Применение высокотемпературных проводов нового поколения на действующих ВЛ в условиях смещения максимумов нагрузки с зимы на лето

background image

background image

96

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Применение высокотемпературных 
проводов нового поколения на 
действующих ВЛ в условиях смещения 
максимумов нагрузки с зимы на лето

В

 

статье

 

показано

 

применение

 

пластически

 

обжатых

 

проводов

 

при

 

необходимости

 

значи

-

тельного

 

повышения

 

пропускной

 

способно

-

сти

 

без

 

увеличения

 

поперечного

 

сечения

 

на

 

действующих

 

линиях

 

электропередачи

 110–220 

кВ

Проводники

 

АСВТ

 

способны

 

выдерживать

 

большую

 

нагрузку

 

при

 

равных

 

условиях

 

окружающей

 

среды

 

по

 

сравнению

 

с

 

проводниками

 

АС

 [1, 2]. 

Температура

 

проводника

 

АСВТ

 

ниже

 

по

 

сравнению

 

с

 

проводником

 

AC 

при

 

увеличении

 

токовой

 

нагрузки

Разница

 

тем

-

ператур

 

особенно

 

заметна

 

при

 

больших

 

токах

Допу

-

стимая

 

температура

 

для

 

компактированных

 

провод

-

ников

 

определяет

 

зависимость

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

от

 

температуры

 

воздуха

Для

 

АС

 

и

 

АСВТ

 

в

 

условиях

 

максимальной

 

рабочей

 

температуры

 

она

 

составляет

 80°

С

 

и

 150°

С

 

соответственно

Непрерыв

-

ный

 

допустимый

 

ток

 

для

 

высокотемпературного

 

про

-

водника

 

на

 30–35% 

выше

 

значения

 

для

 

стандартного

 

проводника

 

того

 

же

 

диаметра

Имеются

 

перспективы

 

дополнительного

 

существенного

 

повышения

 

про

-

пускной

 

способности

 

в

 

обеспечении

 

стабильности

 

тяжения

 

и

 

габаритов

 [3]. 

ИЗМЕНЕНИЕ

 

МАКСИМУМА

 

НАГРУЗКИ

 

В

 

РЕГИОНАХ

 

С

 

ВЫСОКОЙ

 

ИНТЕНСИВНОСТЬЮ

 

СОЛНЕЧНОЙ

 

РАДИАЦИИ

 

И

 

ОКАЗЫВАЕМОЕ

 

ВЛИЯНИЕ

 

НА

 

ПРОПУСКНУЮ

 

СПОСОБНОСТЬ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

По

 

оперативным

 

данным

 

АО

 «

СО

 

ЕЭС

», 

в

 2023 

году

 

в

 20 

ОЭС

 

и

 

региональных

 

ЭС

 

достигнут

 

новый

 

лет

-

ний

 

максимальный

 

уровень

 

потребления

 

электри

-

ческой

 

мощности

 — 132 

ГВт

что

 

на

 5,7 

ГВт

 

выше

 

рекордного

 

летнего

 

максимума

 

прошлых

 

лет

за

-

фиксированного

 24.08.2022 

г

Ранее

 

в

 

период

 

экс

-

тремально

 

высоких

 

температур

 2022 

года

  (

в

 

июле

-

августе

максимумы

 

потребления

 

мощности

 

прошли

 

19 

объединенных

 

и

 

региональных

 

энергосистем

в

 

том

 

числе

 

ОЭС

 

Урала

Сибири

 

и

 

Востока

Лет

-

ние

 

максимумы

 

в

 2021 

году

 

прошли

 

шесть

 

объ

-

единенных

 

энергосистем

ОЭС

 

Центра

 — 5 

раз

ОЭС

 

Средней

 

Волги

 — 4 

раза

ОЭС

 

Востока

 — 5 

раз

ОЭС

 

Северо

-

Запада

 — 2 

раза

ОЭС

 

Сибири

 — 

раза

ОЭС

 

Юга

 — 2 

раза

В

 

ОЭС

 

Юга

 

летний

 

мак

-

симум

 

пройден

 07.07.2021 

г

и

 16.07.2021 

г

при

 

тем

-

пературе

 

воздуха

 27,4°

С

 — 16 

ГВт

Исторические

 

максимумы

 

в

 

объединенной

 

энергосистеме

 

регионов

 

России

 

превышены

 

в

 

период

 

летних

 

максимумов

 

на

-

грузки

Ранее

 

исторические

 

максимумы

 

потребления

 

фиксировались

 

только

 

зимой

Рост

 

нагрузки

 

в

 

пери

-

од

 

экстремально

 

высоких

 

температур

 

связан

 

с

 

гло

-

бальной

 

тенденцией

 

изменения

 

структуры

 

энерго

-

потребления

Температура

 

проводов

 

определяется

 

сочетанием

 

комплекса

 

погодных

 

характеристик

та

-

кими

 

как

 

солнце

ветер

температура

 

воздуха

и

 

ве

-

личиной

 

тока

 

нагрузки

а

 

пропускная

 

способность

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

 

зависит

 

от

 

тем

-

пературы

 

проводников

 [4]. 

