Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор основных исследований по проблеме 8
1.1. Использование воздушных линий постоянного тока свн и увн в мировой электроэнергетике 8
1.2. Современные мировые тенденции и возможности развития техники передачи электрической энергии постоянным током на дальние расстояния 10
1.3. Особенности электрического и механического расчетов вл постоянного тока 16
1.4. Экологические вопросы вл постоянного тока свннувн 19
1.5. Варианты вл постоянного тока свн и увн, их технические особенности по надежности и воздействию на окружающую среду 21
1.6. Экономические показатели вл постоянного тока свн и увн .27
2. Анализ и выбор наиболее рациональных схем опор затраты стали на опоры 29
2.1. Типичные конструкции промежуточных опор для биполярных вл 30
2.2. Типичные конструкции опор, предназначенных для поворота вл; промежуточно-угловые и анкерно-угловые 40
2.3. Анализ конструктивных схем промежуточных и анкерно-угловых опор для биполярных вл 43
2.4. Затраты стали на промежуточные, промежуточно-угловые и анкерно-угловые опоры для биполярных вл. вклад в общие затраты стали промежуточно-угловых и анкерно-угловых опор .48
2.5. Сравнение затрат стали на опоры для вл постоянного и переменного тока одинаковой пропускной способности 54
3. Оценка надежности вл постоянного тока СВН и УВН 61
3.1. Общие положения, схемы надежности 61
3.2. расчет надежности вл постоянного тока на примере российского участка мппт "восток-запад" ±500 кв 69
3.2.1. Число ожидаемых повреждений и коэффициенты готовности элементов схемы замещения по надежности электропередачи ±500 кв длиной 1000 км со свободностоящими опорами 70
3.2.2. Определение функций распределения пропускной способности и коэффициентов работоспособности рассматриваемых вариантов вл ±500 кв со свободностоящими опорами 74
3.2.3. Оценка недоотпуска энергии и условного ущерба от ненадежности рассматриваемых вариантов вл ±500 кв со свободностоящими опорами 88
3.2.4. Учет форсировочной способности полюсов вл ±500 кв со свободностоящими опорами 89
3.2.5. Оценка надежности вариантов вл ±500 кв с опорами на оттяжках 94
3.2.6. Учет форсировочной способности полюсов вл ±500 кв с опорами на оттяжках 99
3.2.7. Сравнение надежности вариантов вл ±500 кв со свободностоящими опорами и опорами на оттяжках 104
4. Методика оптимизации и оценки стоимости биполярнных и квадруполярных воздушных линий электропередачи Свн и Увн 109
4.1. Общие положения, состояние вопроса 109
4.2. Учет экологических факторов вблизи вл постоянного тока СВН и УВН
4.3. Выбор полюсов вл постоянного тока и их конструкции 116
4.4. Выбор габаритов опор вл постоянного тока с учетом электрического поля и униполярных токов ионов от коронирующих полюсов вл 118
4.5. Оптимизация опор и оценка стоимости воздушной линии в зависимости от напряжения и сечения полюса 121
4.6. Оптимизация сечения вл ппт 124
4.7. Оптимизация сечения для линий с пропускной способностью 5гвтиюгвт 126
5. Вопросы металлического возврата тока несимметрии полюсов ВЛ постоянного тока СВН и УВН 133
5.1. Цели и задачи металлического возврата тока несимметрии полюсов вл ппт 133
5.2. Расчетное исследование напряженности электрического поля у земли для квадруполярной вл ±500 кв с различными вариантами выполнения металлического возврата тока несимметрии полюсов 135
5.3. Оценка магнитного поля вл постоянного тока 146
5.4. Расчетное исследование индукции магнитного поля у земли для биполярных вл ±(400-750) кв с дополнительными проводами для
металлического возврата тока несимметрии полюсов 156
5.5. Другие особенности применения дополнительных проводов 161
Заключение 165
Список использованных источников
- Современные мировые тенденции и возможности развития техники передачи электрической энергии постоянным током на дальние расстояния
- Типичные конструкции опор, предназначенных для поворота вл; промежуточно-угловые и анкерно-угловые
- Число ожидаемых повреждений и коэффициенты готовности элементов схемы замещения по надежности электропередачи ±500 кв длиной 1000 км со свободностоящими опорами
- Учет экологических факторов вблизи вл постоянного тока СВН и УВН
Введение к работе
В настоящее время линии электропередачи постоянного тока составляют сравнительно небольшую часть от всех линий электропередачи (ЛЭП): общая протяженность построенных воздушных и кабельных линий электропередачи постоянного тока достигла 26 тыс. км. Суммарная пропускная способность линий электропередачи и вставок постоянного тока (11111 и ВПТ) во всем мире достигла в 1995 г. около 70 ГВт [1].
