Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Компактные управляемые электропередачи переменного тока

В статье рассмотрены вопросы проектирования и применения компактных управляемых электропередач повышенной натуральной мощности с установкой в них управляемых шунтирующих реакторов и фазоповоротных трансформаторов. 

В условиях ежегодного роста электропотребления ( годовой максимум 2014 г. – 13586 МВт, что на 487 МВт больше, чем в 2013 г.)  и, соответственно, увеличения перетоков мощности по системообразующим ЛЭП сверхвысокого (СВН - 330 кВ и выше) напряжения и распределительным сетям высокого (ВН - 110-220 кВ) напряжения одними из задач, требующими своего решения, являются:

  • необходимость значительного увеличения натуральной мощности вновь сооружаемых  ЛЭП  ВН  и  СВН ., по сравнению с   традиционных ВЛ на базе унифицированных опор, которые экспертами оцениваются как ЛЭП с минимальной пропускной способностью;
  • применение автоматического регулирования уровней напряжения электропередач для обеспечения режимов передачи по ним искусственной натуральной мощности в условиях нерегулярных колебаний величин перетоков мощности по ЛЭП;
  • адаптация сетей ВН и СВН из пассивных элементов энергосистем в активные с помощью устройств FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System);
  • принудительное перераспределение потоков мощности в сложно- замкнутых сетях энергосистем в целях оптимизации режимов работы электропередач и снижения потерь электроэнергии.

Реализация указанных целей требует создания электропередач повышенной в 2,5-3,0 раза и более натуральной мощности в сочетании с устройствами FACTS, а именно:

  • компактных ВЛ ВН и СВН;

 

  • устройств управления FACTS (фазоповоротных трансформаторов - ФПТ, управляемых шунтирующих реакторов - УШР, статических тиристорных компенсаторов - СТАТКОМ и т.п.).

Ниже рассмотрены аспекты создания конструкций компактных ВЛ повышенной натуральной мощности и применения устройств FACTS.

 

1  Конструкции компактных ВЛ на примере ЛЭП-110 и 220 кВ

 

Традиционные для стран СНГ конструкции ВЛ ВН и СВН на базе унифицированных опор представляют собой ЛЭП минимальной натуральной мощности (Рнат min) вследствие следующих причин:

  • для исключения схлестывания проводов при ветровых нагрузках и их пляске были значительно увеличены расстояния между фазами ВЛ ВН и СВН, даже по сравнению с нормами ПУЭ;
  • при сооружении ВЛ-110 и 220 кВ использовались одиночные провода в фазах;
  • конструктивное исполнение ВЛ-330 кВ и выше преследовало лишь цель минимизации размеров фаз по условиям коронного разряда, что привело к ошибочному положению о необходимости фиксации расстояний d между составляющими проводами расщепленных фаз.

Рассмотрим возможности повышения натуральной мощности компактных ВЛ (далее – КВЛ) с использованием известных соотношений для величин Р нат. и Zв [1].

Для конструкций двухцепных (на одной опоре) КВЛ-110 и 220 кВ примем  следующее  значение  стрелы  провеса   при  длинах габаритных пролетов                          ЛЭП:

:

110 кВ -             =150-180 м,                = 6-7 м;

220 кВ -             =200-250 м,                 = 7-8 м.

 

Рассмотрим возможное уменьшение поперечных размеров ВЛ 110 и 220 кВ при жесткой фиксации с помощью междуфазных изолирующих распорок, выпускаемых, например, компанией ИНСТА (РФ), и расщеплении фаз на 3 составляющих провода 3хАС-150 с увеличением расстояния между составляющими проводами в фазе до d110=0,6 м и d220= 1,0 м [2].

Кроме   того,   предусмотрим   исключение   заземленных   частей    опор

(стойки и металлические траверсы) из межфазного пространства на базе использования изолирующих траверс консольного типа (рисунок 1). Указанное определяет в качестве основного требования ПУЭ – требование к наименьшим изоляционным расстояниям между фазами по грозовым перенапряжениям [3].

 

 

 

Параметры двухцепной КВЛ-110 кВ с расщепленными на n=3хАС-150 фазами:

  • расстояния между центрами симметрии расщепленных фаз D = 2,0 м;
  • расстояния между составляющими проводами в фазе d = 0,6 м;

 

  • эквивалентный радиус расщепленных на 3хАС-120 фаз r

ЭКВ

 

= 0,112 м;

 

  • волновое сопротивление КВЛ-110 кВ на цепь Z

В

  • натуральная мощность КВЛ-110 кВ на две цепи Р

 

= 170 Ом;

= 2х75 МВт.

