Современное развитие электроэнергетики, направленное на обеспечение бесперебойного снабжения электроэнергией всех отраслей народного хозяйства, базируется на основе создания мощных п. разветвленных энергосистем, включающих в себя крупные электростанции, внутрисистемные и межсистемные связи в виде линий электропередач и широкую распределительную сеть.
С учетом ограниченности сырьевых и людских ресурсов важными являются вопросы снижения материалоемкости и трудовых затрат на единицу продукции, а также совершенствования технико-экономических показателей самих энергосистем, как подсистем всего народнохозяйственного комплекса. Затраты на создание и функционирование энергосистем в итоге отражаются на стоимости и объеме конечного продукта, поэтому вопросы снижения капитальных затрат при сооружении энергетических объектов и повышения эффективности использования энергетических ресурсов весьма злободневны.
При широком развитии электроэнергетики приходится также решать задачи ограничения экологического влияния энергетических объектов на окружающую природу и уменьшения ущерба, наносимого народно^ хозяйству из-за изъятия под их строительство больших земельных площадей.
Одними из главных элементов энергетических систем являются линии электропередачи, роль которых с дальнейшим развитием энергетики все больше возрастает. Это обусловлено тем, что выработка электроэнергии осуществляется в основном на крупных электростанциях различного типа, включая ТЭС» ГЭС, АЭС, ГАЭС, которые сооружаются вблизи энергетических источников, либо в тех местах, где это технико-экономически целесообразно благодаря территориальным и климатическим условиям.
Как показал опыт, выработку электроэнергии наиболее выгодно производить на электростанциях большой единичной мощности.Именно по этому пути идет развитие электроэнергетики в нашей стране. Уже к 1982 г. в СССР 73 электростанции имели установленную мощность 1000 МВт и более, в том числе 34 электростанции - мощность более 2000 МВт каждая [I]. В СССР действуют и сооружаются новые тепловые электростанции единичной мощностью более 3 млн.кВт,атомные - 2 - 4 млн. кВт с доведением их до мощности 4- 6 млн. кВт, гидроэлектростанции мощностью 4 - 6 млн. кВт и более. В отдельных районах страны, где сосредоточены большие запасы природных энергоресурсов, сооружаются комплексы электростанций суммарной мощностью в десятки миллионов киловатт.Начато сооружение и рассматриваются проекты уникальных энергетических комплексов мощностью 20 - 40 ГВт и более.
Учитывая неравномерный характер распределения энергоресурсов по территории страны, все более острой становится задача передачи и распределения электроэнергии для электроснабжения населенных пунктов, различных объектов народного хозяйства,размещение которых обусловлено социально-экономическими, природно- климатическими и другими условиями и зачастую не совпадает с наличием близкорасположенных энергоресурсов.
В нашей стране подавляющее большинство энергоресурсов расположено в восточных районах страны, а основная часть населения проживает в европейской части. Несмотря на интенсивное строительство атомных электростанций в европейкой части страны для успешного решения вопросов обеспечения энергобаланса и регулирования режимов энергосистем необходимо сооружение линий электропередач большой пропускной способности, выполняющих роль транспортных, межсистемных и внутрисистемных связей.
В СССР успешно ведутся работы по формированию Единой электроэнергетической системы (ЕХ СССР). Уже созданы объединенные энергосистемы Центра, Северо-Запада, Юга, Северного Кавказа, Закавказья, Средней Волги, Урала, Казахстана, Сибири, входящие в ЕЭС СССР, а также системы Средней Азии и Востока. Согласно решениям ХХУІ съезда КПСС, работы по дальнейшее развитию ЕЭС СССР должны быть продолжены. Выработка электроэнергии к 1985 г. должна быть доведена до 1550 - 1600 млрд. кВт-ч [2].
