Электрификация Лэп. +Диплом Лэп. 1. Способы повышения пропускной способности лэп 1 Строительство новых линий
 Скачать 2.02 Mb.
|
Введение Устойчивое развитие электроэнергетического сектора Казахстана предполагает решение вопросов по покрытию потребности экономики и населения в энергоресурсах, снижению энергоёмкости ВВП, а также по повышению энергоэффективности. Обо всём этом отмечал в своем Послании казахстанскому народу Президент страны Нурсултан Назарбаев 28 января 2011 года [1]. Между тем в отрасли сохраняется ряд серьёзных проблем, которые могут стать сдерживающим фактором не только для устойчивого развития энергосистемы Казахстана, но и для решения важнейших задач по модернизации и диверсификации экономики страны. В частности, не в полной мере решена проблема дефицита электроэнергии в ряде регионов Казахстана (особенно на юге и западе), что может негативно отразиться на росте промышленного производства республики. Кроме того, наблюдается значительный износ мощностей в сегментах генерации, передачи и распределения электроэнергии, что в существенной степени ограничивает выработку электроэнергии действующими электро-станциями и её доставку конечным потребителям. Перед государством в настоящее время стоит острая задача по решению двух стратегически важных направлений развития в области генерации и передачи электроэнергии: – модернизации действующих мощностей и линий электропередачи, т.к. многие, если не большинство, из ныне действующих объектов были построены в 70-80-х годах прошлого столетия; – устранения дефицита электроэнергии в южных и западных регионах страны. Следует отметить, что в современных условиях диверсификации экономики Казахстана, рост промышленности должен быть связан не только с увеличением потребления электроэнергии, но и с увеличением энергоэффективности как производства, так и потребления энергии, а также с диверсификацией самих источников энергии, что неминуемо влечёт за собой строительство новых и модернизацию существующих линий электропередачи [3]. Это повлечёт за собой серьёзные капитальные вложения со стороны государства и системного оператора KEGOC. Альтернативой строительству новых линий является применение высокотемпературных проводников, которые позволяют увеличить пропускную способность линий электропередачи в 2–3 раза без замены опор и серьёзной модернизации арматуры. 1 Способы повышения пропускной способности ЛЭП Анализ динамики роста производства электроэнергии в Казахстане за период с 2000 по 2013 год позволяет сделать вывод о наличии положительной динамики в отрасли – объём производства, а также потребления электроэнергии постоянно увеличивается (рисунок 1.1) [2].  Рисунок 1.1 – Динамика производства/потребления электроэнергии в РК Повышение пропускной способности воздушных линий обусловлено быстрым ростом потребления электроэнергии во всех странах мира. Растет число городов-мегаполисов, что требует обеспечения глубокого ввода мощности в центры городов и крупных промышленных предприятий. Слишком дорогой становится земля под полосы отчуждения ВЛ, повышаются требования к экономичности и экологии, снижению сроков строительства ВЛ, безопасности и защите от электромагнитных полей и помех от них, что требует новых подходов к сооружению воздушных каналов передачи электроэнергии. Применение новых технологий в электроэнергетике и электротехнической промышленности позволяет решить эти задачи. Важной задачей при строительстве воздушных линий электропередачи является снижение расходов при передаче электроэнергии. Этого можно достигнуть применением новых марок проводов, современных типов изоляторов, сооружением компактных ВЛ, контролем температуры и натяжения провода, строительством воздушных линий электропередачи постоянного тока(ВЛПТ). Для повышения технико-экономических показателей ЛЭП необходимо их развитие в следующих направлениях: − строительство компактных ВЛ с применением новых конструкций опор, позволяющих повысить пропускную способность ЛЭП; − повышение нагрузочной способности и снижение провеса проводов ВЛ; − повышение номинального напряжения ВЛ; − повышение нагрузки ВЛ с учетом метеоусловий; − замена традиционных марок проводов на провода с улучшенными эксплуатационными характеристиками(термостойкие провода, провода с уменьшенным провесом); − непрерывный контроль пропускной способности ВЛ; 1.1 Строительство новых линий В этом случае возможны следующие варианты: размещение дополнительной линии на существующих опорах; строительство новой линии в том же коридоре. Предпочтительным является размещение дополнительной линии на существующих опорах из-за нехватки ширины полосы отчуждения и появления возможности повышения напряжения или увеличения числа цепей на одной опоре. С другой стороны, простейшим и самым эффективным методом «усиления» электрической сети является прокладка новых ВЛ в