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

Основой, объединяющей тепловые и гидравлические электро­ станции Центральной Сибири, являются двухцепная линия элек­ тропередачи 500 кВ от Кузнецкого бассейна до Иркутска про­

объединенная энергосистема Центральной Сибири имеет в экс­ плуатации 4 тыс. км линий 500 кВ. Мощность ОЭС Сибири к на­ чалу 1971 г. достигла 13 000 МВт. Северо-Казахстанская объеди­ ненная энергосистема создается в 1965—1975 гг. на базе мощ­ ных тепловых электростанций, использующих экибастузские угли, и гидроэлектростанций Иртышского каскада, связанных линиями 500 кВ. Эта система линиями 500 кВ будет связана через район Южного Урала с Единой европейской энергосисте­ мой и через районы Алтая с энергосистемой Центральной Си­ бири. Средне-Азиатская объединенная энергосистема также ис­ пользует линии 500 кВ, связывающие энергетические объедине­ ния Таджикистана, Узбекской и Туркменской республик с юж­ ной частью Казахстана и Киргизской ССР.

Развитие техники передачи энергии по воздушным линиям электропередачи после 1891 г., когда была введена в эксплуа­ тацию первая в мире трехфазная электропередача 15,2 кВ, 200 кВт, 175 км «Лауфен — Франкфурт», характеризовалось не­ прерывным ростом напряжения линий, мощности и дальности передачи электроэнергии.

К 1910 г. были освоенылинии 100кВ,к 1920 г. — линии220кВ. Со второй половины 30-х годов в США появляются первые ли­ нии сверхвысокого напряжения — линия 287,5 кВ Гувер Дэм — Лос-Анджелес, в 1952 г. в Швеции вводится первая линия 380 кВ Гарспренгет — Хальсберг, с 1953 г. в США начинается сооружение линий 330—345 кВ. В 1956 г. в СССР введена в экс­ плуатацию электропередача 400 кВ длиной 891 км Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва, а в конце 1959 г. в Совет­ ском Союзе введена в промышленную эксплуатацию первая в мире электропередача 500 кВ Волжская ГЭС имени XXII съез­ да КПСС— Москва; в 1965 г. в Канаде введена в эксплуатацию первая в мире линия 735 кВ длиной 600 км, в 1967 г. в СССР

введена линия 750 кВ Конаковская ГРЭС — Москва, в 1969 г. в США введена в эксплуатацию первая линия 765 кВ.

Прогресс воздушных линий электропередач за последние не­ сколько десятков лет можно видеть из табл. В-1.

Величина пропускной способности одной цепи воздушной ли­ нии электропередачи различного напряжения характеризуется табл. В-2.

Пропускная способность передачи является основным пара­ метром, определяющим ее технико-экономические показатели, в первую очередь стоимость передачи 1 кВт-ч электрической энергии.

Если снижение потерь энергии в данной линии электропере­ дачи и сохранение ее к. п. д. в приемлемых пределах определя­ ют пропускную способность линии, главным образом, в эконо­ мическом отношении, то при передаче переменным током суще­ ствуют также технические факторы, определяющие предельную пропускную способность передачи, и возникает проблема сохра­ нения устойчивости параллельной работы электростанций, сое­ диненных длинной линией электропередачи.

Для повышения устойчивости работы передачи должны быть использованы мероприятия, повышающие величины э. д. с. в на­ чале и конце передачи н уменьшающие значение суммарного реактивного сопротивления электропередачи (параллельные це­ пи, расщепление проводов, продольная емкостная компенсация, переключательные пункты и др.).

Втечение последних двух-трех десятилетий достигнуты боль­ шие успехи в обеспечении устойчивости параллельной работы электростанций и значительно повышена пропускная способ­ ность длинных линий электропередачи. В прошлые годы повы­ шение напряжения линий электропередачи было связано, глав­ ным образом, с увеличением длины линии. Чаще всего это бы­ ло вызвано необходимостью передачи электроэнергии от уда­ ленной гидроэлектростанции.

