1322 от 05.09.2014

«Эффективность применения компактных управляемых
линий электропередачи переменного тока»
15 апреля 2015
Постолатий В.М., Быкова Е.В., Суслов В.М.
Институт энергетики АНМ (г. Кишинев, Молдова)
Шакарян Ю.Г. , Тимашова Л.В., Карева С.Н.
ОАО «НТЦ Электроэнергетики» (г. Москва, Россия)
1
Аннотация
Рассмотрены основные положения создания компактных
управляемых линий электропередачи:
приведены результаты разработок электропередач данного типа
выполнено технико-экономическое сопоставление с зарубежными
аналогами и традиционными ВЛ
показана эффективность применения для создания межсистемных,
внутрисистемных связей и распределительных электросетей.
2
Классификация рассматриваемых ВЛ
ВЛ переменного тока
Одноцепные
Традиционные
С
регули
руемы
ми УПК
и УШР
С
регулиру
емыми
ИРМ и
УШР
Двухцепные
Компактные
С УШР
Компактные
УСВЛ
Традиционные
С
регули
руемы
ми УПК
и УШР
С
регули
руемы
ми
ИРМ и
УШР
С УШР
С УШР
и
дискре
тным
регули
ровани
ем
С УШР
и ФПУ
3
Принятые допущения
Условия сопоставления вариантов ВЛ:
- при выборе проводов принимается одинаковая плотность тока (А/мм2)
- максимальная напряженность электрического поля (Еm) на поверхности
проводов (в том числе на составляющих расщепленных фаз) не
превышает заданной величины по отношению к начальной
напряженности поля короны (Ен), Еm≤Eн
- дальность передачи мощности одинаковая
- величина максимальной передаваемой мощности (Рm) принимается
равной натуральной мощности наилучшего варианта, (Рнат)
- должно выполняться условие регулирования напряжения при
изменении величины передаваемой мощности и поддержание его на
уровне номинального на ВЛ и в узлах соединений
- соблюдение требований ПУЭ
4
Одноцепные ВЛ
Традиционные
УПК
U1
ВЛ
Компактные
УПК
U2
U1
а)
УШР
УШР
U1
УШР
U2
ВЛ
УШР
б)
УШР
ИРМ
УШР
ИРМ
УШР
U1
УПК
ВЛ
с УШР
УПК
U2
ФПУ
U1
U2
ВЛ
а)
УШР
ФПУ
УШР
УШР
а) - с УПК и УШР;
б) - с ИРМ и УШР.
ФПУ
U2
ВЛ
УШР
U1
УШР
U2
ВЛ
УШР
УШР
УШР
б)
УШР
ИРМ
УШР
ИРМ
а) - с УПК и УШР и ФПУ;
б) - с ИРМ, УШР и ФПУ.
УШР
с УШР и ФПУ
5
Двухцепные ВЛ
Традиционные
УПК
Компактные управляемые
УПК
УСВЛ
U1
а)
U2
а)
УШР
УШР
УШР
УШР
УШР
УШР УШР
ФПУ
U1
ФПУ
УШР
δл +90°
УСВЛ
УШР
ФПУ
U2
Θ
б)
ФПУ
δз -90°
ФПУ
б)
УШР
УШР
ИРМ
УШР
ИРМ
а) - с УПК и УШР
б) - с ИРМ, УШР и ФПУ.
УШР
а) - с УШР
б) - с УШР и ФПУ.
6
Основные параметры и факторы, влияющие
на характеристики линий электропередачи
переменного тока
Пропускная способность ВЛ переменного тока.
7
Применение дополнительной поперечной емкостной компенсации на
ВЛ традиционной конструкции для снижения волнового
сопротивления до уровня компактных ВЛ
8
Применение продольной емкостной компенсации на ВЛ традиционной
конструкции для уменьшения расчетного волнового сопротивления и
увеличения натуральной мощности до уровня компактных ВЛ
9
Подход к созданию одноцепных компактных ВЛ
10
Характерной особенностью компактных
ВЛ является то, что у них конфигурации
расположения фаз принимаются
такими, чтобы можно было осуществить
выбор расстояний между фазами
минимально допустимыми по
диэлектрической прочности воздушных
промежутков «фаза-фаза» при
воздействии максимальных рабочих
напряжений, коммутационных и
грозовых перенапряжений, а также по
условиям механической устойчивости
работы фаз в пролетах с учетом
воздействия различных
неблагоприятных гололедно-ветровых
атмосферных факторов.
11
Опоры ВЛ и УСВЛ
26,7
29,3
31,3
3,0
Одноцепная компактная ВЛ 220 кВ
Опытно-промышленная УСВЛ-110 кВ
в Молдавской энергосистеме.