 

НАТ

 

Рисунок1 - Конструкция двухцепной КВЛ-110 кВ.

 

2        Компактные управляемые электропередачи переменного тока

 

В последние годы значительное внимание за рубежом и в странах СНГ уделяется созданию активно-адаптивных электропередач  переменного тока на базе применения устройств FACTS (управляемые шунтирующие реакторы

  • УШР, статические    тиристорные    компенсаторы   –    СТАТКОМ)   и фазоповоротных трансформаторов - ФПТ и др.

Так, применение в составе КВЛ УШР и ФПТ обеспечивает следующие возможности:

  • установка УШР в промежуточных точках КВЛ значительно увеличивает дальность электропередачи, например, на напряжении 110 и 220 кВ (500 км и более) при сохранении режима передачи искусственной натуральной мощности в широком диапазоне нерегулярных колебаний величин передаваемой мощности ;

 

  • установка ФПТ способствует экономически целесообразному перераспределению потоков мощности в условиях наличия ряда параллельных данной КВЛ неоднородных по погонным параметрам и номинальному напряжению ВЛ.

 

2.1 Возможности дальней электропередачи искусственной натуральной мощности по управляемым КВЛ

 

Передача значительных по величине потоков мощности                        по ВЛ ВН и СВН весьма актуальна.

В расчетах режимов работы дальних электропередач ВН напряжением 110-220 кВ (500 км и более) и СВН напряжением 330-750 кВ и выше (1000- 1500 км и более) необходимо учитывать волновой характер распространения электромагнитного поля вдоль ВЛ, т.е. в этих ситуациях протяженные ВЛ ВН и СВН рассматриваются как объекты с распределенными параметрами с учетом их волновой длины .

Идея   повышения   дальности   передаваемой   по  ВЛ  мощности   путем поддержания напряжения в промежуточных точках ЛЭП за счет регулирования потребления/генерации реактивной мощности с помощью управляемых компенсаторов (УШР, СК и т.п.) в этих точках рассматривалась в ряде работ, например, [4].

Известно, что, когда эквивалентное активное  сопротивление  нагрузки равно волновому сопротивлению ЛЭП, коэффициент отражения   волны напряжения от конца ЛЭП равен нулю. Следовательно, при этом отраженные волны напряжения в ЛЭП отсутствуют.

Для режимов работы традиционных ВЛ, как правило, имеет место соотношение    ,    следовательно,    появление    отраженных     волн напряжения приводит к нарушению баланса магнитного и электрического поля линии.

Так,    при       (х.х.    или    малая    загрузка    ВЛ)     мощность электрического поля линии больше мощности магнитного поля, что приводит к появлению реактивной мощности линии, которая имеет положительный знак, т.е. ЛЭП генерирует реактивную мощность.

Если       (переток    мощности   ,   реактивная мощность линии имеет отрицательный знак, т.е. ЛЭП потребляет реактивную мощность.

Очевидно, что реактивный ток как генерации, так и потребления создает в ЛЭП значительные отклонения напряжения от номинального значения и обуславливает дополнительные потери электроэнергии.

Нетрудно показать, что при нерегулярных колебаниях величины перетока мощности по ЛЭП для поддержания баланса электрического и магнитного поля необходимо:

 

  • изменение рабочей емкости ЛЭП путем подключения ряда УШР вдоль ЛЭП;
  • изменение волнового сопротивления ЛЭП, что может быть реализовано путем установки управляемой продольной емкостной компенсации (УПК).

Возможности дальней передачи искусственной натуральной мощности по ВЛ ВН и СВН при  установке ряда УШР в промежуточных точках дальней электропередачи рассмотрены в [5].

