Результаты испытаний сверхпроводящей кабельной линии с системой криогенного обеспечения

Page 1
background image

Page 2
background image

94

Результаты испытаний
сверх проводящей  кабельной
линии с системой криогенного 
обеспечения

УДК 538.945:621.3.05

Рябин

 

Т

.

В

.,

заместитель генерального директора 

АО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Вишневский

 

Г

.

В

.,

главный инженер проекта

АО «НПП Криосервис»

Дубинин

 

М

.

В

.,

начальник отдела инновационных 

технологий в области сверх проводимости 

АО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Кащеев

 

А

.

В

.,

к.э.н., руководитель центра композитных 

материалов и сверхпроводимости

АО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Сытников

 

В

.

Е

.,

д.т.н., заместитель научного руководителя

АО «НТЦ ФСК ЕЭС»

В

 

статье

 

кратко

 

представлены

 

результаты

 

разработки

 

сверхпроводящей

 

линии

 

постоянного

 

тока

 

для

 

энергосистемы

 

Санкт

-

Петербурга

Основное

 

внимание

 

в

 

работе

 

уделено

 

исследованию

 

возможных

 

аварийных

 

режимов

связанных

 

с

 

неисправностями

 

в

 

криогенной

 

системе

Представлен

 

анализ

 

данных

полу

-

ченных

 

при

 

испытаниях

 

аварийных

 

режимов

 

системы

 

криогенного

 

обеспече

-

ния

 

кабельной

 

линии

Приведены

 

принципиальные

 

схемы

 

системы

 

криоген

-

ного

 

обеспечения

 

и

 

определены

 

предельно

 

допустимые

 

параметры

 

системы

 

криогенного

 

обеспечения

 

ВТСП

 

КЛ

 

при

 

аварийных

 

режимах

 

работы

Проведе

-

на

 

оценка

 

возможного

 

времени

 

передачи

 

номинальной

 

мощности

 

кабельной

 

линией

 

при

 

возникновении

 

различных

 

неисправностей

 

криогенной

 

системы

В

 

результате

 

предложена

 

корректировка

 

созданной

 

системы

 

блокировок

 

и

 

защит

 

системы

 

криогенного

 

обеспечения

 

ВТСП

 

КЛ

что

 

повысит

 

надежность

 

работы

 

в

 

различных

 

режимах

.

ВВЕДЕНИЕ

Высокотемпературные  сверхпроводящие  кабельные 

линии постоянного тока представляют собой новый вид 

электротехнического оборудования, действующих ана-

логов которому в нашей стране не существует. 

В настоящее время НИОКР по сверхпроводящим 

силовым  кабелям  на  основе  высокотемпературных 

сверхпроводников  (ВТСП)  ведутся  во  многих  про-

мышленно  развитых  и  некоторых  развивающихся 

странах мира. Основные крупные мировые проекты 

ведутся в Европе, США, Корее, Японии, Китае и Рос-

сии.  Все  больший  интерес  последнее  время  при-

влекают сверхпроводящие кабели постоянного тока, 

предназначенные  для  создания  мощных  протяжен-

ных линий передачи электрической энергии [1–4].

Опыт  эксплуатации  экспериментальных  и  опыт-

ных ВТСП кабельных линий (ВТСП КЛ) показал, что 

надежность эксплуатации линии в значительной сте-

пени  зависит  от  стабильности  поддержания  задан-

ного интервала температуры по длине кабельной ли-

нии.  Это  приводит  к  необходимости  решения  таких 

проблем, как надежность работ системы криогенного 

обеспечения  (СКО)  кабельной  линии,  поддержание 

заданных  параметров  жидкого  хладагента,  поддер-

жание  параметров  вакуумной  изоляции  и  контроля 

уровня  теплопритоков.  В  рамках  проекта  по  созда-

нию ВТСП кабельной линии длиной 2,5 км для энер-

госистемы  Санкт-Петербурга  был  проведен  анализ 

наиболее вероятных аварийных режимов СКО и раз-

работан  аппаратно-программный  комплекс  с  систе-

мой блокировок и защит СКО ВТСП кабельной линии, 

встроенный в общую структуру АСУ ТП.

