14
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
ВОЗДУШНЫЕ
Линии
Ориентировочное
расположение
трассы
электропередачи
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
.
С
анто
Антонио
(Santo Antonio)
и
Жиро
(Jirau) —
две
первые
крупные
гидроэлектростанции
(
ГЭС
)
на
р
.
Мадейра
,
построенные
в
Брази
-
лии
в
штате
Амазонас
.
Расположенные
вбли
-
зи
границ
с
Боливией
и
Перу
,
эти
две
электростанции
имеют
суммарную
установленную
мощность
6450
МВт
.
ГЭС
предназначены
для
электроснабжения
неболь
-
шой
местной
нагрузки
и
выдачи
мощности
в
удалённые
на
большие
расстояния
центры
потребления
в
юго
-
восточном
регионе
Бразилии
.
Сопоставление
электропередачи переменного
и постоянного тока
Завершённый проект системы передачи
электроэнергии от ГЭС на р. Мадейра демонстрирует
тщательность процесса планирования
Пауло Цезар Вас Эсмералдо (Paulo Cesar Vaz Esmeraldo),
Эдна Мария А. Араужо (Edna Maria A. Araujo),
Дуриваль С. Карвальо мл. (Dourival S. Carvalho Jr.),
Empresa de Pesquisa Energetica
Планировалось
,
что
электроэнергия
будет
пере
-
даваться
по
двум
параллельным
линиям
передачи
постоянного
тока
±600
кВ
протяжённостью
2375
км
,
соединяющим
ГЭС
на
р
.
Мадейра
с
центрами
нагруз
-
ки
.
Такие
длина
и
требуемая
пропускная
способность
высоковольтной
системы
передачи
постоянного
тока
,
проходящей
по
различным
регионам
страны
,
поставили
перед
разработчиками
из
проектной
группы
компании
Empresa de Pesquisa Energetica (EPE)
уникальные
по
трудности
задачи
.
Альтернативные
решения
На
ранних
стадиях
проектирования
был
сделан
анализ
работы
системы
в
установив
-
шемся
режиме
,
определены
динамические
характеристики
и
проведено
экономическое
обоснование
проекта
.
На
первом
этапе
,
в
2012—2013
гг
.,
электропередача
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
должна
получать
питание
от
не
-
большого
количества
гидроагрегатов
.
На
за
-
вершающем
этапе
,
в
2017
году
,
будут
введены
в
эксплуатацию
все
агрегаты
гидроэлектро
-
станций
Санто
Антонио
и
Жиро
(
по
44
аг
-
регата
на
каждой
).
Были
исследованы
несколько
альтерна
-
тивных
схем
,
включая
схемы
различной
топо
-
логии
,
различного
номинального
напряжения
и
различных
технологий
,
таких
как
электропе
-
редачи
на
постоянном
токе
,
переменном
токе
и
комбинированная
(
гибридная
)
система
.
В
ре
-
зультате
исследований
было
рекомендовано
лучшее
решение
как
с
технологической
,
так
и
с
экономической
точек
зрения
:
система
передачи
электроэнергии
на
постоянном
токе
.
Компания
EPE
выбрала
систему
передачи
постоянного
тока
(
ППТ
)
высокого
напряжения
по
двум
лини
-
ям
±600
кВ
с
пропускной
способностью
каждой
3150
МВт
и
двумя
вставками
постоянного
тока
(
ВПТ
)
по
400
МВт
для
соединения
ГЭС
с
сетью
230
кВ
,
осуществляющей
электроснабжение
местной
нагрузки
.
15
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
ВОЗДУШНЫЕ
Линии
Схема
варианта
1
для
системы
передачи
электроэнергии
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
.
Помимо
протяжённой
связи
«
точка
-
точка
»
*
было
запланировано
усиление
связи
сети
города
Порту
-
Велью
с
основной
энергосистемой
Бразилии
.
Для
сооружения
протя
-
жённой
ППТ
напряжением
±600
кВ
были
выбраны
стандартные
опоры
с
оттяжками
.
