книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

Дифференцируя выражение для S 3 по сечению и приравни­ вая первую производную нулю, получаем формулу для опреде­ ления экономической плотности тока:

(5-11)

При проектировании воздушных линий выбор экономически целесообразного сечения должен производиться на основании сопоставления суммарных приведенных затрат для сравнивае­ мых вариантов. Величина приведенных затрат за год может быть определена по формуле

постепенный рост нагрузки линии; ДР к — среднегодовые потери

крытия потерь на корону; t0-—средняя длительность перерыва электроснабжения по линии в результате ее аварийного отклю­

ных затрат для вариантов проводов сечением Si и следую­ щего большего Si+1 ( т. е. 3 j= 3 t-+i) может быть определен верхний предел экономической мощности для провода сече­ нием Sr.

t/c o s c p 1 f (р 3 + EH)(Kc+i —К;') +

(5-14)

ИЗ

По формулам (5-14) и (5-15) могут быть построены интер­ валы мощностей, характеризующие в зависимости от числа ча­ сов использования максимума экономическую область примене­ ния каждого сравниваемого сечения.

Для построения интервалов экономических мощностей сле­ дует использовать действующие стоимостные показатели воз­ душных линий 330 и 500 кВ с проводами различных сечений.

Необходимым условием существования экономических ин­

После достижения расчетной нагрузки наблюдается дальней­ ший рост мощности, передаваемый по линии, который в некото­ рых случаях может значительно превысить экономические зна­ чения. В этих случаях до проектирования параллельной цепи необходимо произвести проверку технико-экономической целе­ сообразности перегрузки сверх нормативных значений работа­ ющей линии. При этом рассмотрении предполагается, что ■сооружение параллельной линии не требуется по условиям обес­ печения надежности электроснабжения. Целесообразность рас­ смотрения этого варианта вызвана тем, что строительство дополнительной цепи приведет к скачкообразному увеличению

114

где Ki — стоимость 1 км одной цепи с проводами сечением Si с учетом дополнительных затрат на концевые устройства; п — первоначальное количество цепей; гі — сопротивление провода сечением Si; АРК— потери на корону для одной цепи.

При сопоставлении вариантов с различным числом парал­ лельных проводов в фазе могут иметь место существенные из­ менения реактивного сопротивления линий, поэтому необходи­ мо учитывать также издержки, связанные с изменением расхо­

на линии в сравниваемых вариантах, отнесенные к 1 км линии,

Qc.h2 — мощности синхронных компенсаторов, устанавливаемых на линии в сравниваемых вариантах, отнесенные к 1 км линии, кВ-А; Кс.к — стоимость установленного 1 кВ-А синхронного ком­ пенсатора; ра.к, Ра.р, Ра.с.к — амортизационные отчисления от стоимости установки продольной компенсации, реакторов и син­ хронных компенсаторов, в долях единицы.

При выборе экономического сечения проводов учитывается, что нагрузка воздушной линии достигает своего значения не сразу, а в течение определенного срока. В связи с этим необхо­ димо рассчитать коэффициент роста передаваемой по линии мощности и скорректировать величину расчетной мощности, по которой выбирается сечение проводов линии:

п

115

где kM— коэффициент участия максимума потерь в максимуме нагрузки системы; kc — стоимость установленного киловатта на электрической станции для покрытия потерь на нагрев; £0.п — коэффициент, учитывающий дополнительную мощность на соб­

и Казахстана ра= 8 %, для европейской части СССР ра= 7,5%;

ляющей, Ь = (Ктт^я+Ст)Р; Ктт— удельные капитальные вложе­

на корону З'у з определяются по методике определения Зу.э. От­

личие состоит только в том, что коэффициент попадания макси­ мума потерь на корону &м в максимум энергосистемы принима­ ется равным 0,2 из-за непродолжительного времени совпадения повышенных потерь на корону с наибольшей нагрузкой линии; число часов повышенных потерь на корону h определяется по данным ЭНИН в зависимости от напряженности поля на сред­ ней фазе (рис. 5-4).

Экономические расчеты, приведенные на основании вышеиз­ ложенной методики, показали, что для линий 330 кВ провода

не

2ХАСО-240 не имеют экономической области применения, по­ скольку это сечение по условиям короны требует значительного увеличения расстояния между фазами. В связи с этим стоимость линии 330 кВ с проводами 2X240 мм2 оказалась выше, чем ли­ нии с проводами 2X300 мм2. Экономические интервалы для ли­ ний 330 кВ с проводами 2ХАСО-300 и 2ХАСО-400 для европей­ ской части СССР и различных типов опор приведены на рис. 5-5.

