Согласно требований приказа Министерства энергетики Российской Федерации № 108 от 28.02.2023 года рассмотрен вопрос о модернизации и строительстве новых электроэнергетических систем и сетей в Иркутской области. Согласно требований приказа Министерства энергетики Российской Федерации № 108 от 28.02.2023 года рассмотрен вопрос о модернизации и строительстве новых электроэнергетических систем и сетей в Иркутской области
электроснабжение, надёжность электроснабжения, высоковольтные линии электропередачи, электроэнергетические системы и сети
Основное направление увеличения передачи электрической энергии на расстояние – это повышение пропускной способности линий электропередачи (ЛЭП). Пропускная способность электрической сети – технологически максимально допустимое значение мощности, которое может быть передано с учётом условий эксплуатации и параметров надёжности функционирования электроэнергетических систем. Пропускная способность зависит от напряжения в начале и в конце линии, от её длины и от волновых характеристик (волнового сопротивления и коэффициента изменения фазы) [1]. В настоящее время выделяются следующие основные пути повышения пропускной способности высоковольтных линий электропередачи:
– использование инновационных технологий в производстве проводов, что является одним из наиболее перспективных способов увеличения пропускной способности ЛЭП. Увеличение пропускной способности достигает кратности 2 и 2,5 раз для термостойких проводов;
– компактные воздушные линии электропередачи повышенной пропускной способности позволяют увеличивать передаваемую мощность за счёт уменьшения междуфазных расстояний, расщепления проводов, снижающего их индуктивное сопротивление, и увеличения эквивалентного радиуса фазы;
– воздушные линии электропередачи с расщеплённой резервной фазой: данный способ является схемно-техническим решением повышения пропускной способности для существующей двухцепной трёхфазной линии электропередачи. Схема резервирования, которая заключается в расщеплении на три провода фазы показывает возрастание натуральной мощности от 30 до 40 %. Однако в данной схеме резервирования рабочей цепи четвертой фазой есть и недостаток, который заключается в наличии несимметрии, а также происходит недоиспользование суммарного сечения проводов;
– применение устройств FACTS: повышение пропускной способности возможно путём установки в систему передачи электроэнергии специальных управляемых устройств, называемых устройствами FACTS (Flexible AC Transmission System – гибкая система передачи переменного тока) [2].
В таблице 1 представлены основные параметры пропускной способности ЛЭП от 35 до 1150 кВ.
Таблица 1
Пропускная способность линий электропитания от 35 до 1150 кВ
|
Номинальное напряжение линии, кВ |
Наибольшая передаваемая мощность на одну цепь, МВт |
Наибольшая длина передачи, км |
|
35 |
от 5 до 15 |
от 30 до 60 |
|
110 |
от 25 до 50 |
от 50 до 150 |
|
220 |
от 100 до 200 |
от 150 до 250 |
|
330 |
от 300 до 400 |
от 200 до 300 |
|
400 |
от 500 до 700 |
от 600 до 1000 |
|
500 |
от 700 до 900 |
от 800 до 1200 |
|
750 |
от 1800 до 2200 |
от 1200 до 2000 |
|
1150 |
от 4000 до 6000 |
от 2500 до 3000 |
Согласно требованиям приказа №108 от 28.02.2023 [3] по повышению надёжности и пропускной способности ЛЭП, в процессе модернизации и строительства новых электроэнергетических систем и сетей (ЭЭС и С) потребуется внедрение новых технологий и методов строительства. Так как потребление электроэнергии в Иркутской области будет расти, сетевые компании должны реконструировать существующие сети с увеличением сечения провода, и соответственно увеличением его массы. Последнее может быть затруднено особенно при пролегании трассы ЛЭП в густонаселённых районах, национальных парках, заповедниках и других зонах. Научно-технический прогресс не стоит на месте, недавние разработанные технологии, которые позволили выпускать провода, сочетающие в себе высокую механическую прочность и малый вес без снижения пропускной способности, привлекли интерес разработчиков ЭЭС и С. Следующая проблема электрических сетей – это потери электрической энергии. Величина потерь электрической энергии в сетях различного напряжения представлены в таблице 2 [4].
Таблица 2
Величина потерь электрической энергии в РФ в %
|
Класс сетей |
Потери энергии |
Доля в общем объеме |
|
330 - 500 кВ |
до 25% |
11% |
|
220 кВ |
до 27% |
15% |
|
35 - 110 кВ |
до 43% |
36% |
|
6 - 20 кВ |
до 34% |
26% |
|
0,4 кВ |
до 30% |
7% |
|
Потери холостого хода |
– |
25% |
Основными из этих мероприятий, помимо включённых в [4], для системообразующих электрических сетей 110 кВ и выше являются следующие:
– строительство новых линий электропередачи и повышение пропускной способности существующих линий для выдачи активной мощности от «запертых» электростанций для ликвидации дефицитных узлов и завышенных транзитных перетоков;
– развитие нетрадиционной и возобновляемой энергетики (малых ГЭС, ветроэлектростанций, приливных, геотермальных ГЭС и т. п.) для выдачи малых мощностей в удалённые дефицитные узлы электрических сетей.
Одним из направлений повышения надёжности и пропускной способности проводов является технология проводов с применением провода из композитного материала. Современные высоковольтные провода серии АС используют стальной сердечник. Стандартные стальные сердечники могут перегреться в условиях пиковых электрических нагрузок, что приводит к растяжению провода и провисанию ниже допустимой нормы. В противоположность этому, провод с сердечником из композитов обладает более низким коэффициентом термического расширения и поэтому они менее подвержены тепловому расширению, чем проводники с стальными сердечниками.
