Основу системи передачі електричної енергії від електричних станцій, які її виробляють, про великих районів електроспоживання і розподільних вузлів ЕЕС складають різні мережі електропередач або окремі електропередачі внутрісистемного і межсистемного значення (системоутворюючі мережі) і живлять мережі напругою 220 кВ і вище. Їх поява викликана необхідністю розміщення великих ТЕС і АЕС за межами житлових зон, а так само можливістю вироблення частини ЕЕ гідроелектростанціями, розташованими на відносно віддаленим відстані від міст. Внутрішньосистемні і міжсистемні магістральні лінії електропередачі, включаючи далекі (протяжні) ЛЕП, які об'єднують на спільну (паралельну) роботу електростанції і більші підстанції (райони споживання), становить системоутворюючу мережу. Призначення такої мережі - формування ЕЕС і одночасно виконання функції передачі, транзиту електричної енергії.
Одним з основних вимог, що пред'являються до таких передавачем і сполучною мереж, є забезпечення надійності та стійкості їх роботи, тобто забезпечення її працездатності у всіх можливих станах (режимах) - нормальних, ремонтних, аварійних і післяаварійних. Вирішення цього завдання значною мірою покладається на великий комплекс автоматичних пристроїв: управління релейного захисту, режимної та протиаварійної автоматики. Сукупність магістральних і системоутворюючих (передавальних) електричних мереж та пристроїв автоматичного регулювання утворюють систему передачі електричної енергії.
Наведемо коротку характеристику такої системи по ряду показників, до яких в першу чергу відносяться величини переданої потужності, номінальної напруги, функціональне значення і дальність передачі, конфігурація (топологія) мережі.
Системоутворююча мережу, є основною мережею енергосистем, призначена для передачі великих потоків потужності (від сотень МВт до декількох ГВт) окремим споживачам (відстань до 1000 км і більше) і виконується в основному магістральними лініями електропередачі на змінному струмі. Міжсистемні лінії електропередачі споруджують зазвичай на напругу вище, ніж напруга внутрішньосистемних ліній з'єднуються систем, і включають трансформаторні підстанції по кінцях. Міжсистемні передачі ЕЕ змінним струмом здійснюється переважно на напругу 500 і 750 кВ. Напруга 500 кВ використовується для системоутворюючих мереж в енергосистемах зі шкалою номінальних напруг мереж 110-220-500-1150 кВ і напруга 750 кВ в ОЕС зі шкалою 150-330-750 кВ, в якій в якості наступному ступені можливо напруга 1800 кВ.
Мережі цих напруг служать для видачі потужності великих електростанцій, створення міжсистемних зв'язків і харчування навантажувальних вузлів 550/220, 500/110, 330/110 (150) кВ, а в деяких ЕЕС - лінії 220 кВ, використовуються для внутрішньосистемних зв'язків: видачі потужності і зв'язку великих електростанцій, для харчування і об'єднання центрів електропостачання 330/110 (150), 220/110 систем розподілу електроенергії. У потужних концентрованих ЕЕС з розвиненою мережею 500 кВ мережі 220 кВ виконують, як правило розподільні функції.
Лінії електропередачі, передають потоки рівними потужностями групи генераторів або порівнянними з встановленою потужністю енергосистем, відносяться до сильних зв'язків. При пропускної здатності, що не перевищує 10-15% від встановленої потужності меншою з поєднуваних енергосистем, зв'язок між ними характеризуються як слабка. За цим зв'язкам практично проводять межу між окремими ЕЕС.
Якщо одна з енергосистем постійно має надлишкової по балансу потужністю і енергією, вартість якої нижча, ніж в інший енергосистемі, то міжсистемна ЛЕП працює з незмінним напрямом потоку потужності.
Лінію електропередачі зі змінним напрямком потоку називають реверсивної (маневреної). Її роль полягає головним чином у взаємодопомозі між сусідніми порівняно потужними системами. Різниця між магістралями і реверсивними зв'язками часто дуже невизначеною.
Умовність поділу системи передачі і розподілу електричної енергії на основні електричні мережі, тобто протяжні (далекі) електропередачі, системоутворюючі мережі і системи розподілу електричної енергії по їх номінальній напрузі. У міру розвитку основних мереж (зростання навантажень і приєднання понижувальної підстанції, поява нових джерел генерації та охоплення території електричними системами) вони в більшій мірі виконують функцію розподілу електроенергії. Це означає, що мережі, що виконують функцію передавальних, системоутворюючих, з появою в енергосистемах мереж більш високої напруги поступово "передають" їм ці функції, перетворюючись в розподільні.
Номінальна напруга лінії електропередачі залежить від переданої потужності, кількості ланцюгів і відстані (дальності), нат яке передається електроенергія. Вибір номінальних напруг виконують на етапі проектування систем передачі ЕЕ. В даному випадку необхідно відзначити, що чим більше передана потужність і протяжність лінії, тим вище за технічними та економічних причин має бути номінальну напругу електропередачі. На сучасному етапі розвитку ЕЕС орієнтовна передана потужність і довжина лінії електропередачі в залежності від класу напруги характеризується даними наведеними в таблиці 1.