Ввиду
того
,
что
в
Бразилии
впервые
намечались
такие
су
-
щественные
капиталовложения
в
столь
крупную
систему
передачи
электроэнергии
,
а
также
для
сти
-
мулирования
конкуренции
на
этой
стадии
планирования
бразильские
власти
предложили
к
рассмотре
-
нию
три
различных
технических
решения
:
•
вариант
1 —
электропередача
только
на
постоянном
токе
;
•
вариант
2 —
гибридная
электропередача
(
бипо
-
лярная
ППТ
) ±600
кВ
с
пропускной
способностью
3150
МВт
и
две
параллельных
линии
переменного
тока
500
кВ
(
с
продольной
и
поперечной
компенса
-
цией
параметров
);
•
вариант
3 —
три
параллельных
линии
переменно
-
го
тока
765
кВ
(
с
продольной
и
поперечной
компен
-
сацией
).
Дополнительный
подробный
анализ
Как
и
для
всех
новых
проектируемых
систем
пере
-
дачи
электроэнергии
в
Бразилии
,
на
следующем
этапе
потребовалось
выполнить
дополнительную
и
более
детальную
оценку
предложенных
вариантов
.
Это
было
необходимо
для
подтверждения
того
,
что
при
экономи
-
ческом
сопоставлении
вариантов
были
учтены
все
не
-
обходимые
технические
требования
.
Анализ
включал
моделирование
переходных
про
-
цессов
при
коммутации
во
время
подачи
напряжения
на
линию
,
при
её
повторном
включении
,
сбросе
нагрузки
и
коротких
замыканиях
.
Расчёты
проводились
с
исполь
-
зованием
программного
комплекса
анализа
электро
-
магнитных
переходных
процессов
EMTP-ATP
и
EMTDC.
*
связь
«
точка
-
точка
» (point-to-point connection) —
элек
-
тропередача
без
промежуточных
отборов
мощности
.
(
Прим
.
ред
.)
16
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Механизм
реализации
«
проек
-
та
Мадейра
» —
проведение
аук
-
циона
между
компаниями
,
борю
-
щимися
за
получение
большого
количества
контрактов
, —
вызвал
интерес
в
мировом
сообществе
энергокомпаний
,
поскольку
он
за
-
трагивал
различные
сферы
дея
-
тельности
:
финансовую
,
техниче
-
скую
и
др
.
С
точки
зрения
перспектив
собственников
и
участников
тор
-
гов
,
которые
получили
контракты
,
аукцион
имеет
свои
преимуще
-
ства
и
недостатки
,
которые
необ
-
ходимо
учесть
компании
Empresa
de Pesquisa Energetica.
Однако
с
точки
зрения
потре
-
бителей
преимущества
оправды
-
вают
проведение
аукциона
.
Не
бу
-
дем
забывать
,
что
национальная
энергосистема
Бразилии
пред
-
ставляет
собой
сеть
с
открытым
доступом
и
её
централизованное
планирование
сосредоточено
на
интересах
потребителей
с
упором
на
снижение
тарифов
.
Все
сред
-
ства
передачи
электроэнергии
,
интегрированные
в
энергосисте
-
му
,
не
имеют
владельца
,
в
луч
-
шем
случае
имеют
временного
концессионера
.
Основные
недостатки
«
проек
-
та
Мадейра
»
по
передаче
элек
-
троэнергии
были
связаны
с
труд
-
ностями
интеграции
,
и
работа
по
рассмотрению
различных
вари
-
антов
проектов
была
оправдана
основным
преимуществом
—
сни
-
жением
затрат
,
а
следовательно
,
и
уменьшением
тарифов
.