Пропускная

 

способность

 

снижается

 

с

 

ростом

 

тем

-

пературы

 

окружающей

 

среды

Исходя

 

из

 

чего

 

можно

 

сделать

 

вывод

 

о

 

целесообразности

 

сравнения

 

при

-

меняемых

 

проводников

 

воздушных

 

линий

 

в

 

регионах

 

с

 

высокой

 

солнечной

 

активностью

произведенных

 

по

 

современных

 

технологиям

  (

в

 

том

 

числе

 

с

 

примене

-

В

 

статье

 

рассмотрены

 

особенности

 

применения

 

высокопрочных

 

и

 

высокотемпературных

 

проводов

 

на

 

высоковольтных

 

линиях

 

электропередачи

 

с

 

расчетом

 

их

 

эксплуатацион

-

ной

 

эффективности

Пластически

 

обжатые

 

проводники

 

обладают

 

преимуществами

 

по

 

сравнению

 

с

 

проводниками

 

иных

 

конструкций

 — 

это

 

снижение

 

вибрационных

 

нагрузок

большая

 

жесткость

 

на

 

кручение

меньшая

 

вероятность

 

галопирования

повышенная

 

ви

-

броустойчивость

 

и

 

эффект

 

самопогашения

 

колебаний

Пластическая

 

деформация

 

про

-

водников

 

значительно

 

повышает

 

механическую

 

прочность

 

и

 

в

 

несколько

 

раз

 

снижает

 

вытяжку

 

при

 

эксплуатации

Пластически

 

деформированные

 

высокотемпературные

 

про

-

водники

 

обладают

 

значительно

 

более

 

высокими

 

значениями

 

допустимого

 

тока

который

 

определяется

 

с

 

учетом

 

самых

 

высоких

 

температур

 

проводника

 

в

 

регионе

 

применения

.

Фокин

 

В

.

А

генеральный

 

директор

 

ООО

 «

Метсбытсервис

»

Гуревич

 

Л

.

М

., 

д

.

т

.

н

., 

профессор

заведующий

 

кафедрой

 «

Материаловедение

 

и

 

композиционные

 

материалы

» 

ФГБОУ

 

ВО

 «

Волгоградский

 

государственный

 

технический

 

университет

»

Курьянов

 

В

.

Н

., 

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

ООО

 «

Техприспро

»

Тимашова

 

Л

.

В

., 

к

.

т

.

н

., 

начальник

 

центра

 

электротехнического

 

оборудования

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

»


background image

97

нием

 

технологий

 

пластической

 

деформации

). 

Техно

-

логия

 

пластической

 

деформации

 

позволяет

 

достичь

 

максимального

 

заполнения

 

внутреннего

 

простран

-

ства

 

материалом

Увеличение

 

температуры

 

воздуха

а

 

также

 

воздействие

 

солнечной

 

радиации

 

в

 

текущих

 

условиях

 

может

 

приводить

 

к

 

экстремальным

 

режи

-

мам

 

и

 

отключению

 

потребителей

Пропускная

 

спо

-

собность

 

проводника

 

определяется

 

на

 

основе

 

теп

-

лового

 

расчета

Тепловой

 

расчет

в

 

общем

 

случае

сводится

 

к

 

определению

 

температуры

 

токопроводя

-

щей

 

жилы

 

с

 

учетом

 

потерь

а

 

также

 

колебания

 

темпе

-

ратуры

 

окружающей

 

среды

На

 

рисунке

 1 

представ

-

лено

 

сравнение

 

величин

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

проводников

Из

 

графика

 

видно

что

 

значения

 

длительно

 

допу

-

стимого

 

тока

 

сравниваемых

 

проводников

 

воздушных

 

линий

определяемые

 

с

 

учетом

 

солнечной

 

радиации

значительно

 

различаются

 

при

 

одинаковых

 

темпера

-

турных

 

условиях

 

окружающей

 

среды

.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ

 

АНАЛИЗ

 

ПОТЕРЬ

 

АКТИВНОЙ

 

МОЩНОСТИ

Произведем

 

расчет

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

в

 

линиях

 

с

 

применением

 

проводников

 

типа

 

АС

АСВП

АСВТ

При

 

расчете

 

потерь

 

учтем

 

темпера

-

туру

 

окружающей

 

среды

 

и

 

нагрев

 

проводов

 

токами

 

нагрузки

 [5, 6]:

 

3

R

0

(1 + 



окр

)

I

2

 

P

 = 

. (1)

 

3

R

0

 1 

– 

I

2

 

A

Числитель

 

в

 

этом

 

выражении

 

представляет

 

со

-

бой

 

потери

приведенные

 

к

 

температуре

 

окружаю

-

щей

 

среды

а

 

знаменатель

 

учитывает

 

увеличение

 

потерь

 

вследствие

 

нагрева

 

проводов

 

током

 

нагруз

-

ки

Коэффициент

 A 

определяется

 

по

 

следующему

 

уравнению

 

при

 

максимально

 

допустимом

 

токе

 

I

доп

:

 

3

I

2

доп

R

0

(1 + 



доп

)

 A 

, (2)

 

доп

 – 

окр

где

 

доп

 — 

максимально

 

допустимая

 

температура

 

провода

, °

С

окр

 — 

температура

 

окружающей

 

сре

-

ды

к

 

которой

 

приведен

 

допустимый

 

ток

, °

С

.

В

 

таблице

 1 

приведены

 

исходные

 

данные

 

для

 

расчета

 

потерь

 

мощности

 

в

 

линии

.

Потери

 

активной

 

мощности

 

в

 

линии

 

с

 

учетом

 

на

-

грева

 

у

 

проводов

 

АС

-300/66 

и

 

АСВП

(

АСВТ

)-295/44 

практически

 

равны

 (

P

 

 110 

кВт

/

км

). 

При

 

этом

 

элек

-

тромеханические

 

показатели

 

АСВП

(

Т

)-295/44 

значи

-

тельно

 

выше

.

На

 

рисунках

 2 

и

 3 

представлены

 

зависимости

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

проводников

 

АС

-120 

Рис

. 1. 

