64
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
64
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
О
тличительной
особенностью
электро
-
энергетической
системы
Москвы
яв
-
ляется
наличие
основных
перетоков
мощности
с
севера
на
юг
.
Повышение
пропускной
способности
связей
между
северной
и
южной
частями
мегаполиса
требует
увеличения
числа
линий
220
кВ
или
со
-
оружения
подстанций
глубокого
ввода
500
кВ
с
присоединением
их
к
узлам
500
кВ
,
располо
-
женным
на
Московском
кольце
500
кВ
.
Электроснабжение
центральной
части
Мо
-
сквы
в
настоящее
время
осуществляется
в
ос
-
новном
по
кабельным
линиям
электропередачи
(
КЛ
).
При
этом
нагрузка
потребителей
состав
-
ляет
примерно
2000
МВА
и
покрывается
за
счёт
получения
мощности
от
питающих
центров
,
расположенных
по
периферии
города
.
Увели
-
чение
спроса
на
электрическую
мощность
при
-
водит
к
актуальной
проблеме
покрытия
этой
мощности
,
которая
может
быть
решена
за
счёт
создания
дополнительных
источников
мощно
-
сти
(
строительства
электростанций
)
и
сооруже
-
ния
подстанций
глубокого
ввода
.
Поскольку
для
постройки
электростанций
в
центре
города
необходим
отвод
значительных
территорий
,
а
их
функционирование
может
на
-
рушать
экологию
и
архитектуру
района
,
одним
из
альтернативных
путей
является
повышение
мощности
передающих
линий
,
достигаемое
за
счёт
увеличения
напряжения
и
/
или
повышения
номинального
рабочего
тока
.
Одним
из
кардинальных
решений
пробле
-
мы
мог
бы
быть
вариант
перехода
на
более
высокую
ступень
напряжения
— 500
кВ
, —
проработанный
ОАО
«
Институт
«
Энергосеть
-
проект
»:
строительство
воздушной
ЛЭП
500
кВ
(
ВЛ
500
кВ
),
способной
передать
мощность
до
2000
МВА
.
Однако
в
центре
города
этот
вари
-
ант
является
неприемлемым
.
Строительство
кабельной
ЛЭП
500
кВ
(
КЛ
500
кВ
)
в
земле
или
тоннеле
не
требует
от
-
ведения
значительных
тепловых
мощностей
,
но
Перспективы применения
электротехнического
оборудования
с элементами технологии
сверхпроводимости
в ОАО «ОЭК»
Московская энергосистема осуществляет электроснабжение потребителей
на территории Москвы и Московской области площадью около 47 тысяч ква-
дратных метров с населением более 19 млн человек. На территории Москов-
ской энергосистемы действуют электрические сети напряжением 750, 500, 220,
110 кВ, установленная трансформаторная мощность — около 65 тысяч МВА,
998 ЛЭП протяжённостью примерно 16700 км.
Андрей МАЙОРОВ,
генеральный директор
ОАО «Объединённая энергетическая компания»
65
№
2 (29),
март
–
апрель
, 2015
65
по
сравнению
с
ВЛ
500
кВ
КЛ
500
кВ
имеет
удельную
ёмкость
в
12—15
раз
выше
.
Для
компенсации
реак
-
тивной
мощности
,
генерируемой
КЛ
500
кВ
,
необхо
-
дима
установка
компенсирующих
устройств
(FACTS)
суммарной
мощностью
приблизительно
900
МВА
.
Размещение
такого
оборудования
(
с
системами
мо
-
ниторинга
и
пожаротушения
)
на
ПС
в
центре
города
крайне
нежелательно
.
Перспективным
решением
проблемы
глубокого
ввода
в
центральных
районах
Москвы
является
при
-
менение
газоизолированных
(
газонаполненных
)
ли
-
ний
электропередачи
(
ГИЛ
).
Следует
отметить
,
что
в
70-
х
годах
прошлого
сто
-
летия
в
нашей
стране
были
разработаны
,
изготов
-
лены
и
установлены
в
опытно
-
промышленную
экс
-
плуатацию
ГИЛ
на
110
и
220
кВ
,
затем
были
начаты
стендовые
испытания
ГИЛ
500
кВ
.
Однако
недоста
-
точная
технологическая
проработка
этих
устройств
затормозила
их
продвижение
на
российский
рынок
.
Для
создания
линий
электропередачи
большой
мощности
хорошо
подходит
также
и
другой
вариант
—
использование
сверхпроводников
второго
поколения
.