Экономическая граница перехода от сечения 2ХАСО-300 к сечению 2ХАСО-400 для линий 330 кВ в зависимости от типа опор и числа часов использования максимума нагрузки линии лежит в пределах от 350 до 200 МВт. Экономические интервалы для линий 500 кВ в европейской части СССР, в Сибири и Ка­ захстане с проводами ЗХАСО-ЗЗО, ЗХАСО-400 и ЗХАСО-500 приведены на рис. 5-6. Верхний предел экономически целесооб­ разного интервала передаваемых мощностей для линий 500 кВ при 7^= 5 000 ч для сечений 4ХАСО-240 и ЗХАСО-ЗЗО для ев­ ропейской части СССР составляет около 400 МВт, а для сече­ ний ЗХАСО-400, ЗХАСО-500 и 2ХАСО-700 — около 800 МВт. Расчетные затраты для проводов 4ХАСО-240 и ЗХАСО-ЗЗО практически одинаковы, однако, учитывая, что наличие четырех проводов в фазе усложняет монтаж, рекомендуется вариант ЗХАСО-ЗЗО. Сопоставляя равные по пропускной способности для последней комбинации 2ХАСО-700 расчетные затраты имеют наибольшее значение, поэтому применение проводов 2ХАСО-700 для линий 500 кВ не рекомендуется. Для мощностей

117

400—500 МВт в европейской части СССР целесообразно приме­ нение сталеалюминиевых проводов ЗХАСО-ЗЗО, для мощностей от 500 до 700—800 МВт — применение проводов ЗХАСО-400, при мощности 800—1000 МВт на цепь — применение проводов ЗХАСО-500. Для районов Сибири и Казахстана зона примене­ ния проводов ЗХАСО-ЗЗО расширяется до 600 МВт на цепь и проводов ЗХАСО-400— до 1000 МВт.

5-5 РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРОВОДОВ

Для линий 330 кВ сечение проводов, выбранное по предельным токовым нагрузкам, лежит в пределах 600—800 мм2, а для линий 500 кВ — в пределах 1 000—1 500 мм2. Применение одиночных проводов таких сечений затруднено по конструктивным соображениям. Внешний диаметр провода должен также обеспечивать снижение потерь энергии на корону, снижение радио- и высоко­ частотных помех, что влечет за собой в случае подвески одиночных проводов использование дорогих и неудобных в монтаже полых или «расширенных» проводов. Из-за этих причин, а также для снижения индуктивного сопротив­ ления для линий электропередачи сверхвысокого напряжения применяются расщепленные провода, когда в фазе монтируются несколько (два, три, четы­ ре) параллельных провода, расстояние между которыми строго зафиксировано в точках крепления проводов линейной натяжной или поддерживающей арма­ турой, а в пролете — дистанционными распорками.

В СССР расщепленные провода впервые были применены в 1949 г. на линии электропередачи 400—500 кВ Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва. В нашей стране все линии электропередачи 500 кВ проектируются и строятся с расщепленными проводами (два или три параллельных провода в фазе). Два провода в фазе применяют при трудных условиях монтажа в гор­ ных условиях, при больших гололедных и ветровых нагрузках.

Два провода в фазе применяются также для некоторых линий 400 кВ. сооружаемых для связи с другими странами, и для большинства советских линий 330 кВ.

Электрические характеристики. Расщепление проводов эквивалентно уве­ личению диаметра провода. Поэтому в случае применения расщепленных про­ водов емкость линии увеличивается, а индуктивность уменьшается, следова­ тельно, волновое сопротивление линии с расщеплением фаз снижается, а на­ туральная мощность увеличивается.

Рекомендуется для получения наибольшего значения действующего (экви­ валентного) радиуса располагать провода расщепленной фазы по вершинам правильного многоугольника.

Уменьшение индуктивности при расщеплении проводов и увеличение ем­ кости линии приводит к снижению волнового сопротивления. В табл. 5-7 пока­ зано, как изменяется в нормальных условиях индуктивное и волновое сопротив­ ление, а также натуральная мощность линий 500 кВ в зависимости от коли­ чества расщепленных проводов в фазе.

Переход от одиночных к расщепленным проводам при постоянном сече­ нии проводов в фазе увеличивает пропускную способность линии на 21% при расщеплении фазы на два провода и на 33% при расщеплении на три провода.

Переход от трех расщепленных проводов к четырем увеличивает про­ пускную способность только на 7%. Как следует из приведенных выше дам-

118

ных, для увеличения пропускной способности линий 500 кВ наиболее целесооб­ разно применение трех расщепленных проводов в фазе. Расщепление на четы­ ре провода в очень небольшой степени увеличивает пропускную способ­ ность по сравнению с тремя проводами, но усложняет механическую часть линии.

Влияние повышения напряжения и расщепления проводов на величину натуральной мощности линии электропередачи можно видеть по данным

табл. 5-8.

Экономические характеристики. Большинство литературных источников отмечает, что стоимость сооружения километра линии с расщепленными про­ водами дороже, чем стоимость километра линии того же напряжения с оди­ ночным проводом суммарного сечения из-за увеличения ветровых и гололедных нагрузок при применении расщеплений, уменьшения пролетов при применении проводов меньшего сечения, усложнения линейной арматуры и монтажа про­ водов. С другой стороны, очевидно, недооценивается удорожание монтажа оди­ нарных проводов большого сечения, чем, вероятно, объясняется отличие совет­ ских и австрийских данных от данных по другим странам. В табл. 5-9 приве­ дены относительные оценки стоимости (в процентах) сооружения линий сверхвысокого напряжения при одинарных и расщепленных проводах.

