10.    "Izbor i analiza optimalnih parametara generatora i blok transformatora hidroelektrana priključenih na prenosnu mrežu 110 i 35 kV EES EPS-a",

 

Urađeno za:       JP "Elektroprivreda Srbije" Beograd,

Rukovodilac:      Prof. Dr Dragan Popović, dipl. ing, naučni savetnik

Saradnici:           Miloš Stojković, dipl. ing.

                   Saša Minić, dipl. ing.

                   Mr Ivan Stanisavljević, dipl. ing.

Generalno gledano, dobrim izborom relevantnih parametara novih generatora i njihovih blok-transformatora postiže se optimalni rad proizvodnog bloka, odnosno, u interaktivnoj sprezi sa elektroenergetskim sistemom (EES) na koji se priključuje, postiže se maksimalno, odnosno racionalno iskorišćenje njegovih performansi. U kontekstu ovoga osnovnog cilja, između ostalog, veoma su bitni efekti poboljšanja naponsko-reaktivnih prilika u delu mreže gde se novi izvor priključuje.

Dakle, pitanja izbora relevantnih parametara novih izvora, sa aspekta zahteva EES-a, imaju veliki značaj i aktuelnost. Naravno, to se odnosi i na izvore, koji su predviđeni za revitalizaciju, kada je neophodno blagovremeno da se utvrde, u novim uslovima pogona, efekti postojećih, i eventualno korigovanih, njihovih parametara i karakteristika.

Predmet pažnje ove Studije bile su nove hidroelektrane (HE Svođe, HE Brodarevo, HE Ribarići i HE Arilje), čije se priključenje na mrežu Srbije planira na naponskom nivou 110 kV, kao i postojeće hidroelektrane, priključene na naponskim nivoima 110 kV i 35 kV, koje su predviđene za revitalizaciju, za posmatrani vremenski period do 2020. godine. Na taj način, saglasno Programskom zadatku ove Studije, njen zadatak je bio da se definišu optimalni (bolje je reći-najpovoljniji) parametri sinhronih generatora i blok transformatora hidroelektrana koje će biti priključene na prenosnu mrežu 110 kV i 35 kV,  kao i da se izvrši analiza, odnosno preispitivanje ovih parametara za već postojeće hidroelektrane, priključene na mrežu 110 i 35 kV, koje će biti obuhvaćene revitalizacijom.

Takođe, u Programskom zadatku je naglašeno da se u razmatranje uzimaju sve nove elektrane za koje postoje projekti određenog nivoa (osnovni projekti, idejni projekti, studije opravdanosti...). U tom smislu, Obrađivač Studije je bio upućen na detaljani pregled Projekata svih novih elektrana predviđenih za izgradnju koji se nalaze u Direkciji za investicije i razvoj EPS-a. Rečeno je da se u istoj Direkciji, nalaze i gore navedeni projekti postojećih elektrana, kao i da se za izradu ove analize koristi kao podloga model mreže iz Studije dugoročnog razvoja prenosne mreže 400 kV, 220 kV i 110 kV na području Republike Srbije do 2020. godine.

Obrada ove Studije obavljena je u okviru osam glava, računajući i prvu glavu, koja je imala uvodni karakter, iza kojih se daje popis korišćene literature. Relevantni metodološki i praktični aspekti izbora optimalnih parametara generatora i njihovih blok-transformatora izlažu se u narednoj, drugoj glavi. U okviru treće glave, daju se i relevantni tehno-ekonomski aspekti izbora osnovnih parametara agregata.

Četvrta glava bavi se elektroenergetskim podlogama i podacima. U petoj glavi izlažu se i komentarišu dobijeni rezultati sprovedenih analiza statičkih stanja. Izvršene su veoma opsežne analize maksimalnih i minimalnih statičkih stanja koja se očekuju 2010, 2015. i 2020. godine. Rezultati ovih analiza dali su dobru osnovu za izbor najpovoljnijih vrednosti za nominalni faktor snage razmatranih novih hidrogeneratora (u HE Svođe, Brodarevo, Ribarići i Arilje) i za izbor prenosnog odnosa njihovih blok-transformatora. Rezultati ovih analiza, ujedno su dali dobru osnovu za ocenu (ne)opravdanosti uvođenja regulacije ovih prenosnih odnosa (u praznom hodu, ili pod opterećenjem). Takođe, rezultati prethodno pomenutih analiza dali su osnovu za proveru postojećih vrednosti nominalnog faktora snage hidrogeneratora, čija se revitalizacija planira u razmatrnom vremenskom periodu (u HE Zvornik, Vlasinske HE, Limske HE, HE Ovčar Banja i HE Međuvršje), kao i za proveru postojećih prenosnih odnosa njihovih blok-transformatora.

