Изменение представления об электрической сети

24

Ноябрь

–

декабрь

 2016

www.tdworld.com, www.tdwr.ru

Изменение представления 

об электрической сети

Влиятельные датские политики установили
новые требования по переводу под землю
некоторых воздушных ЛЭП напряжением 400 кВ.

Кристиан Йенсен (Christian Jensen), 

Energinet.dk

В

2008 

году

в

Дании

влиятельные

датские

полити

-

ки

установили

новые

требования

, 

касающиеся

перевода

под

землю

воздушных

ЛЭП

. 

Как

сис

-

темному

оператору

Дании

, 

компании

 Energinet.dk

требовалось

заменить

некоторые

участки

существующих

воздушных

ЛЭП

напряжением

 400 

кВ

на

подземные

ка

-

бели

в

течение

 10 

лет

. 

Позже

этот

план

был

пересмотрен

в

результате

того

, 

что

реализация

ряда

подобных

проек

-

тов

была

отсрочена

до

 2020 

года

.

Новые

требования

по

переводу

линий

под

землю

были

особенно

актуальны

для

районов

, 

представляю

-

щих

государственную

ценность

, 

и

густонаселенной

мест

-

ности

. 

В

течение

периода

с

 2008 

по

 2016 

год

компанией

Energinet.dk 

было

переведено

под

землю

три

участка

действующей

воздушной

линии

напряжением

 400 

кВ

.

Проект

Малый

Бельт

В

центральной

части

Дании

между

городами

Миддель

-

фартом

на

острове

Фюн

 (Middelfart-on-Funen) 

и

Фреде

-

рисией

в

Ютландии

 (Fredericia in Jutland) 

проложены

две

воздушные

линии

электропередачи

напряжением

 400 

кВ

, 

пересекающие

пролив

Малый

Бельт

 (Little Belt), 

парк

оленей

, 

жилой

и

прибрежный

районы

и

поле

для

голь

-

фа

. 

В

соответствии

с

новыми

требованиями

датских

по

-

литиков

эти

две

линии

должны

были

быть

среди

первых

переведены

под

землю

.

Указанные

линии

электропередачи

соединяют

подстанцию

 Landerupgaard 

в

Ютландии

с

подстан

-

циями

 Kingstrup 

и

 Fraugde-on-Funen. 

Протяженность

линий

составляет

 33 

и

 73 

км

, 

они

являются

главными

источниками

питания

острова

Фюн

, 

имеющего

населе

-

ние

в

 150 000 

жителей

  (

включая

город

Оденсе

). 

Фюн

также

соединен

посредством

высоковольтной

линии

постоянного

тока

 (HVDC) 

с

островом

Зеландия

, 

на

-

ходящимся

в

восточной

части

Дании

неподалеку

от

Копенгагена

.

Особенности

проекта

Проложенный

между

островами

подводный

кабель

на

-

пряжением

 150 

кВ

имеет

недостаточную

пропускную

способность

для

электроснабжения

нужной

территории

, 

а

передача

электроэнергии

по

высоковольтной

линии

постоянного

тока

 (HVDC) 

зависит

от

уровня

мощности

короткого

замыкания

острова

Фюн

. 

Таким

образом

, 

для

обеспечения

высокой

надежности

электроснабжения

ли

-

нии

электропередачи

 400 

кВ

просто

необходимы

. 

Пропускные

способности

линий

 400 

кВ

составляли

1650 

МВт

и

 1100 

МВт

. 

Использование

одиночного

под

-

земного

кабеля

вместо

каждой

из

воздушных

линий

ограничило

бы

пропускную

способность

каждой

линии

до

 600 

МВт

. 

Была

рассмотрена

возможность

такого

огра

-

ничения

. 

В

результате

проведенные

исследования

под

-

твердили

, 

что

оно

может

быть

реализовано

.

Выбранный

кабельный

маршрут

должен

был

пере

-

сечь

морской

пролив

Малый

Бельт

, 

отличающийся

на

-

личием

сильного

течения

и

крутых

склонов

поблизости

от

береговой

линии

. 