Изменение

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

про

-

водов

 

сечением

 

более

 240 

мм

2

 

и

 300 

мм

2

 

в

 

зависимости

 

от

 

температуры

 

окружающей

 

среды

Допустимые

 

токи

 

для

 

провода

 

при

 

скорости

 

ветра

 0,6 

м

/

с

Температура

 

воздуха

, °

С

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АСВТ

 295/44, 

А

I

доп

А

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

–20 –15 –10 –5  0  5  10 15 20  25 30  35 40

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АС

 300/66, 

А

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АС

-240/32, 

А

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АСВП

-218/63, 

А

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АСВТ

-218/63, 

А

Табл

. 1. 

Исходные

 

данные

 

для

 

расчета

 

потерь

 

мощности

 

в

 

линии

 

электропередачи

Наименование

 

и

 

обозначение

 

параметра

Численное

 

значение

АС

-300/66

АСВТ

-218/63

АСВТ

-258/73

АСВТ

-295/44

Справочное

 

погонное

 

активное

 

сопротивление

 

при

 20°C, 

r

20

Ом

/

км

0,0958

0,132

0,112

0,098

Температурный

 

коэффициент

 

сопротивления

 

, °C

–1

0,0043

Диаметр

 

провода

 

d

пр

м

0,0245

0,01982

0,0216

0,0215

Допустимая

 

температура

 

доп

, °C

90

150

150

150

Температура

 

окружающей

 

среды

 

окр

, °C

40

40

40

40

Длительно

 

допустимый

 

ток

 

I

доп

 

для

 

температуры

 

окружаю

-

щей

 

среды

 40°C, 

А

542

896,54

996,23

1092

Температура

 

воздуха

, °

С

I

доп

А

790

690

590

490

390

290 –20 –15 –10 –5  0  5 10 15 20 25 30 35 40

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АС

-120/19, 

А

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АСВП

-128/36, 

А

 

длительно

 

допустимый

 

ток

 

АСВТ

-128/36, 

А

Допустимые

 

токи

 

для

 

провода

 

при

 

скорости

 

ветра

 0,6 

м

/

с

Рис

. 2. 

Изменение

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

прово

-

дов

 

сечением

 120 

мм

2

 

в

 

зависимости

 

от

 

температуры

 

окружающей

 

среды

Рис

. 3. 

Сравнительный

 

анализ

 

потерь

 

мощности

 

про

-

водов

Зависимость

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

в

 

линии

(

с

 

учетом

 

нагрева

от

 

тока

 

нагрузки

По

тери

 

ак

тивной

 

мощности

 

в

 

линии

P

кВ

т

/

км

100

90
80
70
60
50
40
30
20
10

0

 120,8 

181,2 

241,6 

302

 

АС

-120/19

 

АСВП

-128/36

 

АСВТ

-128/36

Ток

 

нагрузки

А

 4 (79) 2023


background image

98

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

и

 

АСВП

-128/36 

с

 

АСВТ

-128/36 

и

 

зависимости

 

по

-

терь

 

активной

 

мощности

 

соответственно

Та

-

ким

 

образом

у

 

проводников

 

типа

 

АСВП

 

и

 

АСВТ

 

можно

 

наблюдать

 

значительно

 

лучшие

 

харак

-

теристики

 

относительно

 

рассматриваемых

 

про

-

водников

 

АС

 

при

 

сопоставимых

 

условиях

  (

темпе

-

ратуре

 

окружающей

 

среды

сечениях

 

и

 

токовой

 

нагрузке

). 

Провод

 

АС

 

является

 

известным

 

классическим

 

проводником

.  

Особенностью

 

проводников

 

АСВП

 

яв

-

ляется

 

повышенная

 

механическая

 

прочность

 

и

 

ком

-

пактность

 

конструкции

обеспечиваемые

 

пластиче

-

ской

 

деформацией

 

стальной

 

и

 

алюминиевой

 

частей

Что

в

 

свою

 

очередь

создает

 

возможность

 

исполь

-

зовать

 

проводники

 

значительно

 

меньших

 

диаметров

 

в

 

одинаковых

 

по

 

длине

 

пролетах

 

ВЛ

 

или

 

увеличивать

 

расстояния

 

между

 

опорами

 

до

 40%, 

увеличивать

 

пропускную

 

способность

 

ВЛ

а

 

также

 

повышать

 

пре

-

дельно

 

допустимое

 

значение

 

тока

 

при

 

одинаковых

 

максимально

 

допустимых

 

температурах

Особенно

-

стью

 

проводников

 

АСВТ

 

являются

сплав

увеличи

-

вающий

 

рабочую

 

температуру

 

проводников

 

с

 90°

С

 

до

 150°C, 

а

 

максимально

 

допустимую

 — 

до

 210°C, 

и

 

конструкция

 

провода

позволяющая

 

без

 

изменения

 

сопротивления

 

провода

 

относительно

 

АСВП

 

достичь

 

роста

 

пропускной

 

способности

 

без

 

значительного

 

удорожания

 [7]. 

ОГРАНИЧЕНИЕ

 

ПРОПУСКНОЙ

 

СПОСОБНОСТИ

 

ВСЛЕДСТВИЕ

 

ТЕМПЕРАТУРНОГО

 

И

 

ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО

 

ИЗМЕНЕНИЙ

 

СТРЕЛ

 

ПРОВЕСА

При

 

повышении

 

температуры

 

провода

 

увеличива

-

ются

 

стрелы

 

провеса

В

 

результате

 

могут

 

быть

 

на

-

рушены

 

габариты

 

воздушной

 

линии

 

и

 

изоляционные

 

расстояния

то

 

есть

 

снижены

 

надежность

 

и

 

безопас

-

ность

 

работы

 

ВЛ

На

 

ряде

 

ВЛ

 

пропускная

 

способ

-

ность

 

ограничивается

 

недостаточными

 

габаритами

 

до

 

земли

 

или

 

до

 

пересекаемых

 

объектов

 