12
Опоры двухцепной УСВЛ 500 кВ
Промежуточная опора типа «Чайка» на
оттяжках.
Промежуточная портальная опора
13
Основные технические решения по созданию двухцепных и
многоцепных управляемых ВЛ с использованием эффекта
взаимной самокомпенсации параметров цепей
• Физическая сущность УСВЛ:
• до сближения фаз разных цепей, т.е. при
отсутствии их взаимного электромагнитного
влияния, параметры фаз цепей
характеризовались собственными значениями
(х0, b0, Zc0),
• то после сближения появляются взаимные
составляющие, а именно (х0М, b0М, Zcм), и
результирующие параметры фаз принимают
новые эквивалентные значения:
14
Основные технические решения по созданию двухцепных и
многоцепных управляемых ВЛ с использованием эффекта
взаимной самокомпенсации параметров цепей
•
•
•
Физическая сущность УСВЛ:
до сближения фаз разных цепей, т.е. при отсутствии их взаимного
электромагнитного влияния, параметры фаз цепей характеризовались
собственными значениями (х0, b0, Zc0),
после сближения появляются взаимные составляющие, а именно (х0М, b0М, Zcм), и
результирующие параметры фаз принимают новые эквивалентные значения:
Результирующие параметры фаз принимают новые эквивалентные значения:
X 0 Э  X 0  X 0 M  e j
b  b  b  e j
0Э
0
0M
j

Z C  Z C 0  Z CM  e
15
При θ=0º каждая из фаз линии будет обладать
параметрами:
X OЭ  Х О  Х ОМ ;
bOЭ  bО  bОМ ;
ZC  ZC  ZCМ .
X OЭ  Х О  Х ОМ ;
bOЭ  bО  bОМ ;
ZC  ZC  ZCМ .
16
Регулирование углового сдвига фаз электропередачи
Способы достижения фазового сдвига систем напряжений цепей
выбор соответствующих схем
присоединения к шинам подстанций
А
B
С
А
B1
B2
B3
B
С
B1
A1
A2(В2)
установка средств фазового
регулирования
А
B
А
С
B1
B
С
B1
A1
A2
B2
B1
В2(С2)
B1
В2
C1
С2(А2)
B3
C1
С2
УСВЛ
УСВЛ
СШ-1
СШ-2
дискретное регулирование угла
0º/120º
θ=0º – включены В1 и В2 (В3 отключены)
θ=120º – включены В1 и В3 (В2 отключены)
регулирование угла
в широком диапазоне с помощью
фазорегулирующих устройств и устройств
FACTS
17
Технические решения при создании управляемых ВЛ
переменного тока
*
Управляемые электропередачи переменного тока повышенной пропускной
способности представляют собой комплекс технических решений,
предусматривающих применение одноцепных и многоцепных компактных ВЛ, в
том числе самокомпенсирующихся (УСВЛ), новых принципов управления и
современных средств регулирования, изменяющих сопротивления элементов сети
и параметры режимов в реальном времени.
Сущность их состоит в том, что у них
сближены между собой трёхфазные цепи (путем
попарного сближения фаз разных цепей на
минимально допустимые по электрической
прочности расстояния), и между системами
векторов напряжений цепей создан угловой сдвиг
(120 или 180°) с возможностью его регулирования
до 0°. В линии использован эффект взаимной
компенсации (самокомпенсации) параметров
электромагнитного поля одной цепи полем второй
цепи. Благодаря этому уменьшаются на 20-50 %
индуктивное и волновое сопротивления,
натуральная мощность увеличивается на те же 2050 %. Фазовый сдвиг систем напряжений цепей (0°
и 120°) достигается с помощью выбора
соответствующих схем присоединения к шинам
подстанций, или путём установки средств
фазового регулирования, которые к тому же могут
обеспечить управление потоками мощности в
замкнутых контурах сети.