119

Электрические характеристики линий, сопоставляемых в табл. 5-9, не оди­ наковы, хотя и имеют одинаковое суммарное сечение проводов фазы при од­ ном, двух, трех и четырех проводах в фазе. При расщеплении уменьшается реактивное сопротивление, увеличивается емкость, повышаются натуральная мощность и пропускная способность электропередачи.

Исследования, проведенные во Франции, показали, что годовые расходы при передаче 800 МВт на цепь линии 380 кВ являются наименьшими при ис­ пользовании расщепления на три провода, при 600 МВт на цепь — при расщеп­ лении на два или на три провода и при 400 МВт на цепь — на два провода. При мощности передачи 600—800 МВт на цепь применение одиночных прово­ дов увеличивает годовые расходы на 5,5—8%, и лишь при мощности 400 МВт на цепь годовые расходы при применении одиночных и сдвоенных проводов примерно одинаковы.

Более точное исследование, учитывающее не только стоимости линии и их эксплуатационные расходы, но и разницу в стоимости компенсирующих уст­ ройств (установок продольной компенсации, синхронных компенсаторов, шунтовых реакторов) и полные годовые издержки, приводит к еще более четкому выводу об экономичности применения расщепленных проводов для дальних электропередач сверхвысокого напряжения. В итоге экономических сопостав­ лений ряда стран сделан вывод об экономичности применения расщепленных проводов для дальних электропередач сверхвысокого напряжения. При рас­ щеплении провода на два в Швеции стоимость передачи оказалась на 2—14% ниже стоимости передачи при нерасщепленных проводах. Исследование, про­ веденное в США, также подтвердило экономическую целесообразность приме­ нения расщепленных проводов для напряжения 345 кВ при нагрузке свыше 500 МВт на цепь; при увеличении длины линии граница применения расщеп­ ленных проводов (по мощности) снижается. На сессии Американского инсти­ тута инженеров-электриков высказывались определенные суждения об эко­ номичности применения расщепленных проводов, и за последние годы в США можно отметить поворот ряда энергетических управлений в сторону примене­ ния расщепленных проводов. В Канаде высказывается определенное мнение, что при длине линии выше 400 км, мощности линии выше 100 МВт на цепь и напряжении выше 230 кВ является обязательным применение расщепленных проводов. К аналогичным выводам пришли энергетики Западной Европы, где для линий сверхвысокого напряжения применяются, как правило, расщеплен­ ные провода (два, три и четыре параллельных провода в фазе). С советской точки зрения очевидны экономические и технические преимущества примене­ ния расщепленных проводов для линий 330—500 кВ. Сопоставление механиче­ ских, электрических и экономических характеристик линий 220 кВ и 275— 380 кВ с одиночными и расщепленными проводами дано в докладе № 414 па сессии CIGRE в 1956 г. Приводим для иллюстрации данные трех французских линий 380 кВ. Все три линии построены на однотипных опорах «кошка» высо­ той 29 м (табл. 5-10).

Выбор числа проводов расщепленной фазы и расстояния между ними яв­ ляется комплексной задачей, поскольку они определяют выбор марки прово­ дов, высоту опоры и пролет между проводами, потери на корону, индуктивное сопротивление линии, т. е. фактически все основные ее параметры.

120

Глава шестая

КОРОННЫЙ РАЗРЯД И МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Во время подъема напряжения в начальной стадии, предшествующей возникновению короны, на проводах линий электропередачи возникают местные пред­ варительные разряды малой мощности, не имеющие устойчиво­ го характера.

При достаточной протяженности провода с большой кривиз­ ной токи местных разрядов суммируются, но будут еще очень малы.

Постепенное повышение напряжения в определенный момент приведет к скачкообразному увеличению тока коронного разря­ да. Вследствие этого на проводах начинают наблюдаться харак­ терные для явления коронного разряда потрескивания и шумы, а при дальнейшем повышении напряжения и фиолетово-голубое свечение.

Разность потенциалов, при которой начинается явление ко­ роны, носит название начального напряжения коронного раз­ ряда.

Величина начального напряжения короны зависит от геомет­ рических размеров электродов, расстояния между ними и со­ стояния поверхности провода. Начальные напряжения короны могут быть определены по градиентам потенциала электричес­ кого поля у поверхности электродов с малыми радиусами кри­ визны.

В лабораторных условиях наиболее точно определение ам­ плитудной начальной напряженности Е 0 (кВ/м) электрическо­ го поля, соответствующего появлению общей короны, может быть произведено по известной эмпирической формуле Пика, полученной на основании обобщения и анализа эксперименталь-

122