1

UKIDANJE 30 KV NAPONSKE RAZINE U POGONU EL-TO ZAGREB

SAŽETAK

EL-TO Zagreb je važno kogeneracijsko postrojenje i energetsko čvorište zapadnog dijela grada Zagreba s proizvodnjom toplinske i električne energije. U članku je prikazano predviđeno ukidanje 30 kV naponske razine u nadležnosti pogona EL-TO Zagreb u dvije faze te realizacija nove interne 10,5 kV naponske razine uz zamjenu svih do sada važnih energetskih jedinica: mrežnih transformatora, blok transformatora, transformatora vlastite potrošnje, postrojenja 30 kV te ugradnju novih energetskih transformatora, transformatora vlastite potrošnje, 10,5 kV postrojenja i veza među postrojenjima. Nova koncepcija napajanja trošila u pogonu EL–TO Zagreb te kompletna evakuacija proizvedene energije u 110 kV mrežu u dvije faze rekonstrukcije omogućuju veću raspoloživost postrojenja, veći broj uklopnih stanja, racionaliziranje vođenja pogona te povezivanje postojećih postrojenja i budućeg proizvodnog bloka u pogonu EL-TO Zagreb. Nedostatak nove koncepcije postrojenja su visoke struje kratkog spoja u mreži 10,5 kV i 5,25 kV te ograničenja u svezi postojeće opreme. Ušteda na temelju smanjenja gubitaka energije ostvarenog rekonstrukcijom postrojenja je dodatni faktor opravdanosti ukidanja 30 kV naponske razine u pogonu EL-TO.

Ključne riječi: Elektrana-Toplana Zagreb, rekonstrukcija, ukidanje 30 kV naponske razine

DECOMMISSION OF 30 KV VOLTAGE LEVEL IN THE CHP ZAGREB

SUMMARY

CHPPs Zagreb ( CHP Zagreb ) is an important cogeneration plant and the energy node of the western part of Zagreb with a production of heat and electricity. The paper presents a planned decommission of the 30 kV voltage level in the jurisdiction of the CHP Zagreb in two phases and implementation of a new internal 10,5 kV voltage level by replacing all important energy units: power transformer, step up transformers, auxiliary transformers, 30 kV substation and the installation of new step up transformers, auxiliary transformers, 10,5 kV substations and connections between substations. The new concept of the power consumption in the CHP Zagreb and complete evacuation of the energy produced in to the 110 kV network, realized in the two phases of reconstruction, allows greater availability of the CHP Zagreb, a greater number of switching states, rationalization of the operation management and managing the connectivity of the existing substations and the future CHP block. Disadvantages of the new concept are the high short-circuit currents in the both 10,5 kV and 5,25 kV network and the limitations of the existing switchgear in substation. Savings realized from the reduction of energy losses accomplished by the reconstruction is an additional factor in the justification of the decommission of the 30 kV voltage level in the CHP Zagreb.

Key words: CHP Zagreb, reconstruction , decommission of 30 kV voltage level

Katarina Musulin Ravel d.o.o. katarina.musulin@ravel.hr

Tomislav Cerovečki Institut za elektroprivredu i energetiku d.d. tomislav.cerovecki@ie-zagreb.hr

Josip Mišura HEP Proizvodnja d.o.o. Pogon EL-TO Zagreb josip.misura@hep.hr

Dražen Balenović HEP Proizvodnja d.o.o. Pogon EL-TO Zagreb drazen.balenovic@hep.hr

SO1 – 08 4. (10.) savjetovanje

Trogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE

ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED

2

1. UVOD

Elektrana-Toplana Zagreb (EL-TO Zagreb) je važno kogeneracijsko postrojenje i energetsko čvorište zapadnog dijela grada Zagreba s proizvodnjom toplinske i električne energije. Nalazi se na užem području grada Zagreba, gradska četvrt Trešnjevka. Kroz svoje pogonske jedinice ostvaruje instaliranu električnu snagu od 90,3 MWe i 439 MWt. Važnost pogona EL-TO Zagreb je prvenstveno u opskrbi toplinskom energijom za potrebe grijanje stanova i tehnološkom parom industrijskih potrošača zapadnog dijela grada Zagreba.

EL-TO Zagreb izgrađena je 1907. godine te spada među najstarije elektroenergetske objekte u Republici Hrvatskoj, ali i šire. Elektrana je u tadašnje vrijeme bila prvenstveno namijenjena elektrifikaciji grada Zagreba. S vremenom, kako je rastao standard građana grada Zagreba, rasle su i potrebe za električnom energijom tako da je Elektrana kroz svoju dugu povijest doživjela nekoliko značajnih promjena. Toplinska stanica u sklopu postrojenja dovršena je 1954. godine, čime počinje intenzivan razvoj centralizirane opskrbe toplinskom energijom grada Zagreba. Stari dio postrojenja se sastoji od triju visokotlačnih kotlova koji parom snabdijevaju dvije parne turbine agregata snage 15,7 MVA i 37,6 MVA, te od jednog niskotlačnog kotla koji proizvodi industrijsku paru i dva vrelovodna kotla za grijanje tople vode. Novi dio pogona sastoji se od dva plinskoturbinska agregata, svaki snage 28,1 MVAe ("PTE Zagreb-Zapad", premješteni s prvotne lokacije Dujmovača kraj Splita). Kotlovi u sklopu starog djela postrojenja koriste teško lož ulje i zemni plin kao pogonsko gorivo, dok plinskoturbinski agregati koriste isključivo zemni plin kao gorivo, uz moguću uporabu lakog lož ulja kao rezervnog goriva.