По

причине

загруженности

этого

пролива

присутствовала

потенциальная

возможность

нанесения

повреждений

подводным

кабелям

из

-

за

сбра

-

сывания

якорей

или

иной

деятельности

. 

Закапывание

кабелей

также

не

представлялось

возможным

из

-

за

плот

-

ной

глины

, 

находящейся

на

дне

пролива

. 

Таким

образом

, 

защита

подводных

кабелей

была

достаточно

сложной

задачей

.

Проектирование

подводного

кабеля

Было

трудно

произвести

выбор

подводных

кабелей

по

причине

того

, 

что

максимальное

напряжение

трех

-

жильных

кабелей

, 

представленных

на

рынке

, 

составляло

245 

кВ

  (

U

m

 — 

максимальное

напряжение

для

электро

-

оборудования

). 

Такие

кабели

обычно

использовались

для

подключения

морских

ветряных

электростанций

, 

а

кабели

более

высокого

напряжения

выпускались

толь

-

ПОДЗЕМНЫЕ 

сети

На

заднем

плане

видна

воздушная

линия

электропередачи

через

пролив

Малый

Бельт

в

Дании

. 

Позднее

эта

линия

будет

пере

-

ведена

под

землю

. 

Все

фотографии

публикуются

с

разрешения

 Energinet.dk.

25

Ноябрь

–

декабрь

 2016

www.tdworld.com, www.tdwr.ru

ко

в

одножильном

исполнении

. 

Вследствие

этого

компания

 Energinet.dk 

столкнулась

с

проблемой

отсутствия

производителей

, 

готовых

сделать

трех

-

жильный

подводный

кабель

напряжением

 400 

кВ

(

U

m

 = 420 

кВ

).

Подводные

кабели

должны

удовлетворять

установленным

требованиям

в

части

радиальных

и

продольных

сил

, 

воздействующих

на

них

во

вре

-

мя

монтажа

и

при

нахождении

на

морском

дне

. 

Та

-

ким

образом

, 

проектирование

кабеля

требовало

оптимизации

механических

характеристик

и

капи

-

таловложений

. 

Компания

 Energinet.dk 

провела

тендер

, 

ус

-

ловия

которого

предоставляли

производителям

возможность

предлагать

как

трехжильные

кабели

400 

кВ

, 

так

и

одножильные

кабели

этого

же

на

-

пряжения

. 

С

экономической

точки

зрения

трех

-

жильный

кабель

был

правильным

решением

, 

обеспечивающим

также

соблюдение

технических

стандартов

и

учитывающим

рабочие

риски

. 

Не

-

смотря

на

то

, 

что

применение

неиспользуемого

ранее

трехжильного

подводного

кабеля

 400 

кВ

и

вызывало

опасения

, 

он

все

равно

был

заказан

у

компании

 ABB. 

Монтаж

кабеля

был

запланиро

-

ван

на

лето

 2013 

года

. 

При

проектировании

площадь

сечения

алю

-

миниевых

жил

подводного

трехжильного

кабеля

400 

кВ

составила

 1400 

мм

2

, 

при

этом

площадь

сечения

жилы

подземного

одножильного

кабе

-

ля

 — 1200 

мм

2

. 

В

целях

экономии

средств

в

ка

-

честве

материала

жил

был

выбран

алюминий

, 

а

не

медь

. 

Изоляция

кабелей

была

выполнена

из

сшитого

полиэтилена

, 

который

уже

на

протяже

-

нии

долгого

времени

успешно

использовался

при

производстве

кабелей

напряжением

 400 

кВ

.

Для

предохранения

подводного

кабеля

от

про

-

никновения

воды

использовалась

оболочка

из

сплава

свинца

, 

защищенная

полупроводящим

по

-

лиэтиленом

. 

Предохранение

от

воды

подземных

кабелей

производилось

за

счет

алюминиевого

покрытия

, 

при

этом

для

защиты

от

продольного

протекания

воды

применялась

полупроводнико

-

вая

гигроскопичная

лента

, 

расположенная

между

экраном

по

изоляции

и

оболочкой

. 