Новые
сверхпроводники
назвали
высокотемпе
-
ратурными
(
ВТСП
).
Из
ВТСП
-
проводов
сегодня
соз
-
даны
и
введены
в
опытную
эксплуатацию
несколько
кабельных
систем
в
Германии
,
США
,
Корее
,
Японии
и
других
развитых
странах
.
Эксплуатация
в
режиме
реальной
энергосети
показывает
высокую
надёж
-
ность
этих
систем
.
Важным
фактором
,
позволяющим
существенно
упростить
конструкцию
высоковольтной
изоляции
в
случае
ВТСП
-
кабеля
,
является
очень
высокая
ди
-
электрическая
прочность
жидкого
азота
,
который
используется
в
качестве
охлаждающего
агента
(10—
50
кВ
/
мм
,
в
зависимости
от
давления
,
чистоты
азота
и
геометрии
).
Эти
значения
сравнимы
с
диэлектри
-
ческой
прочностью
трансформаторного
масла
,
что
позволяет
существенно
сократить
толщину
изоляци
-
онного
слоя
и
уменьшить
габариты
высоковольтного
кабеля
.
Основные
достоинства
сверх
-
проводниковых
кабельных
ли
-
ний
,
помимо
компактных
разме
-
ров
,
таковы
:
•
отсутствие
электромаг
-
нитного
поля
вне
кабеля
.
В
конструкции
ВТСП
-
кабеля
,
как
правило
,
используется
экран
из
ВТСП
-
лент
,
не
даю
-
щий
излучению
проникнуть
вне
кабельной
оболочки
.
Это
позволяет
,
в
частности
,
про
-
кладывать
высоковольтные
КЛ
в
земле
;
•
отсутствие
тепловыде
-
ления
.
Из
-
за
того
что
рабочая
температура
сверхпроводни
-
ка
очень
низка
,
ВТСП
-
кабели
снабжены
вакуумной
тепло
-
изоляцией
очень
высокого
уровня
.
Поэтому
внешний
слой
кабельной
системы
находится
практически
при
температуре
внешней
среды
.
Это
позволяет
размещать
параллельные
кабельные
ВТСП
-
линии
или
фазы
практически
вплотную
друг
к
другу
;
•
длительный
срок
службы
.
Основным
крите
-
рием
,
ограничивающим
срок
службы
высоко
-
вольтных
кабелей
,
является
старение
изоляции
,
ускоряющееся
при
повышении
температуры
(
увеличении
силы
тока
).
Так
как
ВТСП
-
кабели
эксплуатируются
при
криогенных
температурах
,
при
которых
негативные
процессы
старения
изо
-
ляции
сильно
заторможены
,
прогнозируемый
срок
службы
ВТСП
-
КЛ
многократно
превышает
срок
службы
стандартных
кабелей
.
Ещё
одно
полезное
свойство
ВТСП
-
КЛ
—
отно
-
сительно
низкое
значение
индуктивности
и
ёмкости
.
Благодаря
этому
электроэнергия
большой
мощности
может
быть
передана
по
ВТСП
-
кабелю
без
компен
-
сирующих
устройств
на
большое
расстояние
(
сотни
километров
).
В
этом
отношении
ВТСП
-
КЛ
уступает
только
воздушной
линии
передачи
.
Стоит
отметить
,
что
изготовление
ВТСП
-
кабельных
систем
уже
освоено
в
России
.
Так
,
в
2007—2010
гг
.
коллективом
разработчиков
(
ОАО
«
ВНИИКП
»,
ОАО
«
ЭНИН
им
.
Г
.
М
.
Кржижановско
-
го
»,
НИУ
«
МАИ
»,
ОАО
«
НТЦ
Электроэнергетики
»)
был
разработан
и
изготовлен
ВТСП
-
кабель
,
который
был
на
тот
момент
самый
длинный
в
Европе
(20
кВ
,
50
МВА
, 200
м
).
В
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
активно
ведётся
проект
по
созданию
самой
длинной
в
мире
ВТСП
-
КЛ
постоянного
тока
в
Санкт
-
Петербурге
(20
кВ
, 50
МВА
,
2500
м
).
ВТСП
-
провода
второго
поколения
произво
-
дятся
в
ЗАО
«
СуперОкс
»;
в
2013
году
на
их
основе
в
ОАО
«
ВНИИКП
»
были
сделаны
два
модельных
кабе
-
ля
с
критическим
током
3
и
4,5
кА
.