Несмотря на это, в последнее время усиливается интерес к линиям электропередачи постоянного тока (ЛЭП ПТ), так как последние обладают рядом ценных свойств, которые позволяют прогнозировать их более широкое использование в электроэнергетике многих стран. Таких свойств несколько, но наиболее существенные из них следующие [2]:
- На нормальный режим работы линии постоянного тока не оказывают влияния ее погонные реактивные параметры - индуктивность L и емкость С.
Это значит, что при реальных соотношениях между активными и реактивными сопротивлениями линии электропередачи (R«0)L) падение напряжения на ней во много раз меньше, чем на линии переменного тока. А это, в свою очередь, создает предпосылки для радикального увеличения радиуса действия ЛЭП ПТ по сравнению с линиями электропередачи переменного тока.
- Для линий постоянного тока ни при каких длинах не возникает ограничений передаваемой мощности по условиям устойчивости параллельной работы.
- Воздушные линии (ВЛ) постоянного тока, как правило, существенно дешевле линий переменного тока.
- Целый ряд преимуществ может быть получен за счет способности вентильных преобразователей выполнять функции быстродействующего выключателя и очень совершенного регулятора передаваемой мощности.
- При связи двух энергосистем на постоянном токе аварийные режимы в одной из энергосистем не отражаются на работе другой энергосистемы столь непосредственно, как это происходит при связи на переменном токе [2]; кроме того, исключается подпитка места к.з. в одной энергосистеме со стороны другой. Поэтому объединение энергосистем или ввод дополнительной мощности в энергосистему через электропередачу постоянного тока не приводит к увеличению токов к.з. и не требует соответствующей замены оборудования и, прежде всего, выключателей.
- Существенны выгоды постоянного тока для кабельных линий, так как условия работы изоляции кабелей при постоянном напряжении несравненно легче, чем при переменном. Благодаря этому при одной и той же толщине изоляции пропускная способность кабеля, работающего при постоянном напряжении, в 2-4 раза выше, чем у того же кабеля, но работающего при переменном напряжении, за счет более высокого номинального напряжения. Кроме того, при использовании постоянного тока отпадает само понятие критической длины кабеля, то есть отпадает ограничение длины кабельной линии [2].
- При сооружении линии электропередачи постоянного тока между двумя несвязанными энергосистемами последние могут работать несинхронно как с разными частотами (50 и 60 Гц), так и с одинаковой частотой, но с различными требованиями к точности ее поддержания.
Указанные преимущества и определяют области использования ЛЭП ПТ в будущем. Это, во-первых, пересечение широких водных пространств, где неизбежно применение дорогостоящих кабелей и где переход к постоянному току позволяет резко удешевить кабель. Более половины линий электропередачи постоянного тока являются либо полностью, либо частично кабельными. Комбинация воздушных и кабельных ЛЭП ПТ широко используется в мировой электроэнергетике и находит свое применение в новых проектах (например, проект "о. Калимантан-материк" в Малайзии, проект ЛЭП ПТ "Россия-Япония" и др.). Во-вторых, это магистральные линии без промежуточных отборов мощности, длина которых значительно превосходит радиус действия линий переменного тока. В-третьих, незаменимы ЛЭП ПТ для осуществления связи между энергосистемами с разными частотами. В-четвертых, сооружение линии электропередачи постоянного тока иногда диктуется необходимостью значительного увеличения потребления мощности в энергосистеме с очень большой плотностью потребителей без роста токов к.з. и замены выключателей. В-пятых, это несинхронные межсистемные связи ограниченной мощности между очень крупными объединенными энергосистемами или объединенными энергосистемами разных стран. Большинство линий электропередачи постоянного тока разрешают одновременно несколько перечисленных выше технических задач [2].
