Исследуются разработки технологий релейной защиты и мониторинга для передачи сверхвысокого напряжения 1 000 кВ за границей, а также выдвигаются соответствующие технические проблемы, которые необходимо изучить в этой области в Китае. Приведена платформа системы релейной защиты и мониторинга подстанции, построенная на основе стандарта IEC 61850, которая может быть адаптирована к характеристикам передачи сверхвысокого напряжения, обладает высокой степенью реального времени и является информационной платформой, интегрирующей релейную защиту, аварийное управление и стабилизацию системы.

Ключевые слова: сверхвысокое напряжение передачи; релейная защита; система мониторинга; энергетическая система

В настоящее время в Китае сформирована большая региональная электросеть с взаимосвязью между электросетями Северо-Востока, Северо-Запада, Северного Китая, Восточного Китая, Центрального Китая и Южного Китая. С учетом строительства крупных гидроэлектрических баз, тепловых электростанций и атомных электростанций, неизбежно возникнет потребность в дальнесрочной, крупной мощности передачи ультравысокого напряжения или сверхвысокого напряжения. В существующей электросети Китая самый высокий уровень напряжения постоянного тока составляет ± 500 кВ, самый высокий уровень напряжения переменного тока также составляет 500 кВ. В ближайшие несколько лет ожидается введение в эксплуатацию переменного тока 750 кВ, а также уровней напряжения переменного тока 1 000 кВ и выше. Поэтому крайне необходимо углубленное изучение технологий передачи ультравысокого напряжения, особенно некоторых ключевых технических вопросов.

1 Статус и тенденции развития технологий передачи ультравысокого напряжения в стране и за рубежом

Из зарубежной ситуации, в Соединенных Штатах, Канаде, Бразилии, Венесуэле и Южной Африке и других странах эксплуатируются линии передачи напряжением 750 кВ; Казахстан Экибастуз

Кокчетавская линия передачи имеет уровень напряжения 1,200 кВ, линия была введена в эксплуатацию в 1985 году, только одна обратная линия, длиной 900 км, использующая 8-сплитный провод A1/ST330/43.

Вблизи Пизы итальянская энергетическая компания Enel построила экспериментальную одноконтурную линию напряжением 1 000 кВ. Однако этот уровень напряжения до сих пор не использовался для передачи в итальянской сети. В период с 1975 по 1979 год американская компания BPA Power заказала экспериментальную линию в Орегоне с максимальным напряжением 1 200 кВ с целью изучения воздействия на окружающую среду на этом уровне напряжения. Тем не менее, этот уровень напряжения до сих пор не использовался в сети BPA. Японская компания Tokyo Electric Power сейчас строит первую в мире воздушную линию переменного тока с двойным контуром с номинальным напряжением 1 000 кВ и длиной 287 км. Максимальное рабочее напряжение линии передачи составляет 1 100 кВ, максимальный непрерывный ток — 8 000 А, естественная мощность каждой линии составляет около 5 000 МВт, мощность двойной линии составляет около 13 000 МВА, ширина коридора по-прежнему ограничена 100 м, высота опоры составляет около 110 м, среднее расстояние между опорами — 549 м, расстояние между фазами проводников — 9 м. Используются 8 разделенных проводников, 8 стальных алюминиевых многожильных проводов, каждый сечением 610 мм² или 810 мм², с использованием 8 разделенных проводников, 8 стальных алюминиевых многожильных проводов, каждый сечением 610 мм² или 810 мм², с использованием этого уровня напряжения. мм² или 810 мм², расположенных в восьмиугольной форме, их эффективный диаметр составляет около 1 м, это разделенное проводниковое электрическое поле имеет равномерность, коронный шум очень мал. Для защиты от молний используются два воздушных заземляющих провода, каждый из которых содержит 5 групп по 6 оптоволоконных кабелей. Каждый изоляторный узел состоит из двух или четырех изоляторных цепей с 40 изоляторами в каждой цепи, а длина изоляторных цепей составляет около 9 м.