Izgradnjom 110 kV postrojenja u GIS izvedbi i ugradnjom dva plinska agregata 2x28,1 MVA, 1998. godine EL-TO Zagreb je postala i značajan izvor električne energije za opskrbu zapadnog dijela grada Zagreba. Do izgradnje 110 kV postrojenja u GIS izvedbi svaki ozbiljniji kvar u 110 kV mreži zapadnog dijela grada Zagreba imao je za posljedicu ispad pogona EL-TO Zagreb, odnosno prestanak proizvodnje električne i toplinske energije na toj lokaciji.

Tablica I. Nazivne snage generatora u pogonu EL-TO Zagreb

GENERATOR NAZIVNA SNAGA NAZIVNI NAPON COS

TG 1 15,7 MVA 5,1 kV 0,75

TG 2 37,6 MVA 10,5 kV 0,80

PTA 1 28,1 MVA 10,5 kV 0,85

PTA 2 28,1 MVA 10,5 kV 0,85

Današnja postrojenja pogona EL-TO Zagreb sastoje se od sljedećih naponskih razina: 5,25 kV,

10,5 kV, 30 kV i 110 kV. Kao što se vidi i dalje su prisutne naponske razine 5,25 kV i 30 kV koje su u modernim elektroenergetskim sustavima i mrežama zamijenjene prihvatljivijim razinama. Obzirom da se u pogonu EL-TO Zagreb nalazi više naponskih razina, povezivanje postojećih postrojenja je vrlo zahtjevno. Također, vlasnički su postrojenja susretno područje HEP Proizvodnje d.o.o., HOPS d.o.o. PrP Zagreb, HEP ODS d.o.o. Elektra Zagreb. Polja =E7 i =E8 su blok transformatorska polja za plinskoturbinske agregate PTA1 i PTA2, dok je energetski transformator +T3, prijenosnog omjera 115/33 kV spojen na 110 kV transformatorsko polje =E9. U nadležnosti HEP ODS d.o.o. su transformatori 110/10(20) kV, nazivne snage 40 MVA, priključeni na transformatorska polja =E1 odnosno =E6. HEP Proizvodnja d.o.o. je nadležna za 5,25 kV postrojenja u potpunosti kao i za 10,5 kV postrojenja uz TG2, PTA1 i PTA2. Na 10,5 kV naponskoj razini postrojenja HEP Proizvodnje d.o.o. i HEP ODS d.o.o. nisu povezana. Naponska razina 10,5 kV je generatorski napon za turbogeneratore TG2, PTA1 i PTA2, dok je naponska razina 5,25 kV generatorski napon za TG1 i nazivni napon za pomoćna postrojenja prema transformatorima vlastite potrošnje, odnosno pogonima napojnih i cirkulacijskih pumpi, elektromotora potpalnih ventilatora kotla i ostalih potrošača.

Postojeće 30 kV postrojenje je smješteno u zgradi Uklopne IX (4TS9 EL-TO). Postrojenje 30 kV je susretno postrojenje HEP Proizvodnje d.o.o. i HEP ODS d.o.o. Elektra Zagreb (22 sklopna bloka). 30 kV sklopni blokovi od =A1 do =A14 su u ingerenciji HEP ODS d.o.o. Elektra Zagreb, a sklopni blokovi od =A15 do =A22 su u ingerenciji Pogona EL-TO Zagreb. U zgradi Uklopne IX je smješteno 10(20) kV postrojenje u ingerenciji HEP ODS d.o.o. Elektre Zagreb. 10(20) kV postrojenje u 4TS9 se napaja preko energetskih transformatora 110/10(20) kV, 40 MVA i u ingerenciji je HEP ODS d.o.o. Elektra Zagreb. Potrošačko područje zapadnog djela grada Zagreba, koje gravitira pojnoj točki 4TS9 EL-TO, napaja se iz 10(20) kV postrojenja.

3

Generatori priključeni na postrojenje 30 kV: TG1 preko blok transformatora 1BT1 (30/5,25 kV, 10 MVA) te TG2 preko blok transformatora 2AT (30/10,5 kV, 40 MVA) napajaju vlastitu potrošnju ili evakuiraju električnu energiju u 110 kV mrežu preko transformatora +T3, 115/33 kV, nazivne snage 60 MVA. Postrojenje 30 kV je izuzetno važno za HEP Proizvodnju d.o.o. budući da je cjelokupno napajanje starog dijela pogona iz 30 kV postrojenja. U slučaju nemogućnosti napajanja vlastite potrošnje preko generatora TG1 ili TG2 , moguće je napajanje direktno preko mreže HEP ODS d.o.o Elektra Zagreb iz TS JARUN ili iz 110 kV mreže preko energetskog transformatora +T3,115/33 kV.

Slika I. Evakuacija električne energije iz pogona EL-TO Zagreb i spoj na 30kV i 110kV mrežu

Evakuacija snage je u redovnom uklopnom stanju na 110 kV naponskoj razini preko 110 kV kabelske veze EL-TO –TS JARUN i EL-TO – TS TRPIMIROVA. U slučaju neraspoloživosti 110 kV kabelske veze TS JARUN –EL-TO i EL-TO – TS TRPIMIROVA, evakuacija snage iz generatora vrši se preko tri 30 kV kabelska voda koji povezuju TS JARUN sa 4TS9 EL-TO, gdje se putem energetskog transformatora 110/30 kV, 1x60 MVA predaje u 110 kV mrežu. Time se TS JARUN koristi kao "produljena“ sabirnica za evakuaciju snage iz EL-TO Zagreb. Dakako, ova situacija povremene evakuacije snage preko 30 kV kabelske mreže te napajanje vlastite potrošnje starog pogona iz mreže 30 kV remeti planove razvoja srednjenaponske mreže na zapadnom dijelu grada Zagreba.