Главные недостатки линий электропередачи постоянного тока — высокая стоимость и техническая сложность преобразовательных подстанций. Именно эти недостатки линий постоянного тока значительно сужают сферу их применения и выделяют лишь несколько областей использования, указанных выше.
В последнее время во многих странах встает вопрос о создании линий с промежуточным отбором и без отбора мощности длиной 1500 км и более, в том числе, с длинными кабельными линиями (проекты ЛЭП ПТ Россия-Германия [3] и Россия-Япония [4], проект "о. Калимантан-материк" в Малайзии [5]).
Актуальными являются проблемы определения оптимального номинального напряжения и площади поперечного сечения полюса воздушных линий ППТ, оценки надежности ВЛ ППТ в зависимости от ее конструкции, в частности, от применения биполярных и квадруполярных ВЛ, возврата тока небаланса полюсов, а также вопросы экологии.
Целью работы является разработка решений указанных проблем для ЛЭП сверх- и ультравысокого напряжений (СВН (по классификации CIGRE, с напряжением менее ±500 кВ) и УВН (по той же классификации, ±500 кВ и более)) постоянного тока. Целостных методик, которые позволяли бы проводить выбор оптимальных значений напряжения и площади поперечного сечения полюса для ВЛ постоянного тока, оценивать ожидаемую надежность передачи постоянного тока, разрешать технические вопросы возврата тока небаланса при минимальных затратах средств, электрической и, особенно, магнитной экологии пока не существует. Поэтому, тема данной диссертации достаточно актуальна.
Попытки решить перечисленные проблемы ВЛ ПИТ делались многими учеными и инженерами России, Германии, Швеции, Англии, Франции, Японии и других стран. Однако, из-за сравнительно малого числа разработанных и построенных ВЛ ППТ и недостаточной теоретической проработки многих вопросов проектирования ВЛ ППТ обобщенную методику получить пока не удалось. Внимание к квадруполярным линиям выявилось лишь в последнее время в России, и по ним пока никаких данных не печаталось. Вопросам экологии ВЛ ППТ также стали уделять особое внимание только в последнее десятилетие, а их исследование проводилось лишь в нескольких научно-исследовательских организациях (IREQ, Канада; НИИПТ, Россия).
Поэтому, перед решением сформулированных выше главных задач в диссертации необходимо обобщить имевшиеся в литературе данные и дополнить их новыми, полученными диссертантом. Получению этих данных и посвящены первые разделы диссертации. Далее, используя полученные и известные результаты, была сделана попытка получить современную систему знаний об электрическом расчете ВЛ ППТ и примыкающих к ней вопросов передачи электроэнергии постоянным током СВН и УВН.
Современные мировые тенденции и возможности развития техники передачи электрической энергии постоянным током на дальние расстояния
В настоящее время в энергосистемах мира в общей сложности насчитывается более 80 действующих и проектирующихся ППТ и ВПТ, в том числе: на территории Западной Европы (включая Скандинавию) находится 22 таких объекта, в Северной Америке (США, Канаде и Мексике) -34, Южной Америке (Бразилия и др.) - 4, Южной Африке (Заир, Мозамбик, ЮАР) - 2, Австралии и Новой Зеландии - 3, Азии (КНР, Индия, Япония и Индонезия) - 13 и СНГ - 3 [8-13].
Причины, обуславливающие применение ППТ и ВПТ в тех или иных регионах мира, различны. Например, в Западной Европе и Скандинавии первые ППТ [Швеция - о. Готланд; Франция - Англия (ППТ через пролив Ла-Манш); Дания - Швеция (ППТ "Конти-Скан"); Южная Норвегия - Ютландия (ППТ через пролив Скаггеррак) и др.] строились для организации коммерческого обмена электроэнергией между энергосистемами, разделенными протяженными водными преградами.
