Шевченко Н.Ю., Сошинов А.Г., Бахтиаров К.Н. - ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Общая постановка проблемы

Актуальной задачей развития электроэнергетики России является повышение энергетической эффективности энергосистем. Прежде всего необходимо оптимизировать процесс передачи и распределения электрической энергии.

Основные пути повышения энергетической эффективности электрических сетей[1]:

внедрение технологий по увеличению пропускной способности линий электропередач (ЛЭП);
энергосбережение за счет оптимизации конструкций электрооборудования, электрических сетей, проводниковой продукции и схемных решений;
внедрение новых промышленных стандартов энергоэффективности силовых электрических аппаратов.

К новым технологиям в электроэнергетике предъявляются следующие требования: относительно небольшие инвестиции; непрерывный мониторинг состояния электрической сети; существенное повышение надежности снабжения потребителей электроэнергией; повышение пропускной способности линий электропередачи; регулирование напряжения в сети; повышение качества поставляемой электроэнергии; улучшение статической и динамической устойчивости энергосистемы; длительный период эксплуатации; интеллектуализация электрической сети.

Рассмотрим наиболее перспективные способы увеличения пропускной способности линий электропередачи.

Применение термостойких проводов позволяет ослабить температурные ограничения при передаче электрической энергии на короткие и средние расстояния при неизменных параметрах линии. Для получения необходимой температурной устойчивости применяются дисперсионнотвердеющие материалы, циркониевые сплавы, композитные материалы с внедрением волокон оксида алюминия. Такие материалы выдерживают без старения повышенные рабочие температуры (200-2500 С) и имеют сниженный коэффициент температурного расширения. Для повышения надежности и пропускной способности электрической сети можно ис-174 пользовать современные композитные провода AERO-Z, имеющие меньший вес по сравнению с проводом АС (ACSR), большую прочность на разрыв, меньшее удельное сопротивление и следовательно меньшие потери электроэнергии [2]. Основные поставщики специальных проводов в Россию: Nexan-s (Бельгия); Lumpi- Berndorf, (Австрия); J-Power Systems (Япония).

Для передачи больших объемов электрической энергии на расстояния свыше 600 км наиболее эффективными являются линии постоянного тока (HVDC). Пропускная способность таких ЛЭП в 2-5 раз выше, чем при передаче переменного тока такого же напряжения. Постоянный ток также используется в кабельных подводных линиях электропередачи длиной более 50 км. Потери при передачи электрической энергии постоянного тока меньше по сравнению с переменным током, так как не зависит от сопротивления проводников и протекающего тока [3].

Применение в электрических сетях «гибких передающих систем переменного тока» на основе устройств FAST (Flexible alternative Current Transmission Systems) позволит повысить эффективность и обеспечить гибкое управление режимами энергосистем, так как FAST одновременно могут воздействовать на напряжение, сопротивление и угол сдвига фаз. Считается, что устройства FAST поднимут пропускную способность линий электропередач на 20-40%. Гибкие системы электропередачи должны позволить при любых возмущениях в системе с помощью устройств FAST перевести систему в новое стабильное состояние. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют такие устройства FACTS, как СТАТКОМ, АСГ (асинхронизированные генераторы), АСК (асинхронизированные компенсаторы), СТК (статические тиристорные компенсаторы), УПК (управляемые продольные компенсаторы), фазоповоротные трансформаторы, управляемые шунтирующие реакторы. Применяются данные устройства на всех уровнях электроэнергетической системы: на электростанциях, в сети , у потребителя [4].

Повышение компактности и экологичности электроэнергетических объектов – требования сегодняшнего дня, вызывающие необходимость применения новых технологий.

Для уменьшения отчуждения территории под линии электропередачи и снижения воздействия на окружающую среду все большее распространение находят компактные линии электропередач и подстанции различного исполнения. Воздушные линии нового поколения (компактные ВЛ и управляемые самокомпенсирующиеся ВЛ (УСВЛ)) в сочетании с устройствами FAST по сравнению с ВЛ традиционной конструкции позволяют: увеличить пропускную способность в 1,2-1,6 раза; снизить суммарные затраты на 10-20% в расчете на единицу передаваемой мощности; осуществить принудительное перераспределение потоков активной и реактивной мощности; повысить эффективность использования устройств регу- лирования реактивной мощности; уменьшить суммарную мощность и стоимость устройств регулирования мощности напряжения; снизить суммарные потери электроэнергии в энергосистеме; повысить механическую устойчивость ВЛ при воздействии неблагоприятных атмосферных факторов; сократить в 1,5-2 раза площади земельных угодий, отчуждаемых под воздушные линии при передаче одинаковой мощности; обеспечить управление величиной и направлением потоков мощности в электрических сетях [5].