 

 

 

 

Рисунок 2 - Схема распределения УШР вдоль дальней электропередачи При  этом  для  передаваемой  по  КВЛ  активной  мощности       будут

справедливы соотношения:

или в системе о.е.                       .          (1)

 

Очевидно, что максимальное значение искусственной натуральной мощности,  передаваемой  по  КВЛ  ,   достигается

при угле            и  это  значение  в  системе  о.е.,  где  за  базисную мощность принято                                      , составит:

.                                              (2)

Номинальная мощность единичных УШР, установленных в промежуточных точках дальней КВЛ, составляет

 

.                                          (3)

 

Например, при волновой длине КВЛ-110 кВ   и  числе участков     относительная    величина   мощности    единичного   УШР, необходимой для передачи   , равна:

 

.

 

Общая мощность УШР в о.е. на трех участках составит  Очевидно,   что   мощность   перетока     при   ее   изменении   в  диапазоне

и регулирования  УШР по закону:

 

,                                      (4)

 

можно  передавать  по  КВЛ  на   сколь  угодно  большие  расстояния  при увеличении числа участков КВЛ, вплоть до предельного значения

В [4] приведены параметры КВЛ для линий напряжением 220-750 кВ при минимально допустимых по ПУЭ межфазных  изоляционных расстояниях по грозовым перенапряжениям и глубоком расщеплении фаз  на n составляющих проводов.

 

Таблица 1 - Волновые сопротивления и натуральные мощности КВЛ-220-750 кВ

 

, кВ

220

330

500

750

 

,

Ом

,

МВт

,

Ом

,

МВт

,

Ом

,

МВт

,

Ом

,

МВт

1

387

125

 

 

 

 

 

 

2

242

200

300

360

 

 

 

 

3

160

300

200

540

278

900

 

 

4

 

 

150

720

210

1200

 

 

5

 

 

 

 

170

1500

260

2160

6

 

 

 

 

140

1800

220

2560

7

 

 

 

 

120

2100

185

3040

 

 

На рисунке 3 а и б представлены трехфазный УШР-500 кВ, установленный    на    ПС    «Агадырь»,    и    КВЛ-500    кВ    с    величиной на базе опоры «охватывающего» типа и   расщепления фаз на 6 составляющих проводов.

 

 

а) УШР на ПС «Агадырь;                                   б) КВЛ-500 кВ (КНР).

Рисунок 3

 

2.2       Фазовое управление углом вектора напряжения КВЛ как средство принудительного перераспределения потоков мощности по

сетям ВН и СВН

Для пояснения принципов принудительного распределения потоков мощности рассмотрим простейшую схему замещения участка электропередачи (рисунок 4), содержащего КВЛ с фазоповоротным трансформатором (ФПТ).

 

 

 

 

U1 - модуль напряжения в начале КВЛ;

U 2 - модуль напряжения в конце КВЛ с ФПТ;

j - угол поворота ФПТ,

 

d - угол между векторами напряжения U1

вещественной осью) и вектором U 2 .

 

(совмещенного с

 

 

Рисунок 4 - Схема замещения участка электропередачи с ФПТ

Записав уравнения связи токов и напряжений и подставив их в уравнение для полной мощности, можно получить формулу угловой характеристики мощности для цепи, содержащей ФПТ:

P = U1 ×U 2  × sin(j + d ).

xВЛ

 

 

Если   в   данную   формулу  подставить

 

j = 0 ,   то   получим  обычное

 

выражение для т.н. угловой характеристики мощности электропередачи.

На рисунке 5 представлена схема электрических соединений ФПТ, установленного на ПС «Ульке» [5], первой в СНГ управляемой электропередачи 500 кВ переменного тока.

 

 

Рисунок 5 - Схема эдектрических соединений ФПТ

Далее рассмотрим схему замещения участка КВЛ с фазоповоротным трансформатором, отличающуюся от схемы по рисунку 4 наличием ряда неоднородных параллельных (шунтирующих данную КВЛ) линий электропередачи.

Потоки мощностей по ветвям схемы по рисунку 6 выражаются следующими формулами:

 

 

1

 

P = U1 ×U2  × sin(j + d ),

 

(5)

 

x1

U  ×U

 

P2   =    1

x2

 

2 × sin( d ).                                            (6)

 

Напомним, что угол d  - это угол между векторами напряжений

 

U1 и U 2 .

 

 

 

 

Рисунок 6 - Схема замещения управляемой ВЛ-500 кВ ПС Жетыкара - ПС Ульке с ФПТ и параллельных ей трех ВЛ в габаритах 500 и 220 кв на

территории РФ

 

3   Применение двухцепных КВЛ-110 кВ для электрификации

железных дорог

Правительство РК на ближайшую перспективу ставит задачу увеличения транзитного потенциала Казахстана. В связи с этим, потребуется перевод протяженных участков ж/д дорог Казахстана с тепловозной тяги на электротягу для повышения скорости грузоперевозок и веса ж/д составов до 5000-7000 тонн.

