Статьи и аналитикаБиблиотекаОбразованиеМероприятия  
Каталог

О проблемах расчёта потерь на корону воздушных линий электропередачи

Тамазов А.И.

Конструкция воздушной линии (ВЛ) высокого и сверхвысокого напряжения определяется в результате сравнения затрат на строительство со стоимостью потерь электроэнергии в конкурирующих вариантах. Если потери электроэнергии определены неверно, то сечение линии может оказаться либо больше, либо меньше оптимального. При занижении расчётных потерь электроэнергии к строительству будет предложен вариант с уменьшенными сечениями проводов фаз. В этом случае параметры ВЛ оказываются неоптимальными и при эксплуатации такой линии будут иметь место повышенные потери электроэнергии. Следовательно, получение достоверных расчётных значений потерь электроэнергии в ВЛ крайне важно.

Если потери электроэнергии в проводах ВЛ можно определить, зная предполагаемую загрузку линии, то оценка потерь электроэнергии на корону требует не только знания метеорологической обстановки в месте прохождения ВЛ, но и использования таких методик расчёта, которые дают близкие к действительности результаты.

Потери мощности на корону в ВЛ зависят от параметров погодных условий, вариации которых случайны. Поскольку характеристики изменчивости потерь мощности от короны зависят от типа погоды, то обычно рассматривают отдельно потери мощности на корону при хорошей погоде, хорошей погоде с повышенной влажностью воздуха, сухом и мокром снеге, тумане, дожде, изморози. Так как повторяемость метеорологических явлений определяется периодом солнечной активности (10 – 12 лет), то в пределах этого периода потери на корону можно считать стационарным случайным процессом, характеристиками которого являются его функция распределения и корреляционная функция. Следовательно, для изучения характеристик потерь на корону необходимо располагать данными непрерывных измерений погодных параметров и потерь на корону в течение периода солнечной активности. Поэтому для создания методики расчёта потерь на корону ЭНИН разработал и изготовил несколько экземпляров автоматизированной системы непрерывных измерений потерь мощности на корону и метеопараметров (температура, давление, влажность, скорость ветра, количество осадков, плотность тумана, объём отложений на проводе), с помощью которой на протяжении 10 лет проводились непрерывные измерения в действующих ВЛ 500 и 750 кВ, а также в опытной ВЛ 1150 кВ. Данные этих измерений, а также теоретические исследования свойств коронного разряда на проводах, позволили создать вероятностную методику расчёта функций распределения, корреляционных функций, средних и максимальных удельных и полных потерь на корону для ВЛ различных номинальных напряжений и конструкций, а также суммарных потерь на корону от нескольких линий энергосистемы.

Хотя эта методика была разработана в последней четверти прошлого века, тем не менее, для расчёта потерь мощности и электроэнергии на корону до сих пор используется методика [1, 2], основанная на усреднении данных измерений зависимости потерь на корону от напряжения на опытных пролётах в произвольно принятых координатах.

Анализ методики [1] показал, что она занижает как удельные потери мощности на корону, так и годовые потери электроэнергии на корону, определённые в [2]. Упомянутые материалы создают иллюзию благополучного положения с потерями в ВЛ высокого напряжения. На самом деле в транспортных и системообразующих линиях теряется большое количество электроэнергии, а максимальные потери мощности на корону съедают ощутимую долю установленной мощности генераторов электростанций. Использование занижающей потери электроэнергии на корону методики при проектировании новых ВЛ умножает количество вводимых экономически неэффективных линий.

Например, в [3] были сформулированы рекомендации по использованию [1] для расчёта потерь на корону в ВЛ 1150 кВ в. Там записано: «В общем по результатам измерений, полученным для ВЛ 1150 кВ и на опытном стенде ВНИИЭ, можно считать, что для основных видов погоды, вызывающих большие потери мощности на корону, все данные хорошо согласуются между собой и с рассчитанными по [1]». Такого рода вывод противоречил данным измерений на опытном пролёте ВНИИЭ, поскольку авторы [3] в той же статье констатировали, что потери, измеренные при хорошей погоде, дожде и снеге, превышают рассчитанные по [1] на 30% и более. Опыт работы ВЛ 1150 кВ Экибастуз – Кокчетав на номинальном напряжении показал, что потери на корону в этой ВЛ, определённые по методике [1], оценены неверно. Это заставило НИИПТ провести серию измерений потерь от короны на опытном пролёте и предложить новые кривые для расчёта удельных потерь на корону в ВЛ 1150 кВ. Однако эти кривые также дают заниженные значения потерь. Тем не менее проектирование ВЛ ВН и СВН продолжается по [1], что приводит к тиражированию линий с большими потерями электроэнергии на корону.