Итоговая

конструкция

подводного

кабеля

включала

в

себя

три

токоведущие

жилы

, 

три

по

-

лимерных

наполнителя

и

оптоволоконный

кабель

, 

скрепленные

между

собой

полупроводниковыми

лентами

. 

Броня

кабеля

была

изготовлена

вместо

оцинкованной

стальной

проволоки

из

нержавею

-

щей

стальной

проволоки

.

Кабельный

маршрут

и

монтаж

Протяженность

морских

кабелей

составляла

7,5 

км

, 

в

том

числе

 2 

км

 — 

через

пролив

, 

имею

-

щий

глубину

 50 

м

и

сильное

течение

. 

Оставшийся

кабельный

участок

проходил

через

неглубоковод

-

ный

пролив

 Faenoe Sund. 

В

районе

пролива

Ма

-

лый

Бельт

кабели

были

проложены

на

расстоянии

от

 300 

м

до

 500 

м

относительно

друг

друга

в

целях

уменьшения

вероятности

их

одновременного

по

-

вреждения

. 

Из

-

за

состава

морского

дна

использование

гид

роподмыва

грунта

на

некоторых

участках

трас

-

сы

кабелей

было

невозможно

. 

По

этой

причине

в

мелководных

местах

компания

 JD-Contractor A/S 

ПОДЗЕМНЫЕ 

сети

Рабочие

бригады

демонтируют

воздушную

линию

электропередачи

400 

кВ

.

На

обзорной

карте

Дании

показана

область

, 

где

должен

был

быть

произведен

перевод

под

землю

воздушных

линий

 400 

кВ

.

Вид

с

воздуха

в

Дании

, 

где

показаны

две

кабельные

линии

 400 

кВ

(

красные

линии

) 

и

демонтируемые

воздушные

линии

того

же

напря

-

жения

 (

желтые

линии

).

26

Ноябрь

–

декабрь

 2016

www.tdworld.com, www.tdwr.ru

произвела

монтаж

кабелей

на

целевой

глубине

1–1,5 

м

с

помощью

экскаватора

, 

установленного

на

барже

. 

На

глубоководных

участках

было

необ

-

ходимо

проложить

кабели

по

дну

моря

и

в

отдель

-

ных

местах

защитить

их

скалистым

грунтом

при

помощи

гидроподмыва

. 

Компания

 ABB 

контролировала

установ

-

ку

подземных

кабелей

и

отвечала

за

монтаж

соединительных

и

концевых

муфт

. 

Компания

Arkil A/S 

производила

работы

по

выкапыванию

траншей

, 

бурению

и

прокладке

кабелей

. 

Под

-

земная

кабельная

трасса

пересекала

дороги

, 

склоны

на

лесистой

местности

, 

поля

для

голь

-

фа

и

сельскохозяйственные

угодья

. 

Переходы

через

дороги

были

выполнены

при

помощи

го

-

ризонтально

направленного

бурения

, 

причем

, 

каждый

одножильный

кабель

 400 

кВ

монтиро

-

вался

в

плотной

полиэтиленовой

трубе

. 

После

прокладки

кабелей

все

трубы

были

заполнены

бентонитом

для

поддержания

стабильного

те

-

плового

сопротивления

.

При

пересечении

сельскохозяйственных

уго

-

дий

кабели

прокладывались

в

открытых

транше

-

ях

, 

раскопанных

за

один

день

перед

монтажом

. 

Перед

прокладкой

кабелей

дно

траншеи

засы

-

палось

 100 

мм

слоем

песка

. 

После

установки

кабеля

траншеи

вновь

засыпались

слоем

песка

высотой

 200 

мм

 (8 

дюймов

), 

обеспечивающим

хорошее

тепловое

сопротивление

, 

и

предвари

-

тельно

извлеченным

грунтом

. 