В дальнейшем будет происходить еще более интенсивное развитие электроэнергетики. С одной стороны - это количественный рост, вызванный необходимостью сбалансированного электроснабжения потребителей постоянно развивающихся отраслей народного хозяйства, а с другой - это качественное изменение структуры энергоснабжения. Доля энергоресурсов от общего потребления в СССР,как
и в других странах, используемая для производства электроэнергии, непрерывно растет.
В настоящее время в промышленно развитых странах в среднем около 25% всех потребляемых энергетических ресурсов идет на производство электроэнергии, к 1985 г. этот показатель возрастет приблизительно до 35$, а к 2000 г. - до 50$.
Решение больших задач по развитию электроэнергетики, создание объединенных энергосистем и Единой энергетической системы страны основывается на строительстве крупных электростанций, соединенных сложной сетью линий электропередач. К линиям электропередачи предъявляется целый ряд требований, определяемых конечными задачами электроэнергетической системы: обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей электрической энергией соответствующего качества при минимальных затратах и возможно меньшем экологическом влиянии. В ряде случаев необходимо, чтобы линии обладали значительной пропускной способностью б - 10 ГВт на цепь и более. Современные ЛЭП освоенных классов напряжений не обеспечивают такой пропускной способности. Требования большой пропускной способности относятся к линиям различного назначения, в том числе и к внутрисистемным связям для возможности резервирования и увеличения надежности электроснабжения.
Основными способами повышения пропускной способности ЛЭП являются увеличение их напряжения и применение дополнительных средств компенсации. Исходя из современных потребностей в отечественной электроэнергетике создаются и осваиваются ЛЭП сверхвысоких и ультравысоких классов напряжений. В СССР уже успешно эксплуатируются ЛЭП переменного тока класса 750 кВ, начато сооружение ЛЭП-П50 кВ. Ведется строительство ЛЭП постоянного тока напряжением 1500 кВ (± 750 кВ) и разрабатываются линии класса 2200 кВ <± 1100 кВ).
Увеличение напряжения ЛЭП - эффективный способ повышения пропускной способности, так как ее величина практически прямо пропорциональна квадрату напряжения. Если натуральная мощность ЛЭП-750 кВ составляет 2,0 - 2,2 ГВт, то мощность ЛЭП-П50 кВ - 5-5,6 ГВт. В СССР исследуются возможности создания ЛЭП переменного тока напряжением до 1800 кВ. При расширенной конструкции фаз величина натуральной мощности трехфазных одноцепных ЛЭП такого класса напряжения может достичь 15-16 ГВт, что, несомненно, может удовлетворить потребности энергосистем на современном этапе их развития. Однако при разработке линий электропередач ультравысоких классов напряжений (ЛЭП УВД) возникает целый ряд технических трудностей. Они связаны прежде всего с созданием электрических аппаратов на такие напряжения, а также средств и устройств управления режимами.
Чрезвычайно острой становится проблема ограничения экологического влияния ЛЭП УВД. Достаточно привести данные о том, что уже при напряжении ЛЭП , равном 1150 кВ,уровни напряженности поля в окружающем линию пространстве, в частности у поверхности земли, при общепринятых габаритах линии настолько велики,что под линиями практически должно быть исключено пребывание людей. Так, под ЛЭП-П50 кВ с проводами 8хАС0-300 при расстоянии между фазами 20 м и габарите в низшей точке провисания проводов 10 м максимальная величина напряженности электрического поля на высоте 2 м над землей достигает 28 - 30 кВ/м. Допустимая длительность разового пребывания человека под линией электропередачи, создающей такое поле, составляет несколько минут [4]. Чтобы снизить уровень напряженности электрического поля до нормируемой величины 15 кВ/м, необходимо увеличить минимальный габарит линии до 15 - 18 м. А чтобы обеспечить уровень напряженности поля, отвечающий полной безопасности (5-7 кВ/м), габарит линии данного класса напряжения должен быть увеличен до 25 - 30 м. Увеличение габарита линии, как известно, связано с существенным роете»: ее стоимости из-за большого расхода материала на опоры. Кроме того,создание ЛЭП УВН сопровождается отчуждением больших земельных участков, что наносит ощутимый ущерб народному хозяйству страны.