2. PREDVIĐENI ZAHVATI

2.1. Uvod

Razvoj distribucijske mreže grada Zagreba uključuje napuštanje 30 kV naponske razine i zamjenu 10 kV naponske razine s 20 kV naponskom razinom. U skladu s principima razvoja okolne distribucijske mreže, predviđena je i rekonstrukcija postrojenja u pogonu EL-TO Zagreb. Predviđeno je ukidanje 30 kV naponske razine u nadležnosti HEP Proizvodnja

4

d.o.o. u dvije faze te realizacija nove interne mreže 10,5 kV uz zamjenu svih do sada važnih energetskih jedinica: transformatora +T3 (115/33 kV, 63 MVA), 2AT (30/10,5 kV, 40 MVA), 1BT1 (30/5,25 kV, 10 MVA), 2BT2 (30/5,25 kV, 10 MVA), 3BT3 (30/5,25 kV, 10 MVA), postrojenja 30 kV u Uklopnoj IX (dio postrojenja u ingerenciji pogona EL-TO Zagreb) te ugradnja novog energetskog transformatora +T3 (110/10,5 kV, 40 MVA) i transformatora vlastite potrošnje1BYT (10,5/5,25 kV, 16 MVA), 2BYT (10,5/5,25 kV, 16 MVA), 10,5 kV postrojenja ( 10,5 kV postrojenja 2AB i 1AA) te veza među postojećim i novim postrojenjima. 2.2. Prva faza rekonstrukcije

Zbog starosti i lošeg stanja energetskog transformatora +T3,115/33 kV, 63 MVA, potonji će se zamijeniti kako bi osigurao pouzdaniji način evakuacije električne energije iz pogona EL-TO Zagreb. Ovim bi se ukinula dvostruka transformacija 110/30 kV (+T3) i 30/10,5 kV (2AT) te bi se koristila direktna transformacija, tj. novi blok transformator +T3,110/10,5 kV, nazivne snage 40 MVA za evakuaciju proizvodnje generatora TG2.

Prva faza rekonstrukcije obuhvaća ugradnju novog energetskog transformatora umjesto postojećeg +T3 (115/33/10,5 kV,nazivne snage 63 MVA). Na mjestu postojećeg energetskog transformatora +T3, ugraditi će se novi energetski transformator 110±10x1,5%/10,5 kV, uk=18,5%, nazivne snage 40/40 MVA, grupe spoja YNd5. Novougrađeni transformator je dvonamotni umjesto sadašnjeg tronamotnog, a predana snaga tijekom višegodišnjeg rada preko transformatora +T3 u mrežu 110 kV ne ukazuje za potrebom ugradnje transformatora snage veće od 40 MVA. Novi energetski transformator je regulacijski na 110 kV strani te će biti u paralelnom radu s drugim regulacijskim transformatorima. Zbog ograničenja struje kratkog spoja izabran je transformator +T3 s uk=18,5%. Grupa spoja energetskog transformatora ovisi o zahtjevima mreže. Grupu spoja YNd5 povoljno je koristiti za spoj elektrane s mrežom jer se tada generator spaja na namot spojen u trokut čime se postiže da treći nadval koji se pojavljuje pri magnetiziranju transformatora ne prelazi u mrežu.

Mreža 10,5 kV će raditi izolirano s obzirom da je ukupna kapacitivna struja manja od dopuštene granične vrijednosti od 20 A. Za potrebe ugradnje novog blok transformatora izvodi se građevinska prilagodba za spoj energetskog transformatora na 10,5 kV stranu te polažu nove 10,5 kV kabelske veze.

Napuštanje mreže 30 kV kao vanjskog, rezervnog sustava za isporuku električne energije za HEP Proizvodnju d.o.o. tijekom prelaska na internu 10,5 kV naponsku razinu može ugroziti napajanje vlastite potrošnje EL-TO Zagreb za razdoblja maksimalnog opterećenja vlastite potrošnje i ispada iz mreže generatora TG2, kada generator TG1 neće moći pokriti kompletnu vlastitu potrošnju. Stoga je potrebno usklađivanje faza prelaska s 30 kV naponske razine na 20 kV za postrojenje u nadležnosti Elektre Zagreb, odnosno na 10,5 kV napon za pogon EL-TO Zagreb (nadležnost HEP Proizvodnje d.o.o.) kako se ne bi ugrozila isporuka toplinske energije potrošačima, te spriječio eventualni ispad iz elektroenergetske mreže.

