К вопросу о повышении пропускной способности высоковольтных линий электропередачи в условиях Республики Казахстан



В статье авторы пытаются определить наиболее приемлемые методы и средства повышения пропускной способности высоковольтных линий электропередачи в условиях Республики Казахстан.

Ключевые слова: пропускная способность, компактные линии, электроэнергетика.

Во всем мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии. Рост потребления электроэнергии влечёт за собой необходимость применения более мощного электротехнического оборудования.

Развитие электроэнергетики предполагает не только строительство новых линий электропередачи, но и повышение управляемости электрических сетей путем применения усовершенствованных технических средств, что может позволить повысить их пропускную способность, надежность и экономичность работы [1].

Электроэнергетическая отрасль Республики Казахстан, как самостоятельная организационная структура создана в 1992 году. В 1995–1997 годах электроэнергетический комплекс Казахстана был реформирован: разделены генерирующие и электросетевые предприятия, сформированы национальная электрическая система (НЭС) по передаче электроэнергии напряжением 220–1150 кВ, функционирует оптовый рынок электроэнергии [2,3].

В настоящее время стоит задача перспективного развития регионов Республики Казахстан. Это подразумевает реализацию целого ряда индустриально-инновационных проектов, при реализации которых будет наблюдаться рост потребления электроэнергии. В связи с вышеизложенным, а также в связи с необходимостью развития систем передачи электроэнергии, увеличением стоимости строительства новых высоковольтных линий электропередачи проблема увеличения пропускной способности существующих и вновь сооружаемых линий электропередачи становится все более актуальной.

В настоящее время выделяются следующие основные пути повышения пропускной способности:

1. Инновационные технологии в производстве проводов;
2. Компактные воздушные линии электропередачи;
3. Воздушные линии электропередачи с расщепленной резервной фазой;
4. Применение устройств FACTS.

Рассмотрим подробнее каждый из методов.

Инновационные технологии в производстве проводов. Является одним из наиболее перспективных способов увеличения пропускной способности ЛЭП. Увеличение пропускной способности достигает 2 и 2,5 раз для термостойких проводов, а прорывные проекты со сверхпроводимостью еще более увеличивают возможности ЛЭП.

На данный момент в мире производят высокотемпературные провода 4 типов базисных конструкций [2]:

 высокотемпературный провод с круглыми жилами;

 высокотемпературный провод с трапециевидными жилами;

 высокотемпературный провод с зазором;

 высокотемпературный провод с Z-образными жилами.

Преимущества, которые дает применение проводов с повышенной пропускной способностью по сравнению со стандартными неизолированными линиями:

 повышенная надежность в зонах снегопадов, гололедообразования и тяжёлых ветровых районах;

 мощная крепость жил и, соответственно, меньшая вероятность их обрыва;

 отсутствие разрушения (окисления, ржавления) жил;

 самодемпфирование;

 минимальные провисания (прогибы);

 незатруднительный процесс разрушения обледенения;

 полтора-двукратное повышение пропускной способности при тех же условиях.

Стоит отметить и недостатки:

 стоимость ВЛ в 1,5–2 раза выше по сравнению с обычным проводом;

 сложные требования к защитной аппаратуре;

 трудности при монтаже в условиях низких температур.

Компактные воздушные линии электропередач повышенной пропускной способности позволяют увеличивать передаваемую мощность за счёт уменьшения междуфазных расстояний, расщепления проводов, снижающего их индуктивное сопротивление, и увеличения эквивалентного радиуса фазы [2].

К преимуществам компактных воздушных линий электропередач относятся:

− уменьшение площади отчуждаемых земель;

− повышение пропускной способности ВЛ;

− повышение управляемости ВЛ;

− ограничение экологического влияния ВЛ;

− улучшение экономических показателей передачи мощности.

Важное качество компактных воздушные линий электропередач — повышенная пропускная способность, достигаемая увеличением числа проводов в каждой фазе и наилучшим их расположением их в пространстве при меньших по сравнению с обычными воздушными линиями электропередач размерами. Применение компактных воздушных линий электропередачи позволяет увеличить пропускную способность почти вдвое.

Однако стоимость сооружения при этом несколько возрастает по сравнению со стоимостью обычной линии вследствие необходимости применения более прочных опор и повышения сложности монтажа проводов. Очевидно, что затраты на строительство такой линии окупятся в связи с увеличением возможной дальности электропередачи при допустимых потерях энергии или снижением потерь при той же дальности.

Воздушные линии электропередачи с расщепленной резервной фазой.

Данный способ является схемно-техническим решением повышения пропускной способности для существующей двухцепной трехфазной линии электропередачи. Схема резервирования, которая заключается в расщеплении на три провода фазы показывает возрастание натуральной мощности на 30–40 %. Однако в данной схеме резервирования рабочей цепи четвертой фазой есть и недостаток, который заключается в наличии несимметрии, а также происходит недоиспользование суммарного сечения проводов [4].

Применение устройств FACTS

Повышение пропускной способности возможно путём установки в систему передачи электроэнергии специальных управляемых устройств, называемых устройствами FACTS (Flexible AC TransmissionSystem — гибкая система передачи переменного тока) [5].

Применяемые устройства FACTS можно классифицировать по типам:

индуктивные (ШР, УШР, ВРГ);

емкостные (УУПК, ТУПК, БК);

универсальные (СК, СТК, АСК, ОРПМ, СТАТКОМ);

фазорегулирующие (ФРТ).

