Перспективы применения электротехнического оборудования с элементами технологии сверхпроводимости в ОАО «ОЭК»

Page 1
background image

Page 2
background image

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»


Page 3
background image

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

-


Page 4
background image

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

.


Читать онлайн

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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»