День энергетика в городе отметили запуском установки на основе высокотемпературной сверхпроводимости
В канун дня День энергетика, отмечаемого в этом году 22 декабря, на электроподстанции 200 кВ «Мневники» Мэр Москвы запустил уникальное высокотехнологичное оборудование, которое стало символом модернизации столичной энергетики. В этот день было ведено в эксплуатацию высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство, которое помогает бороться с ростом уровня токов короткого замыкания.
Токи короткого замыкания
Ввод новых мощностей, строительство сетей и подстанций позволяют удовлетворять растущие потребности жителей Москвы и столичного бизнеса. Однако есть и обратная сторона – рост уровня токов короткого замыкания может привести к повреждению оборудования и отключению потребителей от сети. Сейчас в московской энергосистеме в сети 220 кВ токи короткого замыкания достигают 60 кА, а в будущем могут увеличиться до 100 кА.
Чтобы быстро отключить оборудование при коротком замыкании, используют выключатели. Но подобное оборудование, которое срабатывает при токах более 60 кА, не выпускается серийно ни в нашей стране, ни за рубежом. Поэтому в сложных энергосистемах применяют секционные и токоограничивающие устройства – они снижают уровень токов короткого замыкания.
Установленное на подстанции «Мневники» высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство уменьшает величину тока короткого замыкания в 5 – 10 раз.
Это значит, что снижаются требования к динамической стойкости оборудования в аварийных режимах, и энергосеть может использовать обычные выключатели. Разработкой и установкой уникального оборудования занималась научно-производственная компания «СуперОкс».
Как все устроено
Основа нового устройства – сверхпроводниковая лента. Свои свойства она сохраняет только при низких температурах. Сверхпроводниковые модули расположены внутри криостата. Они погружены в жидкий азот при температуре –200 0С. Температуру поддерживает специальная система криогенного охлаждения, состоящая из трех охладителей. Для этого используется газообразный неон с температурой –205 0С, который подается по теплообменнику.
При коротком замыкании высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство переходит в режим токоограничения за 0,003 сек. Сопротивление резко возрастает, что приводит к снижению уровня тока короткого замыкания. После того как проблема решена, в течение 30 сек. сопротивление устройства падает до нуля, и оно возвращается в режим сверхпроводника.
Секционирование – это разделение энергосистемы на части с формированием точек физического разрыва сети. Однако при всей эффективности этого метода увеличение количества точек разрыва уменьшает надежность и управляемость энергосистемы, а также снижает эффективность использования существующих электросетевых активов.
Токоограничивающие устройства включаются последовательно в цепь. При рабочем токе сопротивление такого устройства крайне мало, но в случае короткого замыкания оно возрастает по экспоненте. Тем самым токоограничивающие устройства ликвидируют короткое замыкание либо позволяют выключателям срабатывать в штатном режиме.
Устроить токоограничение
Стоит отметить, что традиционные токоограничивающие устройства – токоограничивающие реакторы и вставки постоянного тока – приводят к перетоку мощности в сети — она переходит от одной точки к другой. Кроме того, использовавшиеся до сих пор ограничители тока провоцируют возникновение в сети переходных процессов. В перспективе при переходе от используемых сегодня сетей 6 кВ и 20 кВ к более перспективным сетям 220 кВ их использование будет малоэффективным.
Всех этих недостатков лишены высокотемпературные сверхпроводящие токоограничиваюшие устройства, они срабатывают в 100 раз быстрее силового выключателя, самовосстанавливаются после устранения замыкания, незаметно работают в сети в номинальном режиме, снижают всплески, вызванные переходными процессами, не внося при этом в сеть высокочастотных помех.
Токоограничивающее устройство работает в автоматическом режиме. Диспетчер центра управления сетями обладает всей полнотой информации о работе устройства и состоянии сети в случае опасности возникновения короткого замыкания.
Сергей Собянин не исключил, что такое оборудование может быть использовано Москвой и в дальнейшем. Планируется, что в будущем еще восемь высокотемпературных сверхпроводниковых токоограничивающих устройств будут установлены на подстанциях «Горьковская», «Мещанская», «Магистральная» и «Красносельская».
Пилотное внедрение
Для пилотного внедрения инновационной разработки компании «СуперОкс» была выбрана типовая московская подстанция АО «Объединенная энергетическая компания» (АО «ОЭК»). Общая трансформаторная мощность электроподстанции «Мневники» составляет 300 МВА. Она была введена в эксплуатацию в 2012 году и обеспечивает электроэнергией Западный административный округ столицы. Среди потребителей подстанции – тяговая подстанция «Москва-Киевская», четыре станции метро, деловой центр «Москва-Сити», в том числе башни «Око», «Восток» и «Запад», а также жилые дома общей площадью 120 тыс. кв. м.
На подстанции установлены три силовых трансформатора по 100 МВА каждый. Они распределяют мощность с понижением напряжения с 220 до 20 кВ.
Помимо подстанции «Мневники» на балансе АО «ОЭК» находятся 28 высоковольтных подстанций, установленная мощность которых составляет 8630 МВА. Кроме того, энергетическая компания обслуживает 3275 подстанций распределительной сети мощностью 5522 МВА. Протяженность линий электропередачи компании составляет 43 тыс. км.
Объекты Объединенной энергетической компании оборудованы комплектными распределительными устройствами с электрогазовой изоляцией. Они занимают в 3 — 5 раз меньшую площадь, если сравнивать с обычными энергообъектами с открытыми распределительными устройствами.
Такие подстанции защищены от климатических воздействий, они имеют повышенную противопожарную безопасность, экологичны и бесшумны.
Главные направления
Главное направление работы Объединенной энергетической компании сегодня – системы наружного освещения города.
С 2015 года АО «ОЭК» эксплуатирует около 466 тыс. опор освещения, на которых установлено более 600 тыс. светильников.
Кроме того, компания обслуживает свыше 5 тыс. пунктов питания наружного освещения и около 2 тыс. объектов архитектурно-художественной подсветки (примерно 250 тыс. светильников).
С 2016 года сотрудники предприятия устанавливают и подключают праздничное освещение ко Дню города, Новому году, Рождеству, обслуживают фестивали из цикла «Московские сезоны». АО «Объединенная энергетическая компания» создает в столице разветвленную электрическую сеть напряжением 20 кВ.
В отличие от сетей 10 и 6 кВ она может передавать электроэнергию на большие расстояния с меньшими потерями. С 2017 года компания построила 27 подстанций и проложила 794 км кабельных линий напряжением 20 кВ. На два ближайших года запланировано строительство еще 58 подстанций и 298 км линий.
В ходе визита Мэра на подстанцию «Мневники» были продемонстрированы успехи, достигнутые городскими службами и энергетическими компаниями в ходе цифровизации процессов управления электрическими сетями. С 2011 по 2018 год в Москве была создана скоростная технологическая сеть передачи данных, для чего было проложено 2115 км оптико-волоконных линий связи. Помимо этого были созданы автоматизированные системы управления и телемеханики на 25 высоковольтных подстанциях и установлены цифровые контроллеры телемеханики на 309 распределительных и трансформаторных подстанциях. Также была запущена система централизованного мониторинга систем диспетчерского и технологического управления, противопожарной защиты и инженерных систем и создана автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии с расширенными функциями умной сети.
Текст: Дмитрий Ильин
Назад в раздел
