Краткие обзоры докладов 43-й сессии СИГРЭ (Продолжение. Начало в № 2, 2010 г.)

(Продолжение. Начало в № 2 сентябрь-октябрь 2010 г.)

Воздушные линии

ОБЗОР ДОКЛАДОВ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ НА 43-Й СЕССИИ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СИГРЭ
ПО ТЕМАТИКЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОМИТЕТА А2 «ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ»

Увеличение передаваемой мощности
по существующим линиям посредством конверсии
переменного тока в постоянный или путем
перевода ВЛ на повышенное напряжение

Ограничения передаваемой по ВЛ мощности обусловлены необходимостью предотвращения существенных сдвигов и перекосов электрических параметров различных фаз, ограничения падения напряжения в конце протяженных ВЛ, недопущения значительных длительных перегревов проводов и контактных соединений. Как показано на рис. 1, передаваемая мощность несколько снижается от 800 МВт на относительно коротких линиях (длиной менее 100 км). Значительное снижение (до 300 МВт) происходит на некомпенсируемых ВЛ длиной более 300 км. Очевидно, что способы повышения передаваемой мощности отличаются для ВЛ с различными параметрами, поскольку для коротких линий ограничением является предел термической устойчивости, а для протяженных линий — падение напряжения или системная устойчивость.

Те ограничения передаваемой мощности, которые характерны для ВЛ значительной протяженности, могут преодолеваться посредством применения шунтирующих реакторов, компенсаторов реактивной мощности или, наконец, за счет перевода линии на следующую ступень номинального напряжения, преобразования ВЛ переменного тока в линию постоянного тока. На ВЛ небольшой протяженности предел термической устойчивости может быть повышен благодаря увеличению габаритов проводов до земли (перетяжки) или замене на провода с большим сечением, путем применения более современных и перспективных высокотемпературных проводов, среди которых предпочтительны изделия из материалов с малыми коэффициентами температурного удлинения, обеспечивающими малые стрелы провеса даже при значительных нагревах проводов.

В докладе В2-201 группа авторов из сетевых и исследовательских компаний Италии рассматривает ряд возможных вариантов преобразования существующих ВЛ 220 кВ переменного тока в линии ±250 и ±400 кВ постоянного тока (рис. 2). Обсуждается необходимость замены изоляторов на композитные. Передаваемая мощность будет увеличена в результате конверсии от 320 до 1008 МВт, а в случае применения высокотемпературных проводов — до 2,1—3,36 ГВт (в зависимости от варианта изменения конструкции верхних частей существующих опор). В дискуссии по докладу обсуждались вопросы целесообразности подобной конверсии существующих ВЛ, поскольку линии постоянного тока обычно используют для передачи энергии на значительные расстояния. Авторы доклада не смогли обосновать актуальность предлагаемой конверсии для Италии, где передача энергии осуществляется на достаточно ограниченные расстояния.

В совместном докладе В2-202 шести авторов из Румынии и одного автора из Германии рассматривается техническое решение по замене двухцепных опор 220 кВ на одноцепные опоры 400 кВ (рис. 3). В соответствии с экономическими показателями настоящего проекта подобная реконструкция вдвое дешевле строительства новой линии при необходимости прокладки новой трассы.

В дискуссии по докладу были высказаны сомнения в отношении надежности реконструированной ВЛ, базовая часть опор которой, а также фундаменты будут сохранены в неизменном виде. Ветровые и гололедные нагрузки, воздействующие на верхние реконструированные элементы опор, включая более значительные воздействия на расщепленные фазы (по два провода в пучке), могут привести к существенному снижению механической надежности промежуточных опор и ВЛ в целом. Неизвестно, выполнялись ли авторами доклада всесторонние оценки прочности и надежности опор и фундаментов с учетом предлагаемого варианта реконструкции. К сожалению, поднятые в дискуссии вопросы остались без ответа.

Доклад В2-203 специалистов из США и Канады представляет собой квалифицированную и систематизированную оценку преимуществ конверсии ВЛ переменного тока в линии постоянного тока. Подобные преимущества удается реализовать главным образом в тех случаях, когда указанная конверсия достигается путем минимальной реконструкции существующих линий. Кроме того, авторы отмечают, что конверсия целесообразна, когда стоимость строительства новой линии переменного тока слишком высока или новое строительство затруднено противодействием местных властей и регулятора. По мнению авторов доклада, конверсию целесообразно проводить в классе напряжения существующих сетевых объектов не ниже 345 кВ. В дискуссии по докладу было подтверждено, что линии ниже 345 кВ имеют, как правило, незначительную протяженность, поэтому их пропускная способность ограничена пределом термической устойчивости, который может быть повышен различными способами, отличными от конверсии существующих ВЛ в линии постоянного тока.

Доклад В2-204 представлен специалистами из Института электроэнергетики Северного Китая и посвящен изучению проблемы вероятности возникновения перекрытий на металлоконструкции опор и междуфазовых перекрытий при коммутационных перенапряжениях одноцепных ВЛ 750 кВ компактного типа (рис. 4). На рассматриваемой линии предполагается применить пучки проводов из восьми составляющих. Авторы доклада полагают, что воздушных промежутков 5,5 м от токоведущих элементов до заземленных элементов конструкции опор, а также междуфазовых расстояний 10 м будет достаточно для того, чтобы избежать проблем с перекрытиями при рабочих напряжениях и при действии коммутационных перенапряжений.

В дискуссии специальным докладчиком было отмечено, что в недавно опубликованном рекомендательном материале EPRI для ВЛ 765 кВ безопасными междуфазовыми расстояниями считаются величины от 12 до 15 м. В этой связи можно ожидать определенных проблем при эксплуатации китайских линий 750 кВ с предлагаемыми опорами компактного типа.

Совместный доклад В2-405 представлен четырьмя авторами из Южной Африки и Франции. Он описывает результаты проектирования и испытания опор для реконструируемых с целью увеличения пропускной способности ВЛ переменного и постоянного тока. В частности, приведен пример реконструкции опор ВЛ 220 кВ (рис. 5), высота которых существенно увеличена по сравнению с конструкциями существующих линий подобного класса, поскольку планируемое повышение передаваемой энергии и мощности неизбежно приведет к повышенному нагреву проводов, а следовательно, к уменьшению их габаритов до земли и пересекаемых объектов. Реконструкции предшествовали всесторонние расчетные оценки, выполненные методом конечных элементов, и последующие проверочные испытания модифицированных конструкций.

Приведены также результаты технико-экономического обоснования реконструкции ВЛ 275 кВ переменного тока для конверсии в линию ±500 кВ постоянного тока. В последнем случае реконструктивные мероприятия предполагают замену фундаментов (подножников) и нижних частей (ног) самих опор.

Также были рассмотрены варианты изменения конфигурации верхних частей опор, которые будут использованы для формирования полюсов ВЛ постоянного тока. В дискуссии по докладу обсуждались вопросы необходимости проведения особенно тщательных расчетов и последующих экспериментальных проверок их результатов в тех случаях, когда принимаются решения о конверсии существующих линий переменного тока в линии постоянного тока повышенной пропускной способности.

Технико-экономические последствия реализации недостаточно проверенных и обоснованных решений могут быть связаны, как отметил специальный докладчик Д. Даглас, с весьма драматичными явлениями, оказывающими воздействие на надежность и безопасность работы электрических сетей в региональном масштабе.

Способы оценки эксплуатационной готовности ВЛ
в электрическом и механическом аспектах

Владельцы электрических сетей вынуждены предпринимать активные действия с целью повышения эксплуатационной готовности воздушных линий электропередачи, в связи с ростом потребности в электрической энергии, ужесточением требований регуляторов, а также с происходящим процессом старения элементов ВЛ. Понятие эксплуатационной готовности включает показатели механической и электрической надежности объектов, также и показатели ремонтопригодности. Другими словами, повышение эксплуатационной готовности подразумевает увеличение продолжительности безотказной работы систем электроснабжения, снижение вероятности технологических нарушений и аварий. В соответствии с положениями, сформулированными в Технической брошюре СИГРЭ №175, эксплуатационная неготовность может быть количественно определена как сумма периодов времени, потребовавшихся для полного восстановления эксплуатации единичной длины цепи после повреждений/аварий, произошедших за определенную (выбранную) часть года работы.

В ходе дискуссии на заседании ИК В2 особое внимание было уделено докладу В2-309, представленному российскими специалистами из компаний «ИНТРОН Плюс» и «ОПТЭН Лимитед». В докладе описывается практика применения методов и средств неразрушающего контроля проводов, грозозащитных тросов и тросовых оттяжек опор (рис. 6).

В докладе приведены также различные способы определения остаточного срока службы проводов ВЛ (рис. 7), которые могут базироваться как на результатах однократного контроля состояния проводов, так и на данных периодического контроля технического состояния проводов и тросов ВЛ со значительными сроками службы.

Согласно приведенным в докладе данным выполнение неразрушающего контроля состояния проводов и тросов ВЛ 110 кВ (Казань) позволило обосновать возможность регулировки (повышения) тяжения, что привело к существенному увеличению габаритов фазных проводов до земли. На рис. 8 в графической форме показан рост максимально допустимых токовых нагрузок после завершения процедур регулировки тяжения проводов для различных скоростей ветра, существенным образом влияющего на охлаждение проводов и соответственно на увеличение габаритов проводов до земли и пересекаемых объектов.

В дискуссии по докладу была отмечена особая актуальность применения технологии неразрушающего контроля проводов для линий электропередачи с большими сроками службы (40—60 лет и более), а также для таких ответственных и труднодоступных участков ВЛ, как большие воздушные переходы через реки, водохранилища, фиорды и т.д.

Доклад В2-305 представлен тремя авторами из «Хайдро-Квебек» — одной из крупнейших сетевых компаний Канады. В докладе описываются первые результаты опытного применения роботизированного устройства для обследования и эксплуатации действующих линий электропередачи. Разработка прототипа данного устройства была организована после гололедного штор ма 1998 г., имевшего катастрофические последствия для энергетики Канады, для всех видов промышленного производства и бытового сектора. Первоначально роботизированное устройство использовалось в комбинации со средством механического удаления (срезания) гололеда с проводов ВЛ. В процессе дальнейшей разработки и совершенствования роботизированного телеуправляемого устройства была решена задача его перемещения из пролета в пролет для практического применения в многопролетных системах.

В настоящее время описываемый комплекс оснащен рядом приспособлений для выполнения ремонтных работ, а также несколькими измерительными устройствами: видеокамерой высокого разрешения, датчиком акустического излучения, тепловизором и устройством измерения сопротивления соединительных зажимов. Средства выполнения ремонтных операций включают приспособления для устранения повреждений наружных повивов провода и восстановления ослабленной затяжки болтов гасителей вибрации и распорок. В дальнейшем планируется оснастить роботизированный комплекс средством неразрушающего контроля сердечников проводов, выявления поврежденных проволок внутренних повивов, а также выполнять визуальный контроль состояния элементов линейной арматуры.

В дискуссии по докладу высказывались сожаления в связи с отсутствием сравнительных оценок эффективности представленного роботизированного комплекса с другими распространенными способами обслуживания ВЛ: перемещаемыми по проводам тележками, гидроподъемниками, подъемными кранами, вертолетами и проч.

Доклад В2-302, представленный двумя специалистами из компании EDELCA (Венесуэла), описывает последствия воздействия влажной атмосферы с большим содержанием солей на элементы двух параллельных ВЛ 400 кВ, связывающих энергосистемы Венесуэлы и Колумбии и проходящих по берегу озера Маракаибо. Кроме того, 12 промежуточных стальных решетчатых опор высотой 138 м, выполненных из оцинкованной стали, пересекают озеро. Рассматриваемые ВЛ находятся в эксплуатации с 1998 г.

Обследование, проведенное в 2003 г., выявило достаточно интенсивное развитие коррозионных процессов (рис. 9): толщина уголков верхних частей опор уменьшается на 50 микрон в год на участках с гальваническим покрытием и на 200 микрон — на участках без гальванического покрытия. Оценка 2008 г. показала, что 37% подверженных коррозии элементов, утративших гальваническое покрытие в 2003 г., потеряют по 1 мм толщины стальных уголков. В результате оценки сложившейся ситуации было принято решение продлить срок службы опор до 2011 г. и демонтировать линию в 2012 г., заменив ВЛ подводным кабелем.

Совместный доклад В2-303 итальянских ученых из Миланского политехнического института и двух представителей сетевых компаний из Франции посвящен проблемам эоловой вибрации проводов. Представлены результаты математического моделирования вибрации провода, а также данные экспериментальных исследований влияния турбулентности воздушных потоков на интенсивность вибрации провода.

В дискуссии по докладу обсуждался вопрос о влиянии изменений скорости ветра, воздействующего на различные участки провода в пролете, а также вопрос об эффективности гасителей вибрации петлевого типа, нашедших широкое применение в сетевых компаниях Франции.

В докладе В2-304 (Канада) рассматривается метод математического моделирования каскадных разрушений опор ВЛ, оснащенных устройствами снижения нагрузок, возникающих при гололедных авариях. Рассматривается процесс развития каскадных разрушений после возникновения первоначального повреждения наиболее слабой опоры (рис. 10).

В докладе описывается способ оценки протяженности зоны каскадного разрушения. На основе применения метода конечных элементов рассматривается процесс перераспределения воздействующих на опоры нагрузок после повреждения первой опоры, который обусловлен обрывом проводов в еще неразрушенной части пролета. Показано, что при каскадной аварии продольные нагрузки на опору, оставшуюся неповрежденной в аварийном анкерном пролете, снижаются по мере увеличения числа поврежденных соседних опор.

Устройство снижения нагрузки (LRD) функционирует как удлиняющийся стержень или трос, пластические деформации которого демпфируют ударные воздействия, передаваемые от проводов поврежденных опор. LRD размещаются между траверсами опор и гирляндами изоляторов. В докладе утверждается, что LRD (рис. 11), установленное на ВЛ 230 кВ, может сохранить неповрежденной первую опору, в то время как на ВЛ без подобных устройств, вероятнее всего, будут повреждены по крайней мере четыре опоры.

Техническое и административное заседания ИК В2

Техническое заседание комитета прошло под председательством Б. Далле (Франция) и активном участии секретаря ИК В2 Нормана Белла (Канада). На заседании были представлены и обсуждены отчеты руководителей рабочих и временных специализированных рабочих групп, внесены коррективы в их тематическую направленность, утверждены планы работы вновь созданных рабочих групп, обсуждены предложения, касающиеся публикации подготовленных технических брошюр, рассмотрены подготовленные обучающие материалы по направлениям деятельности рабочих групп.

Подробный отчет о работе группы В2-31 «Моделирование эоловой вибрации проводов» представил ее руководитель профессор Д. Диана (Италия). Итоги работы группы получили детальное отражение в докладе «Эолова вибрация одиночных проводов с повышенным тяжением», который опубликован в журнале «ЭЛЕКТРА» в конце 2010 года.

Отчет о результатах работы группы В2-33 представил руководитель П. Кэтчпоул (США). Публикация материалов (в форме технической брошюры) о работе группы по теме «Рекомендации по безопасному применению на старых проводах ВЛ тележек для перемещения монтеров с целью выполнения ремонта проводов или линейной арматуры» будет подготовлена в начале 2011 г.

Отчет «Эксплуатационные характеристики старой арматуры воздушных линий электропередачи» о деятельности рабочей группы В2-32 представил руководитель группы Д. Санкл (США).

Руководитель рабочей группы В2-29 М. Фарзанех (Канада) охарактеризовал итоги работы по подготовке технической брошюры «Образование гололедных отложений на проводах ВЛ и существующие методы удаления гололеда». Брошюра подготовлена к публикации и будет издана в ближайшей перспективе.

С краткими отчетами выступили также руководители остальных 10 рабочих групп ИК В2.

Административное заседание комитета было проведено под руководством нового председателя ИК-В2 К. Папаилиоу (Германия).

Председатель представил новых членов комитета и руководителей рабочих групп, охарактеризовал роль трех групп советников: по вопросам стратегии ИК, по взаимодействию с потребителями разработок ИК, по формированию материалов для публикаций и обучающих материалов.

Были рассмотрены и утверждены места проведения ближайших заседаний комитета:
• в 2011 г. — в Исландии;
• в 2012 г. — 44-я сессия СИГРЭ в Париже;
• в 2013 г. — в Новой Зеландии или Индии совместно с коллоквиумом или симпозиумом.