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

сверхвысокого напряжения связано с обеспечением значительной маневренности, дающей большие возможности как в нормаль­ ных режимах — при реализации экономически наивыгоднейших режимов работы, так и в аварийных условиях — при мобилиза­ ции резервной мощности.

Наряду с задачей транспорта электроэнергии на большие расстояния линии электропередачи сверхвысокого напряжения, образующие основную электрическую сеть энергосистемы, при­ водят к новому качественному изменению ее структуры. Это осо­ бенно характерно для случаев объединения энергосистем, когда в связи с наличием мощных связей и увеличением суммарной номинальной мощности системы появляется возможность соору­ жения особо мощных и наиболее экономичных электростанций, установки на них наиболее мощных и экономичных агрегатов, применения наиболее простых и дешевых схем соединений в ви­ де блоков и т. д.

Сооружение линий сверхвысокого напряжения и объедине­ ние энергосистем приводит к необходимости значительных за­ трат средств, материалов и оборудования. Поэтому важнейшей задачей проектирующих инженеров является наиболее пра­ вильная оценка необходимых и обоснованных материальных затрат.

Следует стремиться к снижению стоимости линий электропе­ редачи и подстанций данных параметров, но при этом необходи­ мо строго контролировать правильность их выбора— на основе соответствующих технико-экономических расчетов.

В соответствии с приведенными соображениями основные требования к линиям электропередачи сверхвысокого напряже­ ния можно сформулировать в следующем виде:

1) обеспечение мощности передачи, необходимой по вынуж­ денным условиям баланса в установившихся режимах — нор­ мальных и аварийных, с нормированным запасом по условиям статической устойчивости работы энергетической системы;

2)соответствие расчетной пропускной способности электро­ передачи условиям экономичности работы энергосистемы в но­ вых условиях (при наличии этой электропередачи);

3)наибольшая простота конструктивного выполнения и наи­ меньшая стоимость сооружения электропередачи при выбран­ ных основных параметрах;

4) возможность постепенного развития электропередачи с постепенным вложением средств, материалов и оборудования по мере роста нагрузок системы;

5) наименьшие расходы, связанные с резервированием элек­ тропередачи, и наиболее эффективное использование средств системной автоматики в целях повышения пропускной способ­ ности и надежности работы электропередачи и, в частности, в целях обеспечения динамической устойчивости работы элек­ тропередачи;

53

6) перспективность дальнейшего развития объединенной энергосистемы и соответствие данной электропередачи общему плану перспективного развития системы.

Выполнение всех поставленных требований возможно толь­ ко на основе тщательного рассмотрения перспективного плана развития и дальнейшего объединения энергосистем.

2-2 СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Принципиально различными можно считать следующие схе­ мы соединений и управления линий электропередачи:

1) одноцепная, снабженная устройствами трехфазного АПВ (при отсутствии возможности работы в неполнофазном ре­ жиме) ;

2) одноцепная, снабженная устройствами пофазного АПВ

свозможностью временной работы в неполнофазном режиме;

3)двухцепные;

4)трехцепные.

Применение устройств АПВ с учетом возможностей непол­ нофазной работы дополнительно увеличивает число вариантов.

Несколько изменяет положение и конструктивное выполне­ ние двухцепных линий электропередачи — на раздельных опо­ рах или на общих опорах. Двухцепные линии 500 кВ, выполнен­ ные на общих опорах, оказываются и менее надежными и более дорогими и применяются, как правило, только в случаях стес­ ненной трассы.

Число цепей линии электропередачи прежде всего определя­ ется ее ролью в энергосистеме, зависит от ее назначения и по­ ложения в системе, а также и от мощности передачи и не мо­ жет выбираться произвольно, так как непосредственно отража­ ется на стоимости сооружения.

Следует по возможности проектировать линии электропере­ дачи одноцепными. Устройства АПВ существенно повышают на­ дежность работы одноцепных линий электропередачи. В тех случаях, когда это не приводит к недопустимым значениям то­ ков в генераторах, допускается несинхронное включение линии после ее аварийного отключения.

В послеаварийных режимах нет необходимости и в соблюде­ нии условий экономичности распределения нагрузок в системе. Если отключение линии электропередачи не приводит к необхо­ димости отключения нагрузки, то оно может считаться прием­ лемым. Нарушение экономичности режимов работы системы в послеаварийных режимах может быть допущено в связи с от­ носительно малой их длительностью.