Таблиця 1. Передана потужність і дальність передачі
Напруга лінії, кВ
Кількість проводів в фазах і найбільш застосовувані площі перетинів, мм 2
Передача потужності від віддалених електростанцій на перших етапах розвитку міжсистемних межсистемной зв'язку виконуються у вигляді неразветвленной електропередачі напругою (330) 500 1150 кВ (рисунок 1). Потужні КЕС або ГЕС мають блочну схему. До кожного трансформатора приєднують від одного до трьох генераторів, які віддають енергію на шини 500-150 кВ. Далі енергія передається по довгій лінії, через знижувальну підстанцію в приймальню систему, частина навантаження якої забезпечується власними генеруючими станціями (рис. 1)
Якщо на станції кілька блоків і єднальна лінія багатоланцюгова, то електропередачі можуть виконуватися на основі блокової або зв'язковою схем. У блокової схемою (рисунок 2) далека передача потужності здійснюється за окремими поперечно не пов'язаним електропередач (блокам) на загальну групу шин (підстанцій) приймальні системи, з'єднаних між собою зв'язками 110-220 кВ.
Ці зв'язки і станції приймальні системи повинні задовольняти потребу потужності в разі виходу з ладу будь-якого блоку. При відключенні ланцюга (блоку) аварія локалізується на одній зі станції, однак приймальня система повністю позбавляється відповідної частини потужності передавальної станції. В пов'язаної схемою (рисунок 3) забезпечує більшу надійність електропостачання, багатоланцюгова далека ЛЕП має уздовж своєї траси кілька з'єднань - переключательних пунктів (ПП) - між окремими ланцюгами, що ділять довгу лінію на короткі ділянки (250-350 км). Спорудження ПП супроводжується зростанням кількості застосовуваних дорогих вимикачів. Відключення окремої лінії ділянки мережі між перемикачів пунктами незначно збільшує сумарний опір, що дозволяє зберегти передачу заданої потужності з передачі потужності або пропускної здатності електропередачі.
Під пропускною здатністю електропередачі розуміється найбільша активна потужність трьох фаз електропередачі, яку можна передати в тривалому усталеному режимі з урахуванням режимно-технічних обмежень. Найбільша передана активна потужність (межа) електропередачі обмежена умовами статичної стійкості генераторів електричних станцій, передавальної і приймальної частини ЕЕС, пов'язаних електропередачею з номінальною напругою Uном.
і припустимою потужністю по нагріванню проводів лінії з допустимим струмом Iдоп.
де Е і U -ЕДС генераторів зраджує станції і напруги приймальної системи; і - результуючі (сумарне) індуктивний опір і коефіцієнт потужності електропередачі.
З практики експлуатації ЕЕС слід, що пропускна здатність електропередач 500-750 кВ зазвичай визначається фактором статичної стійкості, для електропередач 220-330 кВ обмеження можуть наступати як за умовою стійкості, так і по допустимому нагріву.
Характерні дані про пропускну здатність лінії електропередачі наведені в таблицю 2
Таблиця 2. Характеристика пропускну спроможність ліній електропередачі
Забезпечення необхідної пропускної спроможності електропередачі при задовільних економічних показниках представляє найбільшу технічну складність.
На далеких ЛЕП використовують найбільш високі з освоєних номінальних напруг: 500,750 кВ. У найближчому майбутньому планується широко застосовувати напругу 1150кВ. При більш високій напрузі, як випливає з виразу (1), збільшується гранична потужність електропередачі; поряд з цим знижуються втрати потужності і енергії в активному опорі лінії. Одночасно зростає вартість ПЛ і обладнання підстанцій, втрати енергії на корону і ємнісний струм лінії.
Зниження сумарного реактивного опору електропередачі, що включає опір генераторів, так само підвищує межа потужності по статичній стійкості. При зниженні реактивного опору зменшуються втрати напруги, але зростає величина струму короткого замикання, для відключення якого необхідні більш потужні і дорогі вимикачі. Сумарне реактивний опір зменшують за рахунок застосування на віддаленій станції генераторів зі зниженою величиною синхронного опору і трансформаторів на підвищувальної підстанції, що має знижене напруга короткого замикання і опору. На понижувальної підстанції в кінці електропередачі встановлюють автотрансформатори, опір яких менше, ніж у трансформаторів. Розщеплення фази на кілька проводів і вдосконалення конструкції розщеплених фаз і конструкції опор ліній знижують індуктивність і індуктивне опір ліній (приблизно на 25-35%), підвищують її натуральну потужність і критичне напруження корони. При цьому ускладнюється конструкція ліній і збільшується її вартість. Зростання ємності лінії при розщепленні викликає небажане збільшення ємнісного струму і відповідно йому потужності. Дані про кількість проводів в фазах ліній наведені в таблиці 2. На ПЛ 220 кВ в рідкісних випадках фаза складається з двох проводів.