А) Расчётные кривые [1] занижают потери мощности на корону, так как: а) они построены по данным спорадических измерений потерь на корону, полученным на опытных пролётах, и потому не репрезентативны; б) обобщение опытных данных осуществлено в размерных координатах, не являющихся критериальными

, (1)

где Рк – удельные (на единицу длины) потери на корону в фазе,

n – число проводов в фазе,

rп – радиус провода,

Е0 – критическая напряжённость,

Еэ – эквивалентная напряжённость на поверхности провода.

а) Общая продолжительность измерений зависимости потерь на корону от напряжения на опытных пролётах составляет несколько сот часов, что явно недостаточно. Потери мощности на корону изменяются в очень широком диапазоне, который соответствует 2-м порядкам, при этом изменение потерь во времени протекает очень быстро (например, при дожде). Поэтому для получения достоверной статистики измерения необходимо проводить непрерывно. Свойства поверхности провода не остаются постоянными. Они меняются от одной изготовленной партии к другой. Поэтому для получения достоверной информации необходимо измерять потери на различных проводах. В американском справочнике [4] на стр.205 отмечено, что «ни средние, ни максимальные потери не могут быть определены, исходя из кратковременных испытаний на коротких линиях, поскольку для этого требуется проведение обширных статистических измерений». Таким образом, данные измерений потерь на опытных пролётах не репрезентативны и потому не позволяют получить достоверные значения средних и максимальных потерь.

б) Координаты (1), в которых обобщались опытные данные, полученные на опытных пролётах, противоречат теоретическим работам, проводившимся со времён Р. Хольма (1927г.) и подтверждённым исследованиями ЭНИН [5], согласно которым потери мощности общей короны при переменном токе равны

, (2)

где b – коэффициент, зависящий от геометрии ВЛ и геометрии объёмного заряда,

U – амплитудное значение фазного напряжения ВЛ,

U0 – критическое напряжение общей короны.

Это значит, что обобщение потерь мощности на корону необходимо производить в безразмерных координатах

. (3)

В теоретических и экспериментальных работах ЭНИН [5] показано, что координаты (3) справедливы и для потерь местной короны. Таким образом, координаты [1] не только не соответствуют теоретическим представлениям о коронном разряде, но и даны в не безразмерном виде, что лишает их права называться «обобщёнными».

Ошибочность координат [1] подтверждается следующим. Согласно формуле (1) потери на корону в фазе при неизменных напряжённостях на поверхности провода пропорциональны числу проводов в фазе, что неверно. В американском справочнике [4] на рис. 5.3.3. стр.203, показано, что увеличение числа проводов в фазе с 6 до 8 при неизменных напряжённостях на поверхности провода приводит к росту потерь мощности на корону в 1,7 – 2,1 раза. Если воспользоваться формулой (1), то потери должны увеличиться всего на 1/3.

В табл.1 представлено сравнение данных о средних потерях на корону, рассчитанных

по [1] – Р1 и по [5] – Р2. Из табл.1 видно, что по [1] расчётные потери мощности на корону оказываются меньше определённых по [5]. Расхождение весьма значительно при большом числе проводов в фазе, т.е. на ВЛ 750 – 1150 кВ.

