Введение
электроснабжение потребитель энергорайон
Энергосистема Республики Саха (Якутия) состоит из трех не связанных между собой энергорайонов - Южно-Якутского, Центрального и Западного, а также зоны децентрализованного энергоснабжения - Северного энергорайона.
В энергосистеме республики представлены все виды генерации: гидрогенерация (Вилюйская ГЭС 1 и 2, Светлинская ГЭС), газовая генерация (Якутская ГРЭС, Якутская ТЭЦ), генерация на угле (Нерюнгринская ГРЭС, Чульманская ТЭЦ). Кроме того, по причине огромных малонаселенных территорий обслуживания, сильное развитие получила «малая» энергетика, представленная дизельными электростанциями.
Республика Саха (Якутия) является одним из самых богатых субъектов РФ по минерально-сырьевым ресурсам, на ее территории находятся месторождения алмазов, золота, каменного и бурого угля, железной руды, природного газа, олова, вольфрама, полиметаллических руд, сурьмы, пьезокварца, слюды, ртути, апатитов. Помимо этого есть каменная и поваренная соль, известняки, слюды, перспективны поиски месторождений нефти. В республике сосредоточены 22% гидроресурсов России. В связи с этим в период с 2012 года, будет производиться массовое освоение природных богатств Якутии, для осуществления этого в трех энергорайонах будут вводиться новые потребители, для их энергоснабжения будут производиться работы по строительству новых линий электропередач и модернизация (реконструкция старых).
Южный энергорайон (ЮЯЭР) обеспечивает электроэнергией Южно-Якутский территориально-промышленный комплекс, Нерюнгринский и Алданский промышленные и сельскохозяйственные узлы. ЮЯЭР имеет связь с ОЭС Востока посредством ВЛ 220 кВ Тында - НГРЭС.
Центральный энергорайон (ЦЭР) объединяет центральный промышленный узел и группу центральных улусов, в том числе заречных, связанных с левобережьем уникальным переходом через реку Лена - линия электропередачи в габаритах 220 кВ. Энергоснабжение района осуществляется от Якутской ГРЭС, которая выработала свой ресурс, в связи с этим наблюдаются неполадки в работе оборудования. Покрытие максимума нагрузки происходит, кроме основной электростанции, за счет работы множества ДЭС, обслуживание которых стоит огромных затрат. Западный энергорайон (ЗЭР) объединяет Айхало-Удачнинский, Мирнинский, Ленский промышленные узлы и группу Вилюйских сельскохозяйственных улусов, а также связь с Олекминским районом. На территории Западного энергорайона намечается строительство новых крупных электросетевых объектов, например нефтепровод Восточная Сибирь - Тихий Океан. В связи с этим ведется строительство линий 220 кВ, в направлении ОЭС Востока, для обеспечения надежного электроснабжения новых потребителей.
Целью дипломного проекта является оценка возможности параллельной работы энергорайонов Республики Саха (Якутия) с ОЭС Востока. Связь с Центральным энергорайоном предполагается осуществить со строительством линий 220 кВ Нижний Куранах - Томмот - Майя. Связь с Западным энергорайоном осуществиться со строительством линии 220 кВ Нижний Куранах - НПС15 - Олекминск. Такая связь необходима для повышения надежности электроснабжения потребителей и передачи электроэнергии в дефицитные области.
Расчётные сроки, принятые в проекте:
отчётный год - 2011 г.;
расчётный - 2015 г.;
перспективный - 2016 г. (наиболее энергодефицитный год).
В проекте выполнены расчеты электрических
режимов на расчетный и перспективный сроки в ПК RastrWin.
Расчет динамической устойчивости выполнен в ПК ДАКАР.
1. Анализ современного состояния якутской энергосистемы
.1 Краткая характеристика районов
электроснабжение потребитель энергорайон
Республика Саха (Якутия) расположена в северо-восточной части Евразийского материка и является самым большим регионом Российской Федерации. Общая площадь континентальной и островной территории Якутии составляет 3,1 млн. кв. км. Свыше 40% территории республики находится за Полярным кругом. Протяженность Якутии в широтном направлении - 2500 км, в меридиональном - 2000 км. Расстояние от Якутска до Москвы - 8468 км, до Хабаровска - 1590 км. Республика Саха (Якутия) вместе с Приморским, Хабаровским и Камчатским краями, Амурской, Магаданской, Сахалинской областями, Еврейской автономной областью и Чукотским автономным округом входит в состав Дальневосточного федерального округа. До настоящего времени Якутия является одним из самых изолированных и труднодоступных регионов мира в транспортном отношении: 90% территории не имеет круглогодичного транспортного сообщения. В среднем на территории Якутии продолжительность отопительного сезона составляет 8-9 месяцев в году, в то же время в арктической зоне - она круглогодична. По данным Всероссийской переписи 2002 г. общая численность населения Республики Саха (Якутия) составила 949 тыс. человек. Удельный вес городского населения - 64,2%, сельского - 35,8%.