Prvom fazom radova bi se omogućilo da se generator TG2 spoji na 110 kV postrojenje preko novog 10,5 kV postrojenja (postrojenje 2AB na mjestu sadašnjeg blok transformatora 2AT) te novog blok transformatora +T3 (110/10,5 kV) te bi se djelomično ukinulo napajanje vlastite potrošnje iz 30 kV mreže. Postojeće 10,5 kV oklopljene sabirnice generatora TG2 su spojene direktno na blok transformator 2AT (30/10,5 kV, 40 MVA) te su na odcjepu sabirnica transformator uzbude 2BT3 (10,5/0,32 kV, 0,25 MVA) i transformator vlastite potrošnje 2BT1 (10,5/5,25 kV, 6,3 MVA). Demontažom postojećeg blok transformatora 2AT (30/10,5 kV) osiguran je prostor za zgradu postrojenja 10,5 kV 2AB te je potrebno demontirati jedan dio oklopljenog generatorskog voda i odcjep. Spoj 10,5 kV oklopljenih generatorskih sabirnica na novu zgradu 10,5 kV postrojenja 2AB te ukidanje postojećih oklopljenih sabirnica na odcjepu zahtjeva kompleksni građevinski zahvat u kratkom vremenskom razdoblju, na ograničenom prostoru uz prilagodbu postojećih jednopolno oklopljenih generatorskih sabirnica izgradnji nove zgrade te posebnu izvedbu generatorskog polja (sklopni blok s generatorskim prekidačem) za prihvat prilagodnog tropolnog generatorskog oklopljenog voda. Također zgrada novog 10,5 kV postrojenja treba zadovoljiti i protupožarne zahtjeve kako su njeni zidovi i protupožarni zidovi prema transformatoru vlastite potrošnje 2BT1 i transformatoru uzbude 2BT3. Sabirnice 10,5 kV ugrađene u odabrano 12 kV postrojenje deklarirane su da izdrže struju tropolnog kratkog spoja 31,5 kA, 3 sekunde. Maksimalna struja kratkog spoja na 10,5 kV sabirnicama novog postrojenja iznosi 28,14 kA.

Ukidanjem transformacije 110/30 kV, 30 kV postrojenje gubi mogućnost spoja na 110 kV mrežu HOPS-a d.o.o. Stoga, do ukidanja 30 kV postrojenja u EL-TO Zagreb (druga faza rekonstrukcije),

5

postrojenje 30 kV u ingerenciji HEP ODS–a d.o.o. mora biti u pogonu kako bi se osiguralo normalno napajanje vlastite potrošnje.

U prvoj fazi će se revitalizirati i vratiti u pogon transformator 2BT1. Obzirom na nazivnu snagu transformatora i konfiguraciju postrojenja, transformator 2BT1 će u normalnom uklopnom stanju napajati potrošače priključene na 5,25 kV sabirnice 2BA, 2BB i 2BC. Navedeni transformator nije u funkciji cca 30 godina, te je u sklopu rekonstrukcije potrebno poduzeti opsežne zahvate na njemu kao što je ispitivanje stanja transformatora, remont regulacijske sklopke, zamjena brtvi, sanacija curenja ulja i obrada ulja.

Konfiguracija postrojenja EL-TO Zagreb nakon prve faze rekonstrukcije je privremena konfiguracija. Kako će se radovi odvijati za vrijeme ljetnog remonta, nisu potrebna privremena rješenja, a vlastita potrošnja će se napajati preko postojećeg 30 kV postrojenja.

2.3. Druga faza rekonstrukcije

U drugoj fazi se predviđa potpuno ukidanje 30 kV naponske razine u pogonu EL-TO Zagreb u dijelu pod ingerencijom HEP Proizvodnje d.o.o. Umjesto postojećih energetskih transformatora 1BT1 i 3BT3, 30/5,25 kV, nazivne snage 10 MVA, ugrađuju se novi transformatori prijenosnog omjera 10,5/5,25 kV, 1BYT i 2BYT. Također, ugrađuje se novo 10,5 kV postrojenje 1AA u Uklopnoj IX na mjestu postojećeg 30 kV postrojenja (u ingerenciji HEP Proizvodnje d.o.o.) te se formira nova 10,5 kV naponska razina za napajanje vlastite potrošnje koja se povezuje s postojećim 10,5 kV postrojenjem uz PTA 2 (proširenje postojećeg postrojenja za jedno polje ) te novim 10,5 kV postrojenjem 2AB ugrađenim u prvoj fazi. Umjesto energetskog transformatora 1BT1,10 MVA, 30/5,25 kV (spoj postojećeg 30 kV postrojenja i 5,1 kV postrojenja vlastite potrošnje), ugraditi će se novi energetski transformator 1BYT, nazivne snage 16 MVA,10,5/5,25 kV, grupe spoja Dd0. Novi transformator vlastite potrošnje je i dalje transformacija prema 5,1 kV glavnim postrojenjima (spoj novog postrojenja 10,5 kV 1AA i 5,1 kV glavnog postrojenja vlastite potrošnje), gdje je na GP2 ( glavno postrojenje) priključen i generator TG1.

Uzimajući u obzir grupe spoja postojećih transformatora te način uzemljenja 10,5 kV mreže u pogonu EL-TO Zagreb, kao i mogućnost zatvaranja trećeg harmonika unutar namota spojenog u trokut, odabrana je grupa spoja transformatora Dd0. Novi energetski transformator 2BYT je nazivne snage 16 MVA, 10,5/5,25 kV, grupe spoja Dd0 te će se ugraditi umjesto postojećeg transformatora 3BT3. Postojeći transformator 3BT3, 30/5,25 kV, nazivne snage 10 MVA je spoj 30 kV postrojenja u Uklopnoj IX i 5,1 kV postrojenja 3BD. Postrojenje 5,25 kV 3BD napaja elektromotore cirkulacijskih pumpi u Toplinskoj stanici (visokonaponski elektromotori 6 x 800 kW), transformator vlastite potrošnje te je iz postrojenja 3BD moguće i napajanje postrojenja 4BE (potrošače kotlova WK3 i WK4). Novom internom mrežom 10,5 kV transformator vlastite potrošnje 2BYT, 10,5/5,25 kV spaja se na postrojenje 1UBA (dogradnja sklopnog bloka na postojeće postrojenje) uz PTA1 tako da je novi transformator na odcjepu sabirnica generatora PTA1 i napaja 5,1 kV postrojenje 3BD. Novi energetski transformatori 1BYT i 2BYT su trofazni, dvonamotni, uljni, s automatskom regulacijom napona. Za potrebe ugradnje novih energetskih transformatora izvodi se građevinska prilagodba temelja te se ugrađuje nova spojna oprema za spoj energetskih transformatora na 10,5 kV i 5,25 kV stranu te polažu nove kabelske veze.