Таблица 1

Напряжение Uн, кВ

1150

750

500

330

220

Число проводов в фазе

8

5

3

2

1

Сечение провода АС

300/

39

330/

43

240/

56

330/

43

500/

64

300/

39

400/

51

330/

43

300/

39

Радиус провода, мм

12

12,6

11,2

12,6

15,3

12

13,7

12,6

12

Потери Р1, Вт/м, [1]

49,5

45

25

11,6

6,4

4

2,9

1,9

2

Потери Р2, Вт/м, [5]

32

27

13

9

5,5

3,8

2,9

1,5

1,6

Отношение Р12

1,5

1,7

1,9

1,3

1,16

1,05

1,0

1,27

1,25

Среднегодовые потери мощности на корону, рассчитанные по [5] – Р1 и по [1] – Р2

Потери мощности на корону определяются работой сил электрического поля по продвижению ионов, образующихся при коронном разряде у поверхности проводов, через воздух. Если напряжённость поля во внешней зоне коронного разряда увеличивается, то и работа сил поля возрастает. Примем, что заряд провода одинаков в фазе с одним и с несколькими проводами одного диаметра, тогда средняя напряжённость на поверхности провода оказывается постоянной независимо от числа проводов в фазе, однако, при этом во внешней зоне разряда с ростом числа проводов напряжённость увеличивается.

Зависимости относительной напряжённости Е* от расстояния rв пространстве около провода можно определить по формуле [5]

, (4)

где Е - напряжённость в пространстве у провода по главной силовой линии,

проходящей через центр фазы и ось провода,

ε – относительная диэлектрическая проницаемость воздуха,

τ – удельный (на длине 1 м) заряд провода,

r – расстояние от оси провода до точки на главной силовой линии, проходящей

через центр фазы и ось провода.

На рис.1 даны зависимости (4) для 1, 2, 3, 4 и 8 проводов в фазе, из которых следует, что с увеличением числа проводов в фазе напряжённость в пространстве у провода растёт. Это значит, что увеличивается работа сил поля, затрачиваемая на продвижение ионов через воздух, т.е. с увеличением числа проводов в фазе потери мощности на корону, приходящиеся на один провод, возрастают. Согласно рис.1 на расстоянии 10 см от центра провода напряжённость поля фазы из 8 проводов в 2 с лишним раза больше, чем фазы с одним проводом. На расстоянии 20 и 50 см это отношение увеличивается до 3 и 4 соответственно. Напряжённости поля на тех же расстояниях для фазы из 4 проводов больше соответственно в 1,3, 1,6 и 2 раза.

Поскольку в (1) Еэ равно половине суммы средней и максимальной напряжённости на поверхности провода, то эквивалентная напряжённость Еэ оказывается больше средней, причём её рост с увеличением числа проводов в фазе слишком слаб, чтобы повлиять на существенное увеличение расчётных потерь на корону, приходящихся на один провод.

Ошибочность рекомендаций [1] демонстрируют также расчёты удельных потерь мощности на корону ВЛ 750 кВ с фазами из 4 и 5 проводов. В табл.2 даны потери на

корону, рассчитанные по [5] и по [1] для фаз с проводами АСО 600 диаметром 33,2 мм и АС 240 диаметром 21,6 мм для хорошей погоды – хп, повышенной (более 90%) влажности

Таблица 2

Удельные потери мощности на корону (Вт/м) ВЛ 750 кВ с фазами из 4 и 5 проводов

Метод

Тип фазы

хп

пв

сс

т

д1

и

сред.

 

ЭНИН

4АСО 600

5

16

25

31

58

112

 

5АС 240

14

35

48

58

108

158

 

Р240600

2,8

2,2

1,9

1,87

1,86

1,4

2

 

ВНИИЭ

4АСО 600

4,6

17,5

65

130

 

5АС 240

3,9

15,5

55

115

 

Р240600

0,85

0,89

0,85

0,88

0,87

Р240ЭНИН240ВНИИЭ

3,6

3,1

2

1,4

2,5

воздуха – пв, сухого снега – сс, тумана – т, дождя – д, изморози – и. Из табл.2 следует, что по методике [5] потери ВЛ с фазой 5АС 240 больше потерь ВЛ с фазой 4АСО 600 в 2 раза,

тогда как по [1] в 0,87 раза. Последняя цифра противоречит элементарной логике.