Затем получили развитие "сухопутные" ППТ и ВПТ, что было вызвано опытом эффективного использования "морских" ППТ при коммерческом обмене электроэнергией между объединенными энергосистемами (ОЭС), например Франции и Англии (без создания общего диспетчерского управления), и возможностью ограничения роста токов короткого замыкания при возрастании мощностей в энергосистеме (например в Англии - ППТ Кингснорт - Лондон).
В Северной Америке, начиная с 60-х годов, взгляды на проблему применения ППТ и ВПТ изменялись: от отрицания необходимости применения ППТ и ВПТ для развития объединенных энергосистем США и Канады до полного их признания. Позднее (после известных аварий 1965 и 1977 г.г. [14]) ужесточились требования к надежности электроснабжения потребителей посредством повышения живучести ОЭС. Это требование было удовлетворено путем введения в ОЭС управляемых сечений в виде ППТ и ВПТ, что позволило улучшить контроль коммерческого обмена электроэнергией между секциями ОЭС.
В Южной Америке ППТ и ВПТ применяются для осуществления несинхронной связи между энергосистемами с разными стандартами частоты - 50 и 60 Гц.
В Южной Африке находятся в эксплуатации две ППТ. Они используются для передачи электроэнергии на значительные расстояния от ГЭС, расположенных на реках Конго и Замбези, до удаленных от них промышленных районов республик Заир и ЮАР. В Японии ВПТ вначале применялись для коммерческой несинхронной связи сетей с промышленной частотой 50 и 60 Гц, затем получили развитие ППТ, предназначенные для передачи энергии через водные преграды (ППТ Хоккайдо - Хонсю).
Известно, что первая несинхронная межгосударственная связь на постоянном токе (Франция - Англия) через пролив Ла-Манш с экономической точки зрения оказалась весьма эффективной. Она способствовала выравниванию графиков электрической нагрузки с учетом разницы во времени и колебания цен на электроэнергию как во Франции, так и в Англии. Дальнейший процесс объединения Западно-Европейских электроэнергетических систем в единую энергосистему показал эффективность использования в Европе управляемых сечений в виде кабельных ППТ, проложенных через водные преграды (проливы Ла-Манш, Скагеррак, Гибралтар, Ботнический залив, и др.). Эффективным оказалось также и введение вставок постоянного тока на границах стран с разными стандартами поддержания частоты и экономическими системами взаиморасчетов за электроэнергию. Сегодня можно считать, что вся Европейская объединенная электроэнергетическая система объединена с ЕЭС России через Скандинавию и управляемые сечения - ВПТ 1000 МВт, сооруженную в 1981 г. на ПС Выборгская и соединяющую сети 330 кВ и 400 кВ России и Финляндии.
Заслуживает внимания анализ опыта развития объединенных электроэнергетических систем США и Канады после известных "аварий века", происшедших 9-Ю ноября 1965 г. и 13-14 июля 1977 г. [14]. Авария 1965 г. была вызвана слабостью межсистемных связей и чрезмерной сложностью электрической схемы сети, контролируемой более чем тридцатью энергокомпаниями при отсутствии общего централизованного диспетчерского управления.
Типичные конструкции опор, предназначенных для поворота вл; промежуточно-угловые и анкерно-угловые
На ВЛ Нельсон ривер в качестве промежуточно-угловых при углах поворота ВЛ до 8 используются опоры на оттяжках (рис. 2.1). При поворотах 8-25 применяется стальная свободностоящая промежуточно-угловая опора (рис. 2.9). Утяжеленная стальная опора используется как анкерно-угловая для углов поворота ВЛ 0-60, а также в качестве концевой (рис. 2.9).
На рис. 2.10 показана анкерно-угловая стальная опора Тихоокеанской ВЛ ±375 (±500) кВ системы ВРА.