Немаловажными являются проблемы уменьшения акустических шумов вблизи ЛЭП УВН, ограничения радиопомех,снижения потерь на корону и др. Наряду с этим возникают также вопросы ограничения влияния ЛЭи УВН на околоземное пространство. Решение этих проблем усложняется при увеличении напряжения ЛЭП. Поэтому не случайно во всех странах, особенно в последние годы, ведется поиск раздичмж способов и средств увеличения пропускной способности электропередач за счет не только повышения напряжения, но и за счет улучшения параметров самих линий электропередач путем их конструктивных и схемных изменений, применения новых средств регулирования и компенсации.
Установка компенсирующих устройств на линиях электропередачи обычной конструкции связана с большими затратами и дает относительно небольшой технический эффект. На линиях электропередачи с улучшенными естественными параметрами одни и те же компенсирующие устройства приводят к значительному эффекту. То же относится и к средствам регулирования. Линии с улучшенными естественными параметрами более чувствительны к одним и тем же регулирующим устройствам, чем ЛЭП обычной конструкции. Сказанное является убедительной отправной посылкой для проведения научных исследований и разработок управляемых ЛЭП нового типа с улучшенными собственными параметрами.
Поиск способов увеличения пропускной способности, уменьшения потерь электроэнергии, улучшения технико-экономических показателей ЛЭП, уменьшения их влияния на окружающую среду ведется многими исследователями как в отношении воздушных, так и кабельных ЛЭП.
Уже есть новые разработки, которые могут найти свое практическое применение в энергосистемах. Они касаются в основном улучшения конструкции линий электропередачи, усовершенствования изоляции, разработки новых способов и средств регулирования и управления режимами. Отмечая новые конструктивные решения следует в первую очередь назвать ЛЭП переменного тока с расширенными фазами Г5]. Традиционно радиус растепления фаз для ЛЭП переменного тока выбирается близким к значению гр =0,05 UH0M, где гр измеряется в см, a UH0 - в кЗ-. Увеличение радиуса расщепления существенно повышает пропускную способность. При этом в большинстве случаев необходимо увеличивать и число проводов в расщепленной фазе из-за роста напряженности поля ні поверхности составляющих. Увеличение радиуса расщепления и числа составляющих в расщепленной фазе является эффективным способом повышения пропускной способности. Однако в каждом конкретном случае нужны технико- экономические обоснования.
Основной недостаток ЛЭЛ с расширенными фазами заключается в том, что при одних и тех же габаритах уровни нап. ценности электрического поля под ними больше, чем у обычных линий, и, следовательно, ЛЭП с расширенными фазами оказывают большее экологическое влияние. Устранить этот недостаток можно увеличением габарита линий, что, однако, приводит к заметному их удорожанию. Для управления режимами ЛЭП с расширенными фазами требуется большая мощность компенсирующих устройств из-за весьма значительной зарядной мощности линии.
Известны также другие предложения, связанные, например, с выбором лучшей конфигурации фаз и расположения их на опоре [6J. Имеются предложения для многофазных лзп [7,8], которые позволяют осуществлять передачу электроэнергии с большей ее плотностью в заданном поперечном сечении линии. Конструктивно многофазные ЛЭП предлагается выполнять с круговым расположением фаз. Основными недостатками таких линий является определенные конструктивные - сложности, недостаточно эффективное использование проводникового материала, а также большая напряженность поля под ними вблизи поверхности земли по сравнению с обычными линиями. Для управления режимами ЛЭП требуется также большая мощность компенсирующих устройств.