Действительно, ёмкости фаз с проводами 5АС 240 и 4АСО 600 примерно равны, поэтому равны и заряды фаз. Плотности зарядов проводов обратно пропорциональны поверхностям всех проводов пучка. Поверхность проводов фазы 5АС 240 пропорциональна произведению числа проводов на диаметр – 5х21,6=108, а поверхность фазы 4АСО 600 пропорциональна величине 4х33,2=132,8. Тогда отношение плотностей зарядов или напряжённостей фаз 4АСО 600 к 5АС 240 будет равно 132,8/108=1,23. Начальные напряжённости проводов АС 240/32 и АС 600/72 равны соответственно 3,87 и 3,7 млн.В/м, поэтому их отношение равно 3,87/3,7= 1,05. Тогда отношение 1,23/1,05 = 1,17 и потери на корону ВЛ с 5 проводами будут больше потерь ВЛ с 4 проводами в 1,175=2,2 раза. Это и подтверждают результаты расчёта потерь на корону по [5] – табл.2.

Б) При проектировании ВЛ определяются потери электроэнергии на корону, которые существенно зависят от погодных условий. В табл.3 представлены результаты расчёта среднегодовых потерь мощности на корону для трёх районов, находящихся на территории России. Данные о среднегодовой продолжительности погодных явлений рассчитаны Гидрометцентром по показаниям 1400 метеостанций России за 10-летний период (1983 – 1992гг). Расчёты сделаны для ВЛ 500 кВ, хотя их можно сделать для любого другого напряжения. При этом соотношение среднегодовых потерь разных географических районов не изменится.

Таблица 3

Продолжительности погодных условий Т (час), удельные Р и среднегодовые Рс потери мощности на корону (Вт/м) ВЛ 500 кВ с фазой 3АС 400/51

Погода

хорошая

дождь и мокрый снег

сухой

снег

измо-розь

туман

повыш.

влажн.

Средне-годовые потери Рс

Потери Р

2,3

26

11

54

15

7,5

ТВолоколамск

5313

939

685

989

102

732

11,9

ТВолоколамск/8760

0,6065

0,1072

0,0782

0,1129

0,0116

0,0836

ТЕйск

6175

370

150

216

301

1548

6,1

ТЕйск/8760

0,7049

0,0422

0,0171

0,0247

0,0344

0,1767

ТЧебоксары

1793

846

1042

1570

138

3371

17,1

ТЧебоксары/8760

0,2047

0,0966

0,1189

0,1792

0,0158

0,3848

Из табл.3 видно, что на территории России минимальные среднегодовые потери на корону (район Ейска) в 3 раза меньше максимальных (район Чебоксар). По [2] на территории России максимальные среднегодовые потери на корону больше минимальных в среднем на 80%.

Сравнение средних за год удельных потерь электроэнергии на корону, рассчитанных по [5] для средних по России метеорологических условий и по [2] для благоприятных и неблагоприятных метеоусловий произведено в табл.4, где для А2 в числителе даны минимальные значения потерь, а в знаменателе - максимальные. Из табл.4 видно, что на ВЛ 220 и 750 кВ определённые по [5] потери электроэнергии на корону в 1,5 и 2,5 раза больше приведенных в [2].

Таблица 4

Средние за год по России удельные потери электроэнергии

Ак (кВт.ч/м), рассчитанные в [2] и по [5]

U, кВ

220

330

500

750

Тип фазы

1х300, rп=12мм

2х400, rп=14мм

3х400, rп=14мм

5х240, rп=11мм

Ак2 по [2],

15,3/19,4

39,8/50,1

103,4/130,3

153,6/193,3

Ак5 по [5]

26,5

36,5

111,6

420,7

Ак5к2

1,7/1,37

0,92/0,73

1,08/0,86

2,74/2,18

Из таблицы удельных потерь мощности на корону [2] следует, что потери мощности , приходящиеся на 1 цепь двухцепной ВЛ напряжением 220 кВ, больше потерь в одноцепной линии в 1,85 – 2 раза. Эти цифры также неверны, поскольку влияние второй цепи ВЛ на первую определяется напряжённостью поля, создаваемой второй цепью в точках расположения проводов первой цепи. Так как напряжения ВЛ сдвинуты на 1200, то суммарная напряжённость от 3 фаз второй цепи в точках расположения проводов первой цепи будет невелика. Следовательно, потери на корону одной цепи двухцепной ВЛ будут практически такими же, как и потери одноцепной линии.