Ключевые

 

слова

:

криогенное оборудование, ВТСП 

кабельная линия, высокотемпературная 

сверхпроводимость, система криогенного 

обеспечения (СКО), испытания аварийных 

режимов, система блокировок и защит

кабельные линии


Page 3
background image

95

ПРОЕКТ

 

СОЗДАНИЯ

 

ВТСП

 

КЛ

 

ДЛЯ

 

ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

 

САНКТ

-

ПЕТЕРБУРГА

Содержание  и  цели  проекта  достаточно  подробно 

были описаны в литературе [5–6].

На рисунке 1 представлена схема включения ВТСП 

КЛ в энергосистему Санкт-Петербурга, а в таблице 1 

представлены технические характеристики линии.

Линия  состоит  из  шести  строительных  длин  ка-

беля,  концевых  соединительных  муфт,  двух  преоб-

разовательных подстанций, СКО, системы контроля, 

мониторинга и защиты. 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

 

СХЕМА

 

ЛИНИИ

 

И

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

ИСПЫТАНИЙ

Как показано на рисунке 2, ВТСП КЛ соединяет под-

станцию  «РП-9»  220  кВ  и  подстанцию  «Централь-

ная» 330 кВ на стороне среднего напряжения.

Линия представляет собой вставку постоянного 

тока, в которой передача большого потока энергии 

на распределительном напряжении осуществляет-

ся  сверхпроводящим  кабелем,  а  преобразование 

Рис

. 1. 

Схема

 

включения

 

ВТСП

 

КЛ

 

в

 

ЭС

 

Санкт

-

Петербурга

 (

обозначена

 

красным

)

Табл. 1. Технические характеристики

ВТСП КЛ

Передаваемая мощность

50 МВт 

Номинальное напряжение 

20 кВ 

Номинальный ток 

2500 A 

Рабочая температура 

66–80 K 

Длина 

2500 метров 

Тип преобразователей 

12-пульсный 

Возможность реверса 

Предусмотрена 

Холодопроизводительность 

криогенной установки 

12 кВт / 70K 

Давление жидкого азота 

до 1,4 MPa 

Расход жидкого азота 

0,1÷0,6 кг/сек 

Рис

. 2. 

Схема

 

подключения

 

ВТСП

 

КЛ

ВТСП-кабель

ПC Центральная

330 кВ

ПC РП-9

220 кВ

Рис

. 3. 

Параметры

 

ВТСП

 

КЛ

 

при

 

проведении

 

токовых

 

испытаний

I

ном

78 К

Температура, К

Ток, А

1200

1000

800

600

400

200

0

5700

5200

4700

4200

3700

3200

67

69

71

73

75

77

79

81

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Напр

яж

ение, мВ

T

 

на входе в криостат

T

 

на выходе из криостата

AC-DC-AC, ограничение токов КЗ и регулирование 

потоков  мощности  осуществляется  преобразова-

тельными  подстанциями.  Вставка  обеспечивает 

взаимное резервирование двух энергорайонов, за-

питанных  от  подстанций  «РП-9»  и  «Центральная» 

и, следовательно, повышение надежности энерго-

снабжения потребителей. 

Проведенные  электрические  испытания  двух 

строительных длин общей протяженностью 860 мет-

ров  (рисунок  3)  подтвердили  достижение  всех  про-

ектных характеристик ВТСП КЛ [6, 7]. Так при варьи-

ровании температуры от 67 К до 81 К критический ток 

изменялся в пределах от 5700 А до 3200 А. 

Принимая  во  внимание,  что  рабочий  ток  линии 

равен 2500 А, вышеприведенные результаты демон-

стрируют большой запас надежности по току. В этих 

условиях надежность работы СКО становится опре-

деляющим  фактором  с  точки  зрения  надежности 

всей системы.

