Особенности компенсации реактивной мощности в сетях среднего напряжения

Анонс: Сети среднего напряжения и их ключевые отличия от низковольтных сетей. Конденсаторные установки УКП(Л)Ф и фильтры гармоник в сетях среднего напряжения.

По международному соглашению VDE, CENELEC, ETSI, IEC сети среднего напряжения 3, 6, 10, 15, 20 и 30 кВ. По ГОСТ 32144-2013 – от 1 до 35 кВ с предпочтительными значениями табл. 3 ГОСТ 29322-2014. Согласно СТО 34.01-9.1-002-2018 ПАО «Россети» наиболее распространенные средние напряжения сетей с подключаемыми абонентами 6, 10 и 35 кВ.

Упрощенно большая доля сетей среднего напряжения – распределительные электросетевых компаний, значительный объем формируют промышленные абонентские и транспортные сети инфраструктур муниципальных объектов, но в совокупности силовые сети среднего напряжения по данным статистики ответственны за потери пятой части всей генерируемой электроэнергии и в основном из-за перетоков реактивной мощности.

Как и низковольтным, так и сетям среднего напряжения сегодня характерны нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, однако:

• трансформаторы подстанций, ШИМ преобразователи – конвертеры, выпрямители, инверторы, электроприводы и т.д. в сетях 6, 10 и 35 кВ значительно более мощные, а это определяет и большие объемы генерации реактивной (на основной частоте) и неактивной мощности в целом, включая широкий спектр гармоник четных, нечетных порядков и интергармоник;
• значительные набросы реактивных токов на фундаментальной частоте и токов гармоник высоких порядков приводят к несимметрии параметров силовой сети, и это оказывает негативное электромагнитное воздействие (помехи) практически на все, используемые на объекте информационные каналы телекоммуникации, включая телефонные, радиочастотные и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), т.е. критически необходима компенсация всей неактивной мощности;
• как распределительные, так и промышленные сети среднего напряжения активно используются для передачи высокочастотных информационных сигналов, а сегодня - пакетов данных (Powerline Carrier (PLC) Communications, а более прогрессивный формат Broadband over Powerline - BPL) для обмена информацией с программно-аппаратными комплексами систем автоматического управления, т.е. блокирование (или нивелирование) гармоник должно быть «избирательным»;
• в отличие от низковольтных сетей, цифровая трансформация которых пока формально стартовала с введением новой Энергетической стратегии России, цифровизация сетей среднего напряжения достаточно активно ведется уже десяток лет, во всяком случае находящихся в балансовой принадлежности ПАО «Россети», которое разработало и ввело в действие ряд стандартов организации начиная с СТО 56947007-29.240.036-2009, СТО 56947007-33.060.40.045-2010, СТО 70238424.17.220.20.003-2011 и до собственной Концепции «Цифровая трансформация 2030», СТО 34.01-9-005-2020 и СТО 34.01-21-005-2019, где регламентировано обязательное наличие в комплектных устройствах «цифровых интерфейсов для интеграции в инфраструктуру цифровой сети и цифрового предприятия».

Конденсаторные установки УКП(Л)Ф и фильтры гармоник в сетях среднего напряжения.

В целом прогрессивные требования к установкам конденсаторным (УК), в том числе с фильтрами гармоник (Ф) для повышения коэффициента мощности в сетях среднего напряжения (УКПФ, УКЛФ, УКРМ 6.3, АУКРМ 10.5 и др. маркетинговые названия) сведены в СТО 34.01-3.2.11-012-2017 (по конденсаторам и конденсаторным установкам 0,4-220 кВ) и СТО 56947007-29.180.02.140-2012 ПАО «ФСК ЕЭС» (по устройствам компенсации реактивной мощности), а также отраслевых ведомственных нормирующих актах (см. Методические указания № П4-06.03 М-0151 ПАО «НК «Роснефть», действующие с 01.01.2020). Приоритеты по комплектации сборок обозначены в п. 28 прилагаемого к Энергетической стратегии Перечня, где регламентировано оборудование «на основе полупроводниковых компонентов (статические компенсаторы реактивной мощности, инверторы, преобразователи, выпрямители)», которое с учетом положений СТО 34.01-21-005-2019 должно интегрироваться в цифровую сеть через специальные цифровые интерфейсы.

Более проблемным сегментом правового регулирования пока остаются фильтры гармоник для сетей среднего (и низкого тоже) напряжения, а также полупроводниковые компоненты конденсаторных установок и/или декомпенсирующих реакторов, обеспечивающие их быстродействие и, de facto, саму возможность адаптации с цифровыми сетями под управлением программно-аппаратных комплексов АСУ ТП, АИИС и др. Так, пока на различной стадии обсуждений и согласований находятся проекты ГОСТ Р по спецификации и проектированию фильтров гармоник на стороне переменного тока в 4 частях (рецепция IEC TR 62001-4:2016), по применению активных фильтров в электросетях высокого напряжения (на базе IEC TR 62544:2011), по терминологии (базовый IEC 60633:2019), в том числе преобразователяей в сетях высокого напряжения (на базе IEC 62747:2014), а также проект ГОСТ по тиристорным вентилям (рецепция IEC 60700-2:2016).

Проекты пока дают возможность привести ТУ на сборки УКРМТ (с тиристорными вентилями), активные фильтры гармоник (АФГ), гибридные комплектные УКРМТ + АФГ с пассивными фильтрами гармоник и декомпенсирующими реакторами (или без них) в соответствие с перспективной нормативно-правовой базой. В свою очередь действующие СТО ПАО «Россети» и ожидаемые в начале следующего года стандарты могут помочь с выбором технического средства компенсации реактивной мощности и избирательного нивелирования гармоник для сетей среднего напряжения различной балансовой принадлежности.