и

 

межфаз

-

ными

 

расстояниями

 

вследствие

 

температурного

 

или

 

эксплуатационного

 

изменения

 

стрел

 

провеса

При

 

смещении

 

максимумов

 

нагрузок

 

на

 

пери

-

од

 

высоких

 

температур

 

воздуха

 

усиливаются

 

риски

 

ограничения

 

токовых

 

нагрузок

 

по

 

этим

 

причинам

В

 

свою

 

очередь

пластическая

 

деформация

 

не

 

толь

-

ко

 

значительно

 

повышает

 

торсионную

 

жесткость

 

и

 

ме

-

ханическую

 

прочность

но

 

и

 

в

 

несколько

 

раз

 

снижает

 

вытяжку

 (

удлинение

в

 

процессе

 

эксплуатации

 

вне

 

за

-

висимости

 

от

 

металла

Соответствующие

 

испытания

 

проводились

 

в

 

АО

 «

ВНИИЖТ

» 

и

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

» 

с

 

изделиями

 

из

 

стали

меди

 

и

конечно

с

 

АСВТ

.

Также

 

характеристики

 

провода

 

позволяют

 

обеспе

-

чить

 

снижения

 

стрел

 

провеса

 

или

 

увеличение

 

габа

-

ритных

 

пролетов

 

проводов

 (

рисунок

 4).

Габаритный

 

пролет

 

определен

 

при

 

условии

 

на

-

грева

 

провода

 

до

 

максимальной

 

температуры

 

АС

 300/66 — 90°

С

t

max

 

провода

 

АСВТ

 218/63 — 

120°

С

t

max

 

провода

 

АСВТ

 295/44 — 89°

С

t

max

 

прово

-

да

 

АСВТ

 258/73 — 100°

С

провода

 

АСВТ

 277/79 — 

100°

С

Габаритная

 

стрела

 

провеса

 — 11,0 

м

Высота

 

подвеса

 

проводов

 

на

 220 

кВ

 — 18,0 

м

наименьшее

 

допустимое

 

расстояние

 

до

 

земли

 — 7,0 

м

Климати

-

ческие

 

условия

ветер

 — 65 

даН

/

мм

2

, III 

зона

при

 

го

-

лоледе

 — 16,25 

даН

/

мм

2

гололед

 — 20 

мм

, III 

зона

Допустимый

 

ток

 

рассчитан

 

для

 

t

 

воздуха

 = 20°

С

Внешние

 

условия

 

для

 

расчета

 

допустимых

 

токов

ветер

 

со

 

скоростью

 0,605 

м

/

с

 

перпендикулярно

 

про

-

воду

интенсивность

 

солнечной

 

радиации

 — 0 

Вт

/

м

2

постоянная

 

поглощения

 — 0,6, 

излучения

 — 0,6.

Рис

. 4. 

Расчет

 

стрелы

 

провеса

 

Табл

. 2. 

Результаты

 

сравнения

 

потерь

 

мощности

 

проводов

Нагрузочный

 

ток

I

о

.

е

.

Марка

Максимально

 

допустимый

 

ток

I

доп

А

Коэффициент

 

А

Потери

 

активной

 

мощности

 

в

 

линии

 

с

 

учетом

 

нагрева

P

кВт

/

км

0,4

АС

-120/19

302

1739

12,05

0,6

28,01

0,8

52,19

1

86,94

Нагрузочный

 

ток

 

для

 

остальных

 

проводников

 

возьмем

 

в

 

долях

 

от

 

допустимого

 

тока

 

провода

 

марки

 

АС

-120/19

120,8

АСВП

-128/36

318,62

1749

10,86

181,2

25,16

241,6

46,64

302

77,12

120,8

АСВТ

-128/36

624,95

3679

10,85

181,2

24,84

241,6

45,02

302

72,17

Длина

 

пролета

м

Выс

от

а

м

25

20

15

10

5

0

50  100 150  200 250  300 350  400  450 500

АС

 300/39 

АСВП

 295/44 

АСВП

 258/73

АСВП

 277/79 

АСВП

 218/63 

АСВП

 317/47


background image

99

При

 

анализе

 

рисунка

 4 

преимущества

 

проводов

 

АСВП

 

по

 

сравнению

 

с

 

АС

исходя

 

из

 

показателей

 

габаритных

 

пролетов

 

и

 

расчетных

 

стрел

 

провиса

очевидны

Отдельно

 

стоит

 

отметить

 

факторы

 

сни

-

жения

 

гололедообразования

пляски

 

и

 

риска

 

схле

-

стывания

Уровень

 

сближений

 

фаз

 

определяют

 

коэффициент

 

изгибной

 

жесткости

 

конструкций

 

про

-

водов

 

фаз

  (

который

 

у

 

АСВП

 

и

 

АСВТ

 

значительно

 

выше

чем

 

у

 

АС

и

 

их

 

связь

 

с

 

пляской

 

в

 

так

 

назы

-

ваемой

 

потенциальной

 

яме

 

провеса

 

провода

в

 

ко

-

торой

 

развивается

 

высокоамплитудный

 

резонанс

 

пляски

 

и

 

резонансный

 

подскок

 

провода

 

при

 

сбросе

 

гололеда

.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ

 

ИСПЫТАНИЯ

 

НА

 

КОРОННЫЙ

 

РАЗРЯД

Возможность

 

снижения

 

диаметра

 

при

 

использовании

 

компактированных

 

проводов

 

может

 

вызвать

 

опасение

 

роста

 

потерь

 

на

 

корону

Однако

 

сравнительные

 

испы

-

тания

 

на

 

коронный

 

разряд

 

неизолированных

 

прово

-

дов

 

АСВП

-216/33 

и

 

АС

-240/32, 

а

 

также

 

АСВП

-197/55

и

 

АС

-150/19, 

АС

-185/29, 

АС

-240/32, 

проведенные

 

испы

-

тательной

 

лабораторией

 

электрооборудования

 

высо

-

ковольтных

 

электрических

 

сетей

 

АО

 «

НТЦ

 

ФСК

 

ЕЭС

», 

подтвержденные

 

также

 

и

 

в

 

ходе

 

сертификации

 

в

 

Германии

опровергают

 

эти

 

опасения

В

 

табли

-

це

 3 

представлены

 

данные

 

по

 

напряжению

 

возник

-

новения

 

коронного

 

разряда

 

в

 

зависимости

 

от

 

при

-

ложенного

 

напряжения

 

для

 

проводов

 

различных

 

марок

.