U šestoj glavi daju se rezultati i komentari analiza statičke stabilnosti. Analize statičke stabilnosti vršene su prvenstveno u cilju utvrđivanja povoljnog opsega vrednosti odnosa kratkog spoja (Ks), odnosno sinhronih reaktansi u podužnoj osi (xd) razmatranih hidrogeneratora, jer su to veličine koje u najvećoj meri utiču na iznos rezerve statičke stabilnosti. Uticaj ovih veličina razmatran je u interaktivnoj sprezi sa uticajem zamajnog momenata agregata, odnosno vremenske konstante inercije agregata (Ti), vremenske konstante pobudnog kola pri otvorenom statorskom namotaju (Td0), kao i uticajem parametara pobudnog sistema i njegove regulacije razmatranih hidrogeneratora.

Sedma glava se bavi rezultatima i komentarima analiza tranzijentne stabilnosti. Rezultati ovih analiza dali su osnovu za izbor (kod novih hidroagregata), ili proveru (kod revitalizovanih hidroagregata) tranzijentnih reaktansi i vremenskih konstanti inercije razmatranih hidroagregata. Takođe ti rezultati dali su osnovu za izbor, odnosno proveru, vrste i parametara pobudnih sistema i karakteristika i parametara sistema regulacije pobude razmatranih hidroagregata.

Ključni rezultati i zaključci ove Studije, na sistematizovani način, izloženi su u osmoj glavi. U daljem tekstu, navode se neki od sledećih, relevantnih zaključaka:

1.       Rezimirajući dobijene rezultate analiza maksimalnih stanja, kada su predmet pažnje bile novi hidrogeneratori, konstatuje se da bi najpovoljnije vrednosti za njihove nominalne faktore snaga bile 0.90, odnosno 0.95, kao ekonomičnije rešenje. Što se tiče najpovoljnije vrednosti za prenosni odnos njihovih blok-transformatora, analize su ubedljivo pokazale da je to fiksna vrednost u iznosu Ugn/121 kV/kV.

2.       Međutim, da bi se u tome imala potrebna sigurnost, bile su neophodne analize minimalnih stanja, čiji su rezultati potvrdili da je prenosni odnos blok-transformatora razmatranih hidrogeneratora u fiksnom iznosu Ugn/121 kV/kV najracionalnije rešenje. Pokazano je da se pri toj vrednosti prenosnog odnosa, ostajući u okvirima uobičajenih vrednosti za naponsko-regulacioni opseg generatora u iznosu ± 5 % Ugn, mogu da izbegnu potpobuđeni režimi rada, što je od posebnog praktičnog interesa.

3.       Što se tiče vrednosti napona kratkog spoja blok-transformatora novih hidrogeneratora, poželjno je da one budu što niže (ili u okviru svojih prirodnih vrednosti), ali da to ne bude praćeno nesrazmerno višom cenom blok-transformatora.

4.       Generalno gledano, za razmatrani vremenski horizont, ne postavljaju se neki posebni zahtevi od strane EES-a Srbije u pogledu razmatranih parametara novih i "starih" hidrogeneratora, u kontekstu naponsko-reaktivnih prilika. Glavni razlog za prethodno rečeno je povezivanje sa glavnim delom UCTE mreže, koje je uspešno obavljeno 10. oktobra 2004. godine, čime je dobijen i niz veoma korisnih efekata za EES Srbije. Naravno, tome su u odgovarajućoj meri doprineli i ugrađenih 200 Mvar na niskom naponu, kao i aktiviranih oko 80 Mvar. Ti razlozi su još ubedljiviji u analiziranim maksimalnim stanjima koja se očekuju 2010. i 2015. godine, ne samo zbog ugradnje dodatnih, novih 200 Mvar (170 Mvar na niskom i 30 Mvar na srednjem naponu), već i zbog daljeg razvoja prenosne mreže Srbije i uvođenja novih njenih elemenata i novih izvora, koji je (razvoj), između ostalog, utvrđivan i utvrđen uz striktno respektovanje osnovnog kriterijuma sigurnosti (n-1).

5.       Dobijeni rezultati analiza statičke stabilnosti, za maksimalna i minimalna stanja prenosne mreže Srbije, koja se očekuju 2010, 2015. i 2020. godine, ukazuju na izrazito stabilno ponašanje (u statičkom smislu) razmatranih hidrogeneratora, kao i ostalih generatora u EES Srbije, za razmatrani "regularni poremećaj" (simultano povećanje ukupnog konzuma u EES Srbije za 10%). Takođe, rezultati analiza statičke stabilnosti, koji uključuju i rezultate analiza osetljivosti na varijacije odnosa kratkog spoja, odnosno sinhrone reaktanse po pdužnoj osi, ukazuju da je i u uslovima šireg opsega vrednosti ovih parametara, koji može da se sretne u praksi, obezbeđena potrebna rezerva statičke stabilnosti.

