Подводная электропередача

Электроснабжение Балеарских островов в Средиземном море осуществляется от двух независимых энергосистем. Эти системы не были связаны c испанской материковой энергосистемой, которая присоединена к европейской сети, управляемой системными операторами объединённой электроэнергетической системы [European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENSTO-E) system].

Чтобы осуществить связь между Балеарскими островами и материковой частью Испании, компания REE, являющаяся испанским оператором передающих систем* (Transmission system operator — TSO), заключила два главных контракта на сооружение «под ключ» — преобразовательных подстанций (с компанией «Сименс») и кабельной линии [с консорциумом, образованным компаниями «Нексанс» (Nexans) и «Присмиан» (Prysmian)]. Заключение этих контрактов дало старт проекту «Ромул» (Romulo project), цель которого состояла в сооружении подводной кабельной линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения (ППТ ВН) между материковой частью Испании и островом Мальорка.

ПРОЕКТ «РОМУЛ»

Проект «Ромул» предусматривает прокладку подводной кабельной линии длиной 244 км между муниципией Сагунто в автономной области Валенсия на восточном побережье Пиренейского полуострова (подстанция «Морведре») и островом Мальорка (подстанция «Санта-Понса») в муниципии Кальвиа.

Маршрут прокладки подводной кабельной линии (верхний рисунок) и продольный профиль трассы (нижний рисунок)

Проект «Ромул» по своим характеристикам является экстраординарным, потому что:

• инвестиции, вложенные только в один этот проект испанским TSO, являются самыми крупными;
• подводная кабельная линия, проложенная по дну моря на максимальной глубине 1485 м, является второй в мире по глубине расположения кабелей;
• это первая кабельная линия ППТ ВН в электроэнергетической системе Испании.

По своей схеме кабельная линия имеет два полюса и металлический возвратный провод. Её расчётная пропускная способность составляет 2200 МВт при номинальном напряжении ±250 кВ постоянного тока.

В первой половине 2011 г. были выполнены три этапа по прокладке кабельной линии, и она была введена в эксплуатацию в 2012 г.

Главной целью проекта являлось улучшение качества и надёжности электроснабжения за счёт присоединения Балеарских островов к Иберийскому рынку электроэнергии. Кроме того, предполагалось уменьшить общие расходы на выработку электроэнергии в энергосистеме Испании. И наконец, эта связь позволила бы усилить существующие на этих островах энергосистемы, чтобы удовлетворить растущее потребление электроэнергии.

КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Разработка кабельной системы включала проектирование, изготовление, тестирование и прокладку следующих объектов:

• два подводных кабеля постоянного тока (ПТ) напряжением 250 кВ, длиной 237 км;
• два наземных кабеля ПТ напряжением 250 кВ, длиной 7 км;
• один подводный возвратный кабель среднего напряжения длиной 237 км;
• один наземный возвратный кабель среднего напряжения длиной 7 км;
• один волоконно-оптический подводный и наземный кабель длиной 244 км.

Основная особенность всей кабельной системы заключается в том, что каждый из подводных кабелей был размещён на судне-кабелеукладчике и проложен по дну в виде одной строительной длины, что позволило избежать установки соединительных муфт.

В процессе подготовки проекта была проведена всесторонняя топографическая съёмка дна моря, чтобы выбрать наилучшую трассу для прокладки кабелей, соединяющих преобразовательную подстанцию на материковой части Испании с преобразовательной подстанцией на Мальорке, а также, чтобы иметь точное представление о структуре грунта на морском дне, необходимое для разработки способов защиты кабелей.

Особенностью этого проекта является использование двух типов кабелей ПТ с медными жилами сечением 750 мм², имеющими бумажную изоляцию, пропитанную вязким составом. Кабели отличаются друг от друга технической реализацией брони. Для секций подводного кабеля, расположенных на малой и средней глубине (не более 200-220 м), используется однослойная броня из проволок прямоугольного сечения. Для секции подводного кабеля, расположенной на больших глубинах (вплоть до максимальной 1485 м), используется двухслойная броня из проволок прямоугольного сечения. Такой подход не требует установки переходных соединительных муфт между двумя секциями.

В качестве изоляции используются бумажные ленты высокой плотности, которые обеспечивают высокий уровень электрических характеристик кабеля. Этап обмотки жилы лентой выполняется в условиях постоянного контроля температуры и влажности окружающей среды. Такая технология изготовления гарантирует наилучшие характеристики диэлектрика, исключая возможность появления морщинистых участков во время следующих этапов изготовления, когда кабель повторно наматывается или разматывается. Этапы высушивания и пропитки изоляции для каждого кабеля изготовляемой длины выполняются во вращающемся сушильно-пропиточном котле. После высушивания кабель пропитывается дега-зифизированным составом под давлением.

Бронирование кабеля обеспечивается двумя слоями механически высокопрочной стальной оцинкованной плоской проволоки. Эти два слоя наматываются в противоположных направлениях с тем, чтобы избежать закручивания, обусловленного высокими растягивающими усилиями. Компании «Присмиан» и «Нексанс» провели морские испытания секций кабеля, предназначенных для работы на больших и средних глубинах. При испытаниях использовались кабели, разработанные каждым из этих производителей.

