Statyczne źródła mocy biernej – baterie kondensatorów SN i WN jako narzędzia do poprawy warunków pracy sieci elektroenergetycznych

W artykule omówiono znaczenie mocy biernej w systemie elektroenergetycznym i sposoby jej wytwarzania. Przedstawiono rozwiązania techniczne dotyczące zabudowy baterii kondensatorów przyłączonych do szyn zbiorczych rozdzielni 110 kV w stacji Mory i 220 kV w stacji Plewiska. Słowa kluczowe: baterie kondensatorów SN i WN, rozwiązania techniczne w rozdzielniach 110 i 220 kV

Zaistniała sytuacja spowodowała pilną potrzebę rozważenia wprowadzenia do systemu elektroenergetycznego nowych źródeł mocy biernej, charakteryzujących się możliwością szybkiej realizacji i lokalizacją w miejscach, gdzie moc ta jest najbardziej niezbędna. Po przeprowadzeniu szeregu analiz jako optymalne rozwiązanie wybrano przyłączenie baterii kondensatorów o mocy rzędu kilkudziesięciu Mvar do uzwojeń wyrównawczych transformatorów mocy 400/110 kV i 220/110 kV.

Ostatecznie jako lokalizację przyłączenia baterii kondensatorów wybrano siedem węzłów rozdzielczych sieci przesyłowej:

• 220/110 kV Ełk,
• 400/110 kV Gdańsk Błonia,
• 400/220/110 kV Grudziądz Węgrowo,
• 220/110 kV Jasiniec,
• 400/220/110 kV Miłosna,
• 220/110 kV Mory,
• 400/220/110 kV Olsztyn Mątki.

Po uruchomieniu baterii kondensatorów w wymienionych stacjach okazało się, że osiągnięte efekty są tak zadowalające, iż prace w tym kierunku należy kontynuować, tym razem poprzez instalację baterii kondensatorów przyłączonych bezpośrednio do sieci 220 kV i 110 kV. PSE Operator SA podjął decyzję o budowie kolejnych baterii kondensatorów przyłączonych bezpośrednio do szyn rozdzielni 110 kV i 220 kV o następujących mocach:

• SE Plewiska - 2 baterie o mocy po 50 Mvar, przyłączone do szyn 220 kV,
• SE Mory - 2 baterie o mocy po 50 Mvar, przyłączone do szyn 110 kV,
• SE Narew -1 bateria o mocy 50 Mvar, przyłączona do szyn 110 kV,
• SE Toruń Elana - 1 bateria o mocy 50 Mvar, przyłączona do szyn 110 kV,
• SE Włocławek Azoty - 1 bateria o mocy 50 Mvar, przyłączona do szyn 110 kV.

W artykule omówiono rozwiązania techniczne związane z zabudową baterii kondensatorów przyłączonych do szyn rozdzielni 110 kV w stacji Mory i szyn rozdzielni 220 kV stacji Plewiska.

Znaczenie mocy biernej w systemie elektroenergetycznym i sposoby jej wytwarzania

Moc bierna w systemie elektroenergetycznym jest niezbędna do wytworzenia pola elektromagnetycznego w silnikach elektrycznych i transformatorach. Dzięki obecności pola elektromagnetycznego możliwa jest praca mechaniczna silników i transformacja prądu na inne wartości napięcia w transformatorach.

Źródłami mocy biernej są:

• generatory synchroniczne,
• kompensatory synchroniczne,
• silniki synchroniczne,
• baterie kondensatorów,
• linie elektroenergetyczne (poprzez własną pojemność).

Generatory synchroniczne pracujące w elektrowniach są jak gdyby naturalnym źródłem mocy biernej. Niestety koncentracja wytwarzania w węzłach skupiających wiele jednostek generatorowych o dużej mocy pociąga za sobą konieczność przesyłania mocy biernej na znaczne XIV odległości.

Jest to zjawisko bardzo niekorzystne, powoduje bowiem występowanie strat mocy czynnej, spadki napięć, a przede wszystkim zmniejsza zdolności przesyłowe linii elektroenergetycznych. Z tego też względu bardzo ważne staje się przybliżanie źródeł mocy biernej do jej głównych odbiorców.

Zgodnie z zasadą rozmieszczania źródeł mocy biernej blisko odbiorców baterie kondensatorów lub pojedyncze kondensatory instalowane są w różnych punktach sieci. Poniżej przedstawiono charakterystyczne przypadki instalacji baterii kondensatorów w sieci elektroenergetycznej:

• kompensacja indywidualna odbiorów nn;
• kompensacja grupowa odbiorów nn;
• kompensacja centralna na szynach rozdzielni SN (6, 10 kV);
• kompensacja indywidualna transformatorów SN/nn po stronie niskiego napięcia;
• kompensacja linii rozdzielczej SN (przy wykorzystaniu baterii słupowych);
• kompensacja indywidualna transformatorów 110/15 kV;
• kompensacja centralna na szynach rozdzielni SN (15,20 kV)
• baterie kondensatorów dołączone do trzeciego uzwojenia transformatorów 220/110/15 kV.
• baterie dołączone do szyn rozdzielni 110, 220 kV.

Najkorzystniejsze efekty, w tym także ekonomiczne, można uzyskać poprzez budowę baterii kondensatorów i ich przyłączanie do sieci w miejscach, gdzie pobór mocy biernej jest największy. Z punktu widzenia operatora systemu przesyłowego miejsca najbliższe odbiorcom mocy biernej to stacje transformatorowo-rozdzielcze, do których przyłączona jest sieć odbiorcza operatorów systemu dystrybucyjnego.

Mając to na uwadze PSE Operator SA zdecydował, że znaczącą poprawę sytuacji w zakresie gospodarki mocą bierną będzie można uzyskać przyłączając do uzwojeń wyrównawczych transformatorów mocy 400/110 kV i 220/110 kV oraz bezpośrednio do szyn zbiorczych rozdzielni 220 kV i 110 kV baterie kondensatorów o mocach dostosowanych do występujących na danym obszarze potrzeb i możliwości
obciążania transformatorów.

Istotne znaczenie przy wyborze rozwiązań miał także termin realizacji, aby oczekiwane efekty można było zaobserwować w jak najkrótszym czasie. Podjęte działania miały na celu utrzymanie bezpieczeństwa energetycznego na poziomie wyższym aniżeli miało to miejsce w czasie letnich miesięcy 2006 roku.