По

 

результатам

 

проведенных

 

сравнительных

 

ис

-

пытаний

 

установлено

:

– 

для

 

проводов

 

одинакового

 

диаметра

 18,8 

мм

 

напря

-

жение

 

возникновения

 

коронного

 

разряда

 

на

 

про

-

воде

 

АСВП

-197/55 

на

 5,7% 

выше

 

напряжения

 

воз

-

никновения

 

коронного

 

разряда

 

на

 

проводе

 

марке

 

АС

-185/29;

– 

начальное

 

напряжение

 

возникновения

 

коронного

 

разряда

 

провода

 

АСВП

-216/33 

соответствует

 

на

-

чальному

 

напряжению

 

возникновения

 

коронного

 

разряда

 

провода

 

марки

 

АС

-240/32;

– 

в

 

зоне

 

рабочих

 

напряжений

 

ВЛ

 220 

кВ

 

корон

-

ный

 

разряд

 

на

 

проводах

 

марок

 

АСВП

-216/33 

и

 

АС

-240/32 

не

 

наблюдался

;

– 

число

 

очагов

 

коронного

 

разряда

 

в

 

диапазоне

 

напряжений

 155–175 

кВ

 

проводов

 

марок

 

АСВП

-

216/33 

и

 

АС

-240/32 

сопоставимы

ВЫВОДЫ

Применение

 

проводов

 

повышенной

 

пропускной

 

спо

-

собности

 

при

 

реконструкции

 

ВЛЭП

 

позволяет

 

обеспе

-

чить

 

резерв

 

токовой

 

нагрузки

Увеличение

 

пропускной

 

способности

 

проводов

 

обеспечивается

 

их

 

большей

по

 

сравнению

 

с

 

обычными

 

сталеалюминевыми

 

проводами

рабочей

 

температурой

За

 

счет

 

повышенной

 

устойчиво

-

сти

 

к

 

температурам

 

свыше

 100°

С

 

провода

 

могут

 

нести

 

более

 

высокую

 

токовую

 

нагрузку

 

в

 

нормальных

 

услови

-

ях

Применение

 

пластически

 

обжатых

 

проводников

 

обо

-

сновано

 

для

 

случаев

 

с

 

высокими

 

температурами

 

окру

-

жающей

 

среды

АСВТ

 

обеспечивает

 

резерв

 

пропускной

 

способности

 

и

 

заданные

 

ее

 

значения

 

при

 

нагреве

 

про

-

вода

 

солнцем

не

 

требуя

 

увеличения

 

сечения

Послед

-

нее

 

отразится

 

на

 

общих

 

затратах

 

и

 

повысит

 

эффектив

-

ность

 

при

 

новом

 

строительстве

 

или

 

реконструкции

 

ВЛ

В

 

свою

 

очередь

возникающий

 

эффект

 

в

 

сниже

-

нии

 

технических

 

потерь

 

позволяет

 

говорить

в

 

том

 

числе

и

 

о

 

снижении

 

карбонового

 

следа

так

 

как

 

тре

-

буется

 

меньше

 

энергии

 

для

 

компенсации

 

техниче

-

ских

 

потерь

 

в

 

электрических

 

сетях

 

и

как

 

следствии

сокращении

 

выбросов

 

в

 

окружающую

 

среду

Что

 

в

 

совокупности

 

представляет

 

собой

 

надежные

 

ре

-

шения

 

для

 

перехода

 

к

 

низкоуглеродной

 

энергетике

 

будущего

Комплексное

 

правильное

 

использование

 

пластически

 

обжатых

 

проводов

 

на

 

ВЛ

 6–750 

кВ

 

поз

-

воляет

 

значительно

 

повысить

 

их

 

надежность

 

при

 

воздействии

 

всего

 

диапазона

 

климатических

 

нагру

-

зок

увеличить

 

пропускную

 

способность

снизить

 

ко

-

нечные

 

капитальные

 

затраты

Р

ЛИТЕРАТУРА

1.  Fokin V., Kuryanov V., Kushch L., 

Merzlyakov A. Optimal Solutions for 
Power Grid Development Problems // 
Special issue "ELECTRIC POWER. 
Transmission and Distribution" for 
the 47th CIGRE Session (Paris, 
France), August 2018, pp. 34-37.

2. 

Фокин

 

В

.

А

., 

Тимашова

 

Л

.

В

., 

Мерз

-

ляков

 

А

.

С

., 

Гуревич

 

Л

.

М

., 

Курья

-

нов

 

В

.

Н

., 

Назаров

 

И

.

А

Эффектив

-

ность

 

применения

 

отечественных

 

инновационных

 

высокопрочных

 

и

 

высокотемпературных

 

прово

-

дов

 

АСВТ

 // 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

, 2019, 

 2(53). 

С

. 70–76.