На рис. 2.11 показана анкерно-угловая опора для спроектированной в 60-ые годы "Энергосетьпроектом" В Л ±400 кВ Волжская ГЭС - Донбасс [42]. Анкерно-угловая опора состоит из двух стоек, каждая из которых поддерживается двумя подкосами; натяжные гирлянды крепятся к узлам объединения стоек с подкосами. Гирлянды, поддерживающие шлейфы, крепятся к горизонтальной траверсе.
Схема анкерно-угловой опоры для спроектированной, начатой строительством, но недостроенной ВЛ ±750 кВ Экибастуз-Центр [44] показана на рис. 2.12.
На рис. 2.13 и 2.14 систематизированы принципиальные схемы наиболее часто применяемых промежуточных опор для биполярных ВЛ. В качестве промежуточных применяются как свободностоящие опоры, так и опоры на оттяжках. Свободностоящие опоры более надежны и занимают меньшую площадь, опоры на оттяжках на 15-20 % легче.
Показанные на рис. 2.13 промежуточные свободностоящие опоры различаются типом гирлянд изоляторов. На схеме 2.13, а тросостойка состоит из вертикальной стойки, которая является продолжением стойки опоры, и двух консолей, длина которых обеспечивает требуемый угол защиты. Пунктиром показаны консоли для случая нулевого угла.
На схемах 2.13, b и 2.13, с тросостойки выполнены в виде двух треугольных ферм. Эти схемы различаются типами гирлянд изоляторов. Подвесные вертикальные гирлянды требуют меньше изоляторов и наиболее дешевы; V-образные гирлянды (рис. 2.13, с) более дорогие, но обладают двумя преимуществами: - уменьшают ширину ВЛ, определяемую расстоянием между полюсами; - обеспечивают снижение точек передачи горизонтальных нагрузок от ветра на провода до уровня соединения ветвей гирлянд, т.е. изгибающие моменты в стойках на схемах 2.13, с меньше, чем в схемах 2.13, а и 2.13, Ь.
На зарубежных биполярных ВЛ в качестве промежуточной опоры на оттяжках наиболее часто применяется схема опоры, показанная на рис. 2.14, а. Опора поддерживается четырьмя оттяжками, анкера которых расположены попарно симметрично относительно плоскости опоры; верхние концы оттяжек крепятся к концам двух консолей, направленных вдоль от ВЛ, что обеспечивает восприятие крутящих моментов в аварийном режиме.
Консоли могут крепиться на уровне траверс. Тросостойка часто выполняется в виде тросостойки по схеме 2.13, а с положительным углом защиты.
Схема, показанная на рис. 2.14, Ь, предложена институтом "Севзапэнергосетьпроект" в качестве альтернативной опоры для ВЛ ±750 кВ Экибастуз-Центр [44]. С целью уменьшения высоты стойки траверсы опоры выполнены наклонными; фермы тросостоек вынесены на концы траверс, что обеспечивает отрицательный угол защиты. Опора поддерживается оттяжками, две из которых расположены в плоскости опоры; вторая пара расщепленных оттяжек крепится нижними концами к анкерам на оси ВЛ, а верхними непосредственно к нижним поясам траверсы. Такая схема оттяжек не требует дополнительных консолей для восприятия крутящего момента. Однако, с точки зрения нагрузок на анкерные плиты эта схема нерациональна, так как при ветре, перпендикулярном оси ВЛ, работает только одна оттяжка и вся нагрузка передается на один анкер. В схеме на рис. 2.14, а в работу включаются 2 оттяжки.
В рассмотренных схемах траверсы крепятся к стойке жестко. При таком способе крепления в стойке появляются изгибающие моменты от ветровых и, возможно, неуравновешенных весовых нагрузок на верхнюю часть опоры, что утяжеляет стойку.
