Повышение надежности и пропускной способности систем транспорта электроэнергии на примере объединения Южного и центрального энергорайонов республики Саха (Якутия)

седиментации посредством расчета статистических параметров показывает, что песчаные отложения формировались в различных условиях. Верхняя часть разреза до глубины 6 м сложена эоловыми песками типа «остаточный» песок с одновершинным распределением и модой, сдвинутой в сторону крупных фракций - положительная асимметрия. Подобные отложения отмечаются на глубине 22,3 м. Средняя и нижняя части представлены аллювиальными песками русловой фации, в том числе грядовыми. Этот тип включает в себя пески прирусловых отмелей. Изменение размерности указывает на смену обстановки осадконакопления и динамику среды. Так в верхней пачке песков условия были относительно стабильны, далее с глубиной в интервале 5,2-22 м отмечается нестабильность обстановки осадконакопления (Exc -0,76-1,11).

Полученные фактические данные радиоуглеродного датирования растительных остатков свидетельствуют о том, что тукулан Кызыл-Сырский является сравнительно молодым образованием и его формирование продолжается в настоящее время.

Исследования выполняются при поддержке гранта РФФИ № 12-05-98507-р_восток_а.

Литература

1. Кузнецов С. С. Река Тюнг и ее левобережье (геологический очерк // Материалы Комиссии по изучению ЯАССР. - 1929. - Вып. 26. - 79 с.

2. Маак Р.К. Вилюйский округ Якутского края. -СПб., 1886. - 386 с.

3. Благовидов Н.Л. Четвертичные отложения, климат и почвы бассейна р. Тюнг. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1935. - 138 с.

4. Катасонова Е.Г., Толстов А.Н. Геокриологические особенности развеваемых песков (тукуланов) правобережья р. Вилюй. Многолетнемерзлые горные породы различных районов СССР. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 166-178.

5. Шепелев В.В., Бойцов А.В. Мерзлотно-гидрогео-логические условия массива развеваемых песков Махатта (Центральная Якутия) // Гидрогеологические исследования криолитозоны: ротапринт ИМЗ СО АН СССР. - Якутск, 1976. - С 25-34.

6. Павлов П.Д. О динамике эоловых песков (тукуланов) в Центральной Якутии // Природа Сибири. -Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1979. - С. 36-41.

7. Невяжский И.И., Биджиев Р.А. Эоловые формы рельефа Центральной Якутии // Изв. АН СССР, серия географическая. - 1960. -№3. - С. 90-95.

8. Воскресенский С.С. Геоморфология Сибири. -М.: Изд-во МГУ, 1962. - 352 с.

9. Григорьев А.А. Морфология северо-восточной части Вилюйского округа. - Л.: Изд-во АН СССР, 1930. - 167 с.

10. Работнов Т.А. Ландшафты песчаных образований в низовьях Вилюя // Землеведение. - 1935. - Т. 37, вып. 4. - 154 а

11. Методы палеогеографических реконструкций (при поисках залежей нефти и газа) / В.А. Гросс-гейм, О.В. Бескровная, И.Л. Геращенко и др. - Л.: Недра, 1984. - 271 с.

Поступила в редакцию 01.03.2013

Энергетика

УДК 621.31

Повышение надежности и пропускной способности систем транспорта электроэнергии на примере объединения Южного и Центрального энергорайонов Республики Саха

А.С. Нестеров, Г.И. Давыдов, П.Ф. Васильев

Рассмотрена возможность повышения натуральной мощности ВЛ 220 кВ при использовании воздушных ЛЭП с расщепленными проводами. При отказе от ограничений расстояния между проводами можно создать электропередачу произвольной пропускной способности, которая будет определяться числом составляющих в фазе. Следовательно, необходимо пересмотреть сложившееся мнение по поводу ограничения числа составляющих в фазе по условию ограничения коронного разряда, не только на линиях 500-1150 кВ, но и на ВЛ до 220 кВ и ниже, так как это приводит к многократному уменьшению их индуктивного сопротивления, следовательно, к увеличению натуральной мощности.

