Пренос на електрическа енергия, характеристики на електропроводи
Основата на системата за пренос на електрическа енергия от електроцентрали, които я произвеждат, от големи зони на потребление на енергия и разпределителни възли на ЕЕС, са различни електропреносни мрежи или отделни електропреносни линии с вътрешно и междусистемно значение (основни мрежи) и захранващи мрежи с напрежение 220 kV и по-високо. Появата им е причинена от необходимостта от разполагане на големи топлоелектрически централи и атомни електроцентрали извън жилищните райони, както и от възможността за генериране на част от ЕЕ от водноелектрически централи, разположени на относително отдалечено разстояние от градовете. Вътрешносистемните и междусистемните опорни преносни линии, включително далечни (разширени) преносни линии, комбиниращи електроцентрали и по-големи подстанции (зони на потребление) за съвместна (паралелна) работа, съставляват система, образуваща мрежа. Целта на такава мрежа е да формира ЕЕС и същевременно да изпълнява функцията за пренос, транзит на електрическа енергия.
Едно от основните изисквания към такива преносни и свързващи мрежи е осигуряването на надеждност и стабилност на тяхната работа, т.е. осигуряване на работата му във всички възможни състояния (режими) - нормален, ремонтен, авариен и следавариен. Решаването на този проблем до голяма степен се възлага на голям комплекс от автоматични устройства: управление на релейна защита, режимна и аварийна автоматика. Съвкупността от главни и системообразуващи (преносни) електрически мрежи и устройства за автоматично управление образуват системата за пренос на електроенергия.
Нека дадем кратко описание на такава система по отношение на редица показатели, които включват преди всичко стойностите на предаваната мощност, номиналното напрежение, функционалнитестойност и обхват на предаване, конфигурация (топология) на мрежата.
Опорната мрежа е основната мрежа от енергийни системи, предназначена да пренася големи потоци мощност (от стотици MW до няколко GW) към отделни потребители (разстояние до 1000 km или повече) и се осъществява главно от главни електропроводи за променлив ток. Междусистемните преносни линии обикновено се изграждат за напрежение, по-високо от напрежението на вътрешносистемните линии на свързаните системи, и включват трансформаторни подстанции в краищата. Междусистемното предаване на ЕЕ чрез променлив ток се извършва главно за напрежения 500 и 750 kV. Напрежението от 500 kV се използва за опорни мрежи в енергийни системи със скала на номинални напрежения на мрежи от 110-220-500-1150 kV и напрежение 750 kV в UES със скала 150-330-750 kV, в която напрежение от 1800 kV е възможно като следваща стъпка.
Мрежите от тези напрежения се използват за извеждане на мощност към големи електроцентрали, създаване на междусистемни връзки и захранващи възли за натоварване 550/200, 500/110, 330/110 (150) kV, а в някои EES - 220 kV линии, се използват за вътрешносистемни комуникации: мощност и комуникация на големи електроцентрали, за захранване и комбиниране на центрове за захранване 330/110 (150), 220 /110 системи за разпределение на електроенергия. В мощни концентрирани EPS с развита мрежа от 500 kV, мрежи от 220 kV изпълняват, като правило, разпределителни функции.
Електропроводите, които предават потоци, равни на мощността на група генератори или съизмерими с инсталираната мощност на енергийните системи, се класифицират като силни връзки. При пропускателна способност не повече от 10-15% от инсталираната мощност на по-малката от комбинираните енергийни системи връзката между тях се характеризира като слаба. Тези връзки на практика теглят чертатамежду отделните EPS.
Ако една от енергийните системи постоянно има излишък от мощност и енергия, чиято цена е по-ниска, отколкото в друга енергийна система, тогава междусистемната преносна линия работи със същата посока на потока на мощността.
Електропровод с променлива посока на потока се нарича реверсивен (маневреен). Неговата роля се състои главно във взаимопомощ между съседни сравнително мощни системи. Разликата между опорни мрежи и обратни връзки често е много неясна.
Условието за разделяне на системата за пренос и разпределение на електрическа енергия в главните електрически мрежи, т.е. електропренос на дълги разстояния, опорни мрежи и системи за разпределение на електрическа енергия според номиналното им напрежение. С развитието на главните мрежи (нарастване на товарите и свързване на понижаваща подстанция, появата на нови източници на генериране и покриването на територията с електрически системи) те все повече изпълняват функцията за разпределение на електроенергия. Това означава, че мрежите, които изпълняват функцията на пренос, гръбнак, с появата на мрежи с по-високо напрежение в енергийните системи, постепенно „прехвърлят“ тези функции към тях, превръщайки се в разпределителни мрежи.