Внастоящее время положение изменилось. Мировая выра­

ботка электроэнергии с 1940 по 1965 г. увеличилась в 7 раз. В СССР выработка электроэнергии за последние 25 лет увели­ чилась в 17 раз. Рост выработки электроэнергии сопровождает­ ся процессом концентрации ее производства и потребления. Мощность агрегата тепловой электростанции увеличилась с 25— 50 МВт до 300—500—800 МВт. В течение 1958—1965 гг. в СССР

Т а б л и ц а В-1

12

Т абл и ц а В-2

введено 12 агрегатов мощностью по 300 МВт, начато сооруже­ ние электростанции с агрегатами мощностью 500 и 800 МВт. Мощность тепловых электростанций увеличилась с 300— 600 МВт до 1000—1 800 МВт, сооружаются электростанции с ко­ нечной мощностью 2400—4 800 МВт. В 1966—1970 гг. введено в эксплуатацию 37 агрегатов мощностью по 200 МВт, 58 агре­ гатов мощностью по 300 МВт, 1 агрегат мощностью 500 МВт и 1 агрегат мощностью 800 МВт.

К началу 1971 г. в СССР находилось в эксплуатации 26 теп­ ловых электростанций с установленной мощностью по 1 000 МВт и выше (до 2400 МВт).

Увеличение мощности линий электропередачи в экономичес­ ком отношении приводит к повышению ее напряжения. Пропус­ кная способность линии электропередачи пропорциональна квад­ рату ее напряжения, стоимость же самой линии и оконечных подстанций электропередачи увеличивается почти линейно с на­ пряжением. В итоге стоимость удельных капитальных затрат и

13

Глава первая

ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИНИЙ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1-1 линии

СВЕРХВЫСОКОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В СОВЕТСКОМ СОЮЗЕ

Работы по освоению техники сверхвысоких напряжений начались в СССР в 30-х годах. В 1934 г. в Ленинграде был сооружен опытный участок линии

работы по освоению дальней передачи электрической энергии были продолжены. В 1950 г. было принято решение о возобнов­ лении строительства Куйбышевского гидроузла и строительства электропередачи мощностью 1 150 МВт длиной около 900 км от гидростанции на Москву. В 1951 г. было утверждено проектное задание этой передачи, предусматривающее сооружение двух параллельных цепей 400 кВ, соединенных по связанной схеме, для чего по трассе линии предусматривалось сооружение трех переключательных пунктов.

Для обеспечения пропускной способности около 600 МВ-А на одну цепь линии 400 кВ одним из важнейших мероприятий было сооружение на среднем переключательном пункте установ­ ки продольной емкостной компенсации с номинальным током 2 250 А и мощностью 486 Мвар. В районе Москвы были построе­ ны три понизительных подстанции 400/110/220 кВ, соединенных полукольцом из одиночных линий 400 кВ. Электропередача Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва была введена в эксплуатацию в 1956—1958 гг.

Пропускная способность передачи рассчитывалась на напря­ жение 400 кВ. Однако испытания изоляции оборудования и ли­ нии в лабораториях и на самой передаче, исследования внут­ ренних перенапряжений и способов их снижения, а также опыт

15

эксплуатации в 1957—1958 гг. показали возможность длитель­ ной работы электропередачи на напряжении 420—430 кВ. Про­ пускная способность передачи была повышена до 1 350— 1400 МВт.

В 1958—1959 гг. была введена в эксплуатацию одноцепная линия 400 кВ от Волжской ГЭС имени В. И. Ленина до Сверд­ ловска пропускной способностью 600 МВт и длиной 1 050 км с промежуточными подстанциями в Бугульме, Златоусте и Че­ лябинске. Вслед за Волжской ГЭС имени В. И. Ленина начато

подстанции в районах Рязани, Липецка и в северной части Вол­ гоградской области. Проектная пропускная способность пере­ дачи 1 400 МВт. Для обеспечения пропускной способности пере­ дачи первоначально предполагалось использование продольной емкостной компенсации 25% реактивного сопротивления линии и установка на промежуточных подстанциях синхронных ком­ пенсаторов, оборудованных быстродействующими регуляторами возбуждения.