существующих коридорах с использованием усовершенствованных видов проводов повышающих пропускную способность линий. Однако, в промышленно развитых странах экономически более целесообразна реконструкция действующих ВЛ. 1.2 Повышение рабочих напряжений Значительное повышение пропускной способности линий и снижение потерь электроэнергии в них достигается применением более высоких уровней напряжения. При этом требуются усиление изоляции и расширение коридора, что связано с заменой изоляторов и изменением размещения проводов для обеспечения необходимых воздушных промежутков между ними и землей. Необходимо так же учитывать замену трансформаторного оборудования и применение более высоких опор и усиление фундаментов. Повышение рабочего напряжения часто позволяет при замене ВЛ использовать прежнюю ширину коридора и для реконструкции существующей ВЛ требуются меньше времени на их замену, а технические решения достаточно простые. Целесообразность перевода на другой класс напряжения определяется конструкцией ВЛ и существующей шириной коридора трассы ВЛ. 1.3 Повышение нагрузки действующей линии Наиболее оптимальное решение при повышении пропускной способности действующих линий - сохранение имеющихся проводов, так как замена проводов связана с большим перерывом в работе ВЛ. При сохранении прежних проводов требуется изменить для них верхнюю рабочую температуру в пределах, допустимых по статистике погодных условий, при этом дополнительный нагрев проводов ограничивается их провесом и техническими условиями старения материала проводов. Стандартные алюминиевые сплавы могут продолжительно работать при температурах 90°-100°С. При долгосрочном повышении нагрузочной способности, простейший выход – увеличение нагрузки на существующие провода, но при этом необходимо учитывать увеличение провеса в пролетах и возможности соединительных зажимов. Наибольшие ограничения связаны с условием увеличения провеса проводов и соответственно уменьшения расстояния до земли в пролете. При этом необходимо оценивать возможные значения температуры провода, особенно в пролетах с критическим провесом. Такие линии при повышении номинальной нагрузки должны проверяться визуально с вертолета. 1.4 Ограничение провеса проводов Для ограничения провеса провода при увеличении нагрузки применяются следующие меры: - повышение натяжения провода; - изменение конструкции подвески; - укорочение изолирующей подвески без уменьшения ее электрической прочности. Увеличение провеса провода может быть допущено путем подъема точки подвеса провода - замена поддерживающей гирлянды на натяжную. Возможность повышения нагрузки с помощью увеличения провеса провода на существующей линии зависит от максимально допустимой температуры, длины пролета и типа провода. Снижение провеса провода с помощью увеличения его натяжения возможно при условии, что этот провод находится в хорошем состоянии, а имеющееся его натяжение относительно низкое. Увеличение натяжения может привести к снижению надежности провода и системы его подвески. При этом возрастает риск воздействия эоловой вибрации на срок службы провода и возможность усиления механических воздействий при гололеде или штормовом ветре (установка дополнительных гасителей вибрации). Натяжение провода может быть снижено уменьшением длины пролета в критических зонах, установкой подпорок в середине пролета или критических местах линии (длинный пролет, неудобный рельеф местности, участки с повышенной солнечной радиацией). 1.5 Повышение нагрузки ВЛ с учетом метеоусловий Повышение средней рабочей температуры провода на основе статистических данных о погодных условиях на трассе линии (или многих линий) позволяет значительно увеличить нагрузку линии, если среднее значение ветра и температуры, принимаемые при проектировании линии, выбраны с большим запасом. Статистическое повышение нагрузки для увеличения пропускной способности ВЛ обуславливает минимальные затраты, но неопределенность реальных условий сохраняет некоторый риск сверхдопустимого провеса проводов. При использовании динамического метода, обеспечивающего контроль и регулирование нагрузки на основании данных(от датчиков температуры и провеса проводов вдоль линии), исключаются опасные режимы работы ВЛ. Контроль в реальном времени метеоусловий или температуры провода позволяет диспетчеру оперативно повышать нагрузку линии, но при этом должна быть обеспечена возможность некоторого изменения режима и соответствующее его планирование. Динамический контроль позволяет увеличить допустимую нагрузку на 5-20%, а изменение структуры пролета (обеспечение допустимого провеса) на 20-50%. Использование проводов с малым провесом и нагревостойких проводов позволяет поднять нагрузку на 50-100% (с увеличением потерь). Еще большие кратности могут быть достигнуты с применением проводов большего сечения (но с усилением опор), а применение динамического контроля в дополнение к этим мерам позволяет ещё увеличивать нагрузку. 