Хорошими возможностями обладают ЛЭП, настроенные на полуволну [9]. Они могут применяться для передачи мощности только на большое расстояние, значение которого ненамного отличается от полуволнового (при частоте 50 Гц длима полуволны равна 3000 км).В противном случае требуется значительная мощность настроечных устройств, что может существенно снизить технико-экономические показатели таких линий. Еще одним недостатком является то, что, несмотря на достаточно большую пропускную способность настроенных ЛЭП, реально по ним можно передавать мощность, не превышающую величину натуральной мощности линии. При передаче большей мощности напряжение в середине линии будет превышать допустимое значение. Напряжение вдоль линии практически равно номинальному только при передаче мощности, близкой к значению натуральной. При уменьшении передаваемой мощности напряжение снижается и при холостом ходе равно нулю в середине линии. Это существенно затрудняет промежуточный отбор мощности от настроенных ЛЭП.
В области кабельных линий электропередачи в последнее время успешно ведутся исследования и разработки газонаполненных кабелей [10, II], по которым может осуществляться передача больших потоков энергии. Значения натуральной мощности этих линий почти на порядок выше, чем у воздушных [10]. Однако газонаполненные линии кроме их достоинств имеют недостатки: сложность конструкции и обслуживания, необходимость установки компенсирующих устройств для регулирования режимов из-за большой зарядной мощности. И хотя величина последней не больше, чем суммарная зарядная мощность воздушных ЛЭП той же пропускной способности, для газонаполненной линии понадобится установка компенсирующих устройств вдоль линии через равные участки длины. Длина каждого участка практически должна быть меньше значения критической длины кабельной линии, которая, как известно, ограничивается несколькими десятками километров.
Решить проблему уменьшения потерь электроэнергии при ее передаче и распределении можно лишь при использовании сверхпроводящих кабельных линий [12]. Большая пропускная способность и низкий уровень потерь электроэнергии говорят о значительном преимуществе таких линий. Однако основными сдерживающими факторами на пути использования указанных линий являются технические сложности их создания, большая стоимость и трудности эксплуатации. Достаточно сложны и проблемы управления режимами сверхпроводящих кабельных линий.
В перспективе вопросы передачи электроэнергии и создания мощных энергообъединений все же будут, очевидно, решаться на базе
воздушных ЛЭП, так как они намного дешевле кабельных, несмотря на серьезные их недостатки. Разумеется, перспективы использования воздушных ЛЭП во многом будут определяться тем, насколько удастся устранить присущие им недостатки, улучшить технические характеристики и повысить технико-экономические показатели.
Возможности усовершенствования конструкции линий электропередачи и снижения их стоимости появляются благодаря разработкам новых видов электрической изоляции на базе стеклопластиков,крем- неорганических соединений и полимерных материалов [13], которые позволяют создавать конструкции линий с уменьшенными изоляционными промежутками.
Весьма важные перспективы открываются при внедрении на линиях электропередачи и подстанциях устройств глубокого ограничения перенапряжений (ОПН), выполняемых на базе высоконелинейных резисторов [14]. Установка ОНИ на линиях электропередачи позволяет снизить для промежутков фаза - земля кратности коммутационных перенапряжений до (1,65 - 1,80) U^,^ и грозовых - до (2,1 - 2,2) Uq,m , где L/фт - амплитудное значение фазного напряжения. При этом открываются возможности глубоких ограничений и междуфазных перенапряжений. Применение ограничителей перенапряжений, подключаемых по схеме четырехлучевой звезды для трехфазных линий, а также ограничителей с искровыми промежутками (0ГІНИ) позволяет снизить кратность междуфязных перенапряжений до (1,65 - 1,7) L/фт . Можно выполнить схемы, обеспечивающие любые желаемые уровни ограничения междуфазных коммутационных перенапряжений. Это позволяет существенно сократить междуфазные и другие расстояния на линиях и благодаря этому повысить их показатели.
Новые возможности связаны также с разработками быстродействующих источников реактивной [15 - 20] и активной [21 - 23] мощностей. Применение таких устройств позволяет эффективно воздействовать не только на стационарные режимы, но и на переходные, управление которыми обеспечивает увеличение пропускной способности электропередач, повышает надежность и улучшает качество электроснабжения.