Za smanjenje struja kratkog spoja na 5,25 kV sabirnicama koje napajaju energetski transformatori 1BYT i 2BYT ugraditi će se prigušnice za smanjenje struja kratkog spoja kako bi se povećala moguća uklopna stanja.

Kako razvoj distribucijske mreže grada Zagreba uključuje napuštanje 30 kV naponske razine i zamjenu 10 kV naponske razine s 20 kV naponskom razinom, ukidanjem 30 kV naponske razine nakon druge faze rekonstrukcije u pogonu EL-TO Zagreb (u ingerenciji pogona EL-TO Zagreb) otvara se mogućnost za ukidanjem 30 kV naponske razine i u dijelu pogona pod ingerencijom Elektre Zagreb jer prestaje potreba za napajanjem vlastite potrošnje iz 30 kV mreže kao i povremenom evakuacijom električne energije u 30 kV mrežu.

3. IZBOR I DIMENZIONIRANJE OPREME

Dimenzioniranje nove opreme je izvršeno na temelju rezultata proračuna kratkog spoja i tokova snaga. Osim za dimenzioniranje opreme, na temelju rezultata proračuna definirana su dozvoljena i nedozvoljena uklopna stanja. Nedozvoljena uklopna stanja su ona u kojima struje kratkog spoja prelaze vrijednosti za koje je dimenzionirana oprema ili se javljaju preopterećenja na pojedinim elementima u

6

postrojenju. U standardnom programu za analizu elektroenergetskih mreža izrađeni su modeli postrojenja EL-TO Zagreb za: sadašnje stanje, stanje nakon prve faze rekonstrukcije te stanje nakon druge faze rekonstrukcije. 5,1 kV postrojenja i 10,5 kV postrojenja rade s izoliranom nul točkom, te je za određivanje maksimalnih struja kratkog spoja relevantan tropolni kratki spoj u stanju zimskog maksimuma proizvodnje i potrošnje. U postrojenju EL-TO Zagreb javljaju se vrlo visoke vrijednosti struja kratkog spoja. Proračunima tokova snaga je izvršena provjera različitih uklopnih stanja u pojedinim fazama rekonstrukcije postrojenja EL-TO Zagreb te eliminacija uklopnih stanja u kojima dolazi do preopterećenja pojedinih elemenata u postrojenju.

Interna mreža EL-TO Zagreb (5,1 kV, 10,5 kV i 30 kV razina) modelirana je u standardnom programu za analizu elektroenergetskih mreža. Naponska razina 110 kV modelirana je ekvivalentnom mrežom u čvorištu TS 110/30/10(20) kV Jarun. Maksimalna struja kratkog spoja u TS 110/30/10(20) kV Jarun iznosi (prema studiji [2]):

1) za sadašnje stanje i za prvu fazu rekonstrukcije: Ik3“ = 32,6 kA

2) za 2020. godinu (okvirna godina ulaska u pogon novog proizvodnog bloka u EL-TO Zagreb): Ik3“ = 34,2 kA.

Kod proračuna strujno-naponskih prilika uzeta je u obzir i ugradnja novog proizvodnog bloka u EL-TO Zagreb predviđene snage 130 MW. Za potrebe proračuna predviđeno je da novi blok ima slične karakteristike kao blok L u TE-TO Zagreb.

Za svaku konfiguraciju postrojenja (sadašnje stanje, privremeno stanje nakon prve faze rekonstrukcije, stanje nakon druge faze rekonstrukcije) razmatrano je više mogućih uklopnih stanja. Proračuni su rađeni za karakteristična pogonska stanja: zimski maksimum potrošnje/proizvodnje i ljetni minimum potrošnje/proizvodnje. Zimski maksimum je najteže pogonsko stanje s obzirom na struje kratkog spoja i potrošače za koje je potrebno osigurati napajanje. Za ovo pogonsko stanje detaljno su obrađena moguća uklopna stanja i ograničenja vezana uz struje kratkog spoja i preopterećenja pojedinih elemenata. U zimskom maksimumu u pogonu su sva četiri generatora i vlastita potrošnja postrojenja postiže maksimalne vrijednosti. U slučaju kratkog spoja, u ovom pogonskom stanju pojavit će se maksimalne moguće struje kratkog spoja na temelju kojih se dimenzionira nova sklopna oprema. U ljetnom minimumu u pogonu je samo jedan od dva plinska turboagregata. Ostali generatori nisu u pogonu. Za stanje ljetnog minimuma provjerena je mogućnost napajanja cjelokupne opće potrošnje preko transformatora 2BT1. U maksimumu je pretpostavljeno opterećenje transformatora vlastite potrošnje od 80% Sn, u minimumu 25% Sn. Motori koji su u pogonu rade s nazivnom snagom.

Za prvu fazu rekonstrukcije su razmatrana četiri uklopna stanja (uklopna stanja su dana u elaboratu [4]). Maksimalne struje kratkog spoja na 110 kV sabirnicama te na 10,5 kV sabirnicama postrojenja 2AB, postrojenja +1BAA (PTA 1) te postrojenja +2BAA (PTA 2) su za uklopno stanje prema Slici 2 kad su uključeni sljedeći generatori i veze prema glavnim postrojenjima:

1) PTA 1 (G3) preko 1BAT spojen je na 110 kV mrežu

2) PTA 2 (G4) preko 2BAT spojen je na 110 kV mrežu

3) Uključena 110 kV veza prema TS Jarun

4) Uključeni distribucijski transformatori +T1 i +T2 ( ingerencija Elektre Zagreb );

5) Uključeno spojno polje u 30 kV postrojenju prema 30 kV postrojenju Elektre Zagreb;

6) Transformator 1BT1 30/5,1 kV, uključenja veza prema GP2

7) Transformator 3BT3 30/5,1 kV, uključenja veza prema 3BD

8) Transformator +TR 3 110/10,5 kV

9) TG1 i TG2;

10) Transformator 2BT1 napaja postrojenja 2BA, 2BB i 2BC.