Номиналното напрежение на преносната линия зависи от предаваната мощност, броя на веригите и разстоянието (обхвата), на което се предава електричеството. Изборът на номинални напрежения се извършва на етапа на проектиране на ЕЕ преносни системи. В този случай трябва да се отбележи, че колкото по-голяма е предаваната мощност и дължината на линията, толкова по-високо, поради технически и икономически причини, трябва да бъде номиналното напрежение на предаване. На настоящия етап от развитието на EPS приблизителната предадена мощност и дължината на електропровода в зависимост отклас на напрежение се характеризира с данните, дадени в таблица № 1.
Таблица № 1 Предавана мощност и обхват на предаване
Преносът на електроенергия от отдалечени електроцентрали на първите етапи на развитие на междусистемното свързване се извършва под формата на неразклонено електропреносно напрежение с напрежение (330) 5001150 kV (Фигура № 1). Мощните IES или водноелектрическите централи имат блокова схема. Към всеки трансформатор са свързани от един до три генератора, захранващи с енергия шини 500-150 kV. Освен това енергията се предава по дълга линия, през понижаваща подстанция до приемната система, част от натоварването на която се осигурява от собствените й генераторни станции (фиг. № 1)
Ако в станцията има няколко блока и свързващата линия е многоверижна, тогава преносът на енергия може да се извърши въз основа на блокови или свързващи схеми. В блоковата схема (Фигура № 2) преносът на електроенергия на дълги разстояния се осъществява чрез отделни напречно несвързани електропреносни линии (блокове) към обща група автобуси (подстанции) на приемната система, свързани помежду си с връзки 110-220 kV.
Тези връзки и станции на приемната система трябва да задоволяват нуждата от захранване в случай на повреда на което и да е устройство. При прекъсване на веригата (блока) аварията се локализира в една от станциите, но приемната система е напълно лишена от съответната част от мощността на предавателната станция. В свързана верига (Фигура № 3), която осигурява по-голяма надеждност на електрозахранването, многоверижната далекопроводна линия има няколко връзки по маршрута си - точки на превключване (PP) - между отделни вериги, разделящи дълга линия на къси участъци (250-350 km). Изграждането на контролна зала е съпроводено с увеличаване на броя на използваните скъпи комутатори. Изключване на отделна линия от мрежов участък между точките на превключванелеко увеличава общото съпротивление, което ви позволява да запазите предаването на дадена мощност за предаване на мощност или капацитет на предаване.
Капацитетът за пренос на енергия се разбира като най-голямото активно трифазно предаване на енергия, което може да се предава в дългосрочно стабилно състояние, като се вземат предвид експлоатационните и технически ограничения. Максималната предадена активна мощност (лимит) на пренос на електроенергия е ограничена от условията на статична стабилност на генераторите на електроцентрали, предавателните и приемащите части на EPS, свързани чрез предаване на мощност с номинално напрежение Un:
и допустима мощност за нагряване на проводниците на линията с допустим ток Idop:
където E и U са ЕМП на генераторите на предавателната станция и напрежението на приемната система;
От практиката на работа на EPS следва, че преносният капацитет на електропроводи 500-750 kV обикновено се определя от коефициента на статична стабилност, за електропроводи 220-330 kV могат да възникнат ограничения както по отношение на стабилността, така и по отношение на допустимото отопление.
Максималната предавана мощност на линията може да се сравни с нейната естествена мощност. Приемайки постоянно и равно на номиналното напрежение в краищата на линията, пренаписваме приблизителния израз № 1 във формата:
където Rnat е естествената мощност на линията без загуби; - коефициент на изменение на фазата на вълната на напрежението (тока); L е дължината на линията.
Типични данни за капацитета на електропровода са дадени в таблица № 2
Характеристики на капацитета на преносните линии
Осигуряването на необходимата мощност за пренос на електроенергия със задоволителни икономически показатели е най-голямата техническа трудност.
На далечни електропроводи използвам най-високата отуправлявано номинално напрежение: 500.750 kV. В близко бъдеще напрежението от 1150 kV ще бъде широко използвано. При по-високо напрежение, както следва от основните изрази № 1 и № 3, максималната мощност на предаване се увеличава; заедно с това се намаляват загубите на мощност и енергия в активното съпротивление на линията. В същото време се увеличават разходите за въздушни линии и оборудване на подстанции, загубите на енергия в короната и капацитивния ток на линията.