3. Levin A.A., Narykova M.V., Liha-

chev A.I., Kardashev B.K., Kadom-

tsev A.G., Brunkov P.N., Pan

fi

 lov A.G., 

Prasolov N.D., Sultanov M.M., Kury-
anov V.N., Tyshkevich V.N. Modi

fi

 ca-

tion of the Structural, Microstructural, 
and Elastoplastic Properties of Alumi-
num Wires after Operation. Metals, 
2021, vol. 11, p. 1955.

4. 

Рабочая

 

группа

 B2.26 SIGRE. 

Руководство

 

по

 

выбору

 

высоко

-

температурных

 

проводов

 

для

 

ис

-

пользования

 

на

 

воздушных

 

лини

-

ях

Техническая

 

брошюра

 

 426, 

август

 2010 

г

.

5. 

Курьянов

 

В

.

Н

., 

Султанов

 

М

.

М

., 

Осокин

 

В

.

А

., 

Тимашова

 

Л

.

В

Инно

-

вационные

 

высокоэффективные

 

провода

 

для

 

линий

 

электропере

-

дачи

 // 

Энергия

 

единой

 

сети

, 2016, 

 4(27). 

С

. 70–78. 

6. 

Курьянов

 

В

.

Н

Гуревич

 

Л

.

М

Ти

-

машова

 

Л

.

В

., 

Фокин

 

В

.

А

Иссле

-

дование

 

сталеалюминиевых

 

пла

-

стически

 

уплотненных

 

проводов

 

для

 

ВЛ

 // 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

, 2020, 

 6(63). 

С

. 80–83.

7. 

Фокин

 

В

.

А

., 

Тимашова

 

Л

.

В

., 

Мерз

-

ляков

 

А

.

С

., 

Гуревич

 

Л

.

М

., 

Курья

-

нов

 

В

.

Н

., 

Назаров

 

И

.

А

Эффектив

-

ность

 

внедрения

 

отечественных

 

инновационных

 

высокопрочных

 

и

 

высокотемпературных

 

сталеалю

-

миневых

 

проводников

 // 

ЭЛЕКТРО

-

ЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распреде

-

ление

, 2019, 

 2(53). 

С

. 48–54.

Табл

. 3. 

Величины

 

напряжения

 

возникновения

 

коронного

 

разряда

 

Проводов

 

одинакового

 

диаметра

 

(Ø18,8 

мм

)

Проводов

 

разного

 

диаметра

 

с

 

равным

 

напряжением

 

возникновения

 

короны

АС

-185/29

АСВП

(

Т

)-197/55

АСВП

(

Т

)-216/33 

Ø18,5 

мм

АС

-240/32 

Ø21,6 

мм

134,5

142,2

153,2

154,5

 4 (79) 2023


Оригинал статьи: Применение высокотемпературных проводов нового поколения на действующих ВЛ в условиях смещения максимумов нагрузки с зимы на лето

Читать онлайн

В статье рассмотрены особенности применения высокопрочных и высокотемпературных проводов на высоковольтных линиях электропередачи с расчетом их эксплуатационной эффективности. Пластически обжатые проводники обладают преимуществами по сравнению с проводниками иных конструкций — это снижение вибрационных нагрузок, большая жесткость на кручение, меньшая вероятность галопирования, повышенная виброустойчивость и эффект самопогашения колебаний. Пластическая деформация проводников значительно повышает механическую прочность и в несколько раз снижает вытяжку при эксплуатации. Пластически деформированные высокотемпературные проводники обладают значительно более высокими значениями допустимого тока, который определяется с учетом самых высоких температур проводника в регионе применения.

Фокин В.А., генеральный директор ООО «Метсбытсервис»
Гуревич Л.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение и композиционные материалы» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»
Курьянов В.Н., к.т.н., генеральный директор ООО «Техприспро»
Тимашова Л.В., к.т.н., начальник центра электротехнического оборудования АО «НТЦ ФСК ЕЭС»

В статье показано применение пластически обжатых проводов при необходимости значительного повышения пропускной способности без увеличения поперечного сечения на действующих линиях электропередачи 110–220 кВ. Проводники АСВТ способны выдерживать большую нагрузку при равных условиях окружающей среды по сравнению с проводниками АС [1, 2]. Температура проводника АСВТ ниже по сравнению с проводником AC при увеличении токовой нагрузки. Разница температур особенно заметна при больших токах. Допустимая температура для компактированных проводников определяет зависимость допустимой токовой нагрузки от температуры воздуха. Для АС и АСВТ в условиях максимальной рабочей температуры она составляет 80°С и 150°С соответственно. Непрерывный допустимый ток для высокотемпературного проводника на 30–35% выше значения для стандартного проводника того же диаметра. Имеются перспективы дополнительного существенного повышения пропускной способности в обеспечении стабильности тяжения и габаритов [3].

ИЗМЕНЕНИЕ МАКСИМУМА НАГРУЗКИ В РЕГИОНАХ С ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И ОКАЗЫВАЕМОЕ ВЛИЯНИЕ НА ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

По оперативным данным АО «СО ЕЭС», в 2023 году в 20 ОЭС и региональных ЭС достигнут новый летний максимальный уровень потребления электрической мощности — 132 ГВт, что на 5,7 ГВт выше рекордного летнего максимума прошлых лет, зафиксированного 24.08.2022 г. Ранее в период экстремально высоких температур 2022 года (в июле- августе) максимумы потребления мощности прошли 19 объединенных и региональных энергосистем, в том числе ОЭС Урала, Сибири и Востока. Летние максимумы в 2021 году прошли шесть объединенных энергосистем: ОЭС Центра — 5 раз, ОЭС Средней Волги — 4 раза, ОЭС Востока — 5 раз, ОЭС Северо-Запада — 2 раза, ОЭС Сибири — 2 раза, ОЭС Юга — 2 раза. В ОЭС Юга летний максимум пройден 07.07.2021 г. и 16.07.2021 г. при температуре воздуха 27,4°С — 16 ГВт. Исторические максимумы в объединенной энергосистеме регионов России превышены в период летних максимумов нагрузки. Ранее исторические максимумы потребления фиксировались только зимой. Рост нагрузки в период экстремально высоких температур связан с глобальной тенденцией изменения структуры энергопотребления. Температура проводов определяется сочетанием комплекса погодных характеристик, такими как солнце, ветер, температура воздуха, и величиной тока нагрузки, а пропускная способность воздушных линий электропередачи зависит от температуры проводников [4].

