Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт энергетики Академии наук Молдовы, Кишинев

Московский энергетический институт (технический университет)

ОАО «НТЦ Электроэнергетики», Москва

Управляемые электропередачи переменного тока повышенной пропускной способности -- этапы исследований и целесообразность применения

В.М. Постолатий , Е.В. Быкова , Г.К. Зарудский , И.И. Карташёв , Л. В. Тимашова , Ю.Г. Шакарян

АННОТАЦИЯ

электропередача повышенный пропускной технический

Управляемые электропередачи переменного тока повышенной пропускной способности представляют собой комплекс технических решений, предусматривающих применение линий электропередач переменного тока -одноцепных и многоцепных измененной конструкции и схем соединения, обеспечивающих повышенную пропускную способность, а также современных устройств и средств регулирования параметрами и режимами электропередачи в соответствии с заданными критериями и требованиями.

Для них применимы все устройства типа FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems), а также новые технологии активно-адаптивных сетей, называемых за рубежом Smart grid («Умные сети»). Главные особенности рассматриваемых управляемых электропередач состоят в применении воздушных линий электропередачи (ВЛ) нового типа, компактных, управляемых и самокомпенсирующихся, превосходящие обычные ВЛ по своим характеристикам.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в странах СНГ и за рубежом интенсивно ведутся исследования и разработки в области совершенствования существующих и создания новых технологий передачи и распределения электроэнергии с целью улучшения их как технических, так и экономических показателей, а также снижения экологического влияния электропередач высокого и сверхвысокого напряжения на окружающую среду.

В странах СНГ были предложены и исследуются ВЛ повышенной пропускной способности новых типов -- компактные одноцепные, двухцепные и многоцепные, а также двухцепные и многоцепные самокомпенсирующиеся. Применение современных устройств и средств регулирования позволяет указанные электропередачи повышенной пропускной способности выполнить в виде управляемых по наперед заданным техническим и экономическим критериям и тем самым обеспечить оптимальные режимные характеристики, необходимые величины пропускной способности и запасы по статической и динамической устойчивости, экономию капитальных вложений и сниженное влияние на окружающую среду.

В докладе рассматриваются этапы исследований данных электропередач и обосновывается целесообразность их применения в энергосистемах.

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

Основная идея управляемых электропередач переменного тока повышенной пропускной способности состоит в том, чтобы создать воздушные (ВЛ) или кабельные (КЛ) линии электропередачи с заданной величиной пропускной способности и обеспечивающие в процессе работы режимные характеристики, отвечающие всем нормативным требованиям и заданным показателям качества, экономичности и надежности передачи и распределения электроэнергии как между системами, так и внутри энергосистем. Весьма важными являются требования к ВЛ по ограничению экологического влияния и эффективного использования коридора ВЛ и полосы земельных отчуждений под строительство. Большинству из этих требований удовлетворяют управляемые компактные и самокомпенсирующиеся линии электропередачи. Данные типы воздушных линий электропередачи отличаются от обычных ВЛ прежде всего значительно уменьшенными расстояниями между фазами, что стало возможным выносу заземленных элементов опоры за пределы пространства между фазами. При этом, однако, обязательными являются условия выполнения требований по ограничениям минимально допустимых изоляционных промежутков «фаза-фаза» по максимальным рабочим напряжениям, а также грозовым и коммутационным перенапряжениям.

Выбор сечений проводов и конструкции расщепленных фаз при этом осуществляется с учетом требований по ограничению максимальной величины напряженности электрического поля на поверхности проводов по условиям ограничения потерь на корону, акустических шумов и радиопомех. Габариты ВЛ выбираются с учетом требований по допустимой величине напряженности электрического поля под линией вблизи поверхности земли.

На основании анализа отечественных и зарубежных работ, проведенных в области компактных ВЛ и управляемых самокомпенсирующихся (УСВЛ), можно констатировать, что минимально допустимые расстояния между фазами на линиях указанных типов могут приниматься на уровне 0,25-Ю,3 от величины принимаемого в настоящее время расстояния между фазами на ВЛ обычной конструкции.