Так как ёмкости ВЛ 220 кВ на железобетонных и стальных опорах, одинаковы, то и потери на корону в них не могут отличаться на 33 -50%, как это следует из [2].

Вопреки принятой в мире терминологии по [2] «к периодам хорошей погоды относят погоду с влажностью менее 100% и гололёд. К периодам влажной погоды – дождь, мокрый снег, туман». Исследователи, занимающиеся потерями от короны на действующих ВЛ со времён Ф.Пика (начало 20-ого века) и по сей день, различают потери при дожде, мокром снеге, тумане, хорошей погоде с влажностью менее 90% и хорошей погоде с повышенной (более 90%) влажностью воздуха. Потери при дожде и мокром снеге можно объединить в одну группу, но её называют потерями при дожде. Потери при гололёде относят к потерям при изморози, поскольку их величина ближе к потерям при изморози и сильно отличается от потерь при хорошей погоде и повышенной влажности воздуха.

Рекомендованная в [2] формула расчёта влияния рабочего напряжения на потери от короны не соответствует опубликованным в мировой литературе материалам, согласно которым потери пропорциональны напряжению в 5 степени.

Данные об удельных потерях мощности на корону в ВЛ 500 кВ с фазой из 8 проводов сечением 300 мм2, которые приведены в [2] ошибочны. Известно, что коронный разряд может возникнуть только после того, как напряжение превысит начальное напряжение местной короны. Для фазы 8 АС 300, относящейся к ВЛ 1150 кВ, начальное напряжение общей короны [3] равно U=1,2×106 В, а самое низкое начальное напряжение местной короны по [4] при изморози равно 0,36×1200= 432 кВ, что выше амплитудного значения напряжения фазы ВЛ 500 кВ, равного 408 кВ. Поэтому при 500 кВ на рассматриваемой ВЛ потерь на корону вообще быть не может. Тем не менее, в [2] приводятся конкретные значения потерь на корону для этих условий.

Причисление потерь на корону к условно-постоянным также неправомерно, так как они в любой ВЛ изменяются в широких пределах в зависимости от погодных условий. Если при хорошей погоде потери равны 1, то при изморози они увеличиваются на 2 порядка.

В) Согласно [1] при проектировании ВЛ не учитываются максимальные потери на корону. Однако, в американском справочнике [4] записано: «максимальные потери на корону могут оказать значительное влияние на электроснабжение, поскольку для покрытия максимума потерь может потребоваться дополнительная установленная мощность». Расчёты и синхронные измерения полных потерь на корону одновременно в двенадцати ВЛ Украины напряжением 750 кВ при изморози показали [5], что учёт максимальных потерь на корону в максимуме нагрузки требует значительных установленных мощностей, определяемых сотнями МВт, которые могут быть снижены за счёт уменьшения потерь на корону путём увеличения числа и радиуса проводов фазы. Для примера, в один из дней при изморози, которая продолжалась несколько суток, максимальные потери на корону в двенадцати ВЛ 750 кВ длительно держались на уровне 600 МВт. Если учесть потери на корону в ВЛ 330 кВ Украины, то максимальные потери на корону достигали 1 ГВт.

Г) В противоположность [1] методика [5] позволяет рассчитывать функции распределения удельных и полных потерь мощности на корону для любой конструкции ВЛ при любом напряжении, что обеспечивает получение не только достоверных средних, но и максимальных значений как удельных (на1 км) так и полных (на одной и нескольких ВЛ разных номинальных напряжений) потерь мощности и электроэнергии на корону.

Методика расчёта потерь на корону [5] даёт близкие к истине результаты не только потому, что она основана на физических критериях, но также и потому, что обобщения помимо данных, полученных на опытных пролётах, основывались на результатах непрерывных 10-летних ( 90000час.) измерений потерь мощности на корону в действующих ВЛ 500, 750 кВ и опытной ВЛ 1150кВ в Белом Расте. Справедливость этой методики подтверждена данными измерений потерь на корону в 12 линиях 750 кВ Украины и в ВЛ 500 кВ Конаково – Трубино. Так, например, измерения на ВЛ 500 кВ Конаково – Трубино показали, что при дожде средние потери на корону с учётом потерь от токов утечки по изоляторам равны 41,8 Вт/м. Если принять, что потери от токов утечки равны 2 Вт/м, то потери на корону составят 39,8 Вт/м. Расчёт потерь на корону при дожде интенсивностью 1 мм/ч по [5] даёт цифру 34 Вт/м, что на 17% меньше измеренной величины. 

Д) Из изложенного делается понятным, почему сечения фаз ВЛ СВН в России намного меньше таковых за рубежом. Если сравнить среднегодовые потери мощности на корону отечественной ВЛ 750 кВ (фаза состоит из 5 проводов сечением 240 мм2), с потерями в американской (штат Виржиния) ВЛ 765 кВ (фаза из 6 проводов сечением 795 мм2)при средних по России метеорологических условиях, то потери в американской ВЛ в 5 раз меньше, чем в отечественной линии. Если учесть, что погодные условия в США намного мягче, чем в России, то это расхождение будет ещё большим. ВЛ 1000 кВ Японии имеет фазу из 8 проводов сечением 810 мм2. Согласно расчётам потери мощности на корону в японской ВЛ 1000 кВ в 6 раз меньше, чем в российской ВЛ 1150 кВ. Фаза ВЛ 765 кВ Южной Кореи состоит из 6 проводов, а ВЛ 500 кВ Вьетнама, Китая - из 4. К концу 2008г. в Китае будет готова ВЛ 1100 кВ длиной 640 км с фазой из 8 проводов сечением 500 мм2.

В СССР на первых ВЛ 1150 кВ применены фазы из 8 проводов сечением 330 или 300 мм2. Опыт показал, что при работе ВЛ на номинальном напряжении 1150 кВ на шинах распределительных устройств и проводах линии наблюдалась развитая корона в хорошую погоду, что свидетельствовало об ошибках в оценке потерь на корону.

Малые сечения фаз проводов отечественных ВЛ, кроме того, снижают надёжность энергосистем, поскольку они ограничивают пропускную способность линий в аварийных режимах.

Е) В настоящее время цена на электроэнергию в России вплотную приблизилась к уровню западноевропейских стран. Это обстоятельство переводит действующие ВЛ СВН в разряд несущих неоправданно большие затраты на потери при передаче электроэнергии. Поэтому для снижения этих затрат в существующих высоковольтных сетях необходимо регулировать напряжение. Для осуществления регулирования и учёта потерь электроэнергии в сети ЭНИН создал систему измерения потерь мощности в проводах от тока нагрузки и на корону в реальном времени, которая внедряется в ОАО «ФСК ЕЭС». Что же касается новых ВЛ, то они должны проектироваться с учётом стоимости действительных потерь на корону и необходимости бесперебойного обеспечения нагрузки зимой в периоды максимума нагрузки и потерь на корону [6].

Можно показать, что в современных экономических условиях применение, например, на ВЛ 750 кВ фаз 5 АС 240 экономически нецелесообразно. Рассчитаем приведенные затраты З для двух вариантов ВЛ 750 кВ с фазами 5 АС 300 и 5 АС 400, поскольку в [7] даны укрупнённые показатели стоимости для этих вариантов, по формуле

З=aК + с(Ак + Ан), (5)

где К – капитальные затраты,

a - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений,

с - тариф на электроэнергию,

Ак – потери электроэнергии на корону,

Ан – потери электроэнергии от токов нагрузки.

В формуле (5) не учитывается необходимость увеличения резерва мощности электростанций для покрытия максимальных потерь на корону при изморози в период максимума нагрузки.

Согласно [7] по состоянию на 2000г капиталовложения в ВЛ с фазой 5 АС 300 равны 5660 тыс. руб./км, а с фазой 5 АС 400 – 6120 тыс. руб./км. Эти цены могут быть приведены к уровню 2005г с помощью коэффициента 2,664 [7]. Тогда на 2005г. капиталовложения в ВЛ составят для фазы 5 АС 300 – 15078 тыс. руб./км, а для фазы 5 АС 400 – 16304 тыс. руб./км. По [7] тариф на электроэнергию в 2005г. составлял 0,9273 руб./кВт×ч. Если принять a=0,1 [7], то можно определить З для рассматриваемых вариантов ВЛ.

В табл.5, где R– удельное сопротивление линии, r – радиус провода, представлены характеристики принятых вариантов при нагрузке Р=1500 МВт, a=0,1 и тарифе на электроэнергию с = 0,9273 руб./ кВт×ч. [7]. Потери на корону рассчитывались для средних по России метеорологических условий. Так как З1ñЗ2, то вариант 2 экономически более эффективен. Если принять, что по линии передаётся мощность 1000 МВт, то и тогда З1ñЗ2. Последнее соотношение остаётся справедливым и в случае, если принять низкий тариф на электроэнергию в размере 0,5 руб. за 1 кВт×час. Поскольку значение З для линии с фазой 5 АС 240 заведомо больше З1, то, очевидно, этот вариант ВЛ экономически неэффективен.

Таблица 5

Расчёт годовых приведенных затрат З для ВЛ 750 кВ с 5 проводами в фазе

вар.

Тип

фазы

R,

Ом/км

r,

мм

К, тыс.

руб/км

Ак, тыс.

кВт×ч/км

Ан, тыс.

кВт×ч/км

с(Акн)

тыс. руб/км

З, тыс.

руб/км

1

5х300

0,0192

12

15078

338

673

937,5

2445

2

5х400

0,0148

14

16304

224

519

689

2319

Если экстраполировать укрупнённые показатели стоимости ВЛ 750 кВ с 5 проводами в фазе, приведенные в [7], на провода сечением 600, 800 и 1000 мм2, поскольку стоимость линейно зависит от сечения провода [5], то укрупнённые показатели стоимости этой ВЛ в зависимости от сечения S одного провода определятся формулой

К=11402+12,25S. (6)

Используя (6), можно рассчитать зависимости 3 от сечения провода S.

Действительно, по [6] средние потери мощности на корону в фазе для средних по России метеоусловий равны

, (7)

где bp – коэффициент наклона редуцированной характеристики общей короны,

Х=U/U,

U – начальное напряжение общей короны,

U– амплитуда фазового напряжения.

Начальное напряжение общей короны равно

, (8)

где С – средняя рабочая ёмкость фазы,

kн=1+(n-1)rn/rp,

n – число проводов в фазе,

rn – радиус провода,

rp=a/2sin(p/n) – радиус расщепления фазы,

a – шаг расщепления,

d - относительная плотность воздуха.

Для d=1 и сечений 600 (rn=16,5 мм), 800 (rn= 19 мм) и 1000 (rn= 21,2 мм) мм2 можно рассчитать: значения U, учитывая, что по [5] С=13×10-12Ф/м, а=0,4 м, U/U, поскольку U=750(2/3)1/2, и величины РсРос по (7), так как по [5] bp=5,5×10-10 1/Ом×м.

Тогда для 3 фаз можно получить: для сечения 600 мм2 - РсРос=16,3 Вт/м; для сечения 800 мм2 - РсРос=12,36 Вт/м; для сечения 1000 мм2 - РсРос=10,57 Вт/м. Следовательно, годовые потери электроэнергии будут равны: А= РсРос8760 и для сечения 600 мм2 А600=140 кВт×ч/м, для сечения 800 мм2 А800=108 кВт×ч/м, для сечения 1000 мм2 А1000=92,6 кВт×ч/м. Полученные цифры потерь на корону занижены, так как значения U рассчитывались по формуле Ф.Пика (8), которая по сравнению с формулой Г.Н.Александрова даёт при rnñ1см несколько большие значения начальных напряжений.

В табл.6 представлены результаты расчёта З в функции S для сечений 600, 800 и 1000 мм2 при определении К по (6).

