Схемы исполнения линий электропередачи СВН
Линии электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН) могут быть одноцепными, двухцепными или многоценными. Число цепей определяется прежде всего ролью данной линии электропередачи в энергосистеме, а также ее номинальным напряжением и максимальной мощностью, которую требуется передать.
Поскольку капитальные затраты на сооружение линии электропередачи СВН достаточно значительны, то исходя из экономии средств на первом этапе строительства целесообразно сооружать одноцепные линии сверхвысокого напряжения. Однако при этом снижается надежность работы электропередачи, так как отключение одноцепной линии может привести к дефициту мощности в приемной энергосистеме. Поэтому при выборе числа цепей линии следует иметь в виду следующие обстоятельства.
В тех случаях, когда пропускная способность линии не превышает 10% суммарной располагаемой мощности приемной энергосистемы и отключение линии не приведет к необходимости отключения части нагрузки системы, поскольку эта система имеет достаточный резерв мощности, можно говорить о сооружении одноцепной линии. Следует также учитывать, что устройства автоматического повторного включения (АПВ) существенно повышают надежность работы одноцепных линий.
В случае возникновения дефицита мощности в приемной системе при отключении одноцепной линии, который не может быть восполнен имеющимся резервом, необходимо учитывать возникающий ущерб, складывающийся из двух составляющих. Одна из них возникает при вводе резерва за счет загрузки неэкономичных агрегатов в данной энергосистеме, на что потребуется дополнительное топливо. Другая связана с покупкой недостающей энергии в соседних энергосистемах, что приведет к дополнительным перетокам мощности по межсистемным связям, которыми данная система связана с другими. Этот ущерб должен быть учтен в технико-экономическом обосновании сооружения одноцепной линии при сопоставлении с другими вариантами.
Двухцепные линии электропередачи СВН обладают большей надежностью и одновременно имеют большую стоимость. Поэтому при проектировании электропередачи необходимость сооружения двухцепной линии должна быть обоснована технико-экономическими расчетами. При соединении двух систем, соизмеримых но мощности. целесообразно применять двухцепные линии. Эти две цепи могут иметь общие шины по концам линии электропередачи или заходить на две разные подстанции связываемых систем. Впоследствии на этой электропередаче могут быть сооружены промежуточные подстанции для питания промежуточных потребителей или для связи с энергосистемами, расположенными по трассе линии.
Возможны две принципиально различные схемы сооружения двухцепных линий электропередачи — блочная и связанная (рис. 1).
В блочной схеме одна часть генераторов станции работает на одну из цепей линии, другая — на вторую цепь. Обе цепи могут заходить как на одну и ту же, так и на различные узловые подстанции приемной системы. Трассы этих цепей могут совпадать илн быть различными. Таким образом, линия электропередачи разделяется на две части, слабо связанные между собой. Такие схемы имеют некоторое преимущество, заключающееся в экономии средств за счет меньшего количества коммутационной аппаратуры на передающем конце, в частности, за счет применения схемы блок генераторов—трансформаторов—линия.
Рис. 1. Блочная и связанная схемы линии электропередачи
Однако такая блочная схема имеет и ряд серьезных недостатков, в результате чего она не получила применения в практике проектирования и строительства электропередач сверхвысокого напряжения. Один из недостатков этой схемы заключается в том, что при выходе одной цепи из работы теряется значительная часть мощности отправной электростанции, другой — в том, что при блочной схеме значительно труднее обеспечить высокую пропускную способность одной цепи вследствие отсутствия поперечных связей и секционирования передачи на промежуточных пунктах. Блочная схема может быть использована только для связи удаленной электростанции с приемной системой.
Такие схемы была предложены на самом первом этапе освоения дальних электропередач СВН. В настоящее время они не рассматриваются даже на первоначальных этапах проектирования. Неприемлемо применение блочных схем и на последующих этапах развития сети СВН.
Развитие электроэнергетических систем требует не строительства отдельных, изолированных элементов, а создания сети электропередач СВН, в которых крупные тепловые, атомные и гидравлические станции, а также крупные подстанции, обеспечивающие энергией промышленные районы, являлись бы узлами этой сети.
Такие возможности дают связанные схемы, где имеются поперечные связи между цепями на всем протяжении электропередачи. Как показал опыт проектирования и эксплуатации таких электропередач на первых этапах их существования, переключательные пункты, сооружаемые через каждые 250—300 км, обеспечивают при авариях отключение только отдельных участков каждой цепи, что позволяет лишь незначительно уменьшать пропускную способность передачи при сохранении устойчивости параллельной работы генераторов передающей станции с приемной системой. Кроме того, они существенно облегчают эксплуатацию и ремонты линий такой электропередачи. Впоследствии эти переключательные пункты могут быть преобразованы в промежуточные подстанции, предназначенные для питания нагрузки, появившейся в их зоне, и в конечном итоге превратиться в узлы сети СВН. Поэтому все протяженные линии электропередачи СВН в настоящее время проектируются как элементы развитой сети СВН.
На рис. 2 приведены упрощенные схемы поэтапного развития сети СВН одного из энергообъединений. На I этапе новая линия соединяет несколько узлов развитой сети более низкой ступени напряжения. На II этапе к подстанциям новой линии присоединяются радиальные линии для подключения крупных электростанций или мощных узлов нагрузки с большим годовым приростом мощности. На III этане есть новой ступени напряжения становится сложнозамкнутой, включает в себя несколько контуров и превращается, по существу, в системообразующую. При этом существовавшая прежде сеть более низкого класса напряжения постепенно превращается в распределительную, хотя отдельные ее звенья, обладающие большой пропускной способностью, сохраняют функции системообразующих.
Многоценные электропередачи СВН — три и более цепей — при проектировании, как правило, не рассматриваются. Если возникает потребность в многоцепной передаче для обеспечения заданной пропускной способности данной связи, то это говорит о том, что номинальное напряжение электропередачи выбрано неправильно и следует переходить на новую, более высокую ступень напряжения.
Рис. 2. Поэтапное развитие сети СВН
Однако решение о сооружении многоцепной электропередачи может быть вынужденным, когда необходимый более высокий класс напряжения еще не освоен, а пропускная способность линии электропередачи должна быть достаточно высокой. Такие решения были приняты, например, в Канаде и Бразилии при сооружении линии электропередачи уже упоминавшихся ГЭС на р. Черчилл и ГЭС Итайну, когда необходимо было передать мощность около 6 ГВт на расстояние свыше 800 км. Наиболее высокие ступени напряжения в этих странах были соответственно 735 и 765 кВ. Поэтому были сооружены трехцепные линии электропередачи, так как в тех условиях других решений быть не могло.
Многоцепные линии электропередачи СВН могут быть и на межсистемных связях. Причем увеличение количества цепей происходит по мере развития связываемых систем и увеличения межсистемных перетоков мощности, когда переходить на более высокую ступень невозможно по изложенной выше причине или просто нецелесообразно как по экономическим, так и по инженерным соображениям.
Так, например, в ЕЭС России существуют многоцепные связи между ОЭС Центра и ОЭС Средней Волги, ОЭС Центра и ОЭС Юга (Украина), ОЭС Сибири и ОЭС Северного Казахстана. Как правило, эти линии соединяют различные узлы связываемых систем и в ряде случаев имеют различное номинальное напряжение, например 330 и 750 кВ.
Естественно, наличие этих связей учитывается в расчетах межсистемных перетоков мощности и режимов ЕЭС России. В этих случаях принято говорить о пропускной способности не отдельно взятой линии, а о пропускной способности сечения, в которое входят все линии, связывающие рассматриваемые системы.