Рис. 1. Изменение длительно допустимого тока проводов сечением более 240 мм2 и 300 мм2 в зависимости от температуры окружающей среды

Пропускная способность снижается с ростом температуры окружающей среды. Исходя из чего можно сделать вывод о целесообразности сравнения применяемых проводников воздушных линий в регионах с высокой солнечной активностью, произведенных по современных технологиям (в том числе с применением технологий пластической деформации). Технология пластической деформации позволяет достичь максимального заполнения внутреннего пространства материалом. Увеличение температуры воздуха, а также воздействие солнечной радиации в текущих условиях может приводить к экстремальным режимам и отключению потребителей. Пропускная способность проводника определяется на основе теплового расчета. Тепловой расчет, в общем случае, сводится к определению температуры токопроводящей жилы с учетом потерь, а также колебания температуры окружающей среды. На рисунке 1 представлено сравнение величин длительно допустимого тока проводников.

Из графика видно, что значения длительно допустимого тока сравниваемых проводников воздушных линий, определяемые с учетом солнечной радиации, значительно различаются при одинаковых температурных условиях окружающей среды.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Произведем расчет потерь активной мощности в линиях с применением проводников типа АС, АСВП, АСВТ. При расчете потерь учтем температуру окружающей среды и нагрев проводов токами нагрузки [5, 6]:

Числитель в этом выражении представляет собой потери, приведенные к температуре окружающей среды, а знаменатель учитывает увеличение потерь вследствие нагрева проводов током нагрузки. Коэффициент A определяется по следующему уравнению при максимально допустимом токе Iдоп:

где ϴдоп — максимально допустимая температура провода, °С; ϴокр — температура окружающей среды, к которой приведен допустимый ток, °С.

В таблице 1 приведены исходные данные для расчета потерь мощности в линии. Потери активной мощности в линии с учетом нагрева у проводов АС-300/66 и АСВП(АСВТ)-295/44 практически равны (△P ≈ 110 кВт/км). При этом электромеханические показатели АСВП(Т)-295/44 значительно выше.

На рисунках 2 и 3 представлены зависимости длительно допустимого тока проводников АС-120 и АСВП-128/36 с АСВТ-128/36 и зависимости потерь активной мощности соответственно. Таким образом, у проводников типа АСВП и АСВТ можно наблюдать значительно лучшие характеристики относительно рассматриваемых проводников АС при сопоставимых условиях (температуре окружающей среды, сечениях и токовой нагрузке).

Провод АС является известным классическим проводником. Особенностью проводников АСВП является повышенная механическая прочность и компактность конструкции, обеспечиваемые пластической деформацией стальной и алюминиевой частей. Что, в свою очередь, создает возможность использовать проводники значительно меньших диаметров в одинаковых по длине пролетах ВЛ или увеличивать расстояния между опорами до 40%, увеличивать пропускную способность ВЛ, а также повышать предельно допустимое значение тока при одинаковых максимально допустимых температурах. Особенностью проводников АСВТ являются: сплав, увеличивающий рабочую температуру проводников с 90°С до 150°C, а максимально допустимую — до 210°C, и конструкция провода, позволяющая без изменения сопротивления провода относительно АСВП достичь роста пропускной способности без значительного удорожания [7].

ОГРАНИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВСЛЕДСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ИЗМЕНЕНИЙ СТРЕЛ ПРОВЕСА

При повышении температуры провода увеличиваются стрелы провеса. В результате могут быть нарушены габариты воздушной линии и изоляционные расстояния, то есть снижены надежность и безопасность работы ВЛ. На ряде ВЛ пропускная способность ограничивается недостаточными габаритами до земли или до пересекаемых объектов и межфазными расстояниями вследствие температурного или эксплуатационного изменения стрел провеса.

При смещении максимумов нагрузок на период высоких температур воздуха усиливаются риски ограничения токовых нагрузок по этим причинам.

В свою очередь, пластическая деформация не только значительно повышает торсионную жесткость и механическую прочность, но и в несколько раз снижает вытяжку (удлинение) в процессе эксплуатации вне зависимости от металла. Соответствующие испытания проводились в АО «ВНИИЖТ» и АО «НТЦ ФСК ЕЭС» с изделиями из стали, меди и, конечно, с АСВТ.

Также характеристики провода позволяют обеспечить снижения стрел провеса или увеличение габаритных пролетов проводов (рисунок 4).

Рис. 4. Расчет стрелы провеса

Габаритный пролет определен при условии нагрева провода до максимальной температуры АС 300/66 — 90°С, tmax провода АСВТ 218/63 — 120°С; tmax провода АСВТ 295/44 — 89°С, tmax провода АСВТ 258/73 — 100°С, провода АСВТ 277/79 — 100°С. Габаритная стрела провеса — 11,0 м. Высота подвеса проводов на 220 кВ — 18,0 м, наименьшее допустимое расстояние до земли — 7,0 м. Климатические условия: ветер — 65 даН/мм2, III зона, при гололеде — 16,25 даН/мм2, гололед — 20 мм, III зона. Допустимый ток рассчитан для t воздуха = 20°С. Внешние условия для расчета допустимых токов: ветер со скоростью 0,605 м/с перпендикулярно проводу, интенсивность солнечной радиации — 0 Вт/м2, постоянная поглощения — 0,6, излучения — 0,6.

