Новый год стартовал как-то бурно, да и статьи стали посложнее, так что паузы между ними увеличились, прошу прощения.
Будет много схем)
Ранее я описал ОРУ 330 кВ как относительно малоуязвимый и хорошо ремонтируемый/замещаемый элемент украинской энергосистемы. Казалось, бы, можно просто отмасштабировать это на сеть 750 кВ:
1) уязвимость понизится. Само-то оборудование 750 кВ будет поболее, чем 330 кВ, грубо говоря, пропорционально отношению напряжений. Но этому же отношению пропорционально вырастет и расстояние между элементами, а сила поражающих факторов падает пропорционально кубу расстояния. Т.е. попасть в одну единицу оборудования проще, а вот зацепить другую – куда сложнее;
2) ремонтопригодность/возможность замены понизится. Банально ОРУ 750 кВ до СВО было всего 14, сейчас осталось 8-9. Конечно, ненужное демонтировали плюс поляки подкинули, но оборудования кратно меньше, чем 330 кВ и оно сильно дороже.
В общем, вроде как можно жить. А на самом деле, на ОРУ 750 кВ в обязательном порядке наличествует весьма важный элемент, по своей уязвимости схожий с силовыми трансформаторами – шунтирующий реактор.
Откуда он взялся и почему его нет (точнее - куда меньше) в сетях 330 кВ? Дело в зарядной мощности ВЛ. Любая линия переменного тока обладает электрической ёмкостью (как между фазами самой линии, так и по отношению к земле), которая при подаче напряжения начинает вырабатывать реактивную мощность, называемую зарядной. Величина этой мощности пропорциональная квадрату напряжения линии, поэтому даже при равной ёмкости зарядная мощность ВЛ 750 кВ примерно в пять раз больше чем у ВЛ 330 кВ. Учитывая, что ВЛ 750 кВ ещё и длиннее (в разы) ВЛ 330 кВ, то ситуация становится совсем плачевной.
Именно с зарядной мощностью и борются шунтирующие реакторы, буквально утилизирующие её в землю. Фактически это огромная катушка индуктивности.
Зачем борются, может и пёс с нею? Нет – сама она просто так никуда не денется, и будет, во-первых, понижать полезную пропускную способность линии, которая зависит от силы тока, которую выдерживает конкретный провод/кабель. Сила же тока определяется полной мощностью, протекающей по ВЛ, а эта мощность, в свою очередь складывается из активной (полезной, той самой в ваттах) и реактивной. Соответственно, чем больше реактивной мощности протекает по линии – тем меньше остаётся на полезную.
Ещё больше от этой напасти страдают высоковольтные кабельные линии – за счёт куда больших емкостей зарядная мощность КЛ (пропорциональная длине) достаточно быстро забивает всю пропускную способность кабеля, т.е. фактически она жёстко ограничивает длину кабельных линий переменного тока сверхвысокого напряжения. Поэтому протяжённые морские кабели – все постоянного тока, где зарядная мощность просто отсутствует. Для сухопутных КЛ ситуация получше – теоретически можно втыкать через определённые промежутки шунтирующие реакторы, но по деньгам такая линия будет проигрывать ВЛ ещё сильнее, чем обычные короткие КЛ.
По сему – желание украинцев убрать всё под землю, включая ВЛ 330 и 750 кВ, можно только категорически приветствовать, электроэнергия при этом станет реально золотой, от чего экономика незалежной просто расцветёт…
Во-вторых, она будет понижать полезную пропускную способность не только линии, но и автотрансформаторов и даже сети 330 кВ. Т.е. зарядная мощность без соответствующей компенсации (ШР) будет растекаться по всей доступной сети, ухудшая её характеристики.
Надо отметить, что ШР нужен далеко не всегда – в режиме, когда по ВЛ перетекает значительная мощность, возникают и сопутствующие потери на индуктивном сопротивлении ВЛ, т.е. генерируемая линией зарядная мощность начинает ею же и потребляться. Существует понятие натуральной мощности ВЛ – это такое значение мощности, при которой зарядная мощность и потери реактивной мощности в ВЛ взаимно компенсируются, и через ВЛ протекает только полезная мощность. Для ВЛ 750 кВ натуральная мощность составляет более 2 ГВт – больше реальной пропускной способности, т.е. фактически такой баланс не достигается.
В предыдущей части я отмечал, что после погрома генерации в ходе кампании 2024 года (точнее её разделить на две отдельные – весенне-летнюю (март – июнь) и осенне-зимнюю (ноябрь – декабрь), плюс отдельный удар 26.08.2024) с серьёзными перетоками в украинской энергосистеме беда: для них банально нет избыточных мощностей, электростанции обслуживают в основном ближайших потребителей. То есть в энергосистеме должно быть ощутимое количество ненагруженных ВЛ, выступающих в качестве генераторов реактивной мощности.
На напряжении 110-330 кВ это ещё терпимо, а вот на 750 кВ это будет создавать проблемы, поэтому их желательно (а иногда и необходимо) отключать. Но тут есть нюанс. Выключить-то несложно, а вот включить…
Для ВЛ 750 кВ имеется режим, в котором ШР крайне важен – режим одностороннего включения ВЛ.
Зарядная мощность, стекающая с линии (возрастающая красная линия на графике) будет повышать напряжение на отключенном конце ВЛ (зелёная кривая), т.е. U2<U1. В разумных пределах это не конечно не очень страшно, вплоть до некоторого напряжения, называемого наибольшим рабочим, на которое и рассчитывается оборудование ОРУ. Для номинального напряжения 750 кВ, наибольшее рабочее составляет 787 кВ (105% от номинального). Соответственно, при большем напряжении оборудование (а конкретно – выключатель) имеет полное моральное право красиво сломаться.
