суммарным результатом Rа.
