ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И КАПИТАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ

Для передачи электроэнергии больших мощностей на дальние расстояния перспективным является применение ВЛ передачи постоянного тока (ППТ). Электромагнитные процессы, происходящие в таких линиях электропередачи, отличаются от процессов в сетях переменного тока. Это объясняется тем, что мощность передаваемая ППТ носит чисто активный характер, так как индуктивность и емкость в таких цепях отсутствует.

К основным преимуществам ППТ на высоком напряжении относятся [1,2]:

- на передачу активной мощности не оказывают влияние волновые процессы, имеющие место в сетях переменного напряжения;

- пропускная способность линии ППТ, при одинаковом сечении и классе напряжения, выше, чем у линий переменного напряжения;

- конструкция линии ППТ на много проще, чем линии переменного тока (меньше количество гирлянд изоляторов и затрат металла).

Важно отметить также, что предел передаваемой мощности ППТ не зависит от длины электропередачи, как для переменного тока, поскольку устойчивость работы ППТ определяется в основном преобразователями (инверторами). Последнее является основным недостатком, так как появляется необходимость в возведении сложных концевых подстанций с большим количеством преобразователей высокого напряжения и вспомогательной аппаратуры. Усложняется и удорожается промежуточный отбор мощности для электроснабжения районов, расположенных вдоль трассы линии передачи постоянного тока.

В экономическом отношении применение ВЛ ППТ оправдывается при транспорте больших количеств энергии на дальние расстояния. Экономическая граница между передачами переменного и постоянного тока по дальности транспорта энергии лежит в пределах 800-1000 км – для передач без промежуточного отбора мощности и 1000-1400 км – с промежуточным отбором 25-50% передаваемой мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем меньше граничное расстояние выгодности передачи мощности постоянным током.

Важно учитывать, что модернизация сетевого комплекса является сложным и многофакторным процессом, основой которого должно стать согласованное и комплексное применение инновационных технологий наряду с традиционными решениями.

В данной статье оценивается влияние сечения проводов на потери и капитальные затраты ППТ на напряжение 500 кВ и передаваемой мощности 2000 МВт.

На экономические показатели передачи влияет годовой график нагрузки ППТ. Режим ППТ зависит от системных задач, которые планируется решать применением ППТ. Основными задачи является обеспечение энергией дефицитного региона Казахстана с приемлемыми среднегодовыми потерями (на уровне 6-7 %), повышение запасов статической и динамической устойчивости энергосистемы в нормальных режимах и при отключении связей переменного тока и ППТ.

При предельном значении использования часов и максимума Т_max = 8760 часов оценка потерь является максимальной. Максимально возможная передача энергия через ППТ за год составляет 17, 52·10⁹ кВт·час [1, 2].

Проведем оценку максимально возможных потерь энергии за год для разных сечений проводов ВЛ ППТ при напряжении 500 кВ, передаваемой мощности 2000 МВт и Т_max = 8760 часов. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Оценка влияния сечения проводов воздушной линии ППТ 500 кВ на потери и капитальные затраты при передаваемой мощности 2000 МВт и Т_max=8760 часов

Сравнение будет производиться по отношению к базовому варианту ВЛ ППТ ± 500 кВ мощностью 2000 МВт с проводами 4ґАС 500/64 протяженностью 1300 км. Затем рассмотрим, как влияет Т_mах на годовые потери. При мощности передачи от 500 до 1700 МВт суммарные потери в сети 500 кВ с учетом потерь передачи снижаются, т.е. существуют оптимальные режимы сети. При загрузке ППТ на уровне 1400 -1600 МВт при отключении одного полюса сохраняются запасы по форсировке мощности для сохранения динамической устойчивости. Следовательно, можно ожидать, что ППТ будет работать с Т_mах = 6500 ÷ 7500 часов.

Потери энергии для различных значений Т_mах представлены в таблицах 2. При уменьшении Т_mах уменьшаются как потери энергии в ППТ так и разница между потерями при применеии проводов с разными сечениями. На окупаемость проекта влияет как объем продаваемой энергии так и стоимость потерь.