Таким образом, в настоящее время уже имеется целый ряд новых технических предложений, открывающих перспективу для успешного . решения проблемных вопросов в области передачи электроэнергии.
В данной работе рассматривается один из новых типов линий электропередачи переменного тока, предложенных в нашей стране[24 - 30J, - управляемые линии электропередачи повышенной пропускной способности и сниженного экологического влияния.Отечественный приоритет в этой области признан и за рубежом. На предложенные линии электропередачи и устройства регулирования получены зарубежные патенты [31 - 51.Ь Им посвящены некоторые зарубежные луояикащи [52], где сделан подробный анализ работ, касающихся рассматриваемых линий электропередачи.
Предложенные линии вначале получили название "полураэомк- нутые", "управляемые электропередачи повышенной пропускной способности", а затем - "управляемые самокомпенсирующиеся высоковольтные линии" (УСВЛ). Некоторые частные варианты (при различных сочетаниях напряжений цепей) рядом исследователей названы комбинированными ЛЭП (КЕШ. Работы в области линий электропередач данного типа явились продолжением исследований разомкнутых линий электропередачи [53 - 60].
Управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи состоят из двух или более трехфазных цепей и отличаются от обычных линий электропередачи главным образом тем, что у них цепи сближены на расстояние, минимально допустимое по условиям междуфазных перенапряжений, а системы приложенных к цепям трехфазных напряжений сдвинуты друг относительно друга на определенный угол, зависящий от величины передаваемой мощности.
Технические характеристики линий электропередачи, как известно, определяются параметрами фаз, которые в свою очередь зависят от многих факторов. Определяющими из них являются величины напряженности магнитного и электрического полей, которые в значительной мере зависят от междуфазных расстояний, а также от величины и пространственной ориентации векторов приложенных напряжений и протекающих токов. Воздействуя на те и другие, удается существенно изменять параметры линии и осуществлять их регулирование.
Каждая цепь в отдельности создает свое электромагнитное поле. При их сближении появляется взаимное электромагнитное влияние цепей. Чем ближе расположены цепи,тем оно выше. В результате происходит взаимная компенсация полей, которая для линии в целом может рассматриваться как внутренняя самокомпенсация, так как она осуществляется без какого-либо влияния извне на электромагнитное поле.
Основная физическая сущность УСВЛ состоит в том, что благодаря сближению цепей достигается увеличение их взаимного электромагнитного влияния, а с помощью фазового сдвига, изменяемого между системами напряжений цепей, это влияние улучшает эквивалентные параметры линии и, как следствие, увеличивает пропускную способность электропередачи в целом и улучшает технико-экономические показатели. Кроме того, благодаря взаимной компенсации электрического поля цепей уменьшается величина напряженности поля в окружающем линию пространстве, в том числе у поверхности земли, где напряженность поля определяет уровень экологического влияния. Иными словами, предложенным линиям присущ эффект самокомпенсации параметров, который к тому же может быть управляемым за счет изменения фазового сдвига между системами напряжений цепей.
Самокомпенсация параметров линии в сочетании с применением современных типов компенсирующих устройств открывает новые возможности дальнейшего увеличения пропускной способности электропередачи и обеспечения глубокого регулирования ее технических характеристик с целью оптимизации режимов.
Создание управляемых самокомпенсирующихся линий электропередачи связано с реализацией комплекса.новых технических решений, касающихся практически всех элементов электропередачи.Прежде всего для УСВЛ предусматривается применение новых конструкций опор. Они должны обеспечивать возможность расположения двух и более цепей, фазы которых соответственно сближены до предельно допустимого расстояния. Например, для двухцепных УСВЛ должно быть выполнено попарное сближение фаз разных цепей. На опоре осуществляется такая подвеска сближенных фаз, которая исключает дальнейшее приближение их друг к другу. Фиксация взаимного расположения фаз предусматривается и в пролетах, для чего между ними устанавливаются изоляционные распорки, или стяжки. С помощью таких элементов можно зафиксировать расстояния между другими фазами линии.