Tablica II. Prikaz maksimalnih struja kratkog spoja

2AB 1AA +1BAA +2BAA 110 kV

Ik3 (kA) Ik3 (kA) Ik3 (kA) Ik3 (kA) Ik1 (kA) Ik3 (kA)

1.FAZA 27,53 A 27,57 27,57 31,62 29,03

2.FAZA 28,14 A 27,23 A 28,02 27,92 31,33 28,69

7

Slika 2. Prikaz uklopnog stanja za maksimalne struje kratkog spoja za prvu fazu rekonstrukcije

8

U drugoj fazi rekonstrukcije se predviđa potpuno ukidanje 30 kV naponske razine u EL-TO

Zagreb u dijelu pod ingerencijom HEP Proizvodnje d.o.o. Druga faza rekonstrukcije postrojenja EL-TO Zagreb obuhvaća sljedeće nove veze:

1) ugradnja veze između odcjepa generatora PTA 1 i postrojenja 3BD preko transformatora 2BYT

2) ugradnja 10,5 kV veze između odcjepa generatora PTA2 i postrojenja 1AA

3) ugradnja 10,5 kV veze između 1AA i postrojenja GP2 preko transformatora 1BYT

4) ugradnja veze između 10,5 kV postrojenja 1AA i postrojenja 10,5 kV 2AB (sekcioniranog u normalnom pogonu zbog visokih struja kratkog spoja)

5) ugradnja prigušnica 1BYL i 2BYL sa smanjenje struja kratkog spoja .

Za drugu fazu rekonstrukcije je razmatrano šest uklopnih stanja (uklopna stanja su dana u elaboratu [4]. Maksimalne struje kratkog spoja za 110 kV sabirnice te na 10,5 kV sabirnicama postrojenja 2AB, 1AA, postrojenja +1BAA te postrojenja +2BAA su većinom za uklopno stanje prema Slici 3, kada su uključeni sljedeći generatori i veze prema glavnim postrojenjima:

1) PTA 1 (G3) preko BTA1 spojen je na 110 kV mrežu

2) PTA 2 (G4) preko BTA2 spojen je na 110 kV mrežu

3) Uključena 110 kV veza prema TS Jarun

4) Uključeni distribucijski transformatori +T1 i +T2

5) +TR 3 je uključen i preko 2BT1 napaja postrojenja 2BA, 2BB, 2BC i 3BD

6) 1BYT je uključen i napaja glavno postrojenje 1 i 2, te vlastite pogone

7) Uključen TG2.

U drugoj fazi izgradnje ugrađuju se trofazni uljni energetski transformatori s regulacijskom sklopkom nazivne snage 16 MVA, 10,5±10x1,5%/5,25 kV, grupe spoja Dd0. Regulacija napona će se biti pod teretom na VN strani u zvjezdištu, a opseg regulacije je ±15,00 %. Napon kratkog spoja VN - NN je 9 % s tolerancijom 10 %. Što se tiče napona kratkog spoja, on je izabran na osnovu iskustvenih podataka sličnih transformatora u drugim proizvodnim objektima kako u Republici Hrvatskoj, tako i u inozemstvu te uzimajući u obzir pojedinačni pad napona i ukupni pad napona pri pokretanju motora u novoj toplinskoj stanici ( postrojenje 3BD) .

Preko transformacije 10,5/5,25 kV 1BYT, ostvaruje se veza 10,5 kV postrojenja u Uklopnoj IX (1AA) s 5,25 kV postrojenjem GP2 i generatorom TG1, dok preko transformacije 10,5/5,25 kV, 2BYT ostvaruje veza 10,5 kV postrojenja 1UBA (PTA1) s 5,25 kV 3BD postrojenjem koje napaja VN motore. Izbor nazivne snage i napona kratkog spoja transformatora vlastite potrošnje zahtjeva vrlo složene proračune jer je ulazni podatak zadana struja kratkog spoja na sabirnicama, a treba izračunati i struju kratkog spoja i na mjestu priključenja motora te dopušteni pad napona. Vrlo detaljni proračun uzima u obzir sve utjecajne parametre te se kao rezultat mogu dobiti minimalne i maksimalne vrijednosti napona kratkog spoja transformatora za dozvoljene veličine napona kratkog spoja i dozvoljene padove napona u ovisnosti o snazi transformatora, omjeru snage transformatora i snage motora. U slučaju rada više motora treba uzeti u obzir prethodno opterećenje te uvjete rada kod zaleta motora.

Na 5,1 kV sabirnicama se već u sadašnjem stanju javljaju maksimalne struje kratkog spoja čije su vrijednosti blizu dopuštene maksimalne vrijednosti od 28,3 kA. Rekonstrukcijom postrojenja dolazi do povećanja maksimalnih vrijednosti struja kratkog spoja na vrijednosti veće od 30 kA. Predlaže se da se vrijednosti struja kratkog spoja smanje ugradnjom prigušnica između transformatora 1BYT i 5,1 kV sabirnica glavnog postrojenja, te između transformatora 2BYT i 5,1 kV sabirnica postrojenja 3BD, što omogućava zadržavanje prekidača na naponskoj razini 5,25 kV za struje kratkog spoja ispod 28,3 kA, čime je omogućeno sigurno vođenje pogona u definiranim dozvoljenim uklopnim stanjima.

