воскресенье, 18 сентября 2011 г.

УПРАВЛЯЕМЫЕ линии ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

image

Название: Подборка книг по теме Управляемые лини электропередач

Автор: Ю.Н.Астахов, В.М.ПостолатиЙ, И.Т.Комендант, Г.В.Чалый

Формат: pdf

Страниц: 8 книг по 80 страниц и более

Издатель: Штиннца

Описание:

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.





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