На рис. 2.7 показана промежуточная опора ВЛ ±750 кВ Экибастуз -Центр, разработанная ОДП института "Энергосетьпроект". Здесь стойка объединяется с верхней частью опоры шарнирно, что снимает изгибающие моменты от изгиба верхней части опоры. Конструкция поддерживается четырьмя расщепленными оттяжками, нижние концы которых крепятся к анкерам, расположенным аналогично анкерам схемы 2.14, а. Четыре оттяжки верхними концами крепятся к верхней части стойки, обеспечивая ее вертикальное положение, а четыре другие, попарно пересекаясь, - к нижним поясам траверсы. Такое расположение оттяжек позволяет обеспечить требуемые изоляционные промежутки между проводами и оттяжками при минимальной длине траверс, однако увеличивает деформативность системы
и делает ее чувствительной к натяжению оттяжек, которое трудно контролировать в процессе эксплуатации. По этой причине схема опоры подвергалась критике [23].
В качестве промежуточно-угловых опор для поворота ВЛ до 25 можно применить модернизированную промежуточную свободностоящую опору (рис. 2.9, тип С) с большей массой. Для опор анкерных и анкерно-угловых на угол поворота ВЛ до 60 наиболее часто находит применение схема, показанная на рис. 2.15. Схема этих опор повторяет конфигурацию соответствующей промежуточной свободностоящей опоры. Увеличение высоты тросостойки обусловлено необходимостью выдержать требуемое расстояние по вертикали между полюсами и грозозащитными тросами, а также обеспечить необходимый угол защиты.
В схеме анкерной опоры ВЛ ±750 кВ Экибастуз-Центр (рис. 2.12) крепление проводов полюсов к различным стойкам обусловлено большими сечениями полюсов и большими нагрузками на фундаменты, которые трудно воспринять при выполнении опоры по схеме рис. 2.15. Однако из-за низкой грозоупорности и по расходу стали схема на рис. 2.12 нерациональна.
Вклад промежуточно-угловых и анкерно-угловых опор в суммарные затраты стали на 1 км ВЛ оценен ниже.
Наиболее перспективной схемой промежуточной опоры на оттяжках представляется схема на рис. 2.14, а, в которой оттяжки крепятся к консолям, вынесенным вдоль оси ВЛ. Близкие схемы с перекрестными оттяжками (рис. 2.2, 2.3) обладают тем недостатком, что усилия в оттяжках увеличивают изгиб стойки; кроме того, эти схемы чувствительны к трудно контролируемой равномерности натяжения оттяжек. Недостатки остальных схем отмечены выше.
Число ожидаемых повреждений и коэффициенты готовности элементов схемы замещения по надежности электропередачи ±500 кв длиной 1000 км со свободностоящими опорами
В соответствии со схемой рис. 3.2 и принятыми соотношениями параметров отказов (табл. 3.1), ожидаемое число повреждений в год, вызывающих различные ограничения полной пропускной способности ВЛ ±500 кВ приведены в табл. 3.2.
При повреждении элемента ВЛ-1,0 возможна потеря 4 ГВт, а при повреждении элементов ВЛ-0,5 и ВЛ-0,25 - соответственно 2 ГВт и 1 ГВт. Потеря столь значительной мощности является существенным возмущением для отправных и приемных энергетических систем. Сначала оценим надежность ВЛ ППТ ±500 кВ со свободностоящими опорами, затем сделаем оценку надежности ВЛ с опорами на оттяжках, а после этого выполним сравнение свободностоящих и оттяжечных опор.
Изменение мощности, переданной в приемную систему S(t), при абсолютно надежном источнике на передающем конце SN=const [56, 57] можно рассматривать как случайный стационарный процесс. Тогда пропускная способность канала в момент времени t может характеризоваться мгновенными значениями случайной функции S(t) или безразмерной случайной функции: y(t)=S(t)/SN.
Мгновенные значения y(t) являются случайными величинами Y, причем 0 Y 1. Функция распределения ограничений пропускной способности определяется как F(y)=P{Y y}. Функция распределения пропускной способности определяется как P(y)=P{Y y}=l-F(y).