Таблица 1

Обобщенные сведения по применению устройств FACTS для повышения пропускной способности

№	Название	Характеристика устройства	Область применения
1	Синхронные компенсаторы (СК)	Является комплексом, состоящим из синхронных машин и возбудителя. Имеется модификация СК с бесщеточным возбуждением. СК способны обеспечить регулирование реактивной мощности в пределах 100 % выдачи и 30–50 % потребления. Обладают высокой перегрузочной способностью (2–3 кратная перегрузка по току в течение 30 с)	Применяется для регулирования напряжения и повышения пределов статической и динамической устойчивости, увеличения пропускной способности электропередачи. Применим в любых электрических сетях
2	Статические тиристорные компенсаторы (СТК)	В составе СТК реактор с воздушным охлаждением и тиристорный вентиль с воздушным или водяным охлаждением, образующие тиристорные группы (ТРГ) с плавным регулированием угла зажигания тиристоров. Параллельно с ТРГ подключена конденсаторная батарея (КБ), а иногда и фильтро-компенсирующие цепи (ФКУ). Подключается к сети ВН через третичную обмотку НН автотрансформатора или через блочный повышающий трансформатор.	Обеспечивают регулирование напряжения (реактивной мощности) при мощностях в линиях электропередачи как ниже, так и выше натуральной. Предназначены также для повышения устойчивости и пределов передаваемой по линиям электропередачи мощности. Предпочтительная область применения: распределительные и магистральные сети, межсистемные связи для целей глубокого регулирования реактивной мощности и обеспечения устойчивости. Не эффективны в «слабых» сетях
3.	Статический компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя напряжения (СТАТКОМ)	Состоит из преобразователя напряжения, выполненного на силовых транзисторах, обеспечивающего генерацию и потребление реактивной мощности в диапазоне 100 % установленной мощности устройства, без дополнительных силовых реакторов и конденсаторных батарей. Подключение к сети ВН через третичную обмотку НН автотрансформатора или через отдельный повышающий трансформатор НН/ВН	Применяется для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности электропередачи, уменьшения колебаний напряжения, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, улучшения демпфирования колебаний в энергосистеме. Применяется в любых электрических сетях, особенно эффективен в «слабых» сетях
4.	Фазоповоротное устройство (ФПУ)	Устройство, переключающее посредством выключателей или тиристорных ключей отпайки трансформатора, обеспечивающее регулирование фазы входного напряжения по отношению к выходному	Применяется для оптимизации в установившихся режимах потоков мощности по параллельным ЛЭП, повышения пропускной способности. Может применяться для повышения статической и динамической устойчивости энергосистем.
5.	Асинхронизи-рованные компенсаторы (АСК)	Является комплексом, состоящим из асинхронизированных электрических машин переменного тока и статических преобразователей частоты. Содержит на роторе две и более обмоток возбуждения, благодаря чему обеспечивается возможность регулирования реактивной мощности в пределах колебания. Обеспечивается также возможность регулирования не только величины, но и фазы вектора напряжения в энергосистеме. АСК обладают высокой перегрузочной способностью (двух — трех кратная перегрузка) по току в течение 300 сек. Возможна работа с переменной частотой вращения с маховиком на валу с целью повышения пределов динамических характеристик энергосистем	Применяются для регулирования напряжения и повышения пределов статической и динамической устойчивости, увеличения пропускной способности электропередачи, улучшения демпфирования энергосистемы. Применяются в любых электрических сетях, особенно эффективны в «слабых» сетях
6.	Батарея статических конденсаторов (БСК)	Устройства емкостного типа для параллельного подключения к линиям	Для увеличения пропускной способности линий электропередачи сверх натуральной мощности, и регулирования уровня напряжения
7.	Управляемые устройства продольной компенсации) (УУПК, ТУПК)	Тиристорно-управляемые устройства продольной компенсации	Емкостная продольная компенсация для увеличения пропускной способности ВЛ сверх значения натуральной мощности, регулирования параметров режимов и повышения динамической устойчивости

На основании вышеописанных особенностей устройства FACTS для возможности увеличения пропускной способности высоковольтных ЛЭП НЭС Республики Казахстан рекомендуются к установке следующие группы устройств:

1) устройства продольной компенсации;

2) устройства поперечной компенсации;

3) фазоповоротное устройство.

Заключение

В современных условиях роста потребления и производства электроэнергии в Республике Казахстан на сегодняшний день проблема повышения пропускной способности линий электропередачи очень актуальна. Есть несколько способов решения данной проблемы, среди которых и строительство новых линий и модернизация уже имеющихся. Выбор конкретного способа определяется особенностями данного «узкого места» в энергосистеме, при этом вариантов может быть несколько.

При строительстве новой высоковольтной линии электропередачи можно принять к рассмотрению первые два способа повышения пропускной способности, а при необходимости повышения пропускной способности существующей ЛЭП необходимо рассматривать вариант с применением расщепленной резервной фазой либо применения какого-либо устройства FACTS.

Литература:

1. В. Н. Костин, Е. В. Распопов, Е. А. Родченко. Передача и распределение электроэнергии: Учеб.пособие. — СПб.: СЗТУ, 2003–147 с.
2. http://www.kegoc.kz/elektroenergetika/elektroenergetika-kazahstana-klyuchevye-fakty.
3. Журнал «Электроэнергетика Казахстана», № 1 январь-февраль 2015г.
4. А. С. Нестеров, П. Ф. Васильев, В. П. Кобылин. Анализ и расчет пропускной способности воздушных линий электропередачи, Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2018. Т. 18, № 1. С. 21–26 21
5. Абдуллазянов Э. Ю., Геркусов А. А., Федотов А. И. Оптимизация сечений проводов воздушных линий 110–500 кВ в условиях рыночной экономики 1-я Междун. научн.-практ. конф. «Эффективные энергетические системы и новые технологии». Мат. докл. — Казань, 2001 г. — С. 635–641.