28 января в Санкт-Петербурге начала работу VI Международная конференция «Высоковольтные воздушные и кабельные линии электропередачи», организаторами которой выступают компании «Стример» и «Электросетьстройпроект» (ЭССП). В текущем году мероприятие, ранее проводившееся онлайн, впервые проходит в очном формате. В связи с этим расширился круг тем конференции и увеличилось количество докладов, распределенных по 7 тематическим секциям. Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» как и в прошлые годы выступает генеральным информационным партнером мероприятия и публикует серию материалов, посвященных главным моментам конференции.
Одним из ключевых событий первого дня форума стал обзорный доклад руководителя направления альтернативного проектирования АО «НПО «Стример», представителя России в международном исследовательском комитете B2 СИГРЭ, к.ф.-м.н Марины Ермошиной. Доклад традиционно был посвящен новым мировым тенденциям развития электросетевого строительства, обозначенным комитетами B1 (Кабельные линии) и B2 (Воздушные линии) в ходе юбилейной 50-й Сессии СИГРЭ. «Каждый год научно-технический комитет СИГРЭ выбирает предпочтительные тематики. Это те вопросы, на которые принимаются доклады и которые являются наиболее актуальными. Они показывают, в каком направлении движется вся мировая энергетика», — отметила Марина Ермошина.
По словам спикера, комитетами были сформированы группы предпочтительных тематик (ПТ), о каждой из которых Марина Ермошина рассказала более подробно.
Кабельные линии
Ключевым фактором, определяющим тренды развития кабельных линий в Европе, является масштабное внедрение ВИЭ-генерации — в первую очередь морских ветропарков, требующих прокладки КЛ по дну океана, рассказала Марина Ермошина. Соответственно, на первый план выходят технические аспекты прокладки подводных кабелей и методики количественной оценки потерь. Среди таких аспектов и методик спикер отметила моделирование поведения кабелей методом конечных элементов. Метод подразумевает исследование физических характеристик (жесткости и изгиба) для изучения воздействия на кабель динамических нагрузок течений и приливов в океане. С помощью данного метода можно уточнить требования к конструкции кабеля, рассчитать номинальные параметры и потери в кабелях, наведенные напряжения и токи для различных схем оплеток кабелей и конструкций экранов.
В свою очередь тренды развития подводных КЛ, определяются фактором воздействия на окружающую среду. По словам Марины Ермошиной, сейчас в Европе активно разрабатываются и применяются стратегии прокладки кабелей с минимальным воздействием на морские экосистемы.
Ряд сложностей создает и большое общее количество уже проложенных по морскому дну кабелей, которые нередко повреждаются при строительстве новых КЛ или иных земляных работах. Для того, чтобы этого избежать, активно применяются технологии георадара. Еще ряд методик направлен на уменьшение угроз, связанных с неразорвавшимися боеприпасами, находящимися на дне океана и представляющими реальную опасность для подводных кабельных систем.
Экологические аспекты учитываются также в вопросах мониторинга и обеспечения долговечности и устойчивости высоковольтных кабельных систем. Здесь одним из основных трендов являются новые методы оценки окончания срока службы кабелей, что позволяет точно планировать замену и вторичную переработку материалов. Не менее важный момент — точная оценка электромагнитного поля морских кабелей для предотвращения воздействия на окружающую среду и здоровье человека.
Не осталось без внимания комитета В1 и применение искусственного интеллекта для контроля и управления техническим состоянием кабелей. По словам Марины Ермошиной, на текущий момент бытует мнение, что ИИ должен в обозримой перспективе произвести революцию в обслуживании по техническому состоянию.
Среди других перспективных тематик, вошедших в первую группу тенденций: использование цифровой трансформации как основы для оптимизации отдельных частей или всего жизненного цикла КЛ, разработка новых методов испытаний, применение различных типов кабелей в рамках одной сети, локализация токов короткого замыкания.
Говоря о второй группе тематик, отмеченных комитетом В1 СИГРЭ, Марина Ермошина рассказала, что здесь одним из главных трендов являются инновационные кабели и кабельные системы. Главными определяющими факторами в этой части выступают рост городов и уплотнение застройки, а также развитие промышленности, требующей бесперебойного электроснабжения. Как следствие, растет потребность в компактных, гибких решениях, которые могут работать в течение длительного времени без перебоев с минимальной потребностью в обслуживании.
Так, например, активно разрабатываются и применяются временные кабельные соединения высокого напряжения для ремонта и реконструкции подстанций без отключения потребителя, ведется поиск более надежных подземных систем передачи электроэнергии, передовых методов проектирования и стратегий аварийного обслуживания, направленного на снижение частоты отказов и оптимизацию капитальных и операционных вложений.
Важным направлением является и развитие сетей постоянного тока среднего напряжения. Такие сети позволяют более эффективно и гибко управлять потоками мощности. Как отметила спикер, основными факторами, сдерживающими развитие сетей постоянного тока, являются их высокая стоимость и отсутствие необходимых международных стандартов.
Еще одно перспективное направление, отмеченное комитетом В1, — это применение высокотемпературных сверхпроводящих кабелей (ВТСП-кабели), которые могут стать эффективной альтернативой традиционным кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена, особенно в условиях плотной городской застройки. ВТСП-кабель позволяет увеличить передаваемую мощность при минимизации строительных работ и эксплуатационных расходов. Уделяется внимание и традиционным кабелям, рассказала Марина Ермошина. Например, проводятся исследования новых изоляционных материалов, происходит пересмотр традиционных пределов рабочих температур, для силовых кабелей с изоляцией из СПЭ и т.д.
Совершенствование методов оценки пропускной способности КЛ также является одной из основных тенденций их развития. В этой части, по словам спикера, особое внимание уделяется учету динамических факторов, например, таких, как изменяющийся во времени ток в кабеле и частичное высыхание грунта вокруг кабельных каналов.
Перспективным для совершенствования методов оценки представляется и использование цифровых двойников систем силовых кабелей. Как рассказала Марина Ермошина, сейчас активно обсуждается концепция создания цифровых копий подземных кабельных сетей для обеспечения непрерывного мониторинга и анализа состояния кабеля, потоков нагрузки и событий потребления в течение всего срока службы. Также представлен и испытан на реальном кабеле 110 кВ прототип цифровой двойниковой системы, демонстрирующий потенциал для расширенного мониторинга и управления подземными кабельными системами в городских условиях.
В третьей группе перспективных тематик на первый план также выведен экологический аспект. Главным трендом здесь является отказ от элегазового оборудования. По словам спикера, сейчас активно рассматривается несколько альтернатив элегазу (SF6). Это смеси фторкетонов (CS-FK), смеси фторнитрилов (C4–FN), природные газы и синтетический воздух. С использованием этих альтернативных газов уже разработан ряд решений нового поколения.
Еще один экологически ориентированный тренд — вытеснение маслонаполненных кабелей. При этом главная альтернатива — кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена — также не представляется оптимальной, подчеркнула Марина Ермошина: «Одной из главных проблем здесь является утилизация полиэтилена, это дорогостоящая, сложная и неэкологичная процедура». В связи с этим, в настоящее время активно рассматриваются новые технологии производства сшитых материалов и альтернативные виды кабелей, например, кабели с изоляцией из сжатого воздуха.
Еще одно направление в группе тематик, посвященных устойчивому развитию, — повышение доступности кабелей и кабельных систем. В этой части происходит стандартизация и унификация новых видов кабелей как в рамках отдельных государств, так и на международном уровне. Так, например, в Италии были созданы новые типовые кабельные линии напряжением 36 кВ, которые стали государственным стандартом для ВИЭ, рассказала Марина Ермошина.
Упрощаются и процедуры подключения к подстанциям среднего и высокого классов напряжения. Активно применяется умная электроника, создаются новые типы соединений, происходит цифровая интеграция с системой диспетчерского управления и сбора данных.
Воздушные линии
Аналогичным образом группы предпочтительных тематик были сформированы и комитетом В2 СИГРЭ.
Одним из основных трендов было названо увеличение пропускной способности ВЛ, рассказала Марина Ермошина. Для этого сейчас начинается применение технологии динамической оценки ЛЭП — DLR (Dynamic Line Rating). Суть технологии в том, что максимальная нагрузка на сеть создается тогда, когда это позволяют условия окружающей среды. Для такого управления сетями активно используются цифровые технологии.
По результатам расчетов, развертывание DLR может дать порядка 15% прироста пропускной способности сети, и еще 40% может принести повышение напряжения, рассказала Марина Ермошина.
Как и в случае с кабельными линиями, перспективным направлением является применение высокотемпературных проводов. По расчетам, замена обычных проводов на высокотемпературные может принести до 60% прироста пропускной способности. Однако здесь, по словам спикера, есть ряд сдерживающих факторов. Например, для замены обычного провода на высокотемпературный для повышения мощности существующей ВЛ 380 кВ с 2500 А до 4000 А необходима оптимизация фаз для сохранения уровня электромагнитного поля при подвеске на существующих опорах. Остается недостаточно изученным и вопрос применения высокотемпературных проводов в районах с высокими гололедными нагрузками. Как рассказала Марина Ермошина, сейчас данный вопрос активно прорабатывается норвежскими энергетиками.
Особую подгруппу перспективных тематик составляют вопросы согласования и получения разрешений. Одной из ключевых проблем здесь является акустическое воздействие при замене проводов в густонаселенных районах. По словам спикера, сейчас ведется разработка систем проводов и арматуры с шумопонижающими свойствами. В частности уже представлены новые типы проводов, во внутреннем алюминиевом слое которых используются звукоизолирующие полые трубки. Также разрабатываются новые модели прогнозирования шума короны при слабых осадках для гидрофильных поверхностей проводов.
Как и в случае с КЛ, в вопросах проектирования воздушных линий в густонаселенных районах ключевое значение имеет компактность. Здесь, по словам Марины Ермошиной, основная сложность заключается в том, что компактные конструкции в сочетании с высокой нагрузкой приводят к увеличению индуктивного и емкостного взаимодействия между цепями. Соответственно, для ограничения повышения температуры требуется установка нескольких устройств параллельно.
Еще одна тенденция — активное применение изолирующих траверс, говорит Марина Ермошина: «Мы в России скептически относимся к изолирующим траверсам, однако во всем мире они очень активно применяются на различных классах напряжения, вплоть до 750 кВ». По словам спикера, применение композитных изолирующих траверс — это первый этап, за которым последует уже упомянутая замена проводов на высокотемпературные, что позволит увеличить пропускную способность сети.
Среди инновационных решений, отмеченных комитетом В2 в числе перспективных тематик, Марина Ермошина упомянула активное использование ГИС-технологий для выбора оптимальной трассы ВЛ. Эти технологии позволяют учесть множество факторов: топографию, охраняемые территории, геологию, природные опасности, гидрографию, растительность, инфраструктуру, землепользование и т.д.
Еще одна важная инновация — применение для опор высокопрочных сталей, позволяющих сделать конструкцию более легкой и прочной, а соответственно, и сократить углеродный след от строительства ЛЭП. К таким материалам относится, например, сталь марки S460, представленная еще в 2019 году, но до сих пор не применяемая при производстве решетчатых опор. По словам Марины Ермошиной, использование высокопрочных сталей на настоящий момент сдерживается отсутствием в нормативных документах рекомендаций по проектированию. Однако пилотный проект опоры из такой стали сейчас готовится к реализации в Бельгии.
Среди отмеченных СИГРЭ ключевых инноваций и применение линий постоянного тока, рассказала спикер. Но и здесь есть серьезный сдерживающий фактор — стандарт МЭК 61325. Данный стандарт устанавливает технические требования только к стеклянным и фарфоровым изоляторам для линий постоянного тока, что создает необходимость экстраполяции требований для полимерных изоляторов. А это в свою очередь приводит к увеличению длины гирлянд при расчете удельной длины пути утечки. Таким образом, для эффективного использования линий постоянного тока необходим пересмотр МЭК 61325, подчеркнула Марина Ермошина.
Ряд перспективных тематик был выделен комитетом В2 и в части эксплуатации элементов ВЛ. Среди них: неразрушающий контроль проводов, исследования акустического шума и его причин, процедуры оценки и расчета остаточного срока службы проводов под действием ветровых динамических нагрузок, программа испытаний оценки состояния и работоспособности изоляторов и многое другое.
Отметила спикер и инновационные методики ремонта и реконструкции опор. Например, реконструкция методом «опора в опоре» — то есть установка новой конструкции внутри существующей. Данный метод был опробован в Японии на ВЛ 66 кВ, рассказала Марина Ермошина. Примечателен и бельгийский опыт применения портального крана для временной стабилизации конструкции опоры 380 кВ до тех пор, пока не будет возможно выполнение ремонтных работ.
Среди других трендов, выделенных СИГРЭ в части эксплуатации элементов ВЛ: использование БПЛА, применение ИИ и иных цифровых технологий.
Еще одну группу направлений составляют вопросы влияния климата на проектирование и эксплуатацию ВЛ. «Сегодня, проектируя линии и вводя их в эксплуатацию, мы прекрасно понимаем, что через 50 лет климат изменится, и нам уже сейчас нужно что-то с этим делать», — подчеркнула Марина Ермошина.
Например, уже на текущий момент мы можем наблюдать проблемы, связанные с ветровыми воздействиями на конструкции, спроектированные по старым стандартам без учета повысившихся в последние годы частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений. Здесь, по словам спикера, особое значение имеют: моделирование проектных нагрузок от ветра и гололеда на опоры на основе исторических данных; разработка конструкций опор, предотвращающих накопления снега в узлах соединения элементов; оценка вероятности разрушения конструкции или обрыва провода из-за экстремальных погодных событий, основанная на накопленном опыте.
«Энергетический переход заставляет искать решения по увеличению мощности существующих кабельных и воздушных линий. С другой стороны, требуется и строительство новых линий для интеграции возобновляемых источников энергии», — отметила Марина Ермошина, подводя итоги своего выступления.
VI Международная конференция «Высоковольтные воздушные и кабельные линии электропередачи» завершит работу 30 января. О докладах, представленных в рамках тематических секций конференции, мы расскажем в ближайших публикациях.
Подписывайтесь на Telegram-канал журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
Подписаться