Для анализа надежности используется функция распределения пропускной способности Р(у), которая является универсальной характеристикой, позволяющей получить следующие основные показатели надежности сложной системы [56]: 1 .Коэффициент работоспособности системы, равный отношению среднего значения переданной мощности Scp к номинальной мощности передачи SN: Kp= = }ydP(y). (3.1) При полной загрузке передачи среднее значение переданной мощности пропорционально Кр (Scp= KP-SN). 2.Коэффициент недоотпуска мощности, равный отношению среднего значения непереданной (недоотпущенной) мощности (AScp=SN-Scp) к номинальной мощности передачи S : Кв= = = 1-Кр. (3.2) Среднее значение недоотпущенной мощности пропорционально К„ ASCP=KH-SN. 3.Среднее число часов возможного использования номинала пропускной способности электропередачи: Тср=Кр-8760. (3.3) 4.Величина среднего недоотпуска энергии: AW=KH-SN-8760=(l-Kp)-SN-8760. (3.4)
Обычно энергетические каналы имеют блочную структуру, и поэтому можно рассматривать конечное число 0 k n уровней реализации пропускной способности канала, причем k=n соответствует полной пропускной способности каналы, а к=0 - полному прекращению передачи энергии. В этом случае пропускная способность системы есть дискретная случайная величина yk (к=0, 1, ..., п номер уровня пропускной способности).
Вероятность рк реализации пропускной способности на уровне к для достаточно большого времени Т при условии стационарности функции y(t) [58]
Обычно энергетические каналы имеют блочную структуру, и поэтому можно рассматривать конечное число 0 Вероятность рк реализации пропускной способности на уровне к для достаточно большого времени Т при условии стационарности функции y(t) [58] где і - номер реализации уровня к за время Т; ^]tkj - сумма отрезков времени і существования пропускной способности на уровне к за время Т. Для отдельного элемента энергосистемы, который может находиться только в двух состояниях (элемент или работоспособен или отказал), номера уровней к принимают только два значения: к=0 и к=1. Тогда: р0 -вероятность неисправного состояния элемента; р, - вероятность исправного состояния элемента. Вероятность исправного состояния элемента pi называется коэффициентом готовности Кг [59]. Для отдельного элемента, согласно (3.1) и(3.2),Кр=Кг,Кн=1-Кг. Коэффициент готовности элемента может быть получен из опыта эксплуатации по выражению (3.5), или, если задана средняя интенсивность отказов элемента в единицу времени X и среднее время восстановления т, по [58]: K=PI=1/(1+VT). (3.6) Для определения результирующей функции распределения пропускной способности рассматриваемой системы (необходимой для анализа надежности системы) составим расчетную схему (см. рис. 3.2), состоящую из параллельно-последовательно соединенных элементов, для каждого из которых известна функция распределения его пропускной способности; при этом применим общее правило теории надежности [59]: а) элементы соединены последовательно в смысле надежности в том случае, если отказ одного элемента приводит к отказу всей группы элементов; б) элементы соединены параллельно в смысле надежности в том случае, если отказ одного элемента не приводит к отказу всей группы элементов. Для оценки надежности рассматриваемых вариантов ВЛ ±500 кВ определим функции распределения пропускной способности каждого варианта ВЛ. Вычислим коэффициенты готовности элементов схемы замещения по надежности, учитывая, что время восстановления опоры (и двух опор в варианте I) 280 ч (га=Ть=280 ч) [53], а время восстановления полюса 15 ч (тс=15 ч) [53]. На первом этапе оценивается надежность ВЛ со свободностоящими опорами, поэтому, исходя из сказанного выше, для расчетов принимается следующее значение параметра потока повреждений одной опоры: Хь=0,01 1/год-ЮОкм. Несмотря на многолетний накопленный опыт проектирования биполярных воздушных линий, оптимальный вариант каждой новой передачи обычно отыскивается по ее заданной пропускной способности Р0 сравнением ряда технически возможных решений, при этом оптимальные параметры линии (полюсное напряжение U, площадь поперечного сечения алюминия проводов Q и конструкция полюса, схема и конструктивное исполнение опор и др.) в силу их взаимосвязи и дискретности U и Q достигаются далеко не всегда. В настоящей главе рассмотрены методика и возможности оптимизации этих основных параметров, а также затрат стали на опоры в зависимости от Р0 и требований к надежности (в частности, цепности, т.