1.6 Замена проводов Наиболее эффективный метод повышения пропускной способности ВЛ - применение усовершенствованных типов проводов. Конструкции проводов с высокой термостойкостью и малым весом позволяют без какой-либо реконструкции опор повысить пропускную способность линии вдвое и более. Наиболее эффективно применение проводов с улучшенными характеристиками при соблюдении следующих условий: провод работает на пределе термической нагрузки; провес провода в пролетах находится в пределах допустимого; конструкция линии позволяет использовать более тяжелый провод (без усиления ее элементов). Применение обычных типов проводов большого сечения – наиболее простой способ. Основное ограничение в этом случае – рост массы провода, это требует усиливать конструкцию линии (опоры, фундаменты, изолирующую подвеску). Другим ограничивающим фактором являются ветровая и гололедная нагрузка, усиливающаяся из-за увеличения поверхности провода. Применение трапецеидальных Z-образных проволок проводящей части вместо круглых (при том же сечении – меньшая поверхность провода) позволяет уменьшить ветровую и гололёдную нагрузку. Такой провод имеет малое аэродинамическое сопротивление и сниженные потери энергии на корону, а также обладает повышенной нагрузочной способностью (сечение проводящей части в 1,5 раза больше, чем у провода АС при том же внешнем диаметре) и уменьшенным на 50% коэффициентом лобового сопротивления ветру. 1.7 Термостойкие провода Виды термостойких проводов определяются свойствами сердечника и токопроводящих жил (алюминий и его сплавы), а их применение целесообразно при условии, что их стоимость не превышает расходы на усиление конструкции линии. Обычные провода имеют пре-дел по нагреву 90-100°С из-за потери механических свойств алюминия при более высоких температурах. Алюминий после отжига становится мягким, его прочность снижается, но растяжимость увеличивается, это снижает риск обрыва провода. Провод с отожженным алюминием и стальными сердечниками типа ACSS имеет сниженную на 30% прочность по сравнению с проводом АС. Конструкция, масса и диаметр этих проводов одинаковы, но провод ACSS меньше растягивается и имеет меньший провес. Алюминий в проводеACSS работает до температуры 250°С – предельное значение для проволоки сердечника с гальваническим покрытием и узлов крепления провода. Высокую температуру провода допускают сплавы алюминия с цирконием типа TAL и Z TAL. Комбинации такого провода с сердечниками из специальной стали имеют такие же массу и диаметр, как провод AC, но выдерживают более высокие температуры. Провес такого провода в пролете больше. 1.8 Провода с уменьшенным провесом Для снижения провеса разработаны провода с сердечником из инвара (ферромагнитный сплав железа с 36% никеля), имеющего малый коэффициент линейного расширения. В этом проводе механическая нагрузка на алюминиевые жилы при расширении провода снимается с помощью механического отделения их от провода – сердечника путем введения зазора. Высокая прочность сердечника в сочетании с малым коэффициентом линейного расширения достигается также использованием неметаллических материалов(матриц из металлооксидов или стеклопластиков, армированных углеродными волокнами). Преимущества таких проводов – меньшая масса, высокая прочность и снижение провеса в пролете. С ростом температуры увеличивается сопротивление провода и потери в нем, поэтому линия должна работать преимущественно с равномерным графиком нагрузки. Особенности конструкции и допустимые температуры некоторых типов проводов, обладающих высокой нагревостойкостью и механической прочностью, приведены в таблице 1.1, в которой используются следующие обозначения: TW – провод с алюминиевыми проволоками трапецеидального сечения; AW – провод с проволоками сердечника, покрытыми алюминиевым сплавом; Z – сверхтермостойкий сплав алюминий-цирконий ZTAL; T – термостойкий алюминиевый сплав TAL; По сравнению с обычным сталеалюминевым проводомACSR проводACSS дороже на 20-50%. Он может работать при повышенной температуре, но с большим провесом. Провода с малым провесом и зазором между сердечником и жилами GTACSR вдвое дороже AC. Провода с сердечником из инвара(Z) или армированного пластика(ACCC, ACCR) стоят в 3-6 раз дороже AC. Другой способ уменьшения провеса при нагревании провода – увеличение его натяжения с ростом температуры. Устройство SLiM (Sagging Line Mitigator) разработанное инстиутом EPRI, принцип работы которого заключается в принудительном изменении длины провода в пролете при его нагреве или охлаждении. В настоящее время в ряде случаев традиционные методы увеличения расстояния проводов до земли(подъём проводов и повышние опор) дешевле применения устройства SLiM. Таблица 1.1– Характеристика проводов
|