Китай ранее провел некоторые базовые предварительные исследования технологий и оборудования передачи и преобразования электроэнергии для напряжений выше 500 кВ переменного тока. С целью содействия тендеру на релейную защиту системы 750 кВ для Северо-Западной сети и предоставления необходимых технических данных для проектирования, эксплуатации и научных исследований релейной защиты системы 750 кВ, Северо-Западная сеть поручила Лаборатории динамического моделирования Института систем Академии наук Китая по электрической энергии провести динамическое моделирование релейного защитного устройства системы 750 кВ. Лаборатория является первой в Китае, которая может моделировать динамический режим системы 750 кВ, она включает в себя релейную защиту Nanrui, релейную защиту четырех сторон, Guodian Nanshi, Xu Jigong, ABB, GE, ALSTOM и TMT & D, а также восемь известных производителей релейной защиты, всего 37 комплектов релейной защиты для защиты линий, защиты реакторов, защиты трансформаторов и защиты шин и других аспектов динамического моделирования. Этот тест является первым в своем роде в стране, и он стал первым крупномасштабным тестом. Масштаб теста был впервые в Китае и получил широкое внимание как внутри страны, так и за рубежом.

2 зарубежные технологии исследования и разработки защиты и мониторинга релейной защиты сверхвысоковольтной передачи

(1) AREVA. Shanghai AREVA Power Automation Co., Ltd. была основана в сентябре 2001 года как совместное предприятие между группой AREVA (владеющей 59%) и компанией Shanghai Power Transmission and Distribution Company Limited (владеющей 41%), и приобрела в полном объеме отдел передачи и распределения электроэнергии французской компании Alstom. Это первый исследовательский центр AREVA Power Automation в Китае. Основная задача этого исследовательского центра заключается в проведении исследований принципов релейной защиты для линий передачи УВН и разработке технологий, а также в разработке устройств релейной защиты и других устройств безопасности автоматизации, подходящих для УВН энергетических систем.

(2) Siemens. Siemens предоставляет серию продуктов защиты реле на основе микрокомпьютеров SIPROTEC, подходящих для систем ultra-high-voltage и генераторов, которые не только способны управлять первичным оборудованием ultra-high-voltage, но также могут в реальном времени отображать измеренные значения и реализовывать управление по интервалам. С полным интервалом базы данных и коммуникационными интерфейсами для различных протоколов, данные защиты могут быть проанализированы и управляемы пользователем. Наиболее заметной особенностью серии микрокомпьютерных реле SIPROTEC является то, что все функции, связанные со вторичным оборудованием, могут быть интегрированы в одно устройство для каждого интервала с использованием искусственного интеллекта. Серия микрокомпьютерных реле SIPROTEC также может использоваться как неотъемлемая часть системы автоматизации подстанций SICAM для оптимальной конфигурации.

　　(3) GE. Хотя GE относительно рано вошла на рынок Китая, ее продукты системы релейной защиты и мониторинга вошли на рынок относительно поздно, поэтому продукция имеет меньшую производительность у китайских потребителей электроэнергии. Продукты релейной защиты подстанций ВНГ GE на основе технологии ALPS более адаптивны, с возможностью выбора серийной компенсации, однофазного отключения, трехфазного отключения и повторного включения линии, и это многофункциональное цифровое защитное устройство.

　　(4) TMT&D Corporation. В отличие от других компаний, основное оборудование и продукты релейной защиты TMT&D не имеют эксплуатационных характеристик на уровнях напряжения 1,000 кВ и выше, и, безусловно, не имеют опыта в исследовании и разработке, испытаниях, строительстве и эксплуатации продуктов на уровнях напряжения 1,000 кВ и выше. Хотя их типы защиты полные, режим конфигурации и человеко-машинный интерфейс значительно отличаются от нашего.

3 Платформа защиты и мониторинга релейной защиты подстанций на основе стандарта IEC 61850

Китайский институт электрической энергии (CEPRI) завершил предварительное экспериментальное исследование по реализации автоматизации подстанций на основе стандарта IEC 61850 и успешно разработал платформу системы релейной защиты и мониторинга подстанций на основе стандарта IEC 61850.