Из таблицы 1 видно, что в предельном случае при увеличении сечения проводов до 4000 мм² общие годовые потери электроэнергии составят порядка 6,5 % и экономия на потерях в сравнении с базовым вариантом ВЛ может составить до 14,5 миллионов долларов США. При этом увеличение стоимости объекта за счет ВЛ с большим сечением проводов составляет 100 миллионов долларов США, или в процентном отношении увеличивает капитальные затраты на 11 %.

При меньшей мощности ППТ потери в процентном отношении будут меньше, так как потери пропорциональны квадрату тока. Ниже, в таблице 2 и на рисунке 1, приводятся зависимости потерь для разных часов использования максимума начиная от 3500 часов до предельного значения 8760 часов.

Таблица 2 – Оценка влияния сечения проводов воздушной линии ПТ ±500 кВ на потери и капзатраты при передаваемой мощности 2000 МВт при варьировании Т_mах

Можно использовать различные подходы при определении потерь. В [3] приводится методика использующая показатель времени максимальных потерь для Т_mах=7000 часов τ_mах=5500 часов.

В данном разделе принимается, что ППТ работает с равномерной загрузкой, так как ППТ является управляемым объектом. Учитываются потери в оборудовании ППС.

Укрупненные стоимости и расчеты были приняты по [4, 5].

Базовый вариант является самым дешевым, но имеет наибольшие потери. Как было сказано выше за приемлемые потери принято значение 6-7%. Для Т_mах=7000 часов этим значениям удовлетворяют:

- для ППТ ±500 кВ воздушная линия как с четырьмя проводами АС 750/93 (6.9%) так с АС 1000/56 (5.7%) (при этом удорожание проекта составит 8 и 11% соответственно);

Следовательно, для ППТ мощностью 2000 МВт предпочтительнее использование в ВЛ ПТ проводов АС 750/56 или АС1000/56. При решении использовать провода АС1000/56 проще в будущем организовать увеличение передаваемой мощности.

Рисунок 1 – Годовые потери энергии в ППТ ± 500 кВ мощностью 2000 МВт в зависимости от числа часов использования максимума при использовании в ВЛ ППТ разных сечений проводов.

Выводы

Рассмотрены вопросы влияния сечения проводов ВЛ постоянного тока на потери электроэнергии и капитальные затраты. Проведены расчеты стоимости ППТ относительно базового варианта напряжением ±500 кВ с пропускной способностью 2000 МВт на основе сравнения трех вариантов, которые имеют провода разного сечения. Установлено, что базовый вариант дешевле. Однако, этот вариант не устраивает по приемлемым потерям электроэнергии. Для Т_mах=7000 часов по этим значениям удовлетворяют ВЛ с четырьмя проводами АС750/93 (потери 6,9%) или АС1000/56 (потери 5,7%), при этом удорожание проекта составит 8 и 11%. На потери и капитальные затраты оказывает влияние не только сечение проводов, но и максимальное число часов использования Т_mах.

1. Тиходеев Н.Н., Владимирский Л.Л, Зевин А.А. Кузнецова Л.Е., Бирина А.В., Кутузова Н.Б., Печалин Д.С. Оптимизация воздушных линий электропередачи ВЛ ± (400– 750) кВ постоянного тока: основные результаты и показатели // «Известия РАН. Энергетика» 2004, №1, С. 98-109.
2. Балыбердин Л.Л., Кощеев Л.А., Лозинова Н.Г., Мазуров М.И., Ковалев В.Д. Повышение энергоэффективности энергосистем путем применения вставок и передач постоянного тока // Электро, 3/2010, С. 42-50.
3. Н.В. Савина, А.О. Варыгина. Анализ целесообразности применения существующих методических подходов проектирования к воздушным линиям нового поколения // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика».-2019, Т.19 №2, С. 69-79.
4. Сборник укрупненных показателей стоимости строительства (реконструкции) подстанций и линий электропередачи для нужд ОАО «Холдинг МРСК»: М., 2012 – 71с.
5. Хорольский В.Я., Таранов М.А., Петров Д.В. Технико – экономические расчеты распределительных электрических сетей. – Ростов-на-Дону: «Терра Принт», 2009. – 132 с.

Все статьи автора «Умбеткулов Ертуган Кожагулович»