54

В тех случаях, когда пропускная способность линии электро­ передачи составляет величину не более 10% суммарной номи­ нальной мощности приемной части энергосистемы, отключение этой линии можно считать приемлемым. При этом допустимо сооружение одноцепной линии, так как передача резервируется располагаемой мощностью электростанций.

Основными средствами значительного повышения пропуск­ ной способности линий электропередачи являются: расщепление проводов фазы, увеличение числа цепей, повышение номиналь­ ного напряжения и применение устройств продольной компен­ сации. Все это должно быть предусмотрено в проекте и осуще­ ствлено в процессе эксплуатации электропередачи.

Необходимость сооружения двухцепных линий электропере­ дачи 330—500 кВ должна быть обоснована технико-экономичес­ кими расчетами.

В случае соединения систем, соизмеримых по суммарной мощности, необходимо применять двухцепные линии с общими шинами по концам и постепенным сооружением промежуточных подстанций. Применение переключательных пунктов при очень длинных линиях необходимо обосновывать путем сравнения с другими решениями, обеспечивающими требуемую пропускную способность по условиям статической устойчивости послеаварийного режима.

На первых этапах развития энергосистемы, когда еще не создана сеть линий сверхвысокого напряжения, а существуют отдельные электропередачи, как например, Волгоград — Мос­ ква, Куйбышев — Москва, Братск — Иркутск, для двухцепной передачи принципиально возможны два решения при выборе схемы передачи: связанная и блочная. В практике проектиро­

и исследования ряда отдельных вопросов принято использова­ ние связанных схем электропередачи, имеющих распределитель­ ные устройства сверхвысокого напряжения на питающем и при­ емном концах передачи, а также промежуточные переключатель­ ные пункты или промежуточные понизительные подстанции. Сборные шины 330—500 кВ этих объектов в начале, конце и в нескольких промежуточных пунктах связывают параллельные линии сверхвысокого напряжения. Объясняется это тем, что обеспечение высоких значений пропускной способности одной цепи при блочной схеме значительно труднее, чем при связан­ ной, вследствие отсутствия поперечного секционирования пере­ дачи на промежуточных пунктах. При проектировании электро­ передачи 400 кВ Куйбышев — Москва с пропускной способно­ стью 1 150 МВт нагрузка блочной передачи, по условиям обес­ печения устойчивости, не могла быть определена выше 400 МВт, что требовало сооружения трех параллельных цепей и было экономически совершенно неприемлемо. В то же время примене-

55

ние связанной схемы с тремя переключательными пунктами позволило довести при двух параллельных цепях пропускную

Кузбасс, проектируются и строятся на базе применения связан­ ных схем с промежуточными подстанциями (или переключа­ тельными пунктами на первых этапах развития) через каждые 250—300 км. Опыт временной эксплуатации блочной схемы на ранних этапах развития электропередачи 400 кВ Куйбышев — Москва подтвердил положение об эксплуатационной ненадежно­ сти блочных схем. В ряде случаев выход одного блока приво­ дил к немедленной потере второго. Поэтому в период развития двухцепной передачи 500 кВ Волгоград — Москва до полной проектной схемы блочные схемы уже не допускались.

Следует также иметь в виду, что помимо меньшей пропуск­ ной способности и меньшей надежности по условиям обеспече­ ния устойчивости блочная схема при длине передачи примерно 600—1 000 км имеет ряд других недостатков: повышенные зна­ чения внутренних перенапряжений и трудности с обеспечением высокочастотной защиты и связи.

В силу изложенных выше экономических и технических при­ чин применение блочных схем для двухцепных дальних передач даже на первых этапах их развития в СССР не нашло примене­ ния. Тем более неприемлемо применение блочных схем для мощных дальних передач на последующих этапах развития сети сверхвысокого напряжения нашей страны. Развитие энергетики

СССР требует не создания отдельных изолированных одна от другой передач, а создания сети 330—500 кВ, где крупные теп­

Линии 330—500 кВ проходят по территориям, на которых нужно обеспечить энергоснабжение создаваемых или имеющих­ ся индустриальных центров. Каждая мощная двухцепная пере­ дача проектируется и строится с таким расчетом, чтобы ее ко­ нечные точки и промежуточные переключательные пункты могли в дальнейшем развиться в узловые пункты сети и промежу­ точные приемные подстанции. Этот путь развития, подтверж­ денный проектными разработками объединенных энергосистем на уровне 1970 и 1980 гг., естественно исключает применение блочных схем дальних передач, которые не позволяют в полной мере реализовать основные преимущества объединения энерго­ систем.

