На электроподстанции «Мневники» запустили в работу новое уникальное оборудование, созданное на базе одного из столичных технопарков.
Внедрение высокотемпературного сверхпроводникового токоограничивающего устройства (ВТСП ТОУ) началось в 2016 году. Система поможет бороться с ростом уровня токов короткого замыкания.
Токи короткого замыкания — проблемы 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 кВ токи короткого замыкания достигают 60 кА, а в будущем могут увеличиться до 100 кА.
Для своевременного отключения оборудования и исключения его повреждения при коротких замыканиях традиционно в электроэнергетике применяются выключатели, а для снижения уровня токов короткого замыкания в энергосистеме применяется секционирование (деление) сети и токоограничивающие реакторы.
Выключатели являются коммутационным аппаратом, который при возникновении короткого замыкания, отключаясь, защищает оборудование подстанций. Более того, выключатели на токи более 60 кА ни в нашей стране, ни за рубежом серийно не выпускаются, и являются дорогостоящим оборудованием.
Секционирование сети — это разделение энергосистемы на части с формированием точек физического разрыва сети. Однако дальнейшее увеличение точек разрыва снижает надежность и управляемость московской энергосистемой, а также снижает эффективность использования существующих электросетевых активов (линий электропередачи и подстанций).
Традиционные токоограничивающие реакторы являются пассивными устройствами, что приводит к нерегулируемому перетоку мощности в электрической сети. Также они отрицательно влияют на электромагнитные переходные процессы в электрической сети, и в перспективном развитии сети 220 кВ московской энергосистемы их применение недостаточно эффективно.
ВТСП ТОУ — решение проблемы
Установленное на подстанции «Мневники» высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство снижает 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.
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 коротких замыканиях ВТСП ТОУ практически мгновенно (0,003 секунды) переходит в режим токоограничения, сопротивление резко возрастает, что приводит к значительному снижению тока короткого замыкания. После ликвидации короткого замыкания устройство в течение 30 секунд возвращается в режим сверхпроводника с нулевым сопротивлением.
Высокотемпературное сверхпроводниковое токоограничивающее устройство — инновационная разработка. Для ее внедрения была выбрана типовая московская подстанция. 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 тысяч квадратных метров.
На подстанции установлены три силовых трансформатора по 100 МВА каждый. Они распределяют мощность с понижением напряжения с 220 кВ до 20 кВ.
Планируется, что в будущем еще восемь высокотемпературных сверхпроводниковых токоограничивающих устройств будут установлены на подстанциях «Горьковская», «Мещанская», «Магистральная» и «Красносельская».