Решающим обстоятельством при определении уровней изо­ ляции оборудования и линий 330—500 кВ является предельная кратность внутренних перенапряжений. Уже в проекте первой советской передачи Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Мос­ ква были заложены некоторые мероприятия по ограничению внутренних перенапряжений и расчетная кратность последних для основной изоляции была установлена 3,0 t/фаз-

Проведенные исследования, а также специальные опыты на электропередаче Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва показали, что при использовании технически доступных и эко­ номически оправданных мероприятий предельная кратность внутренних перенапряжений при развитии сети сверхвысокого напряжения может быть ограничена величиной, не выходящей за пределы 2,5 t/фаз- В 1957 г. было принято решение об отказе от напряжения 400 кВ и применении в СССР напряжения

500 кВ.

Применение напряжения 500 кВ вместо 400 кВ для мощных дальних электропередач дает следующие технико-экономичес­ кие преимущества: увеличение пропускной способности переда­ чи примерно на 40%, уменьшение капитальных затрат на 20—30% и стоимости передачи электрической энергии на

25—33%.

Учитывая роль линий от Волжской ГЭС имени В. И. Лени­ на в составе Единой энергетической системы европейской час­ ти СССР и рост передаваемых по ним мощностей и в связи с со­ оружением Саратовской ГЭС и мощных тепловых электростан­ ций в Татарии и Башкирии, в 1963—1964 гг. линии 400 кВ пере­ ведены на напряжение 500 кВ.

16

Полная схема передачи завершена в 1961 г.

В Центральной Сибири в 1961—1965 гг. сооружены двухцеп­ ные линии электропередачи 500 кВ Иркутск — Братская ГЭС — Тайшет — Красноярск. Далее на запад сооружены двухцепные

В Северном Казахстане сооружены линии 500 кВ Ириклинская ГРЭС — Сарбай, Ермаковская ГРЭС — Целиноград, соору­ жается линия Ермаковская ГРЭС — Омск. Начато сооружение линий 500 кВ на Северном Кавказе, в Грузии и Средней Азии. По состоянию на 1/11971 г. в СССР находилось в эксплуатации 13,6 тыс. км линий 500 кВ, 13 ОРУ 500 кВ при тепловых и гид­ равлических электростанциях, 23 приемных подстанции, 2 пере­ ключательных пункта и 2 установки продольной емкостной ком­ пенсации 500 кВ (рис. 1-1).

Для энергосистем ряда районов нашей страны использованонапряжение 330 кВ. Экономически целесообразной зоной при­ менения линий 330 кВ является зона с радиусом до 400 км и на­ грузкой на одну цепь, соответствующей этой длине, до 400 МВт.

Линии 330 кВ в СССР сооружаются в Прибалтике, на Укра­ ине, на Северном Кавказе. В течение 1959—1965 гг. общая дли­ на линий 330 кВ в СССР достигла 6 000 км, на 1/11971 г. протя­ женность линий 330 кВ увеличилась до 12 600 км.

Уровни испытательных напряжений для сетей 330 кВ уста­ новлены, исходя из кратности коммутационных перенапряженіи!

энергетических объединений выдвигает ряд сложных техникоэкономических проблем, связанных с планированием, проекти­ рованием и эксплуатацией сверхмощных объединений. Для внут­ реннего объединения крупных энергетических систем в настоя­ щее время используются линии электропередачи напряжением 330 кВ с пропускной способностью до 350—400 тыс. кВт на цепь длиной до 400 км и линии электропередачи напряжением 500 кВ с пропускной способностью 900—1 000 тыс. кВт на цепь длиной до 1 000 км.

Линии 500 и 330 кВ обеспечивают выдачу энергии от элек­ тростанций мощностью до 3—5 млн. кВт. На первых этапах развития линий 330 и 500 кВ сооружались отдельные передачи, главным образом, для выдачи энергии от крупных тепловых и гидравлических электростанций. В настоящее время происхо­ дит процесс создания разветвленных сетей 330 кВ на СевероЗападе и в Южной энергосистеме и сетей 500 кВ в остальных объединенных энергосистемах страны. К магистральным пере-

1 Ч И Т АЛЫ -ІОГ Гі О л п а

дачам по мере развития электропотребления присоединяются промежуточные подстанции, сопутствующие радиальные и коль­ цевые линии электропередачи 330 или 500 кВ.