КРИОГЕННАЯ

 

СХЕМА

 

ЛИНИИ

Принцип  работы  СКО  —  переохлаждение  циркуля-

ционного  в  ВТСП  КЛ  жидкого  азота  за  счет  тепло-

обмена  с  холодным  газообразным  гелием.  Принци-

пиальная  схема  замкнутой  СКО  представлена  на 

рисунке 4. Схема включает два контура. 

Первый

 

основной

 

контур

 — циркуляционный, где 

происходит  охлаждение  сверхпроводящего  кабеля 

и переохлаждение жидкого азота после его нагрева 

при прокачке через кабельную линию в теплообмен-

нике холодным газообразным гелием. 

 1 (52) 2019


Page 4
background image

96

В состав контура входит:

•  центробежная  насосная  уста-

новку ЦНУ, 

•  блок  переохлаждения  азота 

БПА, 

•  накопитель  переохлажденного 

азота НПА, 

•  теплообменники  гелий-гелий 

АТ1 и гелий-азот АТ2,

•  криостат  ВТСП  кабеля  посто-

янного тока,

•  криогенный  трубопровод  воз-

вращаемого жидкого азота.

Центробежная  насосная  уста-

новка  ЦНУ  включает  в  себя  два 

центробежных криогенных насоса 

(один  —  рабочий,  второй  —  ре-

зервный)  и  переключающую  ар-

матуру,  позволяющую  при  отказе 

работающего насоса автоматиче-

ски переключиться на резервный. 

Блок  переохлаждения  азота 

БПА  предназначен  для  переох-

лаждения  циркулирующего  жид-

кого  азота  в  теплообменнике  АТ2 

до  температуры  65–67  К.  Охлаждение  жидкого  азо-

та  осуществляется  холодным  газообразным  гелием 

с минимальной температурой 47 К. Во избежание за-

мораживания азота используется прямоточная схема 

теплообмена.

Второй

 

контур

 

— рефрижератор, предназначен-

ный  для  охлаждения  газообразного  гелия  путем  его 

сжатия в компрессоре с последующим расширением 

и совершением работы в турбодетандерном агрегате.

В состав контура входит:

•  два  гелиевых  винтовых  компрессора  (МКС  1(2)) 

SULLAIR PCC20L;

•  арматура, позволяющая при отказе работающего 

компрессора  автоматически  переключиться  на 

резервный;

•  агрегат турбодетандерный (ТДА). 

Кроме вышеперечисленного в СКО входит систе-

ма  первичной  заправки  и  подпитки  жидким  азотом 

и система подготовки газообразного гелия.

СКО  обеспечивает  проведение  следующих  опе-

раций:

•  первичный  прием  газообразного  гелия,  очистку 

газообразного гелия, закач-

ку в ресиверы, хранение;

•  первоначальное  захола-

живание 

оборудования 

жидким азотом;

•  переохлаждение  жидко-

го  азота  и  поддержание 

режима  термостатирова-

ния ВТСП кабеля;

•  удаление жидкого азота из 

криостата кабеля и отогрев 

кабеля.

Работа СКО автоматизиро-

вана,  включая  первоначаль-

ное  охлаждение,  режим  тер-

мостатирования  кабеля,  слив 

жидкого  азота  из  криостата  и  отогрев,  с  возможно-

стью перехода на ручное дистанционное управление 

и  включение  автономных  контуров  автоматического 

регулирования со щитов управления СКО.

Автоматизированная  система  управления  тех-

нологическим  процессом  (АСУ  ТП)  компрессорной 

установки  МКС-55/3-12-Э1  и  электронасосной  уста-

новки ЦНУ 5/180 предусматривает возможность ав-

томатического перевода работы СКО на резервный 

гелиевый  компрессор  и  резервный  насос  прокачки 

жидкого азота.