Расстояние

между

двумя

подземными

кабельными

линиями

состав

-

ляло

 6 

м

, 

при

этом

была

использована

прокладка

кабелей

в

плоскости

с

расстоянием

 0,4 

м

между

отдельными

фазами

 (

в

свету

). 

Подземные

кабели

 400 

кВ

были

проложены

поблизости

от

все

еще

функционирующей

воз

-

душной

линии

того

же

напряжения

. 

В

случае

ко

-

роткого

замыкания

на

воздушной

линии

рабочие

могли

подвергнуться

опасности

попасть

под

на

-

веденное

напряжение

. 

Во

избежание

такой

ситу

-

ации

работы

в

таких

местах

производились

с

се

-

рьезными

ограничениями

. 

Экраны

однофазных

подземных

кабелей

бы

-

ли

заземлены

с

применением

транспозиции

на

острове

Фюн

. 

На

стороне

Ютландии

использо

-

валось

одностороннее

заземление

экранов

, 

так

как

длина

участка

составляла

всего

 1 

км

. 

Раз

-

личные

системы

заземления

экранов

кабелей

использовались

для

повышения

их

пропускной

способности

.

ПОДЗЕМНЫЕ 

сети

Рабочие

монтируют

подводный

кабель

 400 

кВ

со

специального

судна

-

кабелеукладчика

.

Модели

трехжильного

подводного

кабеля

 400 

кВ

.

Соединение

подводного

и

подземного

кабелей

через

муфту

на

берегу

.

Наличие

составляющей

постоянного

тока

в

выключателе

в

тече

-

ние

более

чем

одной

секунды

 (

в

фазе

А

).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Время (с)

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

Ток выключателя (кА)

I

a

I

b

I

c

27

Ноябрь

–

декабрь

 2016

www.tdworld.com, www.tdwr.ru

Больше

информации

на

:

ABB | www.abb.com

Arkil A/S | www.arkil.dk

Energinet.dk | www.energinet.dk

JD-Contractor A/S | www.jdcon.dk 

ПОДЗЕМНЫЕ 

сети

Компенсация

реактивной

мощности

Каждый

километр

кабельной

линии

 400 

кВ

обеспечи

-

вал

генерацию

около

 10 

Мвар

реактивной

мощности

, 

что

обуславливало

необходимость

ее

компенсации

. 

По

этой

причине

на

подстанции

 400 

кВ

, 

расположенной

примерно

в

 8 

км

от

окончания

кабельной

линии

, 

было

установле

-

но

два

реактора

мощностью

 65 

Мвар

каждый

. 

Они

были

подключены

непосредственно

к

двум

воздушным

линиям

400 

кВ

, 

отходящим

от

подстанции

. 

Если

бы

напрямую

включенные

реакторы

компенси

-

ровали

более

 50% 

от

общей

реактивной

мощности

, 

ге

-

нерируемой

всеми

линиями

 (

кабельной

и

воздушной

), 

то

могла

бы

возникнуть

серьезная

проблема

. 

В

случае

выхо

-

да

из

строя

линии

во

время

подачи

напряжения

было

бы

невозможным

отключить

ее

в

течение

нескольких

секунд

из

-

за

наличия

постоянной

составляющей

тока

, 

протека

-

ющей

через

выключатель

  (

то

есть

отсутствия

перехода

тока

в

выключателе

через

ноль

). 

Во

избежание

подобной

ситуации

реакторы

обеспечивали

компенсацию

только

50% 

реактивной

мощности

, 

генерируемой

линиями

. 

Для

обеспечения

полной

компенсации

реактивной

мощности

в

отдельном

узле

сети

был

установлен

третий

реактор

с

переменной

мощностью

от

 50 

до

 100 

Мвар

.

Тестирование

Тестирование

подземных

и

подводных

кабелей

400 

кВ

было

проведено

в

соответствии

со

стандартами

Международной

электротехнической

комиссии

  (

МЭК

) 

и

рекомендациями

Международного

совета

по

большим

электрическим

системам

 (CIGRE). 

В

тех

случаях

, 

когда

стандарты

МЭК

были

неприменимы

 (

в

части

тестирова

-

На

гористой

местности

острова

Фюн

на

компактной

тер

-

ритории

реализован

переход

кабельной

линии

 400 

кВ

в

воз

-

душную

.

Воздушно

-

кабельный

переход

в

Ютландии

позволяет

увидеть

концевые

опоры

, 

установленные

в

конце

воздушных

линий

.

ния

механических

характеристик

кабелей

 400 

кВ

), 

были

применены

рекомендации

 CIGRE.

После

прокладки

кабелей

, 

перед

вводом

в

экс

-

плуатацию

были

проведены

испытания

, 

предполагаю

-

щие

подачу

на

кабель

высокого

напряжения

, 

равного

1,7

U

0

  (

U

0

 = 220 

кВ

), 

в

течение

одного

часа

. 

Также

были

протести

рованы

оболочки

кабелей

путем

подачи

напря

-

жения

 10 

кВ

.

Защита

системы

Каждая

из

кабельных

линий

 400 

кВ

стала

частью

су

-

ществующей

схемы

электропередачи

, 

включающей

так

-

же

воздушные

линии

. 

На

последних

были

установлены

реле

дистанционной

и

дифференциальной

защиты

. 

Все

было

сохранено

в

таком

же

виде

, 

так

что

в

случае

одно

-

фазного

короткого

замыкания

кабеля

на

землю

произво

-

дится

автоматическое

повторное

включение

 (

АПВ

) 

через

приблизительно

 900 

мс

. 

Воздушно

-

кабельные

переходы

Для

удовлетворения

экологических

требований

ком

-

пания

 Energinet.dk 

внедрила

нестандартные

решения

для

двух

воздушно

-

кабельных

переходов

. 

На

острове

Фюн

переход

воздушной

линии

 400 

кВ

в

кабельную

был

реализован

на

максимально

ограниченной

территории

в

гористой

местности

. 

На

стороне

Ютландии

пролива

Малый

Бельт

воздушно

-

кабельный

переход

находился

в

промышленной

зоне

в

непосредственной

близости

от

людей

. 

Для

него

энергетическая

компания

решила

по

-

строить

хорошо

заметную

открытую

конструкцию

, 

через

которую

видны

концевые

опоры

линии

электропередачи

. 

Накопленный

опыт

В

ноябре

и

декабре

 2013 

года

две

подземные

и

под

-

водные

кабельные

линии

электропередачи

 400 

кВ

были

введены

в

эксплуатацию

, 

чтобы

заменить

демонтируе

-

мые

воздушные

линии

. 

На

протяжении

трех

лет

обе

ли

-

нии

отработали

без

каких

-

либо

аварий

и

повреждений

.

Реализованный

проект

демонстрирует

достоинства

трехжильных

подводных

кабелей

 400 

кВ

. 

Их

прокладка

намного

проще

, 

так

как

они

требуют

гораздо

меньше

ме

-

ста

, 

чем

одножильные

. 

Однако

, 

существует

и

недостаток

, 

заключающийся

в

снижении

их

пропускной

способности

относительно

все

тех

же

одножильных

кабелей

.  

Кристиан

Йенсен

(CHJ@energinet.dk) 

имеет

сте

-

пень

магистра

Технического

университета

Дании

. 

Начал

свою

карьеру

с

региональной

энергетической

компании

, 

обслуживающей

подстанции

напряжением

 60 

и

 150 

кВ

, 

воздушные

линии

и

подземные

кабели

. 

В

 2003 

году

стал

экспертом

по

кабельным

линиям

системного

операто

-

ра

Дании

 Energinet.dk, 

где

продолжает

работать

в

на

-

стоящее

время

в

качестве

главного

менеджера

проек

-

та

. 

Собрал

две

рабочие

группы

 CIGRE 

по

подземным

и

подводным

кабелям

, 

был

членом

комитета

 B1 CIGRE 

(

изолированные

кабели

) 

с

 2004 

по

 2010 

год

. 

Также

яв

-

ляется

членом

Стратегической

консультативной

группы

с

 2011 

года

.