НЕСТЕРОВ Андрей Сергеевич - вед. инженер ИФТПС СО РАН; ДАВЫДОВ Геннадий Иванович - м.н.с. ИФТПС СО РАН, dav_gen@mail.ru; ВАСИЛЬЕВ Павел Филиппович - м.н.с. ИФТПС СО РАН, kb-8@mail.ru.

Ключевые слова: натуральная мощность, расщепление провода, пропускная способность, конструкция фазы.

The possibility of increasing of the 220 kV transmission line natural capacity using the air high voltage lines with split wires was considered. In case of rejection of the distance limitations between wires it is possible to create an arbitrary power capacity, which will be determined by the number of components in phase. Therefore it is necessary to reconsider the prevailing opinion on limiting of the number of components in phase with the corona discharge limiting condition, not only for the lines of500-1150 kV, but also for power lines of 220 kV and lower, as it leads to multiple reduction of inductive reactance subsequently to natural capacity increasing.

Key words: natural capacity, splitting wires, capacity, phase construction.

Развитие сетевой инфраструктуры предполагает объединение изолированных энергорайонов республики и строительство линий электропередачи (ЛЭП) для энергоснабжения новых производственных комплексов.

В Якутии линии связи между энергоузлами выполняются на напряжении 110 и 220 кВ. Пропускная способность одной цепи с однопро-водной фазой воздушной линии (ВЛ) 220 кВ не превышает 160 МВА. Снижение плотности тока за счет увеличения сечения фазы повышает пропускную способность только на 60%. Поэтому для передачи больших мощностей на расстоянии 1000 км и более применение этого класса нецелесообразно. Повышение напряжения на один класс увеличивает в два раза пропускную мощность ВЛ, но и затраты на строительство резко возрастают.

Известно, что метод расщепления фазы применяется главным образом для ограничения коронного разряда и поскольку доказано, что на линиях до 220 кВ коронирование не оказывает влияния на конструкцию фазы, было признано нецелесообразным расщепление провода.

Для повышения пропускной способности линий применяются технические решения, не связанные с их конструкцией (продольная ёмкостная компенсация, синхронные и статические компенсаторы, многоцепные линии), а создание ВЛ с расщепленными проводами в первую очередь рассматривалось как средство ограничения коронного разряда [1].

Работы Ленинградского политехнического института Северо-Западного отделения института «Энергосетьпроект» показали ошибочность такого подхода к созданию линий с расщепленными проводами [2, 3]. Было показано, что при отказе от ограничений расстояния между проводами можно создать электропередачу произвольной пропускной способности, которая будет определяться числом составляющих в фазе. Следовательно, необходимо пересмотреть сло-

жившееся мнение по поводу ограничения числа составляющих в фазе по условию ограничения коронного разряда, не только на линиях 5001150 кВ, но и на ВЛ до 220 кВ и ниже, так как это приводит к многократному уменьшению их индуктивного сопротивления. Именно это многократное увеличение пропускной способности линии позволяет отказаться от многоцепных линий, расширить области применения электропередач основных классов напряжения по передаваемой мощности и дальности, по-другому решать проблему обеспечения баланса реактивной мощности. К тому же, максимальная напряженность на поверхности расщепленных проводов уменьшается при увеличении радиуса составляющих расщепленной фазы г0, м:

Едоп = 22,7

По условиям ограничения потерь на корону усредненный показатель напряжения линии должен быть на 10% ниже среднего начального трёхфазного напряжения короны:

_ Impпгаен

u h ~ —-

CK

где п - количество проводов в фазе; Ен - начальная напряжённость короны на проводах, В/м; С - средняя рабочая ёмкость фазы линии, Ф; - коэффициент неравномерности.

