Увеличение пропускной способности ВЛЭП

Увеличение пропускной способности ВЛЭП

Рост потребления электроэнергии непрерывно увеличивается, особенно он стал заметным в последние несколько лет. Вводятся в работу новые генераторы, установленная мощность станций возрастает с каждым годом, таким образом, необходим способ передачи произведенной электроэнергии. На сегодняшний день линии электропередач загружены, и стрелы провеса этих линий достигли критических значений. Поэтому для обеспечения постоянно возрастающего потребления электроэнергии необходимо строительство новых линий.

В индустриально развитых странах очень сложно найти новые места для строительства ВЛЭП, а во многих случаях это вовсе невозможно. Не очень просто получить права на постройку новых воздушных линий. Отсюда следует, что строительство новых линий очень затруднительно, и следует искать альтернативные варианты, с помощью которых возможно увеличить пропускную способность уже существующих ВЛЭП, потому, что это гораздо дешевле, чем сооружение новых кабельных линий.

Ключевые слова: пропускная способность линии потребление, ВЛЭП.

1. Введение

Из-за проблем связанных со строительством новых воздушных линий, очень важным является рассмотрение способов увеличения пропускной способности уже существующих линий, а также достижение максимальной пользы от проведения этих мероприятий. Модернизация существующих линий очень весомая альтернатива постройке новых, из-за того, что затраты и издержки в разы меньше. Как известно, пропускная способность существующих линий весьма ограничена, и в этой статье рассмотрены возможные варианты по её увеличению. Также в этой статье рассмотрены возможности передачи дополнительной мощности от одной части системы к другой или от всей системы определенной её части.

2.Пропускная способность линий

Существует ряд условий, которые ограничивают пропускную способность линий. Ниже приведены эти условия:

1) Характеристики выключателей

Некоторые линии ограничены номинальными характеристиками выключателей и распределительных устройств. Элементы с меньшим номинальным током в любом конце линии могут быть определены по паспортным данным.

2) Экологические требования

Во время определения пропускной способности проводов линий высокого и сверхвысокого напряжений должны быть приняты во внимание такие параметры как: термические условия работы токопроводящих частей, скорость и направления ветра, но также, и не стоит забывать о электрических параметрах работы линии. Выполнение всех этих требований необходимо для того, чтобы обеспечить минимально допустимые расстояний токоведущих частей друг от друга и других объектов, а также для поддержки заданного уровня напряжения и обеспечения стабильности параметров сети в заданных пределах.

3) Потери напряжения

Большое количество электроэнергии теряется при её транспортировке от выводов генератора до потребителей. В случае если не установлены устройства компенсации реактивной мощности, уровень напряжения может снизиться ниже пределов, допустимых по критерию качества электроэнергии. В таких случаях желательно не увеличивать пропускную способность этих линия, чтобы предотвратить чрезмерно низкие напряжения на конце таких линий и избежать явления «лавины» напряжения.

4) Устойчивость системы

В случае длинных соединительных линий между системами, напряжения искусственно поддерживается в приемлемом пределе, но могут быть ситуации, при которых передача большого количества электроэнергии может вызвать чрезмерный сдвиг фазы угла между положениями роторов генератора каждой системы. Желательно ограничить пропускную способность этих линий, чтобы избежать потери устойчивости и электрического разделения между обеими системами.

Исследования номинальных мощностей различных элементов, которые принимают участие в передаче и распределении электроэнергии, были проведены с целью указать на оборудования, которое в первую очередь требует замены и для составления плана реконструкции этого оборудования. Ограничения обнаруженные при работе линий основаны на следующей информации: проверка по нагреву длительным током и проверка максимальным допустимым и ударным током выключателей на обеих концах линии.

3.Повышение пропускной способности линий путем повышения уровня напряжения

Напряжение - мера электродвижущей силы, необходимой, чтобы поддержать поток заряженных частиц протекающий по линии электропередач. Падения напряжения может произойти из-за повреждений самой линии. Ограничения на максимальных уровнях напряжения установлены конструкцией линии передачи. Если этот порог превышен, могут произойти короткие замыкания, и трансформаторы и другое оборудование на подстанциях, и/или оборудование потребителей может быть повреждено или уничтожено. Минимальные ограничения уровня напряжения также существуют. Они основаны на требованиях потребителей. Низкое напряжение способствует несоответствующей эксплуатации оборудования потребителя и может повредить двигатели.