Недостатки
и
преимущества
большого
количества
контрактов
с
точки
зрения
потребителя
Недостатки
Преимущества
Трудности
интеграции
оборудования
от
различных
поставщиков
Возможность
привлечения
большего
коли
-
чества
участников
и
здоровая
конкуренция
Различие
методов
проектирования
аналогичного
оборудования
и
систем
(
например
,
фильтры
гармоник
и
преобразователи
)
Возможность
привлечения
квалифицирован
-
ных
специалистов
,
поскольку
лоты
разделены
по
типам
оборудования
(
например
,
линии
передачи
,
преобразователи
)
Более
тесное
сотрудничество
на
стадии
проектирования
,
поскольку
каждый
участник
торгов
имеет
ограниченную
ответственность
за
проект
в
целом
Снижение
стоимости
по
каждому
проекту
Необходимость
более
точного
составления
тендерной
документации
для
выполнения
всех
требований
по
успешной
реализации
проекта
Снижение
тарифов
для
потребителя
Недостатки
и
преимущества
большого
количества
контрактов
с
точки
зрения
подрядчиков
Недостатки
Преимущества
Снижение
цен
во
время
переговоров
с
заказчиками
Ценность
специализации
и
опыта
во
время
разработки
и
реализации
проекта
Согласование
планирования
и
графика
с
остальными
участниками
Конкурентоспособность
при
упоре
на
технологии
или
различиях
в
издержках
Трудности
проектной
интеграции
Недостатки
и
преимущества
большого
количества
контрактов
с
точки
зрения
владельцев
энергокомпаний
Недостатки
Преимущества
Усиление
конкуренции
среди
профильных
компаний
,
что
приводит
к
снижению
цен
Многообразие
инвестиций
по
различным
проектам
Трудности
интегрирования
оборудования
от
различных
производителей
Реализация
проекта
на
основе
специали
-
зации
и
ранее
наработанного
опыта
Потенциальные
трудности
распределения
функций
на
подстанциях
Трудности
установления
ответственности
за
помехи
,
например
за
гармоники
в
сети
ВОЗДУШНЫЕ
Линии
Влияние
большого
количества
контрактов
Для
вариантов
с
биполярными
ППТ
были
рассмотрены
процессы
восстановления
напряжения
после
коротких
замыканий
,
блокирование
двухполюсных
систем
и
пе
-
ренапряжения
на
стороне
постоянного
тока
после
по
-
вреждения
на
линиях
.
Одним
из
основных
направлений
этих
исследова
-
ний
было
моделирование
возникающего
в
результате
коротких
замыканий
на
межсистемных
связях
перемен
-
ного
тока
избыточного
механического
момента
,
вызыва
-
ющего
ускорение
малоинерционных
капсульных
гидро
-
генераторов
,
установленных
на
ГЭС
р
.
Мадейра
.
Эти
аналитические
исследования
подтвердили
удовлетво
-
рительную
работоспособность
гибридных
схем
и
схем
только
с
ППТ
при
всех
смоделированных
нарушениях
нормальной
работы
системы
.
При
моделировании
варианта
с
электропередачей
переменного
тока
765
кВ
было
выявлено
,
что
при
пер
-
вичном
и
повторном
включениях
этих
линий
возникаю
-
щие
перенапряжения
и
условия
работы
ОПН
находятся
в
допустимых
пределах
.
Тем
не
менее
при
моделиро
-
вании
завершающей
стадии
,
т
.
е
.
при
всех
включённых
генераторах
и
одновременном
отключении
трёх
парал
-
лельных
линий
765
кВ
,
возникают
временно
большие
перенапряжения
и
,
следовательно
,
перегрузка
ОПН
по
току
.
Это
вызвало
необходимость
ограничения
количе
-
ства
ОПН
,
даже
если
обеспечение
нормальной
работы
изоляции
на
противоположном
конце
линии
электропе
-
редачи
является
одной
из
задач
эксплуатации
.
В
результате
проведённого
анализа
было
рекомен
-
довано
перепроектировать
схему
варианта
с
линиями
переменного
тока
,
поскольку
обычные
способы
реше
-
ния
выявленных
проблем
оказались
неприемлемыми
.
Радиальные
электропередачи
переменного
тока
протя
-
жённостью
более
1500
км
имеют
ограничения
по
режи
-
му
полного
сброса
нагрузки
.
Поэтому
,
ввиду
свойствен
-
ных
этому
варианту
проекта
рисков
,
от
него
пришлось
отказаться
.
Проведение
тендера
В
ноябре
2008
года
под
эгидой
Национального
агентства
по
электроэнергии
(ANEEL)
состоялся
тен
-
17
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
Воздушная
линия
передачи
постоянного
тока
±600
кВ
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
на
опорах
с
оттяжками
.
Преобразователь
400
МВт
для
вставки
постоянного
тока
в
процессе
испытаний
.
ВОЗДУШНЫЕ
Линии
дер
,
победителем
которого
был
признан
первый
вари
-
ант
,
т
.
е
.
схема
с
ППТ
.
Для
этого
варианта
показатель
рентабельности
,
т
.
е
.