Для получения минимального начального напряжения короны приходится увеличивать междуфазное расстояние, заметно большее требуемого Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [4] по условию обеспечения надёжной работы ВЛ с учетом сближения проводов под влиянием ветра (табл.1). По этой причине при проектировании, как правило, принимаются завышенные расстояния. Путём изменения конструкции провода (увеличением числа составляющих в фазе) возможно уменьшение расстояния между проводами при выполнении требований по ограничению коронного разряда. Приня-

Т а б л и ц а 1

Расстояние между проводами

Номинальное напряжение ВЛ, кВ Наименьшее расстояние между проводами при стреле провеса, м

3 4 5 6 8 12 16 20

35 110 220 330 500 750 2,5 3,0 2,5 3,25 2,75 3,5 4,25 2,75 3,5 4,5 5,5 7,0 3,0 3,75 4,75 5,75 7,25 9,50 3,2 4,0 5,0 6,0 7,5 10,0 3,75 4,50 5,50 6,50 8,00 10,25 10,50

тые большие расстояния между фазами исключают применение прогрессивных конструкций опор охватывающего типа, давно применяемых за рубежом [5].

Дополнительным фактором, сдерживающим создание линий с параметрами, соответствующими табл.1, является высокий уровень коммутационных перенапряжений. Расчетная кратность перенапряжений по ПУЭ уменьшается от 3 для ВЛ 110 кВ до 2,1 для ВЛ 750 кВ. Современные средства ограничения перенапряжений позволяют обеспечить уровень до 1,8 для всех классов напряжения [5] и сблизить провода на расстояние меньше указанных в табл.1.

Характерной особенностью ВЛ до 220 кВ является применение одиночных проводов и, как сказано выше, большими расстояниями между фазами. В большинстве случаев передаваемая мощность значительно превышает натуральную. Это приводит к большим потерям напряжения и мощности, уменьшает дальность передачи энергии. Только в идеальном случае, когда передаваемая мощность равна натуральной Рн, линия не генерирует и не потребляет реактивную мощность, и не требует источника реактивной мощности или шунтирующих реакторов.

Улучшить технико-экономические показатели можно переводом ВЛ в режим натуральной мощности, для ВЛ традиционной конструкции это означает существенное ограничение переда-

Рис. 1. Компактные линии повышенной натуральной мощности: вертикально-плоские фазы с произвольным числом составляющих

ваемой мощности. Наиболее простым способом повышения натуральной мощности является сближение соседних фаз. Расстояние между фазами определяется не столько электрической прочностью межфазных промежутков, сколько условиями предотвращения схлестывания проводов [3]. Поэтому установка междуфазных изоляционных распорок позволяет исключить схлестывание проводов и увеличить натуральную мощность линии до 30%. Однако только сближение фаз не решает полностью проблему улучшения режимов работы электропередач высокого напряжения при одиночных относительно больших сечениях фазных проводов. Дальнейшим наращиванием натуральной мощности линии является переход к расщепленным фазам, как это принято для ВЛ сверхвысокого напряжения.

С точки зрения компактности исполнения ЛЭП при трёх и более составляющих целесообразно применение плоских фаз (рис.1).

Авторами выполнен расчет пропускной способности ВЛ 220 кВ Якутск-Нерюнгри с применением плоских фаз. Результаты расчета приведены в табл.2.

В расчете были приняты протяженность линии I = 847 км, напряжение V = 220 кВ, марки проводов АС 300/39, 330/43, 400/51 и число составляющих в фазе п от 1 до 5, при этом передаваемая мощность определялась по формулам:

Г с V

V Р У

Е2

Е А

Я = 3ифн Ъ = зифн пРа] = 2

\200щс3]кп

Средняя рабочая ёмкость и погонная индуктивность соответственно (С (Ф), Ь, (Ом/км)): 2т£„ пЕл

С =

'0'0^ доп

ик

Ь =

^ С

Волновое сопротивление линии:

2 в =

1С

Натуральная мощность линии:

и1 2„

Рн =

На рис.2 показано, что с увеличением п передаваемая мощность резко возрастает. При увеличении п более 4 зависимость Я = /(п) ста-