На территории Республики работают следующие крупные компании: ОАО АК «Якутскэнерго»; ОАО «Дальневосточная генерирующая компания», филиал Нерюнгринская ГРЭС; ОАО «Дальневосточная распределительная компания», филиал «Южно-Якутские электрические сети»; ОАО «Федеральная сетевая компания»; ОАО «Вилюйская ГЭС-3». Энергосистема Республики Саха (Якутия) состоит из трех не связанных между собой энергорайонов - Южно-Якутского, Центрального и Западного, а также зоны децентрализованного энергоснабжения - Северного энергорайона и в настоящее время является энергоизбыточной.
Южно-Якутский энергорайон (ЮЯЭР) включает в себя Южно-Якутский территориально-промышленный комплекс, Нерюнгринский и Алданский промышленные и сельскохо-зяйственные узлы. На территории энергорайона расположены три города: Нерюнгри (население 62,3 тыс. человек), Алдан (население 23,4 тыс. человек) и Томмот (население 8,6 тыс. человек). Основным источником электроснабжения потребителей Южно-Якутского энергорайона является Нерюнгринская ГРЭС мощностью 570 МВт, обеспечивающая электроэнергией Южно-Якутский территориально-промышленный комплекс, Нерюнгринский и Алданский промышленные и сельскохозяйственные узлы. Нерюнгринская ГРЭС связана двумя цепями ВЛ 220 кВ с ПС Тында Амурской энергосистемы и передает избытки электроэнергии в Амурскую энергосистему. Дополнительными источниками электроснабжения потребителей, является Чульманская ТЭЦ мощностью 48 МВт, демонтируемая в 2015 году. Электроснабжение потребителей Нерюнгринского промышленного узла осуществляется от шин 110 кВ Нерюнгринской ГРЭС по одно- и двухцепным ВЛ 110 кВ.
Электроснабжение потребителей Алданского промышленного узла осуществляется по двум одноцепным ВЛ 220 кВ Нерюнгринская ГРЭС - Нижний Куранах и одноцепной ВЛ 110 кВ М. Нимныр - Б. Нимныр - Юхта - Лебединый - Н-Куранах. Электрические сети 6, 10, 35, 110 кВ ЮЯЭР (за исключением ведомственных подстанций) находятся на балансе филиала «Южно-Якутские электрические сети» ОАО «Дальневосточная распределительная сетевая компания», деятельность которого заключается в передаче и распределении электрической энергии, обслуживании и ремонте электрических сетей.
Основным промышленным потребителем Южного энергорайона является топливная промышленность, в частности, угольная, доля которой в 2010 году составила 20,07% от суммарного электропотребления ЮЯЭР. Схема электрических сетей ЮЯЭР приведена на рисунке Д 140205.021.001
Центральный энергорайон (ЦЭР) объединяет центральный промышленный узел и группу центральных улусов, в том числе заречных, связанных с левобережьем уникальным переходом через реку Лена - линия электропередачи в габаритах 220 кВ. Основным источником электроснабжения потребителей Центральногоого энергорайона является Якутская ГРЭС мощностью 320 МВт. Дополнительным источником электроэнергии являются Якутская ТЭЦ мощность 12 МВт и ДЭС, общей мощностью 91 МВт. Основная электрическая сеть ЦЭР Якутской ЭС сформирована на напряжении 35-110 кВ и имеет кольцевую структуру. Сети 110 кВ образуют кольцо из двух цепей в районе г. Якутска: Якутская ГРЭС - Табага - Хатын-Урях - Якутская ГРЭС, к которым ответвлениями присоединены 8 ПС 110 кВ. С шин 110 кВ этих подстанций отходят радиальные ВЛ 110 кВ в направлениях:
от ПС Хатын-Урях - на ПС Бердигестях (190 км), на ПС Радиоцентр и ПС Кангалассы (40 км), к которым подключены 5 ПС 110 кВ;
от ПС Табага - на ПС Хандыга (400 км), на ПС Мохсоголох и далее на ПС Улахан-Ан ( 100 км). ВЛ Табага - Чурапча - Хандыга, построенная в габаритах 220 кВ, работает на напряжение 110 кВ. К ВЛ подключены ПС 110 кВ: Временная (Майя), Борогонцы, Ытык-Кюель, Новый. От ПС Чурапча построена ВЛ 110 кВ Чурапча - Сулгачи - Усть-Майа - Эльдикан - Солнечный (410 км). К ПС Хандыга подключена ВЛ 110 кВ на ПС Джебарики-Хая длиной 54,6 км.