Применительно
к
Московской
энергосистеме
сверхпроводящие
кабельные
линии
могут
быть
ис
-
пользованы
для
ввода
большой
мощности
в
центр
города
с
использованием
существующей
инфра
-
структуры
или
лишь
с
небольшими
её
изменения
-
66
СЕТИ РОССИИ
ми
.
Так
,
три
фазы
кабеля
с
рабочим
напряжением
275
кВ
разработки
компании
Furukawa
позволяют
передавать
мощность
порядка
1500
МВА
,
при
этом
такая
кабельная
линия
помещается
в
кабельный
ка
-
нал
шириной
примерно
1
м
и
высотой
0,50
м
.
Токоне
-
сущая
способность
жилы
может
повышаться
за
счёт
использования
большего
количества
ВТСП
-
провода
как
минимум
до
10
кА
.
Таким
образом
,
можно
заключить
,
что
создание
трёхфазной
ВТСП
-
КЛ
переменного
тока
с
рабочим
напряжением
220
кВ
и
передаваемой
мощностью
2000—3000
МВА
с
технической
точки
зрения
явля
-
ется
полностью
реализуемым
.
Такая
линия
будет
сверхкомпактным
,
энергосберегающим
и
экологич
-
ным
решением
описанной
выше
проблемы
.
Развитие
электроэнергетических
систем
(
ЭЭС
)
тесно
связано
с
общим
экономическим
развитием
и
характеризуется
устойчивым
ростом
электрических
нагрузок
,
соответствующим
увеличением
генерирую
-
щих
мощностей
,
усилением
связей
с
соседними
ЭЭС
и
созданием
крупных
объединённых
систем
,
охваты
-
вающих
не
только
территории
отдельных
стран
,
но
и
целые
континенты
.
Неизбежным
следствием
такого
развития
является
рост
токов
короткого
замыкания
(
КЗ
),
особенно
остро
проявляющийся
в
регионах
с
высокой
плотностью
энергопотребления
,
а
также
в
мегаполисах
.
В
Московской
энергосистеме
одной
из
основных
проблем
функционирования
электрической
сети
так
-
же
являются
высокие
значения
токов
КЗ
.
Проведённые
в
ОАО
«
Институт
«
Энергосетьпро
-
ект
»
расчёты
показали
,
что
к
2020
году
в
Московской
энергосистеме
при
существующем
секционировании
электрической
сети
токи
КЗ
превысят
значение
63
кА
на
16
существующих
и
80
кА
на
вновь
сооружаемых
энергообъектах
500
и
220
кВ
.
В
качестве
основного
мероприятия
по
ограниче
-
нию
токов
КЗ
в
Московской
энергосистеме
в
настоя
-
щее
время
применяется
секционирование
(
деление
)
сети
110
и
220
кВ
.
Значительное
количество
существующих
точек
секционирования
электрической
сети
110—220
кВ
и
невозможность
их
увеличения
по
условиям
обе
-
спечения
надёжного
электроснабжения
потребите
-
лей
определяют
необходимость
разработки
и
реа
-
лизации
технических
мероприятий
по
ограничению
токов
КЗ
.
Появление
новых
технологий
и
материалов
,
свя
-
занных
с
преобразовательной
техникой
и
явлением
сверхпроводимости
,
быстрый
прогресс
в
элементной
базе
силовой
электроники
и
высокотемпературных
сверхпроводниковых
материалов
(
ВТСП
)
дают
воз
-
можность
создания
токоограничивающих
устройств
(
ТОУ
),
вставок
и
передач
постоянного
тока
(
ВПТ
,
ППТ
),
управляемых
передач
(FACTS).
К
настоящему
времени
в
мире
разработано
и
ис
-
пытано
более
15
опытных
образцов
электротехниче
-
ского
оборудования
для
ограничения
токов
КЗ
с
при
-
менением
явления
сверхпроводимости
.
Ограничители
тока
КЗ
интенсивно
разрабатыва
-
ются
в
Германии
,
Италии
,
США
,
Южной
Корее
,
Ки
-
тае
.
Так
,
ограничитель
тока
короткого
замыкания
,
рассчитанный
на
24
кВ
/1
кА
,
установлен
в
2013
г
.