Основные преимущества УСВЛ достигаются за счет создания новых конструкций опор и расщепленных фаз линии, изменения конфигурации расположения фаз в пространстве и расстояний между ними, выполнения специальных схем электрических присоединений линий данного типа к подстанциям, применение новых устройств фазового управления, а также средств компенсации, продольного и поперечного регулирования. Управляемые самокомпенсирующиеся высоковольтные лини электропередачи переменного тока могут выполняться в воздушном или кабельном исполнении и применяться в электрических системах для транспорта электрической энергии на малые, средние, дальние и сверхдальние расстояния, а также в распределительных электросетях.

Основные конструктивные особенности УСВЛ состоят в том, что цепи линии располагаются на общих опорах или сближенные фазы на отдельных опорах. Фазы в пролетах фиксируются друг относительно друга с помощью изоляционных элементов.

Замена воздушных линий на кабели вплоть до номинального напряжения 500 кВ в крупных городах, несомненная тенденция развития электроэнергетики, результатом которой должно стать повышение компактности электроэнергетических объектов.

Сейчас наиболее перспективными являются кабели с теплостойкой экструдированной изоляцией (сшитый полиэтилен (СПЭ) и этиленпропиленовая резина), а также сверхпроводящие кабели ВТСП, которые примерно в 3–5 раз сокращают площади земель, отчуждаемых для прокладки даже кабелей из сшитого полиэтилена и позволяют увеличить почти на порядок рабочий ток при тех же радиальных габаритах токоведущей жилы.

Переход от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена связан со следующими преимуществами последних: высокая пропускная способность; низкий вес, меньший диаметр и радиус изгиба; более высокая надежность; возможность прокладки на сложных трассах; относительно низкая себестоимость прокладки [6].

К другим перспективным решениям можно отнести газоизолированные линии (ГИЛ), где воздух, элегаз или другой газообразный диэлектрик находится при избыточном давлении. Такие линии целесообразны в больших городах или на подходах к ним, а также для подстанционных связей. Относительная диэлектрическая проницаемость газа близка к единице, в результате погонная емкость примерно в 3–4 раза меньше, чем у обычных кабелей и, соответственно, значительно меньше и потери. Поэтому газоизолированные линии можно применять для передачи энергии на достаточно далекие расстояния. Газоизолированные линии, как правило, прокладываются в тоннелях. В настоящее время в мире реализовано более 500 проектов ГИЛ.

Выводы:

Условия работы современных электроэнергетических систем характеризуются увеличением плотности передаваемой мощности; снижением управляемости сети; необходимостью компактного исполнения электроэнергетических объектов; социальными аспектами обеспечения высокой надежности и экологичности электроснабжения.
Основой повышения управляемости и надежности электроэнергетических систем является применение устройств FACTS, системы мониторинга состояния и диагностики оборудования, работающими в режиме on-line.
Технологической основой создания компактных электроэнергетических объектов, наряду с применением ВТСП устройств, должны стать кабели на основе сшитого полиэтилена, компактные воздушные электропередачи с использованием многогранных опор, высокопрочных полимерных изоляторов нового поколения, изолированных, высокотемпературных и компактных проводов, газоизолированные линии.

Список использованной литературы

1. Эффективной электроэнергии - быть! Технологии передачи и распределения энергии – ключ к повышению энергоэффективности. Энрике Сантакана, Тамми Зукко, Цзямынь Фэн, Юйпин Пан, Мирасу Мосави, Ле Тан.//АББ Реню.2007. №2 стр 14-21 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.energyfoto.ru/corp_mag/abb_review/ABB_Review_ 2007_2.pdf
2. Шевченко, Н.Ю. Новые технологии в производстве проводов ВЛЭП / Н.Ю. Шевченко, Ю.В. Лебедева // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. н.пр. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2008. – С. 230-232.
3. Siemens AG Energy Sector Power Transmission Division High Voltage Substations Freyeslebe.
4. В.Кочкин. Новые технологии повышения пропускной способности ЛЭП. //Новости электротехники. Технические тенденции.2007 №4 (46).
5. Постолатий В.М. и др. Новые области эффективного применения фазорегулирующих устройств трансформаторного типа для управления параметрами электропередач переменного тока повышенной пропускной способности и режимами сложных электроэнергетических систем.
6. Nexans. Кабельные системы высокого напряжения 110-500 кВ. [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://www.simross.ru/upload/information_system_17/2/2/0/group_220/information_groups_property_1052.pdf