Схема электрических сетей ЦЭР приведена на рисунке Д 140205.021.001.
Западный энергорайон (ЗЭР) объединяет Айхало-Удачнинский, Мирнинский, Ленский промышленные узлы и группу Вилюйских сельскохозяйственных улусов, а также связь с Олекминским районом. Основным источником энергоснабжения является каскад Вилюйских ГЭС (№1,2,3 (Светлинская)), дополнительным источником является Мирнинская ГРЭС мощностью 72 МВт (в данный момент находится в холодном резерве). Основная электрическая сеть ЗЭР Якутской ЭС сформирована на напряжении 110-220 кВ и имеет протяженную радиальную структуру. Магистральные сети 220 кВ Западного энергорайона Якутской ЭС представлены следующими линиями электропередачи:
- две одноцепных ВЛ 220 кВ Светлинская ГЭС - Районая;
три одноцепных ВЛ 220 кВ Вилюйские ГЭС - Айхал;
три одноцепных ВЛ 220 кВ Айхал - ГПП-6;
двухцепная ВЛ 220 кВ Районная - Мирный;
две одноцепных ВЛ 220 кВ Вилюйские ГЭС - Чернышевск - Районная;
одноцепная ВЛ 220 кВ Районная - Сунтар;
одноцепная ВЛ 220 кВ Сунтар - Олёкминск;
одноцепная ВЛ 220 кВ Олёкминск - НПС 13;
две одноцепных ВЛ 220 кВ Олёкминск - НПС 14.
В настоящее время на территории Западного энергорайона функционируют существующие НПС-10 и НПС-14, НПС - 13 нефтепровода ВСТО. Электроснабжение НПС-10 осуществляется от Талаканской ГТЭС (Иркутская область) на напряжении 110 кВ по двум одноцепным линиям в габаритах 220 кВ. Электроснабжение района по направлению Ленск - Пеледуй - Витим осуществляется по двум одноцепным ВЛ 110 кВ Мирный - Ленск и одной ВЛ 110 кВ Ленск - Пеледуй.
Схема электрических сетей ЦЭР приведена на рисунке Д 140205.021.001.
Северный энергорайон (зона децентрализованной энергетики) включает в себя обширнейшую территорию с генерацией от большого количества децентрализованных дизельных электростанций, снабжающих локальные поселки.
Общая протяженность линий электропередачи всех уровней напряжения более 25063 км, в том числе находящихся на балансе ОАО «Якутскэнерго» - 20640 км, ОАО «Сахаэнерго» - 2812 км, ОАО «ДРСК» - 1611 км.
Установленная тепловая мощность
источников республики составляет 2493 Гкал, в том числе ОАО АК «Якутскэнерго» -
1208,6 Гкал. Общая протяженность тепловых сетей электростанций - 1010,5 км., в
т.ч. ОАО АК «Якутскэнерго» - 722,7 км. Площадь обслуживания - 3,2 млн. кв. км,
0,0078 км электрических сетей на 1 кв. км.
1.2 Состояние и основные
проблемы схемы электрических сетей 110 кВ и выше
Южно-Якутский энергорайон
Формирование Южно-Якутской энергосистемы состоялось в шестидесятые годы прошлого столетия в Алданском районе. Наиболее активный процесс формирования энергосистемы состоялся в семидесятые - восьмидесятые годы. Начиная с 1990 г., в рассматриваемом районе практически не велось электросетевого строительства, сократился объём работ по реконструкции и техперевооружению линий и подстанций, что привело к старению электрических сетей. Постоянно растет доля сетей, срок службы которых приближается к нормативному сроку или превышает его. Объемы износа оборудования достигли размеров, угрожающих энергобезопасности района. Большая часть подстанций, питающихся по одной одноцепной ВЛ, не удовлетворяют требованиям надёжности электроснабжения потребителей. Не только аварийные отключения этих ВЛ, но и ремонтные работы на них требуют ограничения нагрузок потребителей.