6.       To praktično znači da je kod razmatranih novih hidrogeneratora omogućen izbor njihovih prirodnih vrednosti, koje su i najekonomičnije rešenje. Ujedno, kod razmatranih hidrogeneratora, predviđenih za revitalizaciju, relaksiran je problem oko vrednosti odnosa kratkog spoja, jer se ne očekuju njihove veće promene u toku revitalizacije, u odnosu na postojeće vrednosti.

7.       Obavljene su obimne analize tranzijentne stabilnosti EES-a Srbije, u njegovom širokom okruženju, za karakteristične poremećaje po vrsti i mestu i za maksimalna i minimalna stanja prenosne mreže Srbije, koja se očekuju 2010, 2015. i 2020. godine. U okviru ovoga, vršene su analize osetljivosti kritičnog vremena isklučenja 3PKS spoja na početku relevantnih dalekovoda 110 kV, na varijacije vremenske konstante inercije i tranzijentne reaktanse xd' razmatranih agregata. Vremenska konstanta inercije agregata i tranzijentna reaktansa xd' varirane su u širokom opsegu (od 4 s do 10 s, odnosno od 0.20 do 0.50).

8.       Dobijeni rezultati su pokazali da uslovi obezbeđenja potrebne rezerve tranzijetne stabilnosti ne unose posebne zahteve u pogledu izbora tranzijentne reaktanse (x'd) i vremenske konstante inercije agregata (Ti) novih hidroagregata. Time je omogućen, kao i u slučaju odnosa kratkog spoja (Ks), izbor ekonomičnih rešenja, odnosno "prirodnih" vrednosti za ove parametre (x'd u opsegu 0.28 - 0.33 i Ti u opsegu 4.0 - 7.5 s).

9.       Takođe, dobijeni rezultati omogućuju izbor savremenih statičkih poluprovodničkih (tiristorskih) samopobudnih sistema, koji su praktično bezinercioni, a koje karakteriše i ekonomičnost, visoka pouzdanost u radu i jednostavnost. Dalje, dobijeni rezultati analiza statičke i tranzijentne stabilnosti opravdavaju izbor jednostavnih elektronskih regulatora pobude, čije se regulacione greške u osnovi formiraju na bazi otklona napona na krajevima generatora ("proporcionalna" regulacija), a takođe, dobijeni rezultati ne uslovljavaju posebno ekstremne vrednosti za stepen forsiranja, odnosno "plafonsku" vrednost napona pobude razmatranih hidrogeneratora.

10.    Prethodno pomenuti parametri i karakteristike (nominalni faktor snage, prenosni odnos blok-transformatora, odnos kratkog spoja, tranzijentna reaktansa, vremenska konstanta inercije, pobudni sistem i sistem njegove regulacije) spadaju u dominantnu grupu parametara i karakteristika, za koju se vezuju različiti zahtevi EES-a u statičkom i dinamičkom smislu. Ostali parametri, pomenuti u okviru treće glave Studije, nemaju takav dominantan značaj (tzv. sistemski). Po pravilu, u dosadašnjoj praksi, operisalo se sa njihovim prirodnim vrednostima, odnosno utvrđivali su se efekti tih vrednosti, u kontekstu analiza različitih vrsta prelaznih stanja sinhronih mašina, odnosno EES-a u kome se one nalaze.

11.    Na kraju, potrebno je da se naglasi da utvrđeni opseg osnovnih elektromehaničkih parametara (praktično je reč o mogućnosti izbora najekonomičnijih rešenja, odnosno izbora njihovih "prirodnih" vrednosti), obezbeđuje realizaciju povoljnih statičkih i dinamičkih performansi razmatranih hidroelektrana, što je na liniji obezbeđenja visokog stepena sigurnosti i ekonomičnosti pogona, kako samih agregata, tako i EES-a Srbije, u kome neposredno participiraju.

12.    Ujedno, ovo je još jedna prilika da se istakne praktična korisnost ovakvih Studija, čije koštanje je minorno u odnosu na ukupnu vrednost investicija, a njihovim Naručiocima one daju potrebnu sigurnost u pogledu donošenja najracionalnijih odluka. Obrađivači ove Studije se nadaju da će veoma pozitivan primer HE Bajina Bašta biti paradigma, za sve elektroprivredne kompanije u nas, koje će u skoroj budućnosti rešavati iste, ili slične probleme.

Obim studije: 91 strana