Напряжение на линии передачи имеет тенденцию «теряться» от начала до конца линии. Падение напряжения вдоль линии переменного тока почти непосредственно пропорционально потокам реактивной мощности и реактивному сопротивлению линии. Реактивное сопротивление линии повышается пропорционально длине линии. По мере необходимости, устанавливаются устройства по компенсации реактивной мощности, и с их помощью, частично можно контролировать потери напряжения. Это очень важно, потому что значения тока и напряжения влияют на энергию поставляемую потребителям. В течение прошлых лет было приложено много усилий, для модификации существующих ВЛЭП переменного тока и созданию новых компактных линий постоянного тока. Оба этих решения приводят к увеличению передаваемой с помощью ВЛЭП мощности и увеличению номинального напряжения.

Для компактных линий переменного тока с изолированными проводами принимают перекрестное расположение проводов, таким образом, уменьшая стрелу провеса линии и, соответственно, увеличивая плотность передаваемой мощности, чтобы было достигнуто существенное увеличение плотности передаваемой электроэнергии.

4.Повышение пропускной способности линий путем повышения плотности тока.

Когда ток протекает по линии электропередач вырабатывается тепло и возрастает температура самого провода. Необходимо сделать соответствующие тепловые исследования, чтобы знать, может ли провод выдержать ту или иную температуру. Температура провода ограничена двумя факторами:

1) Температурный предел материала проводов.

2) Расстояние между проводом и землей.

Хотя алюминиевый провод использовался для воздушной передачи электроэнергии с конца IXX века, его широкое использование не происходило до 1940-х, когда медь приобрела важное значение в качестве военного материала, и больше не была доступна для использования электроэнергетическими компаниями. Чтобы получить желаемую прочность, требуемую для линий электропередачи, легкий алюминий был объединен с высокопрочной сталью. Вследствие этого слияния получился провод ныне маркируемый как ACSR. Сегодня именно этот материал используется для изготовления проводов для ВЛЭП.

Сталь может выдержать высокие температуры, до 200 C без изменений своих механических свойств, а алюминий может выдержать высокие температуры, до 200?C без изменений проводниковых свойств. На постоянной основе провод марки ACSR может работать при температурах до 100 C и, при ограниченных по времени чрезвычайных ситуациях, при температурах около 125°C без любого существенного изменения в физических свойствах.Таким образом есть потребность достигнуть более высоких плотностей тока в существующих линиях передачи, увеличить тепловой стойкость существующих линий. Есть различные способы достигнуть этого увеличения.

Вывод

Проблема снижения потери электроэнергии при её транспортировке является одной из наиболее важных на сегодняшний день. В этой статье были приведены различные варианты достижения этой цели. Однако в этой статье были рассмотрены далеко не все методы по улучшению пропускной способности, а соответственно, и снижению потерь в воздушных линиях электропередач. Одним из таких методов является замена стандартных проводов марки ACSR проводами HTLS такого же диаметра. Провод HTLS может пропускать через себя токи в 1.6-2 раза большие, чем провод ACSR.Используя этот провод можно достичь снижения потерь передаваемой мощности на 200-500%.

Литература

[1] J. Makens “Upgrading Transmission capacity for wholesale electric power trade”, EIA, March 2002

[2] A. Clerici, L. Paris, P. Danfors, “HVDC conversion of HVAC lines to provide substantial power upgrading”, IEEE Transactions on Power Delivery 2006

[3] D.M. Larruskain, I. Zamora, A.J. Mazon, O. Abarrategui, J. Monasterio, “Transmission and Distribution Networks: AC versus DC”, 9CHLIE Marbella 2005

[4] A.J. Mazon, I. Zamora, P. Eguia, E. Torre, S. Miguelez, R. Medina, J.R. Saenz “Analysis of traditional suspension strings with GTACSR conductors” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.19, July 2004