Сложившаяся схема электрических сетей 220-110 кВ Южно-Якутского энергорайона не обеспечивает электроснабжение потребителей с требуемой степенью надежности по следующим причинам:
все ВЛ 110 кВ (кроме ВЛ Нерюнгринская ГРЭС - Чульманская ТЭЦ выполнены на деревянных опорах, нормативный срок их эксплуатации (15-20 лет) давно исчерпан, опоры имеют высокую степень загнивания древесины;
значительная часть ВЛ 110 кВ, протяженные трассы которых проходят частично по сложной гористой местности, находятся в неудовлетворительном физическом состоянии, а элементы деталей опор линий в настоящее время практически выработали свой ресурс.
Уровни напряжения на ПС, расположенных севернее ПС 110 кВ М. Нимныр, в послеаварийных режимах снижаются значительно ниже допустимых значений. Для предотвращения недопустимости снижения уровней напряжения и токовой загрузки одноцепной ВЛ 110 кВ М. Нимныр - Лебединый сверх допустимой по нагреву (85 МВт для провода АС-120 мм2) требуется ограничение нагрузки потребителей района на величину порядка 40 МВт. Установка дополнительных средств компенсации реактивной мощности не позволяет повысить уровни напряжения и снизить загрузку ВЛ 110 кВ до допустимых значений без ограничения нагрузки.
Центральный энергорайон
Сложившаяся на сегодня схема электрических сетей 220 - 110 кВ ЦЭР Якутской ЭС не позволяет обеспечить надежное электроснабжение потребителей энергорайона, так как электрические сети находятся в неудовлетворительном физическом состоянии.
Ненадежная схема выдачи мощности Якутской ГРЭС по трем двухцепным ВЛ 110 кВ на деревянных опорах. При отключении одной из ВЛ происходит отключение нагрузки потребителей ПС, подключенных ответвлениями к ВЛ.
Единственная ВЛ 110 кВ Табага - Хандыга в район Заречья также не обеспечивает надежность электроснабжение потребителей района из-за частых аварийных ситуаций и не позволяет осуществить присоединение изолированных районов Республики и новых потребителей (Нежданинский ГОК и др.) к системе централизованного электроснабжения.
В послеаварийных режимах при отключениях радиальных ВЛ 110 кВ в ЦЭР в направлениях на подстанции Чурапчу, Октемцы, Бердигестях, Борогонцы и др. участвуют в работе резервные ДЭС.
Западный энергорайон
В связи с большой территорией обслуживания потребителей, функционирование электроэнергетики в Западном районе Республики Саха (Якутия) характеризуется:
большими расстояниями между источниками электроэнергии и потребителями, что вызывает значительные потери электроэнергии при её транспортировке;
отсутствием резервирования электрических сетей, изолированностью и географической удаленностью энергорайонов;
большими расходами по содержанию электрических сетей, выполненными в основном в деревянном исполнении.
В неудовлетворительном техническом состоянии находятся линии электропередачи:
Л - 101,102 Мирный - Ленск;
Л-107 Ленск - Пеледуй;
Л-124 Заря - Таас-Юрях;
Л - 201,202 КВГЭС - Мирный;
Л-203, 204, 205, 206, 208 ВГЭС - Айхал;
Л-101 Дорожный - Мирный;
Л-104 Нюрба - Вилюйск - Верхневилюйск.
Неразвитость электросетевой инфраструктуры,
изолированность энергорайонов не позволяет рационально использовать структуру
существующего энергетического хозяйства Республики, повысить надежность
энергоснабжения и создать конкурентную среду по производству электроэнергии на
межсистемном уровне негативно сказывается на социально-экономическом развитии
Республики Саха (Якутия) в целом.
.3 Обоснование связи с ОЭС Востока
ОЭС Востока - ЦЭР
Ввод связи планируется по двум одноцепным линиям 220 кВ Нижний Куранах - Томмот Майя, по данным ТУ (Технические условия) в 2015 году.