Перетоки энергии по линиям передачи ОЭС европейской ча­ сти СССР связаны в первую очередь с использованием мощно­ сти и энергии ГЭС средней и нижней Волги в ОЭС Центра. На­ ряду с этим между объединениями ЕЕЭС имеют место значи­ тельные режимные перетоки мощности, имеющие реверсивный характер. Возникновение этих перетоков обусловлено режимом работы электростанций и потребителей, т. е. связано с разновре­ менностью наступления максимумов нагрузки в ОЭС, исполь­ зованием пиковой мощности гидроэлектростанций, использова­ нием резервной мощности, выдачей избытков мощности в неко­ торых районах в период ночного снижения нагрузки и нерегулируемыми перетоками мощности.

В 1967 г. введена в эксплуатацию опытно-промышленная электропередача 750 кВ Конаковская ГРЭС — Москва длиной 90 км; пропускная способность первой очереди передачи состав­ ляет 1250 МВ-А. Ее назначение — проверить в условиях экс­ плуатации работу оборудования и линии 750 кВ, исследовать

2,1 Uфаз-

Электропередача 750 кВ Конаковская ГРЭС — Москва со­ стоит из повышающей подстанции 500/750 кВ при Конаковской ГРЭС, линии электропередачи 750 кВ с проводами 4ХАСО-600 длиной 90 км и понижающей Московской подстанции 750/500 кВ.

На Конаковской и Московской подстанциях устанавливают­ ся группы из однофазных автотрансформаторов 750/500/38,5 кВ. Мощность группы—1 250 МВ-А.

Вцелях взаимного резервирования линий 750 и 500 кВ Ко­ наковская ГРЭС — Москва осуществляется их параллельная ра­ бота на стороне 500 кВ. Предусматривается также возможность раздельной работы обеих линий с питанием от разных генера­ торов Конаковской ГРЭС.

Поддерживающая гирлянда из 25 изоляторов типа П-20 или ПС-20 одноцепная для крепления всех четырех проводов фазы. Натяжная гирлянда состоит из четырех самостоятельных цепей для крепления к траверсе каждого провода фазы в отдельности. Провода фазы располагаются по вершинам квадрата со сторо­ ной 600 мм. Минимальное изоляционное расстояние от провода до земли принято равным 9 м.

Впроекте рассматривались различные схемы конструкции промежуточных опор. Наиболее экономичной оказалась проме­ жуточная опора на оттяжках. Высота опоры до точки подвеса

20

гирлянды 30 м. Длина траверсы 35 м. Масса опоры 11,75 т, от­ тяжек 0,51 т. Анкерно-угловые опоры — однофазные, свободно­ стоящие.

В 1969 г. начато строительство электропередачи 750 кВ

лоруссию и Прибалтику.

Подстанции 750 кВ ОЭС Юга имеют трансформаторы 750/330 кВ; кроме того, Донбасская подстанция имеет транс­ форматоры 750/500 кВ. На линиях 750 кВ ОЭС Юга подвешива­ ется по четыре провода АСУ-400 в каждой фазе. Промежуточ­ ные опоры портального типа на оттяжках, анкерно-угловые, од­ нофазные. Изоляторы на линии — стеклянные. В 1971 г. введен в эксплуатацию временно при напряжении 330 кВ первый уча­ сток линии Днепр — Винница длиной 417 км.

ВСоветском Союзе проведена огромная исследовательская

ипроектная работа по разрешению комплекса вопросов, свя­ занных с созданием линий электропередач 500 и 750 кВ с вы­ сокой пропускной способностью. Это позволило советской нау­ ке и технике занять ведущее место в мире в области дальних передач и обеспечило приоритет в разрешении ряда наиболее сложных проблем сооружения и эксплуатации линий сверхвысо­

кого напряжения.

гих из этих стран со сравнительно умеренными размерами территории характерен процесс охвата всей страны единой сетью линий сверхвысокого напряжения (Франция, Швеция, Англия и др.).

Во многих странах мира (Канада, США, Аргентина, Япо­ ния, Австралия, Египет) ведется проектирование и строительст­ во линий электропередачи 500 кВ, а в США, Канаде и АРЕ в 1964—1967 гг. введены в эксплуатацию первые звенья сетей

500кВ.

Взависимости от развития отдельных энергосистем приме­ няются следующие сочетания напряжения: 35, ПО, 330 и 750 кВ

21