е. числу полюсов) электропередачи. Сложность обсуждаемой оптимизации определяется ее многофакторностью и необходимостью итеративного решения задачи: при фиксированном U для механических расчетов и оптимизации опор необходимо предварительно задать конструкцию полюсов (и грозозащитных тросов), схему опоры и климатические нагрузки, а для выбора оптимального Q требуется знать стоимость опор в зависимости от Q для вычисления "приведенных" затрат на линию в целом. Так как число выполненных проектов воздушных линий постоянного тока в мире и, в частности, в России и б. СССР относительно невелико, то для анализа стоимости 1 км этих линий в зависимости от U, Q, цепности и других особенностей воздушной линии были выполнены эскизные проекты биполярных и квадруполярных (двухцепных) воздушных линий ±(400-750) кВ с широким варьированием U, Q и схем промежуточных опор. Международные экологические нормы, предъявляемые к передачам постоянного тока, в настоящее время отсутствуют. Отсутствуют также медицински обоснованные показатели по допустимым условиям нахождения человека в постоянном электрическом поле при наличии объемных зарядов под ВЛ ППТ ±(400-750) кВ. До 80-х годов основным экологическим критерием для ВЛ постоянного (и переменного) тока являлась максимальная напряженность электрического поля у поверхности земли вблизи ВЛ, где кратковременно или длительно может находиться человек. При проектировании ППТ ±750 кВ Экибастуз-Центр по предложению НИИПТ было принято, что предельное допустимое значение напряженности электростатического поля у поверхности земли (без учета влияния объемных зарядов) не должно превышать Е=25 кВ/м. При этом соответствующая величина напряженности электрического поля на уровне земли с учетом объемных зарядов Е оценивалась величиной (40-50) кВ/м в хорошую погоду [52]. При проектировании и сооружении в последние годы ППТ ±(400-500) кВ в США и Канаде принимали, что Е не должно превышать 30 кВ/м [35]. Биполярная ВЛ ППТ ±600 кВ в Бразилии (от ГЭС Итайпу до Сан-Паулу) построена в габаритах, обеспечивающих напряженность Е (с учетом объемных зарядов) на уровне земли под ВЛ около 40 кВ/м [52]. У униполярных ВЛ постоянного тока объемные заряды заполняют все пространство между проводом и землей, образуя тем самым униполярный ток ионов, дрейфующих от полюса на землю [29]. На биполярной В Л постоянного тока объемные заряды заполняют все пространство между коронирующими проводами, а также между проводами и землей. Эти заряды образуют как доминирующий по величине биполярный ток между полюсами линии, создаваемый двумя встречными потоками положительных и отрицательных ионов, дрейфующих от разноименных полюсов линии, так и униполярные токи, создаваемые ионами одного знака, дрейфующими от каждого полюса на землю. Также установлено, что униполярные токи на землю появляются сразу после возникновения биполярного тока короны между проводами [29]. Униполярные токи ионов от коронирующих проводов на землю достаточно малы (по измерениям на опытных пролетах составляют не более 10 мкА/м), они намного меньше биполярного тока между проводами, и потому могут не учитываться при расчете потерь на ВЛ. Однако, несмотря на их сравнительно небольшую величину, очень важно учитывать их при рассмотрении вопросов влияния линий электропередачи СВН и УВН на окружающую среду [61 ], так как ионные токи резко увеличивают концентрацию ионов у поверхности земли вблизи ВЛ. Это увеличение при различных обстоятельствах может оказывать влияние на здоровье персонала, обслуживающего ВЛ, и на здоровье людей, постоянно живущих вблизи линии электропередачи. Униполярные ионные токи с полюсов линии электропередачи на землю приводят к заполнению движущимися в электрическом поле ионами всего пространства между полюсом и землей. Объемные заряды перераспределяют электростатическое поле Е под ВЛ и, в частности, увеличивают напряженность электрического поля Е вблизи земли до (1,5-2,5)Е.Учет экологических факторов вблизи вл постоянного тока СВН и УВН
Похожие диссертации на Оптимизация параметров воздушных линий постоянного тока сверх- и ультравысокого напряжения с учетом требований надежности и экологии
