Повышение пропускной способности и надежности существующих воздушных ЛЭП переменного тока путем их перевода на постоянный ток

В современной электроэнергетике передача и распределение электрической энергии осуществляется на переменном токе. Такая система электропередачи, помимо известных преимуществ, не лишена недостатков, из числа которых следует выделить недостаточную пропускную способность межсистемных и системообразующих воздушных линий электропередач (согласно ФСК ЕЭС). Проблема недостаточной пропускной способности в настоящий момент является наиболее актуальной, так как обусловлена практическими потребностями развивающихся энергосистем и ростом потребляемой мощности потребителей. Способы решения данной проблемы были рассмотрены ранее и заключались либо в применении сложного комплекса технических и информационных средств автоматического управления параметрами линий электропередач (FACTS), либо сооружения ВЛ постоянного тока для передачи электрической энергии. Однако существует еще один способ повышения пропускной способности линий электропередач, который заключается в переводе существующих (находящихся в эксплуатации) воздушных линий переменного тока на постоянный ток. При таком преобразовании изменится только конфигурация концевых подстанций, сама воздушная линия электропередачи останется без изменений. С учетом того, что строительство новых ВЛ как переменного, так и постоянного тока зачастую затруднено, либо вообще невозможно ввиду сложных географических и природных условий, а также условий аренды земельных участков под полосу отчуждения, вариант с использованием существующих (находящихся в эксплуатации) ВЛ для передачи по ним постоянного тока представляет определенный интерес. Стоит отметить, что в этом случае полностью исключается факт присутствия волновых процессов при электропередаче, а так же потери электроэнергии на индуктивном сопротивлении и емкостной проводимости воздушной линии электропередач, ввиду протекания другого рода тока.

В результате проведения научно-исследовательской работы были разработаны:

  • схемы электропередачи постоянного тока, позволяющие наиболее рационально использовать особенности конструкции воздушных линий трехфазного переменного тока, предназначенные для передачи электрической энергии по трем проводам;
  • методика расчета рабочего напряжения постоянного тока для воздушных линий электропередач, сооруженных на основе типовых конструкций опор трехфазного переменного тока классов напряжений 500-750кВ;
  • методика расчета пропускной способности воздушных линий трехфазного переменного тока с рабочим напряжением 500-750кВ после их перевода на постоянный ток по предложенным автором схемам;
  • методика расчета надежности воздушных линий трехфазного переменного тока с рабочим напряжением 500-750кВ после их перевода на постоянный ток по предложенным автором схемам.

Выполнен расчет критической длины линии, начиная с которой электропередача постоянного тока по разработанным автором схемам будет экономически более выгодной, чем электропередача переменного тока с напряжением 500, 750кВ.

На основе результатов научного исследования сформулированы рекомендации:

  • по выбору типа подвесных тарельчатых изоляторов, входящих в состав изолирующих подвесок воздушных линий электропередач постоянного тока;
  • по расчету длины пути утечки изолирующих подвесок воздушных линий электропередач постоянного тока;
  • по выбору трехпроводной схемы электропередачи, применительно к воздушным линиям постоянного тока, выполненных на основе унифицированных конструкций опор трехфазного переменного тока;
  • по применению унифицированных конструкций опор трехфазного переменного тока на воздушных линиях постоянного тока;
  • по определению рабочего напряжения постоянного тока, применительно к воздушным линиям электропередач постоянного тока, выполненных на основе унифицированных конструкций опор трехфазного переменного тока;
  • по расчету пропускной способности трехпроводной линии электропередачи постоянного тока.

Результаты выполненных расчетов показывают, что пропускную способность существующих ЛЭП трехфазного переменного тока можно существенно повысить путем их перевода на постоянный электрический ток с использованием тех же самых опор, гирлянд изоляторов и проводов. Увеличение передаваемой мощности в этом случае может составить от 50% до 245% для ВЛ 500кВ и от 70% до 410% для ВЛ 750кВ, в зависимости от марки и сечения применяемых проводов и величины установленной пропускной способности ВЛ на переменном токе. Перевод существующих линий трехфазного переменного тока на постоянный ток по предложенным схемам позволит, также, существенно улучшить их показатели надежности. При этом, использование разработанных схем позволит повысить надежность в 5-30 раз, в зависимости от класса напряжения ВЛ. В случае нового проектирования ВЛ постоянного тока по вышеназванным схемам, их показатели надежности будут эквивалентными.

В целом, возможность перевода существующих ВЛ трехфазного переменного тока является вполне осуществимой. Такое техническое решение может быть актуальным для повышения пропускной способности находящихся в эксплуатации ВЛ при сохранении их конфигурации, а так же позволит расширить сферу применения электропередач постоянного тока. Не исключается возможность сооружения новых линий электропередач постоянного тока с применением унифицированных конструкций опор трехфазного переменного тока.

Рейтинг проекта +2

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Александр Видинеев

Идея повышения пропускной способности существующих ЛЭП переменного тока была рассмотрена ранее в некоторых зарубежных работах, однако во всех случаях рабочее напряжение постоянного тока принималось равным амплитудному значению рабочего напряжения переменного тока, без учета условий работы изолирующих подвесок в условиях однонаправленного электрического поля и загрязнения поверхности изоляционных конструкций вследствие электростатического эффекта.

Ответить +1 29 апреля 2015 в 09:46
Андрей Ноунейм

Скажите, Александр, а вы не пытались определить экономически выгодную область применения постоянного тока с учетом стоимости выпрямительно инверторных устройств ? Думаю с их учетом экономический интервал пришелся бы на 6(10) - 110 кВ. Для 110 кВ мне кажется важной необходимость учета снижения уровней токов короткого замыкания. Это тоже может очень сильно повлиять на возможную стоимость перевода на ПТ.