Обеспечить механическую устойчивость сближенных фаз ВЛ удается за счет применения V-образной конструкции поддерживающих гирлянд изоляторов на опорах или изолирующих траверс и других мероприятий, в том числе применения междуфазных изоляционных элементов (распорок или стяжек), а также выбора конструкции расщепленных фаз с переменным радиусом расщепления. Для компактных ВЛ и УСВЛ разработаны специальные типы опор. При уменьшении расстояния между фазами ВЛ удается существенно изменить параметры электромагнитного поля и благодаря этому, изменить удельное индуктивное сопротивление (Хо), емкостную поперечную проводимость (bo), волновое сопротивление (ZB), зарядную мощность (Qc) и величину натуральной мощности (Рнат), являющуюся главным показателем пропускной способности линии.

Для компактных одноцепных и многоцепных ВЛ различных классов напряжения благодаря их новым конструкциям удается обеспечить в итоге большую на 25-40% величину натуральной мощности в расчете на цепь, по сравнению с аналогичными ВЛ традиционного исполнения.

Еще более существенного эффекта удается достичь благодаря новым техническим решениям по созданию двухцепных и многоцепных управляемых самокомпенсирующихся ВЛ (УСВЛ) [1-3]. Применяя конструкцию попарного сближения фаз разных цепей, расположенных на одной опоре, удается создать усиленное электромагнитное влияние цепей друг на друга. Эквивалентные электрические параметры таких ВЛ (удельное индуктивное сопротивление Хоэ и удельная емкостная проводимость Ьоэ) состоят из значений собственных параметров цепей, (удельного индуктивного сопротивление Хос и удельной емкостной проводимости Ьос), а также дополнительных величин, обусловленных взаимным электромагнитным влиянием цепей друг на друга (взаимным удельным индуктивным сопротивлением Хом и взаимной удельной проводимости Ьом), которые могут составлять 0,25-0,3 значений собственных параметров.

Знак взаимных составляющих индуктивного сопротивления (ХОм) и емкостной проводимости (Ьом) зависит от величины угла (И) сдвига систем векторов напряжений цепей друг относительно друга, и в зависимости от этого взаимные составляющие индуктивного сопротивления и емкостной проводимости могут либо прибавляться, либо вычитаться из величин этих параметров, собственных для фаз, от чего в значительной мере будут зависеть эквивалентные параметры Хоэ и Ьоэ, определяющие, в свою очередь, величину зарядной мощности линии (Qco)и величину натуральной мощности (-Рнат).

При угле и=180° УСВЛ обладают наибольшей величиной натуральной мощности благодаря тому, что индуктивное сопротивление имеет минимальное значение, а емкостная проводимость и соответственно зарядная мощность -- максимальное. При и=180° взаимная индуктивная составляющая индуктивного сопротивления имеет отрицательный знак и вычитается из собственного значения индуктивного сопротивления фаз, в результате чего величина эквивалентного индуктивного сопротивления фаз становится минимальной. В отношении поперечной проводимости взаимное влияние фаз создает дополнительную величину емкостной проводимости, имеющую положительный знак, по отношению к собственной поперечной емкостной проводимости фаз. В результате этого величина эквивалентной емкостной проводимости при и=180° имеет максимальное значение, линия при этом обладает максимальной зарядной (Qc) и натуральной мощностью (Рнат), являющейся показателем пропускной способности.

При переводе УСВЛ в режим при и=0° взаимное электромагнитное влияние цепей линии меняет знак, в результате чего эквивалентное индуктивное сопротивление становится максимальным, емкостная проводимость -- минимальной, соответственно зарядная и натуральная мощности линии принимают минимальные значения. Как показывают расчеты диапазон изменения эквивалентных параметров, зарядной и натуральной мощностей УСВЛ при переходе из режима и=180° в режим при и=0° составляет (0,4-0,5) от исходных значений. Это свойство УСВЛ можно выгодно использовать для регулирования параметров режимов электропередачи при изменении величины передаваемой по линии мощности.

К настоящему времени выполнены в значительном объеме теоретические исследования и разработки, на основании которых определены требования к конструкциям УСВЛ разных классов напряжений, схемам соединения и устройствам управления. Выполнены расчеты характеристик и технико-экономических показателей ряда вариантов УСВЛ напряжением 110-1150 кВ.

Общие представления о новых конструкциях УСВЛ дает рис. 1.

Вариант схемного исполнения УСВЛ иллюстрируется на рис. 2.

Благодаря применению фазового управления и дополнительных компенсирующих устройств становится возможным осуществлять регулирование эквивалентных параметров и характеристик УСВЛ и параметров режимов электропередачи во всем диапазоне передаваемой мощности. Характер регулировочных характеристик показан на рис. 3.