\

Т а б л и ц а 2 Параметры ЛЭП 220 кВ с плоскими фазами

п Марка провода АС С, пФ/м 1в, Ом Рн, МВт X, Ом/км Ь, мк Ом/км

1 300 0,95 351,45 137,71 0,368 2,98

330 0,99 337,25 143,51 0,353 3,1

400 1,07 311,22 155,52 0,326 3,36

2 300 1,41 235,62 205,42 0,247 4,44

330 1,47 226,01 214,15 0,237 4,63

400 1,6 208,39 232,25 0,218 5,02

3 300 1,78 186,72 259,22 0,196 5,61

330 1,86 179,06 270,3 0,188 5,85

400 2,02 165,03 293,27 0,173 6,34

4 300 2,1 158,39 305,57 0,166 6,61

330 2,19 151,87 318,68 0,159 6,89

400 2,38 139,94 345,87 0,147 7,48

5 300 2,39 139,45 347,07 0,146 7,51

330 2,49 133,7 361,99 0,14 7,83

400 2,71 123,17 392,96 0,129 8,5

новится линейной и её можно экстраполировать для любого п. Таким образом, при разных комбинациях сечения проводов, составляющих фазы от 2 до 5 и соотношения Б/Рн=1 и 7=1,3 А/мм2, по ВЛ 220 кВ можно передать мощность от 137 до 393 МВт.

Следовательно, в линиях, составленных из расщепленных фаз, расстояния между соседними составляющими не зависят от числа составляющих в фазе, что позволяет создавать линии с наибольшей плотностью размещения проводов в пространстве и с наибольшей плотностью электромагнитной энергии. При этом обеспечивается увеличение натуральной мощности линии пропорционально числу составляющих в фазе. Такие линии принято называть компактными.

В связи с тем, что ВЛ повышенной пропускной способности обладают увеличенным количеством составляющих в фазе, увеличенным расстоянием между составляющими, сближением фаз до предельно допустимого по электрической прочности, возникают новые требования к изолирующей подвеске.

В основном они сводятся к:

• уменьшению строительной длины изоляторов (гирлянда изоляторов) путём повышения влагоразрядной напряженности по строительной высоте;

• устранению из междуфазового изоляционного промежутка элементов крепежной арматуры изоляторов;

• исключению взаимного перемещения проводов соседних фаз;

Рис.2. Зависимость волнового сопротивления 2в линии и натуральной мощности Рн от числа составляющих в (фазе при различных сечениях проводов

• облегчению крепежной арматуры при увеличенных расстояниях между составляющими расщепленных проводов круглых фаз.

Допустимые изоляционные размеры компактных линий значительно меньше длины традиционных гирлянд изоляторов. Кардинальное решение проблемы связано с применением стержневых полимерных изоляторов (ПИ) на основе стеклопластиков, кремнеорганической резины и фторопласта. Кроме того, малая масса ПИ определяет возможность их использования в качестве междуфазных изоляционных распорок в пролете ВЛ.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Создание воздушных линий повышенной натуральной мощности на напряжение 220 кВ и ниже в компактном исполнении технически осуществимо и экономически целесообразно.

2. Современные гирлянды стеклянных изоляторов ограничивают возможности компакти-зации конструкции линий из-за низкой электрической прочности при загрязнении и увлажнении, а также большой массы. Применение полимерных изоляторов позволяет реализовать эффект уменьшения расчетной величины перенапряжений, а также фиксировать расстояние между проводами соседних фаз в пролете. В результате полимерные изоляторы обеспечивают возможность компактного исполнения ли-

ний при изоляционных расстояниях, определяемых электрической прочностью воздушных промежутков.

3. Стандартные системы изолирующей подвески проводов обеспечивают возможность создания воздушных линий с плоскими, параболическими и коаксиальными фазами без усиления на опорах междуфазовой изоляции.

4. Применение расщепленных фаз на ЛЭП 220 кВ Якутск-Нерюнгри позволит повысить её пропускную способность в 2-2,5 раза.

Литература

1. Мицкевич В. Ф. Явление тихого разряда в высо-

ковольтных воздушных линиях электропередачи // Электричество. - 1980. - №7. - С.185-200.

2. Александров Г.Н. Воздушные линии электропередачи повышенной пропускной способности // Электричество. - 1981. - № 7. - C.101-112.

3. Александров Г.Н., Ершевич В.В., Крылов С.В. и др. Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 168 с.

4. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.

5. Александров Г.Н., Евдокунин Г.А., Лисочкина Т.В. и др. Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. - 232 с.

Поступила в редакцию 28.12.2012