Была оценена эффективность применения инновационных трансформаторов по сравнению с масляными и эффективность применения высокотемпературных сверхпроводниковых кабелей по сравнению с существующими кабелями. Результаты моделирования показали, что при комбинированной замене существующих трансформаторов и кабелей на инновационные потери в сети снижаются на 76 %.
Ключевые слова: аморфные материалы, высокотемпературные сверхпроводниковые материалы
В последние годы во всех отраслях экономики отмечается значительный рост объема и плотности электропотребления в системах электроснабжения (ЭСН). С учетом жестких требований по его качеству и надежности наиболее эффективным и кардинальным решением этой проблемы является применение инновационного электрооборудования (ЭО). Для подстанций это — силовые трансформаторы (CТ), обмотки которых выполняются с использованием явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), а сердечники — из аморфных ферромагнитных материалов (АФМ). ВТСП и АФМ используются в конструкциях СТ, как по отдельности, так и совместно [1].
Не менее эффективным инновационным ЭО являются и ВТСП кабельные линии электропередачи (ЛЭП), которые значительно улучшают энергоэффективность и энергосбережение.
Все это особенно актуально для напряженных и ответственных ЭСН мегаполисов. С учетом сказанного в них, в частности, можно исключить ступени ЭСН на напряжениях 35–110 кВ и распределять электроэнергию в городе на напряжениях 10–20 кВ. При этом значительно снижаются затраты на сооружение подстанций и можно значительно увеличить токи рабочих режимов [2].
Можно констатировать, что названные прогрессивные мероприятия пока не имеют широкого применения в существующих системах ЭСН.
Это связано с тем, что отечественная электротехническая промышленность практически еще не освоила производство названного ЭО, а зарубежное — по многим причинам еще не получило должного распространения.
Кроме того, имеет место недостаток информации по созданию и эксплуатации перспективных систем ЭСН и, прежде всего, в том, что связано с построением адекватных математических моделей для анализа их рабочих режимов [3].
Это определило направление и цель настоящей работы как решение задачи проектирования перспективных ЭСН, содержащих ВТСТ, АФТ и АВТСТ трансформаторы. Это задача прогнозирования параметров СТ и ЛЭП, которые еще не в полной мере освоены отечественной промышленностью, а в ряде случаев — только разрабатываются. Тем не менее, данные об этих параметрах уже сейчас необходимы для создания инновационных ЭСН [4].
Моделирование участка сети Красноглинского района г. Самараcприменением ВТСП кабелей
В данном разделе проведено моделирование участка сети Красноглинского района г. Самара (Рис. 1) в ПК RastrWin3.
Рис. 1. Фрагмент сети Красноглинского района г. Самара в ПК RastrWin3
Была смоделирована замена существующих кабелей на высокотемпературные сверхпроводниковые (ВТСП) и замена традиционных масляных трансформаторов на АВТСТ.
Для данной сети были рассмотрены 3 режима: нормальный режим, замена только на ВТСП кабели и одновременная замена на ВТСП кабели и АВТСТ трансформаторы.
Исходные данные (R, 
и 
) для ВТСП кабелей были взяты из результатов испытаний опытного образца ВТСП кабеля, изготовленного в Филиале АО «Объединенная ракетно-космическая корпорация» — «Научно-исследовательский институт космического приборостроения» в г. Москва по заказу НТЦ ФСК ЕЭС. Далее, на основании полученных результатов были найдены индуктивное сопротивление (
) и емкостная проводимость (
) по известным выражениям:
где 
— частота в электрической сети переменного тока, равная 50 Гц.
Результаты
Полученные значения потерь электрической мощности графически представлены на Рисунке 2, из которых можно увидеть, что поте1ри при комбинированной замене на инновационные кабели и трансформаторы снижаются на 76 %.
Рис. 2. Результаты расчетов потерь для различных режимов сети Красноглинского района г. Самары
Выводы
Комбинированная замена существующих кабелей на ВТСП кабели и традиционных трансформаторов на АВТСТ также значительно влияет на энергоэффективность сети (наблюдалось снижение потерь на 76 %). Следует отметить, что применение ВТСП кабелей позволит сократить количество ступеней трансформации в ЭЭС, что приведёт к кардинальному снижению эксплуатационных затрат в сети.
Таким образом, введение в эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов с магнитопроводами из аморфных сплавов, высокотемпературных сверхпроводниковых трансформаторов и их комбинированной конструкции является одним из наиболее перспективных путей снижения технических потерь энергосистем.
Литература:
1. Савинцев Ю. М. Анализ состояния производства в РФ силовых масляных СТ I-III габаритов// Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2012. — № 1. — С. 43–53.
2. Александров Н. В. Исследование влияния сверхпроводниковых трансформаторов на режимы электроэнергетических систем. Автореферат дис. канд. техн. наук по специальности 05.14.02. НГТУ. Новосибирск. 2014.
3. Гольдштейн В. Г., Инаходова Л. М., Казанцев А. А., Молочников Е. Н. Анализ эксплуатационных свойств трансформаторов с сердечниками из аморфных материалов и защита их с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений. Вестник СамГТУ. Серия «Техн. науки». — Самара, № 4 (40). 2013 г. с. 149–157.
4. Кузнецов Д. В., Гольдштейн В. Г. Совершенствование концепции и методов организации энергоснабжения мегаполисов. Промышленная энергетика 2014. № 2.