Для создания энергосистемы, характеризующейся рассредо­ точенным расположением сравнительно небольших по мощности

56

электростанций и узлов потребления, возможно применение кольцевой (и частично радиальной) сети из одиночных линий сверхвысокого напряжения. Для линий 500 кВ вероятнее сле­ дует ожидать развития кольцевых сетей и коротких радиальных передач, опирающихся на мощные двухцепные передачи, скоммутированные по связанной схеме.

2-3 ГЛАВНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИЙ

330—750 кВ

ГлавнЪіе схемы электрических соединений узлов энергоси­ стемы напряжением 330—750 кВ выбираются при разработке перспективной схемы развития энергосистемы на следующее пятилетие с учетом перспективы на 10 лет. Они должны допус­ кать возможность постепенного развития и обеспечивать высо­ кую эксплуатационную надежность, в особенности в отношении осуществления перетоков мощности по межсистемным или ма­ гистральным энергетическим связям как в нормальном, так и в аварийном режимах.

В схеме развития энергосистемы должны быть определены напряжения, на которых выдается электроэнергия станций, гра­ фики нагрузки на этих напряжениях, величина перетоков между распределительными устройствами разных напряжений, опти­ мальное распределение генераторов между напряжениями, схе­ мы сетей и число линий на каждом напряжении, величина по­ стоянного потока обменной мощности, мощности коротких замыканий для распределительных устройств повышенных на­ пряжений, специальные требования к схеме в отношении устой­ чивости параллельной работы, необходимость секционирования схем и установки шунтирующих реакторов, значения наиболь­ шей мощности, теряемой при повреждении любого выключате­ ля. Указанные характеристики должны быть определены для каждого этапа развития электростанции и энергосистемы.

Схемы распределительных устройств переменного тока на­ пряжением 330—750 кВ электростанций должны удовлетворять согласно действующим нормам технологического проектирова­ ния следующим требованиям. На электростанциях с блоками 300 МВт и более повреждение или отказ любого выключателя, кроме секционного и шнносоединительного, не должен, как пра­ вило, приводить к отключению более одного энергоблока и од­ ной или нескольких линий, если при этом обеспечивается устой­ чивость энергосистемы пли ее части.

При повреждении или отказе секционного или шиносоедини­ тельного выключателей, а также при совпадении повреждения или отказа одного выключателя с ремонтом любого другого до­

57

пускается одновременное отключение двух блоков и линий, ес­ ли при этом сохраняется устойчивая работа энергосистемы или

еечасти.

Вотдельных случаях при специальном обосновании допус­

кается потеря более двух блоков мощностью 300 МВт и ниже, если это допустимо по условиям устойчивости энергосистемы или ее части, исключает полную обстановку электростанции

иобеспечивает нормальную работу остальных ее блоков.

Вглавных схемах электрических соединений энергоблоки, как правило, следует присоединять через отдельные транс­

форматоры и выключатели иа стороне высокого напря­ жения.

Если мощность энергоблоков меньше предельно допустимой для данной энергосистемы по условиям устойчивости, резерви­ рования и пропускной способности внутренних и межсистемных связей, допускается объединение двух блоков с отдельными трансформаторами под общий выключатель на стороне высоко­ го напряжения, при этом такое объединение энергоблоков дол­ жно обеспечивать упрощение главной схемы электрических сое­ динений и существенное сокращение капитальных затрат без снижения надежности.

В отдельных случаях, в виде исключения, допускается объ­ единение двух блоков через общий трехфазный трансформатор при соблюдении указанных выше условий. Во всех случаях объ­ единения блоков между генераторами и трансформаторами дол­ жен устанавливаться выключатель.

Повреждение или отказ любого выключателя не должно приводить к отключению более одной линии (двух цепей) тран­ зита ПО кВ и выше, если транзит состоит из двух параллельных цепей. Если одновременное отключение одной линии (двух це­ пей) транзита недопустимо по условиям устойчивой работы энергосистемы или ее части, схема должна обеспечивать поте­ рю не более одной цепи транзита.