Хорошо, когда у вас в качестве энергообъекта 2 выступает энергообъект с возможностью как-то регулировать напряжение: уменьшением его непосредственно на выходах с генератора (АЭС), работой РПН (регулировка под напряжением) трансформатора или автотрансформатора (на генераторных трансформаторах РПН, как правило нет, зато он есть на автотрансформаторе связи). А если нет, если вам нужно включить линию, которая находится от АЭС через ПС 750 кВ, на которой ШР отсутствуют?
Таких линий на Украине потенциально две, с учётом трансграничных – три: Западноукраинская – Саболчбака (Венгрия), Западноукраинская – Винница-750 и Винница-750 – Киевская. Ещё две ВЛ, ЧАЭС – Киевская и ЗАЭС – Днепровская (ПМСМ, Днепровская – Запорожье-750 вообще уже не работает на напряжении 750 кВ) в эту категорию попадают достаточно условно, потому что на ОРУ АЭС имеются и ШР, и автотрансформаторы 750/330 кВ, т.е. имеется возможность включать линию с их стороны).
Картина будет выглядеть вот так:
В случае если на ПС работает хотя бы автотрансформаторная группа (типа нормальный (н) режим), то ситуация ещё более-менее – через автотрансформатор будет утекать и реактивная мощность с линий (рыжая стрелка), и активная (зелёные стрелки), идущая от АЭС (её переток нужен, чтобы задействовать потери реактивной мощности на участке 2-3 и снизить напряжение U2н (что не факт, что получится). Если же автотрансформатор не работает (аварийный (а) режим, фиолетово-рыжий крест), то напряжение на участке 1б-2 улетает ввысь и включить линию уже точно не получается.
Ну и теперь самое время вспомнить про удар аж 26.08.2024. После него на ПС 750 кВ Западноукраинская и Винница-750 появились следы пожаров на ОРУ 750 кВ, которые вполне могли стать следствием ударов именно по ШР (но не только, возле силовых автотрансформаторов тоже такие следы имеются).
С учётом того, что реакторы хоть и многочисленнее тех же автотрансформаторов 750 кВ, но тоже отнюдь на дороге не валяются, можно предположить, что с их наличным составом имеются некоторые проблемы, т.е. может банально не хватать на всех. Понятное дело, что имелись резервы – ПС Жешув (Польша), ПС Североукраинская, ПС Донбасская (если успели), ПС Запорожье-750 кВ (предположительно). С другой стороны – были поставки ШР от США позапрошлым летом (хотя это вполне могли быть польские), что говорит о том, что уже тогда имелась недостача, и сейчас вряд ли сильно полегчало, учитывая тот же августовский удар.
В случае недостачи возникает проблема расстановки приоритетов и внимательный подход показывает весьма любопытный результат:
1) на АЭС (где ШР в некоторых режимах может заменить турбогенератор), включая ЧАЭС (тут и турбогенератора нет), сидит МАГАТЭ и попытку свинтить столь ценное оборудование явно не оценит;
Можно вспомнить, что на ЗАЭС 4 группы ШР, но они Киеву, естественно, не светят.
2) от работы ПС Киевская зависит энергоснабжение Киева, как прямое (от самой ПС), так и резервное (от ЧАЭС);
3) ПС Днепровская снабжает от ЮУАЭС весь восток Украины (да и то же МАГАТЭ не оценит проблемы с электроснабжением ЗАЭС);
4) ПС Западноукраинская позволяет регулировать работу обеих западноукраинских АЭС и вообще сидит на самой мощной (полякам пламенный привет) трансграничной ВЛ;
5) а вот ПС Винница-750 в результате недостатка генерации (скажем так – отсутствие избытка), скорее всего, лишилась своих связующих функций и, возможно, ОРУ 750 кВ на ней вообще не работает.
В результате имеем вот такую схему сети 750 кВ:
Возвращаясь к теме предыдущей статьи – это, пожалуй, единственное, что можно трактовать как «энергоострова», но учитывая функционирующую сеть 330 кВ – именно «квазиэнергоострова».
Итак, какой можно сделать вывод? Сеть 750 кВ, конечно, прекрасна по величине и дальности передачи электроэнергии, но очень дорога и сильно уязвима за счёт наличия большого числа на ОРУ 750 кВ шунтирующих реакторов, необходимых для её нормального функционирования. Фактически, работа украинской сети 750 кВ в каком-либо виде возможна только пока МО РФ придерживается требований международного гуманитарного права, а не ведёт войну, как «нормальные» страны.
Список частей (предполагаемый):
1) Внешние связи украинской энергосистемы;
2) Бурштынская ТЭС – пример устойчивости крупного энергообъекта;
3) ПС 400 кВ Мукачево – можно. Но не нужно;
4) Электроснабжение собственных нужд АЭС;
5) Подключение украинских АЭС к энергосистеме;
6) ЗАЭС – пример, который не пример;
7) ЧАЭС – АЭС, которая уже не АЭС;
8) Молдавская ГРЭС, взаимно блокированная позиция;
9) О делении украинской энергосистемы Восток - Запад;
10) ОРУ 330 кВ – основной элемент украинской энергосистемы;
11) «Энергоострова» Украины: прошлое и настоящее;
12) ОРУ 750 кВ – уязвимый скелет украинской энергосистемы;
13) Обход Молдавской ГРЭС со стороны Украины;
14) Превентивные отключения – смысл?
Возможно, будет что-то ещё, можно даже предлагать)
Подбросить автору денех через Бусти, или более традиционно (2202 2069 3287 7165, Сбер, Алексей).