АНАЛИЗ

 

АВАРИЙНЫХ

 

ПРОЦЕССОВ

СИСТЕМА

 

КОНТРОЛЯ

 

И

 

ЗАЩИТЫ

Аварийные  процессы  в  СКО  ВТСП  КЛ  являются 

следствием  возникновения  повреждения  оборудо-

вания,  повышения  уровня  теплопритоков  в  конту-

ре циркуляции жидкого азот, ложных срабатываний 

устройств и аппаратов, ошибочные действия персо-

нала. 

Схема  интеграции  системы  блокировок  и  защит 

представлена на рисунке 5.

Рис

. 4. 

Принципиальная

 

схема

 

СКО

: 1 — 

датчики

 

температуры

 

и

 

давления

 

гелия

 

на

 

входе

 

МКС

; 2 — 

датчики

 

температуры

 

и

 

давления

 

гелия

 

на

 

входе

 

МКС

; 3 — 

датчики

 

давления

 

и

 

температуры

 

гелия

 

на

 

входе

 

в

 

турбодетандер

-

ный

 

агрегат

; 4 — 

датчики

 

давления

 

и

 

температуры

 

азота

 

на

 

входе

 

в

 

ВТСП

 

КЛ

; 5 — 

измерительный

 

модуль

 (

давление

температура

расход

 

азота

после

 

ВТСП

 

КЛ

; 6 — 

датчики

 

давления

 

и

 

температуры

 

азота

 

на

 

выходе

 

из

 

обрат

-

ного

 

криостата

; 7 — 

датчики

 

давления

 

и

 

температуры

 

на

 

выходе

 

ЦНУ

 

ТДА

БПА

АТ1

АТ2

В

Т

СП
 К

Л

Обратный криостат

МКС 1

АРМ оператора СКО ВТСП КЛ
Система блокировок и защит

СУ 

насосом

СУ 

компрес-

сорами

 Шкаф сбора  

и передачи  сигнала

СУ 

турбодетан-

дером

4

3

5

7

6

Система 

электропередачи

Накопитель 

переохлажденного 

азота 

1

2

МКС 2

Н10

Н20

ЦНУ

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ

Рис

. 5. 

Схема

 

интеграции

 

системы

 

блокировок

 

и

 

защит

 

в

 

схему

 

управления

 

СКО

 

ВТСП

 

КЛ


Page 5
background image

97

Упрощенная схема си-

стемы  криогенного  обе-

спечения ВТСП КЛ с опре-

делением основных точек 

контроля представлена на 

рисунке 6. 

В  соответствие  с  раз-

работанной схемой опре-

делены  основные  кон-

тролируемые  параметры 

для каждой точки схемы. 

Полученные  в  результа-

те  проведенных  испыта-

ний  значения  аварийных 

режимов  работы  струк-

турированы  по  значимо-

сти  для  каждого  из  сценариев  неисправности  или 

аварии. В период прохождения испытаний на СКО 

ВТСП КЛ были зафиксированы показания нормаль-

ного  режима  работы  системы,  представленные 

в таблице 2.

При  проведении  экспериментальных  иссле-

дований  циркуляционный  контур  охлаждения  ка-

беля  включал  две  строительных  длины  кабеля 

по  430  метров  каждая  с  одной  соединительной 

и  двумя  концевыми  муфтами,  обратный  криостат 

длиной  300  метров,  циркуляционные  насосы,  те-

плообменник АТ2, соединительные криостаты и из-

мерительный  блок.  Таким  образом,  длина  крио-

генной  петли  (без  теплообменника)  была  порядка

1200 метров. 

В работе были рассмотрены следующие вариан-

ты аварийных режимов криогенной системы:

Обратный криостат

ЦНУ

МКС

q1

1

2

X1

q3

2'

AT1

3

4

AT2

N2-1

N2-6

q2

ТДА

5

Q-2

Q-3

N2-5

N2-4

N2-3

Q-0

Q-1

НПА

N2-2

Криостат+кабель

Рис

. 6. 