Подальше збільшення межі переданої потужності досягається за допомогою спеціальних заходів щодо зміни (компенсації) параметрів ліній, які в цьому випадку називаються компенсованими. Зниження індуктивного опору досягається за рахунок послідовного включення в лінію конденсаторних установок поздовжньої компенсації (КПК), які підвищують вартість ЛЕП і збільшують струми короткого замикання.
Великий ємнісний струм земних ліній при зниженою навантаженні викликає додаткові втрати активної потужності або неприпустиме розподіл енергії в пунктах лінії, а також зниження реактивного навантаження, ЕРС і стійкості генераторів віддаленої станції. Тому ємнісний струм і відповідну провідність лінії компенсують включенням на шини вищої напруги віддаленої електростанції і в перемикальних пунктах лінії установок (реакторів) поперечної компенсації (РПК). При навантаженнях, близьких до натуральних, РПК відключають. За розмірами вартості РПК близькі до трансформаторів відповідного напруги і потужності і споживають електроенергію. Капітальні вкладення в ЛЕП збільшується також за рахунок застосування додаткових вимикачів для РПК.
Установка пристроїв поздовжньої і поперечної компенсації по впливу на режим електропередачі відповідає зменшенню її довжини в порівнянні з некомпенсованою електропередачею. При певних параметрах і розташуванні КПК еквівалентну поздовжнє опір ліній стає активним. Ємнісний струм лінії можливо повністю компенсувати посредствам РПК. За еквівалентним реактивним параметрами така компенсована лінія має нульову довжину, тобто довжину, кратну цілому кількості півхвиль.
На малюнку 4 зображено спрощена схема компенсованій ЛЕП 500 кВ підвищеної пропускної здатності.
По довгій компенсованій лінії при максимальному навантаженні економічно недоцільно передавати реактивну потужність. Для її регулювання на приймальні підстанції і в деяких випадках на проміжних підстанціях або ПП встановлюють джерела реактивної потужності (компенсуютьпристрої) - синхронні, статичні терісторние компенсатори.
Зазначені заходи з підвищення пропускної здатності електропередачі є досить довгими. Досвід, показав, що при виникненні нових промислових районів більш доцільним є спорудження лінії електропередачі з проміжними підстанціями, включеними уздовж неї. Підстанції можуть поєднуватися з перемикачів пунктами лінії або створюватися знову (рисунок 5, а). Така електропередача має велику стійкість, не вимагає установки реакторів і т.п. вартість ЛЕП знижується.
На малюнку 5 зображені спрощені схеми електропередачі 500 кВ з включеними уздовж лінії проміжними підстанціями ПС1-ПС3. Для підвищення стійкості електропередачі в лінію включають послідовно конденсатори (КПК) (рис. 5, а) або компенсатори (синхронні або статичні) на проміжних підстанціях (рисунок 5, б)
Поряд із зазначеними, застосовують пристрої автоматичного регулювання: автоматичне регулювання збудження генераторів і синхронних компенсаторів, швидкодіючий регулювання потужності турбін, регулювання напруги по кінцях електропередачі, швидкодіючі вимикачі і релейний захист та ін. Що сприяє підвищенню стійкості і пропускної здатності електропередачі.
Розглянуті схеми ліній електропередачі (рис. 1-5) дозволяють доставити електроенергію споживачам від двох джерел генерації і називаються електропередач з двостороннім харчуванням. У міру розвитку передавальної мережі в проміжних пунктах магістральної мережі поряд з знижувальними підстанціями підключається окрема лінія електропередачі, що має генеруючі джерела, з оборотом або видачею потужності (рис. 6). В результаті формується вузлова система з трьома центрами харчування і більш високу стійкість і пропускною спроможністю. Надалі магістральні системоутворюючі мережі, приєднані до двох-трьох центрів харчування, ускладнюються і перетворюються в замкнуті багатоконтурні передають мережі з зосередженими навантаженнями (рис. 7). Замкнені мережі забезпечують найбільшу надійність, оскільки аварія (відключення) на якій-небудь ділянці мережі має наслідки (наприклад, обмеження споживаної потужності) тільки для споживачів, безпосередньо підключених до цієї ділянки.
У системах передачі електроенергії з зосередженими навантаженнями безперервність електропостачання не може бути порушена окремої аварією, тому що електропостачання підстанцій ПС1-ПС4 (центрів харчування розподільних мереж 6-220 кВ) здійснюється за двома і більше лініях від декількох незалежних джерел. Однак в замкнутих мережах більш складна, ніж в розімкнутих релейний захист і автоматика.
Внутрішньосистемні передачі електроенергії, здійснювані магістральними одно-Дволанцюгова повітряними лініямі220-330 кВ, забезпечують зв'язок окремо розташованих електростанцій і центрів харчування 6-220 кВ розподільних мереж.
НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру