Москва внедряет уникальные технологии в электроэнергетике

Высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство поможет бороться с ростом уровня токов короткого замыкания

20 декабря 2019 года на электроподстанции «Мневники» запустили в работу новое уникальное оборудование, созданное на базе одного из столичных технопарков.

«Уникальная технология, аналогов которой нет ни в России, ни за рубежом. Это сверхпроводниковое устройство, которое улучшает качество и надежность обеспечения электроэнергией», – отметил Сергей Собянин при осмотре подстанции.

Внедрение высокотемпературного сверхпроводникового токоограничивающего устройства (ВТСП ТОУ) началось в 2016 году. Система поможет бороться с ростом уровня токов короткого замыкания.

Сергей Собянин поздравил работников с Днем энергетика, который будет отмечаться 22 декабря, и вручил отличившимся сотрудникам благодарности мэра Москвы.

Токи короткого замыкания – проблема энергосистемы

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, который может привести к повреждению оборудования и отключению потребителей от сети. Сейчас в московской энергосистеме в сети 220 киловольт (кВ) токи короткого замыкания достигают 60 килоампер (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 килоампер, 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.

Как работает секционирование

Секционирование – это разделение энергосистемы на части и создание точек физического разрыва сети. Но у этого метода есть минусы: уменьшается надежность и управляемость энергосистемы, линии электропередачи и подстанции становятся менее эффективными.

Токоограничивающие устройства включаются в сеть последовательно, и их сопротивление при рабочем токе крайне мало. Но при коротком замыкании сопротивление растет по экспоненте – пропорционально росту силы тока. В итоге ТОУ ликвидируют короткое замыкание и дают выключателям срабатывать в обычном режиме.

Стоит отметить, что обычные токоограничивающие устройства приводят к перетоку мощности в сети – она переходит от одной точки к другой. Кроме того, ТОУ негативно влияют на переходные процессы в сети. В будущем при развитии сети 220 кВ их использование будет малоэффективным.

ВТСП ТОУ – решение проблемы

Установленное на подстанции «Мневники» высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство уменьшает величину тока короткого замыкания в пять – десять 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».

Высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство – это сверхпроводниковая лента, способная сохранять свои свойства при температуре переохлажденного жидкого азота (минус 201 градус). Такую температуру поддерживает система криогенного охлаждения, состоящая из трех охладителей. Для этого используется газообразный неон (минус 205 градусов), который подается по теплообменнику. Даже при работе одного охладителя из трех система будет исправной.

При коротком замыкании ВТСП ТОУ переходит в режим токоограничения за 0,003 секунды. Сопротивление резко возрастает, что приводит к снижению уровня тока короткого замыкания. После того как проблема решена, в течение 30 секунд сопротивление устройства падает до нуля, и оно возвращается в режим сверхпроводника.

«Все работает в автоматическом режиме. В центре управления сетями у диспетчера есть вся информация о том, что происходит с этим устройством и как оно обеспечивает защиту от токов короткого замыкания», – рассказал председатель совета директоров компании Андрей Вавилов.

Высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство – инновационная разработка. Для ее внедрения была выбрана типовая московская подстанция. Общая трансформаторная мощность электроподстанции «Мневники» составляет 300 мегавольт-ампер (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 кВ до 20 кВ.

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».

«Когда мы изучали эту технологию у вас в технопарке, это выглядело как фантастика, – сказал он. – Я думаю, это не последняя подстанция, которая переводится на эту технологию. Посмотрим, как она будет работать в реальной жизни».

Объединенная энергетическая компания

Подстанция «Мневники» обслуживается Объединенной энергетической компанией (АО «ОЭК», генеральный директор – Евгений Прохоров) – одной из крупнейших московских энергосетевых организаций. На ее балансе находится 28 высоковольтных подстанций, установленная мощность которых составляет 8630 МВА. Кроме того, ОЭК обслуживает 3275 подстанций распределительной сети мощностью 5522 МВА. Протяженность линий электропередачи компании составляет 43 тыс. км.

По итогам третьего квартала этого года резерв мощности объектов АО «ОЭК» составляет 2340 МВА. В будущем он возрастет до 2665 МВА. Это станет возможным в том числе благодаря реконструкции подстанции «Битца» и строительству подстанции «Саларьево».

Объекты Объединенной энергетической компании оборудованы комплектными распределительными устройствами с элегазовой изоляцией. Они занимают в три – пять 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.

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 двух тысяч объектов архитектурно-художественной подсветки (примерно 250 тыс. светильников).

С 2016 года сотрудники предприятия устанавливают и подключают праздничное освещение ко Дню города, Новому году, Рождеству. Они же обслуживают фестивали цикла «Московские сезоны».

Проекты Объединенной энергетической компании

АО «Объединенная энергетическая компания» создает в столице разветвленную электрическую сеть напряжением 20 кВ. В отличие от сетей в 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 киловольт. На два ближайших года запланировано строительство еще 58 подстанций и 298 км линий. Объединенная энергетическая компания реализует инновационные проекты, среди которых:

система мониторинга и диагностики кабельных линий 110–220 кВ. Она непрерывно в автоматическом режиме регистрирует изменения теплового состояния, контролирует токи и развитие частичных разрядов. Система фиксирует работы в охранной зоне кабельной линии, раскопки, бурение грунта, а также контролирует кабельные сооружения, предотвращая незаконные проникновения;

технология электронной маркировки кабельных линий 110–220 кВ. Она позволяет упростить поиск и идентификацию маркеров, заложенных в траншею с кабельной линией. Для этого используются специальные приборы – трассомаркероискатели. Такой метод повышает безопасность кабельных линий, а также сокращает издержки на проведение работ в охранных зонах кабельных линий. Благодаря электронной маркировке более точно определяется местоположение кабельных линий – отклонение составляет менее 20 см. Система ищет кабельные линии без отключения на время трассировки;

применение оптических измерительных трансформаторов тока. Они используются для определения места повреждения и позволяют повторно включить линию электропередачи 220 кВ за пять секунд (если повреждение было неустойчивым), а также исключают возможность включения кабельного участка на короткое замыкание. Сейчас 13 таких трансформаторов установлены на подстанции «Герцево», еще четыре планируется установить на подстанции «Нововнуково» и одно устройство на подстанции «Яшино». Кроме того, предполагается оборудовать измерительными трансформаторами проектируемую подстанцию «Саларьево».