Схема

 

расположения

 

точек

 

контроля

 

параметров

 

СКО

 

ВТСП

 

КЛ

 

при

 

проведе

-

нии

 

испытаний

Табл. 2. Параметры установившегося режима 

Параметр

Значение

Установившийся режим

Минимальная температура гелия в ТДА, К 

59,5

Скорость вращения турбины, об/мин

143 000

Температура азота на входе в ВТСП КЛ, К

65,5 

Температура азота на выходе из ВТСП КЛ, К

68,2 

Температура азота на входе в обратный криостат, К

68,2 

Расход азота, л/мин

34 

Давление гелия на входе в МКС, МПа

0,19 

Давление гелия на входе в ТДА, МПа 

1,09 

Включение ВТСП КЛ на рабочий ток 2500 А

Минимальная температура гелия в ТДА, К 

59,5 

Скорость вращения турбины, об/мин

130 000

Температура азота на входе в ВТСП КЛ, К

68,7 

Температура азота на выходе из ВТСП КЛ, К

70,63

Температура азота на входе в обратный криостат, К

73,00

Расход азота, л/мин

36,6 

Давление гелия на входе в МКС, МПа

0,17 

Давление гелия на входе в ТДА, МПа

1,07 

 

– аварийный  выход  из  эксплуатации  турбодетан-

дерного блока;

 

– аварийный  выход  из  эксплуатации  одного/двух 

циркуляционных насосов;

 

– аварийный выход из эксплуатации контура пере-

охлаждения;

 

– аварийная потеря вакуума одной из криостатиче-

ских оболочек ВТСП кабельной линии или конце-

вых и соединительных муфт.

Для примера на рисунке 7 представлена осцил-

лограмма  аварийного  режима  СКО  ВТСП  КЛ  при 

выходе из эксплуатации контура переохлаждения. 

При  этом  поддерживается  циркуляция  хладаген-

та, находящегося в кабельной линии и из накопи-

теля переохлажденного азота (НПА). Данный ава-

рийный  режим  сопровождается  незначительным 

повышением  температуры  жидкого  азота.  Ста-

бильность  работы  ВТСП  КЛ  при  аварии 

в  системе  криообеспечения  поддержи-

вается до момента устранения неисправ-

ности,  либо  достижения  параметрами 

хладагента  предельно  допустимых  зна-

чений.

В момент аварийного выхода из строя 

рабочего насоса прокачки жидкого азота 

(ЦНУ)  системы  криообеспечения  ВТСП 

КЛ,  наблюдается  отклик  в  параметрах 

теплогидравлического  режима  азотно-

го  контура,  связанный  с  прекращением 

циркуляции  жидкого  азота  в  ВТСП  КЛ. 

Заданный  аварийный  режим  представ-

лен на рисунке 8. Режим сопровождается 

повышением температуры жидкого азота 

в  контрольных  точках  ВТСП  КЛ.  Полу-

ченные  данные  подтверждают  необхо-

димость  контроля  режима  АВР  азотных 

насосов, поскольку задержки во включе-

нии резервного насоса жидкого азота мо-

гут привести к прекращению циркуляции 

хладагента и заметному повышению тем-

пературы азота вблизи токовых вводов.

Критическое  воздействие  криогенной 

системы  на  характеристики  передачи 

осуществляется  через  повышение  тем-

пературы хладагента и соответствующее 

снижение критического тока сверхпрово-

дящего  кабеля.  Принимая  во  внимание, 

 1 (52) 2019


Page 6
background image

98

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̼̖̏̔

 

̛̚

 

̨̨̨̬̯̦̍̌̐

 

̡̨̛̬̭̯̯̌̌

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

̨̬̯̦̼̜̍̌

 

̡̨̛̬̭̯̯̌

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̼̖̏̔

 

̛̚

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

̨̬̯̦̼̜̍̌

 

̡̨̛̬̭̯̯̌

1

0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

t, 

̛̥̦

 

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

 

̨̯̌̌̚

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

3350

2800

2850

2900

2950

3000

3050

3100

3150

3200

3250

3300

69

67

66

68

70

71

1690

1680

1670

1660

1650

1640

1630

ʽ̸̡̛̛̯̣̖̦̖̭̭̯̖̥̼̀

̵̨̛̪̖̬̖̣̙̖̦̌̔́

˄̨̛̛̭̯̦̹̜̭̌̏̏́

̨̛̛̪̭̣̖̬̜̦̼̜̬̖̙̥̌̏̌

Рис

. 7. 