U standardnom programu za analizu elektroenergetskih mreža, prigušnica se zadaje s tri parametra:

1) nazivni napon (Un [kV])

2) napon kratkog spoja (uk [%])

3) nazivna struja (In [A]).

9

Slika 3. Prikaz uklopnog stanja za maksimalne struje kratkog spoja za drugu fazu rekonstrukcije

10

Uzevši u obzir nazivne podatke postojećih prigušnica u EL-TO Zagreb, nazivnu struju transformatora 1BYT i ciljanu vrijednost struje kratkog spoja na 5,1 kV sabirnicama, proračuni su izvršeni s modelom prigušnice sa sljedećim parametrima: Un = 5,25 kV, uk = 9%, In = 1800 A. Prigušnica s istim parametrima će se ugraditi između transformatora 2BYT i sabirnica postrojenja 3BD čime se dobiva veći broj dozvoljenih uklopnih stanja tijekom zimskog maksimuma .

Uloga prigušnice za smanjenje struje kvara je da poveća iznos impedancije u mogućem krugu petlje kratkog spoja. Struja kratkog spoja napajana izvorom napona u slučaju kvara se smanjuje reaktancijom namota. Tijekom normalnog rada mreže, bilo koje povećanje iznosa reaktancije dovodi do povećanja pada napona u mreži. To općenito ne predstavlja veliki problem za sklopne operacije u mreži budući da se pad napona geometrijski pribraja naponu izvora i zbog toga je funkcija faktora snage. Prigušnice za ograničenje struje kvara imaju nedostatak da snižavaju napon iza sebe. To je od posebnog značaja pri startu motora, zbog 4-6 puta veće startne struje motora. Ulazni podaci za proračun pada napona na stezaljkama VN motora:

1) Generator: S = 28,1 MVA, x'' = 14 %, Un = 10,5 kVA

2) Prigušnica: In = 1800 A, Un = 5,25 kV, uk= 9 %

3) Transformator: 10,5/5,25 kV, S = 16 MVA, uk = 9 %

4) Motori: In = 107 A, Un = 5,1 kV, Ipot/In = 5,27

5) Kabeli: l1=110 m, l2=10 m, l3= 140 m; l=0,51 mH/km, R=0,06 Ω/km

Pad napona na stezaljkama motora računa se kao:

mp

3p mp

Su 100(%)

S S

(1)

gdje su:

Smp – prividna snaga motora prilikom starta;

S3p – snaga tropolnog kratkog spoja na sabirnicama na koje su priključeni motori, uslijed djelovanja pojne mreže.

Za zimski maksimum kada je u pogonu maksimalno pet pumpi u novoj toplinskoj stanici te se postrojenje 3BD napaja preko transformacije 2BYT i uključenu vezu prema 4BE (jedno od uklopnih stanja), maksimalni pad napona za odabrani napon kratkog spoja prigušnice 2BYL i transformatora 2BYT, iznosi:

u 19,7% .

Novi način napajanja vlastite potrošnje putem transformatora s odcjepa generatora plinske kogeneracijske elektrana otvara nova pitanja s aspekta utjecaja starta visokonaponskih motora na dinamičke prilike generatora PTA1. Naime, postrojenje nove toplinske stanice 3BD koja se sastoji od 6 visokonaponskih elektromotora snage 800 kW i postrojenje vlastite potrošnje vrelovodnih kotlova 4BE mogu se napajati preko transformatora s odcjepa generatora plinske kogeneracijske elektrane PTA 2. Istovremeni start većeg broja elektromotora dovodi do pojave njihanja generatora PTA 2. Međutim pojava njihanja ne dovodi do gubitka stabilnosti generatora niti za najgori slučaj topologije mreže uz najnepovoljniji start određenog broja elektromotora.

4. USPOREDBA GUBITAKA SNAGE I ENERGIJE ZA POSTOJEĆU I BUDUĆU KONFIGURACIJU POSTROJENJA U EL-TO ZAGREB S EKONOMSKOM VALORIZACIJOM GUBITAKA

U postrojenju EL-TO Zagreb postoje sezonske razlike u razini potrošnje odnosno proizvodnje. U Tablici III. dan je pregled trajanja pojedinog sezonskog pogonskog stanja. Sezonama su pridijeljene oznake S1 – S5 koje su korištene pri valorizaciji gubitaka.

11

Tablica III. Trajanje karakterističnih sezonskih pogonskih stanja u EL-TO Zagreb

Trajanje Sezone

Oznaka Opis Dani Sati

S5 7. i 8. mjesec (ljetni minimum) 60 1.440

S4 5., 6. i 9. mjesec 90 2.160

S3 3., 4., 10. i 11. mjesec 120 2.880

S2 1., 2. i 12. mjesec - 50% vremena 45 1.080

S1 1., 2. i 12. mjesec - 50% vremena (zimski maksimum) 45 1.080

Analizirajući gubitke za sadašnje stanje može se primijetiti da gubici u transformaciji imaju

značajno veći udio u ukupnim gubicima. Ukupni gubici se, gledano od sezone S1 prema sezoni S5, smanjuju što je i očekivano s obzirom na smanjenje proizvodnje i potrošnje u postrojenju. U svim sezonama gubici nakon rekonstrukcije su manji nego gubici prije rekonstrukcije. Najveća razlika u apsolutnom iznosu gubitaka javlja se u sezoni S3 i iznosi 215,2 kW, dok se najveća relativna razlika javlja u sezoni S5 u kojoj smanjenje gubitaka iznosi 29,5%. Najmanja razlika u apsolutnom iznosu gubitaka javlja se u sezoni S5 i iznosi 149,9 kW, dok se najmanja relativna razlika javlja u sezoni S2 u kojoj smanjenje gubitaka iznosi 21%.