Отключение должно производиться: линии электропереда­ чи— не более чем двумя выключателями; энергоблоков и транс­ форматора связи — не более чем тремя выключателями распре­ делительного устройства каждого напряжения. Секционирова­ ние сети выключателями должно обеспечивать требования по режиму работы энергосистемы.

Ремонт выключателей напряжением ПО кВ и выше должен быть возможным без отключения энергоблоков, линий электро­ передачи, трансформаторов связи и трансформаторов собствен­ ных нужд и без разрыва транзита.

При наличии нескольких вариантов схем, удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, предпочтение должно отда­ ваться более простому и экономичному варианту как по конеч­ ной схеме, так и по этапам ее развития, а также варианту, при котором требуется наименьшее количество операций с разъеди-

58

нителямн при ведении режимных переключений, при переходе на ремонтные схемы и при выделении поврежденных участков при аварийном режиме.

Для распределительных устройств с числом присоединений не более четырех действующие нормы технологического проек­ тирования рекомендуют применение следующих схем: блок трансформатор — линия (с выключателями или без выключате­ лей), схемы «мостика», схемы треугольника или четырехуголь­ ника.

Присоединение электростанций к магистральным линиям электропередачи напряжением 220 кВ и выше по схемам ответ­ вления допускается только при наличии достаточного обосно­ вания.

Для распределительных устройств с большим числом при­ соединений могут применяться следующие схемы:

1.С двумя системами сборных шин с тремя выключателями на две цепи («полуторная» схема).

2.С двумя рабочими и третьей обходной системами шин с од­ ним выключателем на цепь.

3.Блочные схемы генератор — трансформатор — линия.

гического проектирования предъявляют следующие требования. Число трансформаторов (автотрансформаторов), устанавливае­ мых на подстанциях всех категорий, равняется, как правило, двум. Мощность каждого трансформатора равна 0,65—0,7 сум­ марной максимальной нагрузки подстанции на расчетный уро­ вень — 5 лет. В случае постепенного роста нагрузки на первый период эксплуатации допускается установка одного трансформатора. Дальнейшее увеличение мощности подстан­ ции при росте нагрузки сверх принятого расчетного уровня осуществляется путем замены трансформаторов на более мощные.

На узловых подстанциях 330—500 кВ не должно предусмат­ риваться более одного распределительного устройства среднего напряжения. Необходимость двух средних напряжений должна быть обоснована технико-экономическим расчетом. В этом слу­ чае допускается установка четырех автотрансформаторов с раз­

59

ными коэффициентами трансформации (по два однотипных). Трансформаторы и автотрансформаторы с высшим напряжени­ ем до 500 кВ включительно применяются в трехфазном испол­ нении.

При наличии транспортных ограничений допускается приме­ нение двух спаренных трехфазных трансформаторов или авто­ трансформаторов. При невозможности получения трехфазных трансформаторов (автотрансформаторов) 500 кВ необходимой мощности применяются группы из однофазных трансформато­ ров или из двух спаренных трансформаторов меньшей мощно­ сти. При одной группе однофазных трансформаторов 500 кВ предусматривается резервная фаза, при двух группах необхо­ димость резервной фазы определяется на основании технико­ экономических расчетов.

При питании подстанции 330 кВ по двум тупиковым линиям или ответвлениям и наличии дополнительно одной отходящей радиальной линии последние рекомендуется присоединять

кдвум питающим линиям выключателями.

Всетях ПО кВ и выше при транзите мощности через под­ станцию, при необходимости секционирования сети, а также при наличии пофазного АПВ на линиях рекомендуется применение схемы треугольника или квадрата. На мощных узловых под­

станциях 330—750 кВ на стороне высшего напряжения приме­ нение схем электрических соединений с двумя рабочими и об­ ходной системой шин не рекомендуется. На таких подстанциях, кроме схем треугольника и четырехугольника, рекомендуется применение схем трансформаторы — шины, полуторной схемы и схем в виде двух треугольников или квадратов с двумя пере­ мычками с выключателями.

Схема трансформаторы — шины с присоединением линий че­ рез два выключателя допускается при числе линий не более четырех и при размещении подстанции в районах с незагрязнен­ ной атмосферой. Выбор варианта схемы производится на осно­ вании технико-экономического сравнения с учетом аварийный

иремонтных режимов.