Осциллограмма

 

аварийного

 

режима

 

СКО

 

ВТСП

 

КЛ

 

при

 

выходе

 

из

 

эксплуатации

 

контура

 

переохлаждения

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʶʿ˃

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̼̖̏̔

 

̛̚

 

̨̨̨̬̯̦̍̌̐

 

̡̨̛̬̭̯̯̌̌

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

̨̬̯̦̼̜̍̌

 

̡̨̛̬̭̯̯̌

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̼̖̏̔

 

̛̚

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

  

̨̯̌̌̚

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

̦̌

 

̵̨̖̏̔

 

̏

 

̨̬̯̦̼̜̍̌

 

̡̨̛̬̭̯̯̌

1

0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

t, 

̛̥̦

 

ʪ̛̣̖̦̖̌̏

 

̨̯̌̌̚

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

˃̖̥̪̖̬̯̱̬̌̌

 

̨̯̌̌̚

 

̏

 

ʦ˃ˁʿ

 

ʶʸ

ˀ̵̨̭̌̔

 

̨̯̌̌̚

 

3000

69

67

68

70

71

1200

800

400

200

66

2500

0

600

1000

1400

1600

1800

2000

2200

4000

3500

4500

5000

5500

ʽ̸̵̨̡̛̛̛̛̣̭̯̯̖̪̣̬̣̖̭̍̌̐̔̌̏

̨̛̥̱̺̖̦̜̏̚

ʽ̸̡̛̯̣̖̦̖̀

̨̨̨̨̭̦̦̏̐

̨̦̭̭̌̌

ʯ̨̨̦̬̯̼̌̌̍ʤʦˀ

˄̵̨̡̛̱̹̖̦̖̪̯̖̣̖̜̔̌̌̚

̨̬̯̼̌̍ˉʻ˄;˃ϬͿ

Рис

. 8. 

Осциллограмма

 

аварийного

 

режима

 

СКО

 

ВТСП

 

КЛ

 

при

 

выходе

 

из

 

эксплуатации

 

основного

 

циркуляционного

 

насоса

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ


Page 7
background image

99

что  криогенная  станция  расположена  на  одном 

конце  кабельной  линии,  максимальная  темпера-

тура будет иметь место на дальнем конце кабеля 

возле токового ввода. На рисунке 9 представлены 

расчетные временные зависимости максимальной 

температуры  наиболее  нагретой  точки  ВТСП  КЛ 

при различных аварийных режимах работы.

Ограничение  максимальной  температуры  77  К 

обеспечивает некоторый запас надежности нашим 

оценкам  в  связи  с  тем,  что  токонесущая  способ-

ность кабеля остается удовлетворительной вплоть 

до температуры 81 К (см. рисунок 3). Из приведен-

ных результатов следует, что при аварийных режи-

мах  криогенной  системы  кабельная  линия  может 

нести номинальную нагрузку от получаса до двух 

часов. Это время отводится персоналу для устра-

нения аварийного режима или принятия решения 

о постепенном снижении нагрузки в соответствии 

с  повышением  температуры  с  последующим  от-

ключением линии.

В  качестве  исходных  данных  для  расчета  ис-

пользовались  данные  с  первичных  устройств  из-

мерений и контроля АСУ ТП системы криогенного 

обеспечения, полученные при испытаниях аварий-

ных  режимов  работы  СКО  ВТСП  КЛ.  Далее  на  их 

основе  с  применением  метода  математической 

экстраполяции были построены графики развития 

различных аварийных режимов СКО ВТСП КЛ.