При анализе рисунка 4 преимущества проводов АСВП по сравнению с АС, исходя из показателей габаритных пролетов и расчетных стрел провиса, очевидны. Отдельно стоит отметить факторы снижения гололедообразования, пляски и риска схлестывания. Уровень сближений фаз определяют коэффициент изгибной жесткости конструкций проводов фаз (который у АСВП и АСВТ значительно выше, чем у АС) и их связь с пляской в так называемой потенциальной яме провеса провода, в которой развивается высокоамплитудный резонанс пляски и резонансный подскок провода при сбросе гололеда.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НА КОРОННЫЙ РАЗРЯД

Возможность снижения диаметра при использовании компактированных проводов может вызвать опасение роста потерь на корону. Однако сравнительные испытания на коронный разряд неизолированных проводов АСВП-216/33 и АС-240/32, а также АСВП-197/55 и АС-150/19, АС-185/29, АС-240/32, проведенные испытательной лабораторией электрооборудования высоковольтных электрических сетей АО «НТЦ ФСК ЕЭС», подтвержденные также и в ходе сертификации в Германии, опровергают эти опасения. В таблице 3 представлены данные по напряжению возникновения коронного разряда в зависимости от приложенного напряжения для проводов различных марок.

По результатам проведенных сравнительных испытаний установлено:

  • для проводов одинакового диаметра 18,8 мм напряжение возникновения коронного разряда на проводе АСВП-197/55 на 5,7% выше напряжения возникновения коронного разряда на проводе марке АС-185/29;
  • начальное напряжение возникновения коронного разряда провода АСВП-216/33 соответствует начальному напряжению возникновения коронного разряда провода марки АС-240/32;
  • в зоне рабочих напряжений ВЛ 220 кВ коронный разряд на проводах марок АСВП-216/33 и АС-240/32 не наблюдался;
  • число очагов коронного разряда в диапазоне напряжений 155–175 кВ проводов марок АСВП- 216/33 и АС-240/32 сопоставимы.
ВЫВОДЫ

Применение проводов повышенной пропускной способности при реконструкции ВЛЭП позволяет обеспечить резерв токовой нагрузки. Увеличение пропускной способности проводов обеспечивается их большей, по сравнению с обычными сталеалюминевыми проводами, рабочей температурой. За счет повышенной устойчивости к температурам свыше 100°С провода могут нести более высокую токовую нагрузку в нормальных условиях. Применение пластически обжатых проводников обосновано для случаев с высокими температурами окружающей среды. АСВТ обеспечивает резерв пропускной способности и заданные ее значения при нагреве провода солнцем, не требуя увеличения сечения. Последнее отразится на общих затратах и повысит эффективность при новом строительстве или реконструкции ВЛ.

В свою очередь, возникающий эффект в снижении технических потерь позволяет говорить, в том числе, и о снижении карбонового следа, так как требуется меньше энергии для компенсации технических потерь в электрических сетях и, как следствии, сокращении выбросов в окружающую среду. Что в совокупности представляет собой надежные решения для перехода к низкоуглеродной энергетике будущего. Комплексное правильное использование пластически обжатых проводов на ВЛ 6–750 кВ позволяет значительно повысить их надежность при воздействии всего диапазона климатических нагрузок, увеличить пропускную способность, снизить конечные капитальные затраты.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Fokin V., Kuryanov V., Kushch L., Merzlyakov A. Optimal Solutions for Power Grid Development Problems // Special issue “ELECTRIC POWER. Transmission and Distribution” for the 47th CIGRE Session (Paris, France), August 2018, pp. 34-37.
  2. Фокин В.А., Тимашова Л.В., Мерзляков А.С., Гуревич Л.М., Курьянов В.Н., Назаров И.А. Эффективность применения отечественных инновационных высокопрочных и высокотемпературных проводов АСВТ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2019, № 2(53). С. 70–76.
  3. Levin A.A., Narykova M.V., Lihachev A.I., Kardashev B.K., Kadomtsev A.G., Brunkov P.N., Panfilov A.G., Prasolov N.D., Sultanov M.M., Kuryanov V.N., Tyshkevich V.N. Modification of the Structural, Microstructural, and Elastoplastic Properties of Aluminum Wires after Operation. Metals, 2021, vol. 11, p. 1955.
  4. Рабочая группа B2.26 SIGRE. Руководство по выбору высокотемпературных проводов для использования на воздушных линиях. Техническая брошюра № 426, август 2010 г.
  5. Курьянов В.Н., Султанов М.М., Осокин В.А., Тимашова Л.В. Инновационные высокоэффективные провода для линий электропередачи // Энергия единой сети, 2016, № 4(27). С. 70–78.
  6. Курьянов В.Н, Гуревич Л.М, Тимашова Л.В., Фокин В.А. Исследование сталеалюминиевых пластически уплотненных проводов для ВЛ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2020, № 6(63). С. 80–83.
  7. Фокин В.А., Тимашова Л.В., Мерзляков А.С., Гуревич Л.М., Курьянов В.Н., Назаров И.А. Эффективность внедрения отечественных инновационных высокопрочных и высокотемпературных сталеалюминевых проводников // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2019, № 2(53). С. 48–54.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(90), май-июнь 2025

Исследования разрядных характеристик бывших в эксплуатации стеклянных изоляторов ВЛ 110 кВ для целей управления состоянием линейной изоляции

Воздушные линии
Гвоздев Д.Б. Вычегжанин В.В. Королев А.А. Коробков И.Н. Болонов В.О. Титов Д.Е. Волхов К.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»