* - по отношению к двухцепной ВЛ традиционной конструкции
18
Двухцепная УСВЛ – 110 кВ
«Бельцы – Беличены» (Молдова)
Двухцепная УСВЛ110 кВ
(АС-150/34)
Наименование параметра
Традиционная
двухцепная
ВЛ 110 кВ
Натуральная мощность
Рнат , МВт
55,6
74,4
1,34*
Натуральная мощность на одну
цепь Рц , МВт
27,8
37,2
1,34*
Ширина полосы отчуждения: Lк,
м
67
67
1*
Суммарное сечение активной
части проводов: SAl = мм2
900
900
1*
Рнат/Lк, МВт/м
0,83
1,11
1,34*
Рнат/SAl , МВт/мм2
0,0617
0,0826
1,34*
* - относительно традиционной одноцепной ВЛ 110 кВ
19
Двухцепная управляемая самокомпенсирующаяся ВЛ 500 кВ
(УСВЛ-500 кВ)
Режим 1
Q  0
Режим 2
Q  60
Режим 3
Q  120
Параметры ВЛ
Режим 4
Q  180
20
НАТУРАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ОДНОЙ ЦЕПИ 500 кВ, МВт
Одноцепная
традицион
ного типа
3xАСУ 300
rр=0,2309 м
Компактные одноцепные
5xАС 240/39
rр=0,34 м
6xАС 240/56
rр=0,4 м
6xАС 240/56
rр=0,5 м
Двухцепные УСВЛ
5xАС 240/39
rр=0,34 м
6xАС 240/56
rр=0,4 м
6xАС 240/56
rр=0,5 м
21
22
Отношение величин натуральной мощности компактных
двухцепных УСВЛ (на 1 цепь)
и традиционных одноцепных ВЛ
напряжением 110-1150 кВ, отн.ед.
Отношение величин натуральной мощности, отн.ед.
2.5
2.2
2.25
2
1.77
1.51
1.75
1.5
1.37
1.37
1.3
750
1150
УСВЛ
1.25
1
0.75
0.5
Обычные ВЛ
0.25
0
110
220
330
500
Напряжение, кВ
23
Основные технические характеристики
двухцепных УСВЛ 500,750, 1150 при ϴ=180°
Напряжение
УСВЛ, кВ
Конст-рукция
фазы
Волновое
сопротивление, Ом
( на 2 цепи)
Натураль-ная
мощность
линий, ГВт
Ro,
Ом/км
Xo,
Bo,
Ом/км Сим/км*
10-6
500
750
5*АС-240
8*АС-240
92
93,5
2,7
6,0
0,01
0,0076
0,1
0,095
11,0
10,9
750
6*АС-400/51
88,5
6,3
0,006
0,094
11,96
1150
12*АС-300
79
16,7
0,004
0,08
13,8
24
Величина натуральной мощности двухцепных
компактных УСВЛ напряжением 110-1150 кВ, МВт
18000
15600
16000
Натуральная мощность (Рнат), МВт
14000
12000
10000
8000
6334
6000
3196
4000
2000
74
583
1090
0
110
220
330
500
750
1150
Напряжение ВЛ, кВ
25
Уменьшение площади отчуждаемых земель
Границы
санитарно-защитных
зон ВЛ – территорий вдоль трассы ВЛ, в которой
напряженность электрического поля может
превышать 1 кВ/м
(СанПиН 2971-84)
Коэффициент эффективности
использования отчуждаемых земель
где:
Pнат
Lк
Pнат
Кз 
Lк
МВт / м 
- величина натуральной мощности
линии, (МВт);
- ширина коридора ВЛ, (МВт);
Минимальное значение ширины коридора ВЛ
определяется как:
Lк min  2  LСЗ  D  м 
LСЗ
Расстояние между крайними фазами
26
26
Выводы
1. Результаты исследований отражают эффективность применения
компактных ВЛ 110, 220, 500, которые по сравнению с традиционными
электропередачами позволяют:
• повысить в 1,3-1,6 раза пропускную способность ВЛ;
• улучшить регулировочные свойства электропередач;
• снизить удельные капитальные затраты на строительство в расчете на единицу
передаваемой мощности на 15-30%;
• улучшить экологические показатели за счет сокращения на 20-40% зон
отчуждения и уменьшения напряженности электромагнитного поля в коридоре
прохождения ВЛ и вблизи границ зон отчуждения.
2. Выполненные к настоящему времени технические и проектные
разработки, а также уже накопленный в предыдущий период
положительный опыт позволяют сделать вывод о технической и
экономической целесообразности практического применения ВЛ нового
поколения – компактных управляемых ВЛ различных классов напряжения,
оснащенных регулирующим оборудованием.
27
Предложения по активизации действий в области освоения
управляемых электропередач
Организовать под эгидой Электроэнергетического Совета СНГ постоянно
действующий семинар по тематике «Управляемые электропередачи». Создать сайт
«Управляемые электропередачи».
Провести анализ планов развития энергосистем стран СНГ, с целью выбора объектов
для создания компактных управляемых ВЛ.
Подготовить нормативные документы по управляемым электропередачам.
Подготовить курс лекций и методические материалы по управляемым
электропередачам для вузов, средних учебных заведений и курсов повышения
квалификации инженерно – технического персонала энергосистем
28
29