Схемы электрификации ж/д Казахстана используют протяженные ВЛ- 220 кВ традиционного исполнения общей длиной данных ВЛ-220 кВ 400-500 км, т.к. допустимая потеря напряжения при указанной протяженности ВЛ- 220 кВ не должна превышать ΔUдоп. ≤ 15% при передаче необходимой, даже при    весьма    плотном    трафике    грузоперевозок,    мощности электротяги .

В практике АО «Казахстан Темир Жолы» (далее – КТЖ) на первом этапе эксплуатации ж/д с использованием тепловозной тяги, ввиду малых нагрузок ж/д станций и разъездов (в общей сумме – не более 12-15 МВт), для питания нагрузок  ж/д  станций  и  разъездов  сооружаются  традиционные  ВЛ-110 кВ ( ).

На втором этапе с ростом плотности трафика грузоперевозок КТЖ для перевода    ж/д    на    электротягу    сооружают    традиционные    ВЛ-220  кВ ( ), а также тяговые ПС-220/50 кВ и контактную   сеть 2х25 кВ. При этом прилегающие к ж/д малонаселенные территории получают возможность питания от тяговых ПС.

Вместе с тем, в практике российских ж/д с успехом применяют электрификацию участков ж/д с использованием традиционных ВЛ-110 и тяговых ПС-110/50 кВ (рисунок 7), что значительно снижает капитальные затраты на внешнее электроснабжение ж/д.

Внедрение в практику КТЖ разработанных авторами конструкций двухцепных  компактных  ВЛ-110  кВ  повышенной  натуральной  мощности,

для  электрификации протяженных

участков ж/д Казахстана обеспечит:

  • снижение капитальных вложений на сооружение питающей сети электрифицируемых участков ж/д на 40%, ввиду отказа от строительства ВЛ-

220   кВ   и   снижение   затрат   на   сооружение тяговых  ПС-110/50   кВ,  по сравнению с аналогичными тяговыми ПС-220/50 кВ;

  • при этом, единовременное сооружение КВЛ-110 кВ обеспечивает эксплуатацию грузоперевозок по ж/д как на первом (тепловозная тяга), так и на втором этапе (перевод на электротягу);
  • сооружение двухцепной КВЛ-110 кВ

с уже на первом этапе развития  ж/д

обеспечит электрификацию не только нагрузок станций и разъездов, но и

 

прилегающих к ж/д малонаселенных территорий с суммарной нагрузкой, как минимум, Рнагр.= 80 МВт;

  • на втором этапе эксплуатации для перевода на электротягу участков ж/д реализуется подключение тяговых подстанций ПС-110/50 кВ с расстояниями между ними 80-90 км к КВЛ-110 кВ, а общая длина электрифицируемого участка ж/д составляет 500 км и более.

 

Рисунок 7

 

Установка УШР на тяговых ПС-110/50 кВ обеспечит передачу по двухцепной КВЛ-110 кВ мощности   величиной до    в диапазоне на    перегонах   при    движении    грузовых  и скоростных (скорость -                                                        пассажирских составов с  учетом электропотребления прилегающих к ж/д районов (Рнагр.=80-90 МВт).

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. 1 Под ред. проф. Г.Н. Александрова Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах. – Л.: изд-во ЛГУ, 1987 г.
  2. 2 Утегулов А.Н., Утегулов Н.И. Повышение пропускной способности сетей 110 и 220 кВ на базе строительства компактных ВЛ – Сб. докладов научно-практической конференции с международным участием ЛЭП-2012. Новосибирск, 2012 г.
  3. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. – М. Изд-во НЦ ЭНАС,
  4. Александров Г.Н. Передача электрической энергии. СПбГПУ, 2007, 412 р.
  5. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. – изд-во С-Пб ГУ,2011, 286 с.
  6. Евдокунин Г., Николаев Р., Утегулов Н., и др. Фазоповоротный трансформатор. Впервые применен в Казахстане. – С-Пб, ж-л Новости электротехники, № 6 (48),

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.