Для предложенных линий электропередачи предусматривается применение новых схем электрических присоединений к подстанциям и узлам энергосистем. В ряде случаев на них должны устанавливаться фазорегулирующие и фазосмещающие устройства, использоваться нетрадиционное подключение средств компенсации и источников реактивной мощности, в том числе и быстродействующих,при котором регулирование данных устройств сможет осуществляться совместно с изменением угла фазового сдвига между приложенными системами напряжений. Весь комплекс новых технических решений открывает дополнительные возможности линий электропередачи переменного тока и расширяет область их применения.
Управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи могут быть двухцепными, а в общем случае - многоцепными. Соответственно jn показатели их в каждом конкретном случае будут различными. Наиболее вероятно, что внедрение ЛЭП нового типа начнется сначала в виде двухцепных. При этом могут быть приняты во внимание следующие возможные технические и технико-экономические показатели двухцепных УСВЛ:
- пропускная способность УСВЛ на 10 – 50 % выше, чем у обычных двухцепных ВЛ того же напряжения (меньшее значение относит- ся к классу напряжения до 110 кВ, большее - к классу напряжения 500 - 750 кВ и выше);
- УСВЛ обеспечивают почти вдвое большую плотность потока мощности в зоне линии, ограниченной высотой и шириной опоры, по сравнению с одноцепными и двухцепными ЛЭП обычного исполнения;
- под проводами УСВЛ вблизи поверхности земли величина напряженности электрического поля на 15 - 40$ ниже по сравнению с обычными ЛЭП того же напряжения, благодаря чему снижается экологическое влияние УСВЛ.
Применение компенсирующих устройств, устанавливаемых на УСВЛ с целью дальнейшего увеличения их пропускной способности и регулирования режимов, дает больший эффект, чем на обычных линиях электропередачи. Этот эффект тем значительнее, чем выше степень дополнительной компенсации.
Управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи открывают принципиально новые возможности для регулирования и оптимизации нормальных режимов энергосистем по многим показателям (например, по минимуму потерь мощности, максимуму коэффициента запаса устойчивости и т.д.), а также для регулирования характеристик переходных режимов. При оснащении их современными средствами компенсации, автоматики и вычислительной техники они становятся кибернетически управляемыми электропередачами большой пропускной способности с улучшенными технико-экономическими показателями и сниженным экологическим влиянием. Такие линии позволяют реализовать основные принципы адаптивного управления с использованием алгоритмов обучения и новых технических средств, в частности, средств фазового управления в сочетании с комплексом известных средств и систем. Все это в какой-то степени освободит генераторы электростанций от необходимости быть регуляторами реактивной мощности, что позволит создать резерв дополнительного увеличения тока активной нагрузки и, следовательно, более эффективного использования основного энергетического оборудования электростанций.Применение нового подхода к регулированию параметров режимов электропередачи за счет регулирования в первую очередь параметров собственно линий электропередачи позволит снизить перетоки реактивной мощности, улучшить технико-экономические показатели и режимы линий и электропередач в целом.
Таким образом, управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи, основанные на новых принципах конструктивного исполнения с применением разработанных способов, средств и систем управления, могут быть отнесены к категории кибернетически управляемых электропередач, решающих на требуемом уровне задачи электроэнергетики.
TCH Теги:
управляемые электропередачи,
двухцепные,
одноцепные,
многоцепные,
фазосмещение,
устройства компенсации,
pdf,
adobe pdf,
Самокомпенсация параметров линии,
линии электропередач,
технико экономические показатели
Upravlyaemie elektroperedachi.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_1.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_2.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_3.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_4.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_7.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_5.pdf
Upravlyaemie elektroperedachi_6.pdf