ежегодный
доход
,
оказался
ниже
установленного
предела
(7,15%
в
среднем
).
Необходи
-
мо
отметить
,
что
бразильская
нормативная
экономиче
-
ская
модель
предусматривает
максимальную
ежегод
-
ную
выплату
за
каждый
новый
объект
электропередачи
,
выставленный
на
аукцион
.
Для
обеспечения
конкуренции
ANEEL
разделил
всю
систему
с
ППТ
на
секции
,
выставленные
на
аукцион
в
виде
семи
лотов
или
контрактов
,
включая
необходимое
оборудование
для
усиления
связи
проектируемого
объ
-
екта
с
национальной
энергосистемой
.
Торги
закончились
тем
,
что
контракты
на
поставку
каждой
пары
преобразователей
(
выпрямитель
и
ин
-
вертор
)
и
на
линию
постоянного
тока
были
выиграны
разными
фирмами
.
Кроме
того
,
каждая
из
пар
преоб
-
разователей
была
от
разных
производителей
.
После
этого
интеграция
двух
биполярных
ППТ
,
двух
вставок
постоянного
тока
и
системы
управления
стала
серьёз
-
ной
задачей
.
Заключительная
стадия
разработки
проекта
На
заключительной
стадии
процесса
проектирова
-
ния
новым
собственникам
(
инвесторам
)
необходимо
было
продемонстрировать
,
насколько
предлагаемая
система
передачи
соответствует
заданным
техниче
-
ским
требованиям
.
При
разработке
комплексных
систем
передачи
,
таких
как
электропередача
от
ГЭС
на
р
.
Ма
-
дейра
,
определённое
количество
вопросов
должно
под
-
робно
обсуждаться
с
производителями
и
инвесторами
,
с
тем
чтобы
предложенные
проектировщиками
окон
-
чательные
решения
могли
быть
применены
без
каких
-
либо
ограничений
.
Однако
в
соответствии
с
правилами
торгов
победи
-
тели
аукциона
имеют
возможность
внести
изменения
в
проект
,
при
условии
,
что
его
характеристики
останутся
на
том
же
уровне
или
будут
выше
,
чем
у
первоначально
выбранного
решения
.
Таким
образом
,
окончательное
решение
по
электро
-
передаче
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
,
предложенное
новыми
собственниками
,
характеризуется
следующими
измене
-
ниями
:
•
опережение
графика
работ
по
строительству
элек
-
тропередачи
по
отношению
к
графику
сооружения
гидростанций
;
•
использование
преобразователей
на
базе
комму
-
тируемых
конденсаторов
для
ВПТ
вместо
обыч
-
ных
преобразователей
с
отказом
от
установки
синхронных
компенсаторов
на
подстанции
в
Порту
-
Велью
;
•
применение
алюминиевых
проводов
на
биполярной
линии
постоянного
тока
вместо
сталеалюминиевых
проводов
;
•
ввиду
того
,
что
было
необходимо
учитывать
скорость
ветра
и
уровень
грозовой
активности
на
протяжении
всей
трассы
,
проходящей
через
несколько
регионов
страны
,
линии
электропередачи
постоянного
тока
в
18
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Строительство
подстанции
в
городе
Порту
-
Велью
для
электроснабжения
местных
потреби
-
телей
от
преобразователей
ВПТ
(
см
.
схему
на
с
. 15).
ВОЗДУШНЫЕ
Линии
соответствии
с
местными
условиями
окружающей
среды
были
разделены
на
три
различающиеся
по
конструкции
секции
;
•
изменение
расположения
фильтров
преобразовате
-
ля
с
целью
повышения
возможности
секционирова
-
ния
системы
при
авариях
;
•
на
одной
из
преобразовательных
подстанций
были
установлены
трёхобмоточные
трансформаторы
вместо
двухобмоточных
.
Завершение
процесса
проектирования
Процесс
проектирования
электропередачи
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
,
нацеленный
на
обеспечение
высокой
пропускной
способности
линии
передачи
большой
протяжённости
,
проходящей
по
различным
регионам
Бразилии
,
был
сам
по
себе
огромным
вызовом
.
Кроме
того
,
сама
необходимость
выбора
одного
из
трёх
вари
-
антов
схемы
электропередачи
потребовала
увеличен
-
ного
объёма
моделирования
и
подробного
анализа
.