в
качестве
коммутатора
шин
15
кВ
соседних
транс
-
форматоров
на
острове
Майорка
в
Испании
(
сетевая
компания
ENDESA);
изготовителем
этого
устрой
-
ства
является
компания
Nexans Superconductors
(
Германия
).
Ограничитель
тока
,
рассчитанный
на
115
кВ
/900
А
,
разработала
компания
Siemens (
Гер
-
мания
),
это
устройство
сейчас
проходит
испытания
в
энергосети
в
США
.
Корейским
институтом
KEPRI
для
использования
в
энергосети
KEPCO
создаётся
сверхпроводящий
токоограничитель
на
154
кВ
/2
кА
,
его
испытания
проводились
в
2014
г
.
В
Китае
в
2011
г
.
на
подстанции
Shigezhuang (
город
Tianjin)
введён
в
промышленную
эксплуатацию
ВТСП
-
ограничитель
тока
индуктивного
типа
,
рассчитанный
на
220
кВ
и
800
А
.
Как
отмечалось
выше
,
вопрос
об
ограничении
то
-
ков
короткого
замыкания
в
сетях
110
и
220
кВ
Мо
-
сковской
энергосистемы
стоит
крайне
остро
.
Имен
-
но
поэтому
применение
прорывных
технологий
с
использованием
высокотемпературных
сверхпро
-
водников
особенно
актуально
в
электроэнергетике
города
Москвы
.
Установка
токоограничивающего
реактора
ТОР
220
кВ
на
ПС
«
Мневники
»
предусма
-
тривается
инвестиционной
программой
ОАО
«
ОЭК
».
Проектами
строительства
кабельных
линий
220
кВ
также
определена
необходимость
установки
ТОУ
на
ПС
«
Ваганьковская
», «
Новобратцево
», «
Централь
-
ная
», «
Чоботы
»
и
др
.
ОАО
«
ОЭК
»
ведёт
проработку
вопроса
о
внедрении
сверхпроводящего
коммутато
-
ра
токоограничивающей
установки
,
рассчитанного
на
напряжение
220
кВ
для
ПС
«
Мневники
».
Вопро
-
сы
разработки
и
внедрения
были
обсуждены
с
про
-
фильными
специалистами
из
Германии
,
Южной
Ко
-
реи
и
российской
компанией
ЗАО
«
СуперОкс
».
В
заключение
стоит
отметить
,
что
ОАО
«
Объ
-
единённая
энергетическая
компания
»,
поддерживая
курс
на
устойчивое
развитие
своего
электросетевого
хозяйства
,
внедрение
инновационных
технологий
и
оборудования
,
регулярно
участвует
в
мероприятиях
,
объединяющих
российских
и
зарубежных
професси
-
оналов
энергетической
отрасли
.
ОАО
«
ОЭК
»
предлагает
проработать
вопрос
стро
-
ительства
ПС
глубокого
ввода
,
запитанных
кабель
-
ными
сверхпроводниковыми
линиями
на
напряже
-
нии
220
кВ
с
пропускной
способностью
2—2,5
ГВт
.
При
прочих
равных
условиях
очевидно
,
что
затраты
на
строительство
КЛ
220
кВ
ВТСП
будут
ниже
за
счёт
меньших
размеров
кабельных
тоннелей
.
Применение
сверхпроводниковых
токоограничи
-
вающих
устройств
в
сети
220
кВ
позволит
решить
на
-
сущную
проблему
роста
токов
короткого
замыкания
в
энергосистеме
.
В
качестве
инновационной
деятельности
ОАО
«
ОЭК
»
намерено
также
внедрять
и
другие
проекты
с
применением
сверхпроводникового
оборудования
,
такие
как
:
•
сверхпроводниковые
накопители
энергии
мощ
-
ностью
0,5—1,0
МВт
•
ч
для
резервирования
сели
-
тебных
и
бытовых
потребителей
мегаполиса
;
•
строительство
сетей
20
кВ
с
большой
пропускной
способностью
в
г
.
Москве
.
Оригинал статьи: Перспективы применения электротехнического оборудования с элементами технологии сверхпроводимости в ОАО «ОЭК»
Московская энергосистема осуществляет электроснабжение потребителей на территории Москвы и Московской области площадью около 47 тысяч квадратных метров с населением более 19 млн человек. На территории Московской энергосистемы действуют электрические сети напряжением 750, 500, 220, 110 кВ, установленная трансформаторная мощность — около 65 тысяч МВА, 998 ЛЭП протяжённостью примерно 16700 км.