Впрактике проектирования за последние 15—20 лет в ре­ зультате экономического сопоставления различных схем комму­

шин 500 кВ, подключение линий через два выключателя и не­ посредственное включение каждого из двух автотрансформато­ ров к одной из систем шин 500 кВ).

По расходу оборудования при числе подсоединяемых эле­ ментов не выше шести (четыре линии и два автотрансформато­ ра) схема трансформатор — шины является наиболее экономич­ ной. Перспективные подсчеты схем развития сетей 500 кВ по­ казывают, что большинство подстанций 500 кВ будут иметь не более шести присоединяемых элементов.

60

2-4 СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ

ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПО УСЛОВИЯМ УСТОЙЧИВОСТИ

В результате работ, выполненных научно-исследовательски­ ми и проектными организациями, в настоящее время разрабо­ таны средства повышения пропускной способности линий элек­ тропередачи по условиям устойчивости их работы в электричес­ ких системах.

Имеющиеся средства повышения пропускной способности линий электропередачи по условиям устойчивости можно под­ разделить на следующие четыре группы.

1. Изменение параметров элементов электропередачи: а) изменение параметров генераторных агрегатов;

б) изменение параметров трансформаторов и применение автотрансформаторов;

в) изменение параметров линии путем применения расщеп­ ленных проводов;

г) компенсация реактивных параметров линии с помощью дополнительных устройств.

2. Применение средств автоматического управления: а) более быстрое отключение повреждения;

б) применение устройств АПВ (пофазного или трехфазно­ го — быстродействующего, несинхронного, с проверкой или улав­ ливанием синхронизма и т. д.);

в) применение устройств автоматической частотной раз­ грузки;

г) автоматическое отключение генераторов (при сбросах на­ грузки и, в частности, при отключении линии);

лирование возбуждения генераторов и синхронных компенса­ торов;

б) быстродействующее регулирование мощности, развивае­ мой первичными двигателями генераторов (турбинами), и, в ча­ стности, регулирование «сильного действия»;

в) регулирование напряжения по концам линии электропе­ редачи в зависимости от мощности передачи;

61

г) регулирование реактивной мощности, генерируемой или потребляемой статическими устройствами в целях поддержа­ ния напряжения.

4. Применение специальных схем и машин:

а) сооружение переключательных пунктов или промежуточ­ ных подстанций;

б) перевод линии электропередачи на работу при повышен­ ном номинальном напряжении — с помощью дополнительных автотрансформаторов или путем замены трансформаторов и обо­ рудования на соответствующих подстанциях;

в) применение компенсирующих устройств в целях настрой­ ки электропередачи на полуволновый режим;

г) использование вставки постоянного тока высокого напря­ жения (с возможностью регулирования активной мощности по условиям повышения устойчивости работы электрической си­ стемы) ;

д) применение асинхронизированной синхронной машины (ACM) в качестве электромагнитной муфты, допускающей несинхронную работу соединяемых частей объединенной си­ стемы;

е) применение ACM в качестве генераторов, отличающихся возможностью вращения их роторов с механическим сколь­ жением.

Перечисленные средства повышения пропускной способности линий электропередачи и повышения устойчивости электричес­ ких систем различны как по эффективности их действия, так и по экономическим показателям. Кроме того, многие из пере­ численных средств находятся на разной стадии их научно-тех­ нической разработки или эксплуатации. Все это затрудняет из­ ложение конкретных рекомендаций по применению и расчету более новых средств.

При проектировании линий электропередачи сверхвысокого напряжения в основу выбора их параметров должны быть поло­ жены соображения экономичности решения для всей объеди­ ненной энергосистемы в целом с учетом конкретных условий работы.

Изменение параметров элементов электропередачи и приме­ нение специальных схем и машин часто связаны со значитель­ ными дополнительными затратами. Поэтому в тех случаях, ког­ да для повышения пропускной способности электропередачи воз­ никает необходимость в таких решениях, должно быть выпол­ нено дополнительное технико-экономическое исследование по обоснованию достигаемой пропускной способности с учетом вы­ являющихся затрат. При этом могут быть внесены некоторые коррективы и в принятые ранее величины номинальной мощности электростанций, предварительные решения о размещении этих станций и о составе их агрегатов, исходные соображения о схе­ мах их присоединения и т. д.

62