Как и предполагалось, наиболее опасным ава-

рийным режимом является прекращение циркуля-

ции азота в ВТСП КЛ. Именно поэтому в проекте 

линии  было  предусмотрено  дублирование  цирку-

ляционных насосов. 

Результаты, представленные на рисунке 8, по-

лучены  расчетным  путем  для  двух  строительных 

длин ВТСП КЛ и будут уточнены эксперименталь-

но после монтажа всей линии на объекте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные  результаты  анализа  аварийных  ре-

жимов  работы  СКО  ВТСП  КЛ  позволят  обеспе-

чить  безопасность  технологического  процесса 

крио обеспечения ВТСП КЛ, произвести корректи-

ровку  и  настройку  системы  блоркировок  и  защит 

СКО, а также повысить контроль и автоматическое 

управление  СКО  в  заданных  режимах  работы. 

По  результатам  работы  было  создано  программ-

ное  обеспечение  системы  блокировки  и  защиты 

системы криогенного обеспечения сверхпроводя-

щей кабельной линии.  

Р

а

б

о

ч

и

й

 т

о

к 2500 А

Рабочий диапазон 

температуры СП

t, мин

Показатели аварийных режимов 

работы СКО ВТСП КЛ

Время работы СКО ВТСП при рабочем токе

Рис

. 9. 

Зависимость

 

изменения

 

температуры

 

наиболее

 

нагретой

 

точки

 

от

 

времени

 

нахождения

 

линии

 

в

 

аварийном

 

режиме

ЛИТЕРАТУРА
1.  Grant  P.M.  Superconducting  Lines 

for  the  Transmission  of  Large 

Amounts  of  Electrical  Power  Over 

Great  Distances:  Garwin–Mati-

soo  Revisited  Forty  Years  Later  / 

IEEE  Transactions  on  Applied  Su-

perconductivity, vol. 17, is. 2, 2007, 

pp. 1641–1647. 

2.  Superconductors in the Power Grid. 

Ed.  C.  Rey.  Materials  and  Applica-

tions.  Woodhead  Publishing,  2015, 

462 p. 

 1 (52) 2019


Page 8
background image

100

3.  Сытников  В.Е.  Состояние  работ 

по созданию сверхпроводящих ка-

бельных линий в России и в мире. 

Краткий  обзор  //  Энергия  единой 

сети, 2017, № 1(30). С. 14–27.

4.  Аксютин  О.Е.,  Ишков  А.Г.,  Гра-

чев В.А., Панцырный В.И., Карпюк 

Л.А.,  Абдюханов  И.М.,  Сытников 

В.Е.  Перспективы  использования 

высокотемпературных  сверхпро-

водников для передачи энергии на 

большие  расстояния  //  Экология 

и  промышленность  России,  2018, 

№ 22(3). С. 15–21.

5.  Sytnikov  V.E.,  Bemert  S.E.,  Kopy-

lov S.I., Romashov M.A., Ryabin T.V., 

Shakaryan  Yu.G.,  Lobyntsev  V.V. 

Status of HTS cable link project for 

St.  Petersburg  grid.  IEEE  Trans. 

Appl. Supercond, vol. 25, no. 3, June 

2015. Art. ID 5400904.

6.  Сытников  В.Е.,  Дементьев  Ю.А. 

Сверхпроводящие  кабели  посто-

янного  тока  и  перспективы  соз-

дания  на  их  основе  протяженных 

линий  электропередачи  //  ЭЛЕК-

ТРОЭНЕРГИЯ.  Передача  и  рас-

пределение, 2018, № 1(46). С. 92–

100.

7.  Корсунов П.Ю., Рябин Т.В., Сытни-

ков В.Е. Сверхпроводящие кабели. 

Проект  ВТСП  КЛ  по  соединению 

ПС  330  кВ  «Центральная»  и  ПС 

220 кВ «РП-9» в Санкт-Петербурге 

//  Энергия  единой  сети,  2017, 

№ 3(32). С. 28–36.