Свойства композитных материалов – высокое отношение прочности к весу и малая величина провисания, что приводит к увеличению пролётов между опорами, уменьшая количество опор в линии на 16 %. Алюминиевый проводниковый провод с композитным сердечником (Aluminum Conductor Composite Core (ACCC) cable) от компании Composite Technology Corp.'s (CTC, Irvine, Calif) построен вокруг углеволоконного и стекловолоконного эпоксидного ядра (рисунок 1).
Рисунок 1 – Внешний вид провода с композитным сердечником
На рисунке 2 представлен внешний вид поверхности провода АERO-Z [5].
Рисунок 3 – Внешний вид поверхности провода по технологии АERO-Z
Связанные волокна пропитываются высокотемпературной связующей эпоксидной смолой. Слой стеклопластика служит двум целям:
– он отделяет углеволокно от проводящего алюминиевого покрытия для предотвращения гальванической коррозии;
– он «уравновешивает» более хрупкое углеволокно и улучшает гибкость и прочность сердечника.
В таблице 3 приведены сравнительные характеристики сталеалюминевого провода АС 240/56 и AERO-Z 346-2Z [5].
Таблица 3
Сравнение проводов стандартных и технологии Aero-Z
|
Марка |
Диаметр, мм |
Сечение, мм2 |
Сопротивление, Ом/км |
Разрывное усилие, кг |
Масса, кг/км |
Аэро. сопр. |
|
АС 240/56 |
22,4 |
241/56,3 (100 %) |
0,12182 |
9778 |
1106 |
0,95 |
|
Aero-Z 346 2Z |
22,4 |
345/65 (143 %) |
0,0974 |
11132 |
958 |
0,8 |
|
Aero-Z 366 2Z |
23,1 |
366,13 (151%) |
0,0919 |
11617 |
1014 |
0,8 |
В протяжённой, многоцепной линии, провода с композитными сердечниками передают в два раза больше мощности по сравнению с проводом со стальным сердечником такого же веса и напряжения.
Другим путём решения проблемы является применение так называемых компактных проводов типа АERO-Z. Лабораторный тест на воздействие удара молнии в провод типа АERO-Z показал, что при повреждении до 5 Z-образных проводников сохраняется полная механическая прочность данного провода. Также, благодаря плотной скрутке практически исключается проникновение во внутренние слои воды и загрязнений, следовательно, снижается коррозия внутренних слоев провода.
Основная особенность провода АERO-Z заключается в форме проволок токопроводящих слоев – их сечение напоминает букву «Z» (рисунок 3).
а) б)
Рисунок 3 – Внешний вид а) и срез провода АERO-Z б)
Чтобы образовался коронный разряд, напряжённость поля должна быть выше на 15 %, чем у обычных проводов. В процессе эксплуатации провода Aero-Z такой конструкции меньше провисают. Соответственно, можно увеличивать габаритные пролёты и уменьшать число опор. Нагрузка на них будет меньше, Аэродинамическое сопротивление и проводов технологии Aero-Z на треть меньше, чем у провода АС. Провода Aero-Z лучше обдуваются ветром, а значит и опоры не испытывают больших ветровых нагрузок. Даже если и возникла пляска, она затухает в три раза быстрее, да и амплитуда её меньше.
Таким образом, предлагаемые на российском рынке провода Aero-Z имеют следующие основные преимущества по сравнению с обычными проводами:
– резкое снижение потерь при транспортировке электроэнергии по линиям электропередачи (особенно по магистральным);
– практически полное отсутствие внешней коррозии проводников;
– резкое снижение пляски проводов от ветровых нагрузок;
– уменьшение налипания снега и льда на проводах;
– уменьшение нагрузки на поддерживающие устройства ЛЭП, что приводит к возможному увеличению длин пролётов и экономии до 16 % числа опор;
– возможность организации каналов передачи информации по оптоволокну внутри проводов и молниезащитных тросов;
– при равных диаметрах в условиях постоянной нормальной эксплуатации имеется прирост допустимой нагрузки по току от 7 до 16 % и, как следствие, снижение тепловых джоулевских потерь от 13 до 26 %;
– коэффициент аэродинамического сопротивления компактных проводов снижается от 25 до 50 % по сравнению с обычными проводами при воздействии ветра с высокой скоростью.
1. Перинский Т.В. Увеличение пропускной способности линии 6-10 кВ. Новосибирск, 2008 г. С. 235.
2. Повышение пропускной способности ЛЭП. [Электронный ресурс]// Повышение пропускной способности ЛЭП. Часть первая. http: www energoboard.ru /post/ 564, (дата обращения 11.03.2024 г.).
3. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации №108 от 28.02.2023.г. [Электронный ресурс] // «Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетических систем России на 2023 – 2028 г.г.». https://minenergo.gov.ru/system/download/21366/172564. (дата обращения: 11.03.2024).
4. Воротницкий В.Э., Калинкина М.А., Апряткин В.Н. Мероприятия по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях энергоснабжающих организаций. [Электронный ресурс]// htpps://www.abok.ru/fo spec/articles.php.nid =206. (дата обращения 11.03.2024 г.).
5. Характеристики провода АERO-Z. Линии с проводом AERO-Z и AAACZ – 8 преимуществ. Технические характеристики и сравнение с проводами АС. [Электронный ресурс] // https://pure-acoustics.ru/kharakteristiki-provoda-aero-z// (дата обращения 11.03.2024 г.).