Двухцепные управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи по сравнению с обычными двухцепными ВЛ тех же классов напряжения характеризуются повышенной на 30-50 % величиной натуральной мощности, сниженными на 15-20 % удельными капитальными вложениями в расчете на единицу передаваемой мощности, требуют меньшей полосы отчуждаемых под строительство земельных угодий и оказывают сниженное экономическое влияние.

2. ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

Исследования в области управляемых электропередач стали достаточно актуальными, начиная с периода формирования объединенных электроэнергетических систем и интенсивного развития электроэнергетики. Главными возникшими проблемами стали увеличение пропускной способности электропередач, осуществление регулирования параметров режимов и потоков мощности, повышение экономичности и снижения экологического влияния электропередач на окружающую среду [4,5].

Поисковые исследования нетрадиционных способов передачи электроэнергии и устройств управления, проведенные в период 70-80-х годов прошлого столетия, создали базу для начала внедрения линий электропередач нового типа -- управляемых самокомпенсирующихся и компактных ВЛ, а также нового оборудования для управления режимами электропередач (УШР, СТК, регулируемые УПК, вставки постоянного тока и др.).

Период 80-90-х годов характеризуется интенсивными исследованиями устройств типа FACTS (гибких систем передачи энергии переменным током).

К устройствам типа FACTS относятся управляемые шунтирующие реакторы (УШР); статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК); управляемые устройства продольной компенсации (УУПК); управляемые фазоповоротные устройства (ФПУ); статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ); последовательный регулятор мощности (ПРМ), объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ), вставки и линии электропередачи постоянного тока (ВПТ и ППТ).

В последние годы наметилось направление исследований и разработок по созданию электропередач с комплексным применением линий электропередач нового типа повышенной пропускной способности, в том числе УСВЛ и компактных ВЛ и устройств типа FACTS.

Весь комплекс технических решений по созданию линий электропередач новых типов и установки современных устройств и систем управления и регулирования позволяет на качественно более высоком уровне решать проблемы передачи и распределения энергии и формирования объединенных электроэнергетических систем и распределительных сетей будущего.

3. ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ ОБЛАСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Выполненные исследования и разработки, а также первые проектные работы показали, что управляемые линии электропередачи повышенной пропускной способности могут быть применены

для различных цепей: для передачи электроэнергии на дальние и сверхдальние расстояния на освоенных классах напряжения, как межсистемные и внутрисистемные, а также распределительные линии, для выдачи мощности удаленных источников, для осуществления регулирования потоками мощности и оптимизация режимов энергосистем.

В свете существующих перспектив развития электроэнергетических систем стран и регионов рассматриваемые электропередачи с применением управляемых ВЛ повышенной пропускной способности в сочетании с современными устройствами и системами регулирования могут быть широко использованы для успешного решения проблем транспорта и распределения электроэнергии, получения заметного экономического эффекта и снижения экологического влияния.

Необходимо продолжить в рассматриваемом направлении научно-исследовательские, опытно-конструкторские и проектные работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные к настоящему времени исследования, разработки и экспериментальные проверки показали, что технические параметры и характеристики линий электропередач переменного тока можно существенно улучшить путем создания управляемых компактных одноцепных и многоцепных и управляемых самокомпенсирующихся ВЛ:

повысить в 1,2-1,5 раза пропускную способность, улучшить управляемость, повысить эффективность капитальных вложений, уменьшить экологическое влияние на окружающую среду.

Необходима координация проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ в рамках СНГ и на международном уровне для осуществления широкого внедрения эффективных электропередач будущего.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.с. 566288 (СССР). Электропередача переменного тока /В.М. Постолатий, В.А. Веников, Ю.Н. Астахов, Г.В. Чалый, Л.П. Калинин. Заявл. 21.03.74. № 2006496. Опубл. В Б.И., 1977, № 27.

2. Управляемые линии электропередачи / Ю.Н. Астахов, В.М. Постолатий, И.Т. Комендант, Г.В. Чалый; под ред. В.А. Веникова. - Кишинев: Штиинца, 1984. - 296 с.

3. Управляемые электропередачи 1972-2007. Труды Института энергетики 2001-2007. Составители: В.М. Постолатий, Е.В. Быкова, Кишинев, 2007. - 234 с, ил.

4. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 488 с, ил.

5. Основы современной энергетики: учебник для вузов. В 2 т. /под общей редакцией Е.В. Аметистова. - 4-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Том 2. Современная электроэнергетика/под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. - 632 с, ил.

Размещено на Allbest.ru