Таблица 6

Приведенные годовые затраты З для ВЛ 750 кВ с 5 проводами в фазе

при различных сечениях S провода

вар.

Тип

фазы

К, тыс.

руб/км

Ак, тыс.

кВт×ч/км

Ан, тыс.

кВт×ч/км

с(Акн)

тыс. руб/км

З, тыс.

руб/км

3

5х600

18752

140

350

452,6

2328

4

5х800

21202

108

245

327,3

2448

5

5х1000

23652

92,6

203

274,1

2639

На основании табл.5 и 6 построен график зависимости приведенных затрат от сечения провода З=f(S) - рис.2. Из рис.2 следует, что провод фазы ВЛ 750 кВ из 5 проводов должен иметь сечение более 400 мм2. Полученное оптимальное сечение провода фазы занижено примерно на 20%, поскольку в формуле (5) не учтены затраты на генерирующие установки, предназначенные для покрытия максимальных потерь мощности на корону при изморози в часы пиковой нагрузки.

В свете изложенного следует весьма осторожно относиться к рекомендациям и цифрам по потерям мощности и электроэнергии на корону, опубликованным в [1,2], статьях [8,9] и справочнике [7], а также нормам ПУЭ, которые практически не ограничивают потери при изморози и дожде, составляющие в среднем по России более 70% общих потерь на корону.

Выводы

1. Выполненные в ЭНИН исследования показали, что действующая методика расчёта и нормативные документы по учёту потерь электроэнергии на корону в ВЛ занижают их значения, что приводит к неоптимальным решениям при выборе числа проводов в фазе и их сечения.

2. При оптимизации конструкции фаз ВЛ и выборе экономической плотности тока на реконструируемых и вновь проектируемых линиях 220 – 1150 кВ следует учитывать как средние, так и максимальные потери на корону.

3. Необходимо пересмотреть содержащиеся в ПУЭ нормы ограничения потерь на корону, а также вытекающую из этих норм таблицу минимальных диаметров проводов ВЛ.

Литература

1. Руководящие указания по учёту потерь на корону и помех от короны при выборе проводов воздушных линий электропередачи переменного тока 330 – 750 кВ и постоянного тока 800 – 1500 кВ. М. СЦНТИ. 1975.

2. Методика расчёта нормативных технологических потерь электроэнергии при её передаче по электрическим сетям в базовом периоде. 2005.

3. Емельянов Н.П., Костюшко В.А. Результаты измерений потерь мощности на корону на опытной ВЛ 1150 кВ. В сб. «Перенапряжения, конструкции и радиопомехи в электропередачах 1150 кВ». М. Энергоатомиздат. 1984.

4. Линии «электропередачи 345 кВ и выше. Перевод под ред. В.В. Бургсдорфа. М. Энергия. 1980.

5. Тамазов А.И. Корона на проводах воздушных линий переменного тока. Спутник +. М. 2002.

6. Тамазов А.И. Экономическая эффективность воздушных линий электропередачи в новых экономических условиях. Электро. №1, 2008.

7. Справочник по проектированию электрических сетей. Под ред. Д.Л.Файбисовича. Издательство НЦ ЭНАС. 2006.

8. Костюшко В.А. Исследования потерь мощности на корону на воздушных линиях электропередачи переменного тока. Вестник ВНИИЭ. 2004.

9. Железко Ю.С., Костюшко В.А., Крылов С.В., Никифоров Е.П., Савченко О.В., Тимашова Л.В., Соломоник Е.А. Потери электроэнергии в электрических сетях, зависящие от погодных условий. Электрические станции. 2004. №11.

Рис.1

Зависимости относительной напряжённости Е* от расстояния r между осью провода и точкой на главной силовой линии, проходящей через центр фазы и ось провода при числе проводов в фазе 1, 2, 3, 4 и 8.

Рис.2

Зависимость приведённых годовых затрат З от сечения S одного провода ВЛ 750 кВ с фазой, состоящей из 5 проводов.

Источник: http://portalenergetika.com/

Категории статьи:
Рынок электроэнергетики | Магистральные сети | Распределительные сети | Муниципальные сети | Предприятия
Эту страницу просмотрели 21509 раз