REFERENCES
1.  Grant  P.M.  Superconducting  Lines 

for  the  Transmission  of  Large 

Amounts  of  Electrical  Power  Over 

Great  Distances:  Garwin–Mati-

soo  Revisited  Forty  Years  Later  / 

IEEE  Transactions  on  Applied  Su-

perconductivity, vol. 17, is. 2, 2007, 

pp. 1641–1647. 

2.  Superconductors in the Power Grid. 

Ed.  C.  Rey.  Materials  and  Applica-

tions.  Woodhead  Publishing,  2015, 

462 p. 

3.  Sytnikov V.E. Activity progress when 

creating superconducting cable lines 

in  Russia  and  in  the  world.  Short 

review. 

Energiya edinoy seti 

[En-

ergy of unifi ed grid], 2017, no. 1(30), 

pp. 14–27. (in Russian)

4.  Aksyutin O.E., Ishkov A.G., Grachev 

V.A., Pantsyrnyy V.I., Karpyuk L.A., 

Abdyukhanov  I.M.,  Sytnikov  V.E. 

Prospects  for  high-temperature  su-

perconductors  application  to  trans-

fer  electric  power  over  long  dis-

tances. 

Ekologiya i promyshlennost 

Rossii 

[Ecology and Industry of Rus-

sia], 2018, no. 22(3), pp. 15–21. (in 

Russian)

5.  Sytnikov  V.E.,  Bemert  S.E.,  Kopy-

lov S.I., Romashov M.A., Ryabin T.V., 

Shakaryan  Yu.G.,  Lobyntsev  V.V. 

Status of HTS cable link project for 

St.  Petersburg  grid.  IEEE  Trans. 

Appl.  Supercond,  vol.  25,  no.  3, 

June 2015. Art. ID 5400904.

6.  Sytnikov V.E., Dementyev Yu.A.  DC 

superconducting  cables  and  pros-

pects of long-distance transmission 

lines  creation  based  on  those  ca-

bles. 

ELEKTROENERGIYa: pere-

dacha i raspredelenie

  [ELECTRIC 

POWER:  Transmission  and  Distri-

bution], 2018, no. 1(46), pp. 92-100. 

(in Russian)

7.  Korsunov  P.Yu.,  Ryabin  T.V.,  Syt-

nikov V.E. Superconducting cables. 

HTS cable for the connection of 330 

kV  substation  "Tsentralnaya"  and 

220 kV substation "RP-9" in St. Pe-

tersburg. 

Energiya edinoy seti

  [En-

ergy of unifi ed grid], 2017, no. 3(32), 

pp. 28–36. (in Russian)

КАБЕЛЬНЫЕ 

ЛИНИИ

Выставочный центр
“ЦАРИЦЫНСКАЯ ЯРМАРКА”

valya@zarexpo.ru

(8442) 26-50-34

3-5

апреля

Волгоград Арена

ЭНЕРГО-VOLGA-2019

межрегиональный форум

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

выставка

Организаторы:

Администрация Волгоградской области,

ВЦ “Царицынская ярмарка”

Генеральный

информационный партнер


Читать онлайн

В статье кратко представлены результаты разработки сверхпроводящей линии постоянного тока для энергосистемы Санкт-Петербурга. Основное внимание в работе уделено исследованию возможных аварийных режимов, связанных с неисправностями в криогенной системе. Представлен анализ данных, полученных при испытаниях аварийных режимов системы криогенного обеспечения кабельной линии. Приведены принципиальные схемы системы криогенного обеспечения и определены предельно допустимые параметры системы криогенного обеспечения ВТСП КЛ при аварийных режимах работы. Проведена оценка возможного времени передачи номинальной мощности кабельной линией при возникновении различных неисправностей криогенной системы. В результате предложена корректировка созданной системы блокировок и защит системы криогенного обеспечения ВТСП КЛ, что повысит надежность работы в различных режимах.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»