Gubici djelatne snage na godišnjoj razini za postojeće postrojenje iznose 6.538 MWh, dok se nakon rekonstrukcije godišnji gubici energije smanjuju na 4.920 MWh (Slika 4). Dakle, rekonstrukcijom postrojenja EL-TO Zagreb gubici energije na razini godine se smanjuju za 1.618 MWh odnosno 24,7% .

Slika 4. Godišnji gubici energije za postojeće i rekonstruirano postrojenje

Predviđeni troškovi rekonstrukcije postrojenja EL-TO Zagreb iznose cca 30 milijuna kuna.

Ekonomska vrijednost smanjenja gubitaka energije određena je u odnosu na cijenu proizvodnje električne energije u postrojenju EL-TO Zagreb. Prema dostupnim podacima, aktualna cijena proizvodnje električne energije u EL-TO Zagreb iznosi oko 85 €/MWh. Uz pretpostavku takve cijene proizvodnje, smanjenjem gubitaka energije od 1.618 MWh/god ostvaruje se ušteda od 1.031.050,00 kn/god.

U tržišnim uvjetima cijena proizvodnje električne energije (cijena energenata) se tijekom vremena mijenja. Na Slici 5. prikazana je ovisnost uštede ostvarene smanjenjem gubitaka energije u postrojenju EL-TO Zagreb o cijeni proizvodnje električne energije. Promatran je raspon cijena proizvodnje električne energije od 50 €/MWh do 120 €/MWh. Plavi stupac označava uštedu ostvarenu uz aktualnu cijenu proizvodnje od 85 €/MWh.

12

Slika 5. Godišnja ušteda ostvarena na temelju smanjenja gubitaka

Uz pretpostavku godišnje uštede od 1.031.050,00 kn/god i predviđenih troškova rekonstrukcije

postrojenja EL-TO Zagreb od cca 30 milijuna kuna, rekonstrukcija postrojenja EL-TO Zagreb bi se samo na temelju ušteda ostvarenih kroz smanjenje gubitaka energije isplatila u razdoblju od 28,9 godina.

5. ZAKLJUČAK

Ukidanje 30 kV naponske razine u nadležnosti HEP Proizvodnje d.o.o. u dvije faze te realizacija nove unutarnje mreže 10,5 kV uz zamjenu svih do sada važnih energetskih jedinica za posljedicu ima pojavu novih uklopnih stanja te promjene u vrijednostima struja kratkog spoja koje se mogu pojaviti na pojedinim elementima u postrojenju kao i okolnoj mreži. Rekonstrukcija postrojenja je nužna zbog zamjene dotrajale opreme (transformator +T3) i usklađivanja s razvojem distribucijske mreže (napuštanje 30 kV razine).

Rekonstrukcija i dogradnja proizvodnog dijela postrojenja EL-TO omogućava i ukidanje 30 kV naponske razine u 4TS9 EL-TO te otvara nove mogućnosti za razvoj elektroenergetske mreže u zapadnom dijelu Zagreba. Pri ukidanju 30 kV naponske razine u EL-TO Zagreb nužno je usklađivanje etapa prelaska s 30 kV naponske razine na 20 kV za postrojenje u nadležnosti Elektre Zagreb, odnosno na 10,5 kV napon za pogon EL-TO (nadležnost HEP Proizvodnje d.o.o.) kako se ne bi ugrozila isporuka toplinske energije potrošačima, te spriječio eventualni ispad iz elektroenergetske mreže.

Također, planirana rekonstrukcija postrojenja će povećati sigurnost evakuacije proizvedene električne energije i opskrbe vlastite i opće potrošnje na lokaciji EL-TO Zagreb, kako za postojeću izgrađenost blokova tako i stanje nakon izgradnje novog bloka.

Uštede ostvarene na temelju smanjenja gubitaka energije ugradnjom novih transformatora i ukidanjem dvostruke transformacije, potrebno je vrednovati kao dodatni faktor opravdanosti rekonstrukcije postrojenja EL-TO Zagreb.

6. LITERATURA

[1] T. Cerovečki, K. Musulin :''Analiza gubitaka snage i energije za postojeća i rekonstruirana elektroenergetska postrojenja na lokaciji EL-TO Zagreb '' Ravel d.o.o/ IE d.d., Zagreb, prosinac 2011.

[2] ''Proračun kratkog spoja u prijenosnoj mreži Hrvatske za nazivnu 2020. Godinu“, Institut za elektroprivredu i energetiku d.d., 2010. godina.

[3] K. Musulin, T. Cerovečki :''Tehnička dokumentacija zamjene energetskog transformatora +T3, 63 MVA, 115/33 kV – idejno rješenje'' ,Ravel d.o.o/ IE d.d., Zagreb,rujan 2011.

[4] V. Ravlić, K. Musulin :''Utjecaj ugradnje novog energetskog transformatora 110/10,5 kV i postrojenja 10,5 kV na koncept zaštite i elaborat podešenja sustava zaštite" , Ravel d.o.o., Zagreb, studeni 2012.

[5] ''Projekt rekonstrukcije i dogradnje postrojenja u pogonu EL-TO Zagreb'' Ravel d.o.o., Zagreb, 2012.