Хотя
технико
-
экономический
анализ
подтвердил
эффективность
и
экономичность
варианта
электро
-
передачи
постоянного
тока
,
при
дополнительном
анализе
была
выявлена
необходимость
переработки
альтернативного
варианта
с
электропередачей
пере
-
менного
тока
.
Однако
переработка
привела
бы
к
удо
-
рожанию
стоимости
проекта
,
которая
уже
и
без
того
была
высокой
.
Согласно
результатам
конкурсных
торгов
,
новая
система
передачи
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
позволит
сни
-
зить
тарифы
на
передачу
электроэнергии
и
обеспе
-
чить
средний
ежегодный
доход
для
новых
владельцев
в
7,15%,
что
ниже
установленного
предела
.
И
даже
анализируя
шаблонное
решение
,
к
которому
пришла
фирма
-
разработчик
(
в
данном
случае
это
ЕРЕ
),
но
-
вые
владельцы
системы
передачи
имеют
возможность
оптимизировать
это
решение
,
повысив
его
эффектив
-
ность
и
сохранив
или
даже
улуч
-
шив
технические
характеристики
первоначального
решения
.
Окончательный
вариант
про
-
екта
электропередачи
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
отражает
эффектив
-
ность
процесса
планирования
,
в
котором
разработчики
исполь
-
зовали
лучшие
технические
и
экономические
альтернативы
решений
,
усовершенствован
-
ные
специалистами
по
передаче
электроэнергии
и
их
финансовы
-
ми
спонсорами
.
Пауло
Цезар
Вас
Эсмерал
-
до
(Paulo Cesar Vaz Esmeraldo,
имеет
степень
бакалавра
по
электротехнике
после
оконча
-
ния
Федерального
университе
-
та
в
Рио
-
де
-
Жанейро
и
степень
магистра
по
электроэнергетике
после
окончания
Универси
-
тета
Итажубы
(UNIFEI,
Бра
-
зилия
).
После
поступления
на
работу
в
ЕРЕ
в
2005
году
за
-
нимает
должность
начальни
-
ка
Управления
по
проектиро
-
ванию
систем
передачи
электроэнергии
.
Большую
часть
своего
35-
летнего
опыта
планирования
переда
-
чи
электроэнергии
и
конструкторских
разработок
он
приобрёл
,
работая
в
компании
FURNAS.
Член
IEEE
с
2000
года
,
был
номинирован
на
награду
технического
комитета
СИГРЭ
.
Эдна
Мария
А
.
Араужо
(Edna Maria A. Araujo,
получила
степень
бакалавра
по
электротехнике
после
окончания
Католического
университета
в
Белу
-
Оризонти
,
работает
в
компании
EPE
в
Управлении
по
проектированию
систем
переда
-
чи
электроэнергии
с
2005
года
.
Большую
часть
своего
30-
летнего
опыта
в
электроэнергетике
она
приобре
-
ла
,
работая
в
отделе
проектирования
систем
передачи
в
энергокомпании
штата
Минас
-
Жерайс
.
В
EPE
она
координировала
разработки
электропередачи
от
ГЭС
на
р
.
Мадейра
,
также
является
членом
СИГРЭ
.
Дуриваль
С
.
Карвальо
мл
.
(Dourival S. Carvalho
Jr., [email protected])
поступил
на
рабо
-
ту
в
Управление
по
проектированию
компании
ЕРЕ
в
2007
году
,
обладает
30-
летним
опытом
работы
в
консалтинговых
фирмах
в
области
электроэнерге
-
тики
.
Имеет
степень
бакалавра
по
электротехнике
после
окончания
Католического
университета
Рио
-
де
-
Жанейро
,
степень
магистра
по
энергосистемам
после
окончания
Федерального
университета
Рио
-
де
-
Жанейро
и
степень
MBA
после
окончания
Католиче
-
ского
Университета
Рио
-
де
-
Жанейро
.
Также
является
членом
СИГРЭ
.
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
Empresa de Pesquisa Energetica
(www.epe.gov.br)
Оригинал статьи: Сопоставление электропередачи переменного и постоянного тока
Завершённый проект системы передачи электроэнергии от ГЭС на р. Мадейра демонстрирует тщательность процесса планирования