Ответить 0 14 мая 2015 в 13:10
Александр Видинеев

Андрей, я выполнял технико экономический расчет с учетом затрат на строительство подстанций постоянного тока, включающих в себя выпрямители-инверторы. Такой расчет для линий постоянного тока именуется нахождением критической длины линии (критическая длина линии – протяженность ВЛ, при которой затраты на строительство систем трехфазного переменного тока и постоянного тока становятся одинаковыми). В итоге, критическая длина линии находится в диапазоне 425-750 км, в зависимости от передаваемой мощности и напряжения ВЛ (в рассмотренных мною случаях). При этом я не рассматривал класс напряжения 110 кВ и ниже, ввиду высокой стоимости подстанционного оборудования постоянного тока и низких возможных значениях передаваемой мощности, сравнимых со значениями пропускной способности ВЛ трехфазного переменного тока более высокого класса напряжения. Тем не менее, я видел проект (по сути техническое решение одной из фирм) повышения пропускной способности распределительный сетей 0,4кВ путем применения постоянного тока.
Что касается большого уровня ТКЗ, то в системах электропередачи постоянного тока высокого напряжения не существует такой проблемы, как и не существует проблемы их перегрузки. Поток мощности контролируется быстро и точно, уровень мощности и направление ее передачи определяются системами управления [Л. Карлсон "Высоковольтные линии постоянного тока (HVDC). "Межсетевой экран" для борьбы с аварийными ситуациями в высоковольтных сетях]

Андрей Ноунейм

Добрый день, Александр. Очень интересные результаты. Особенно величина 425 км. Если линии длиной 750 км в европейской части страны найти практически нереально, по крайней мере мне они не известны, то линии длиной 425 км встречаются. Причем обладают они одной характерной особенностью - невысокой естественной загрузкой. Таким образом можно даже говорить о экономической обоснованности перевода существующих линий на ПТ.
Если вас не затруднит, поясните за счет какой составляющей экономического баланса достигается такой любопытный эффект, ведь стоимость выпрямительно инверторных устройств соизмерима со стоимостью самой линии.
Под проблемой ТКЗ я имел в виду положительный эффект, который оказывает ППТ на уровень ТКЗ в смежной сети при грамотном выборе места сооружения ППТ. Это в свою очередь может повлиять на сравнительную экономическую эффективность проекта по сравнению с традиционными техническими решениями.

Ответить +1 15 мая 2015 в 20:54
Александр Видинеев

Андрей, поясню некоторые моменты моего ТЭР. Как упоминается в описании проекта, я рассматривал два класса ВЛ переменного тока в качестве кандидатов для перевода на постоянный ток - 500 и 750 кВ. Далее, рассчитал наибольшую пропускную способность ВЛ на постоянном токе с разными сечениями проводов, применяющимися на этих ВЛ. Фактически пропускная способность на постоянном токе обуславливается длительно-допустимым током по условию соблюдения теплового режима в соответствии с ПУЭ. В результате я получил ряд значений пропускной способности ВЛ на постоянном токе. После этого, я рассматривал затраты на строительство дополнительных параллельных ВЛ и подстанций переменного тока, необходимых для достижения той же самой пропускной способности. В итоге, для достижения тех же самых значений пропускной способности на переменном токе требуется соорудить 2-3 дополнительных ВЛ 500кВ и 3-5 дополнительных ВЛ 750кВ вместе с подстанциями переменного тока, так как расширение ОРУ 500-750 кВ существующих ПС для захода такого количества дополнительных линий не представляется возможным по следующим причинам:
в качестве возможного варианта в силу нескольких причин:
- затруднено расширение земельного участка вблизи действующих подстанции, ввиду их расположения вблизи крупных электростанций, либо на городских территориях с плотной застройкой; как правило, вблизи подстанций земля уже отведена под существующие объекты (промышленные зоны и др.);
- расширение ОРУ существующих подстанций 500 и 750 кВ влечет за собой обязательное расширение ОРУ более низких классов напряжений (110, 220 и 330 кВ), так для распределения больших мощностей, требуется существенно большее количество таких ВЛ.
В конечном счете, перевод уже существующих ВЛ на постоянный ток дает увеличение их пропускной способности в 2-3 раза и весьма приемлемую длину линии, начиная с которой такое преобразование экономически оправдано. Рассчитанные значения пропускной способности есть в статье http://gridology.ru/projects/368/documents/761

Ответить 0 18 мая 2015 в 09:32
Андрей Ноунейм

Да и еще один момент. Я бы позиционировал ваше исследование как возможные предложения для включения в Методические рекомендации по проектированию развития энергосистем.

Ответить +1 15 мая 2015 в 21:01
Михаил Шелоп

Идеей перехода на постоянный ток занимаются в РФ уже давно. Не знаю на какой стадии данный проект, но представлю идеи Института Народнохозяйственного Прогнозирования РАН. Александр, может Вам с ними связаться? Прикрепить, к сожалению, не могу. Вот ссылка http://www.electrik.org/forum/index.php?act=attac…
Поддерживаю идею Андрея Семина по Методическим рекомендациям.

Александр Видинеев

Андрей, Михаил, спасибо за полезный совет. На данный момент, действительно, есть неопределенность в плане практической реализации результатов проведенного научного исследования, так как предмет исследования представляет собой значительный по размерам и сложности объект электроэнергетической системы. На таком уровне существует большая инертность по внедрению новых идей и разработок.

Ответить +1 18 мая 2015 в 09:55

Добавление комментария