На изготовление подводных кабелей длиной 240 км потребовалось почти два года. После заводских испытаний каждый полюс подводной кабельной линии ПТ был погружён на судно-кабелеукладчик в виде одной строительной длины.

ЗАЩИТА КАБЕЛЯ

В Средиземном море тралы рыболовных судов и якоря морских судов являются главными угрозами повреждения подводных кабелей. Для надёжного электроснабжения острова Мальорка эта ППТ ВН является очень важной, поэтому концы подводного кабеля с каждой стороны были уложены в траншеи от береговой линии до глубины 1000 м, чтобы уменьшить риск внешнего механического повреждения.

В итоге пришлось обеспечить защиту каждого из трёх кабелей на протяжении 100 км, то есть общая длина защищённых кабелей составила 300 км. Технологически защита кабеля на 90% осуществлялась струей воды под высоким давлением во время прокладки, что позволило покрыть кабель слоем песка высотой до 2 м. Оставшиеся 10% длины были защищены за счёт того, что они были уложены в траншеи.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПОДСТАНЦИИ

Преобразовательные подстанции на материковой части Испании и на Мальорке позволяют обеспечить четыре предусмотренных проектом режима работы ППТ ВН:

• биполярный (двухполюсный) с использованием возвратного кабеля;
• жёсткий биполярный (двухполюсный) — без использования возвратного кабеля;
• монополярный (однополюсный) с возвратом тока по «электродному» кабелю;
• монополярный (однополярный) с возвратом тока по кабелю другого полюса.

Переход от одного режима работы ППТ к другому — от биполярного (двухполюсного) с использованием и без использования металлического возвратного кабеля, а также к монополярному (однополюсному) с тем или другим металлическим возвратным кабелем — осуществляется средствами автоматического управления. В проекте ППТ предусмотрено специальное коммутационное оборудование, которое даёт возможность перехода от одного режима к другому без какого-либо уменьшения уровня передаваемой мощности и без перерыва в работе передачи постоянного тока.

Чтобы обеспечить наилучшее поддержание напряжения и потребности преобразователей в реактивной мощности во всех режимах работы и по крайней мере при максимальном напряжении переменного тока, источники реактивной мощности используются как на преобразовательной подстанции в Морведре мощностью 200 1\/1вар, так и на преобразовательной подстанции в Санта-Понса на Мальорке мощностью 164 Мвар. Эти цифры соответствуют номинальному напряжению на стороне переменного тока. При этом для выдачи реактивной мощности 200 Мвар на преобразовательной подстанции на материке в фильтрах используются две батареи конденсаторов по 100 Мвар (по одной батарее на каждый полюс). А для компенсации реактивной мощности 164 Мвар на преобразовательной подстанции на Мальорке используются четыре батареи фильтров по 41 Мвар (по две батареи на каждый полюс).

Работа преобразователей ППТ, естественно, сопровождается наличием высших гармоник тока, которые, если не будут отфильтрованы, могут попасть в систему передачи и усилиться за счёт возникновения резонансов. Чтобы ослабить воздействие гармоник, на материковой стороне системы передачи были использованы два пассивных фильтра переменного тока одинаковой конструкции, которые были настроены на 12-ю и 24-ю гармоники.

В системе передачи на Мальорке могут создаваться условия для возникновения резонансов для гармоник низкого порядка. Для ослабления их влияния потребовалась дополнительная настройка фильтров на третью гармонику. В итоге на подстанции «Санта-Понса» установлены четыре одинаковых пассивных фильтра переменного тока, имеющих тройную настройку. Такое схемное и конструктивное решение обеспечивает выполнение требований к уровню гармоник тока во всех режимах работы электропередачи, а также гибкость и взаимное резервирование фильтров.

Преобразователи проекта «Ромул» выполнены с использованием четырёхдюймовых (101,6 мм) свето-управляемых тиристоров (фототиристоров). Тиристоры сгруппированы в три блока в двенадцатипульсной мостовой схеме, причём каждый блок работает на одну фазу. Блок состоит из шести модулей, каждый модуль включает 24 уровня последовательно соединённых тиристоров, а также дополнительные компоненты.

При реализации проекта было принято решение использовать распределительное устройство с газовой изоляцией на подстанции «Санта-Понса» на Мальорке и открытое распредустройство высокого напряжения на подстанции «Морведре» на материке. Выбранные конструкции распредустройств являются наиболее эффективными с точки зрения технического обслуживания и малых габаритов.

Общий вид модуля, состоящего из светоуправляемых тиристоров

ПРОБЛЕМЫ, ОГРАНИЧЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе проекта «Ромул» обозначились три основные группы проблем:

• менеджмента проекта, такие, как два типа тестовых программ, две серии морских испытаний, согласование работы двух производителей кабелей, а также социальные и экологические аспекты;
• трудности в проведении работ, таких, как три этапа прокладки подводного кабеля в открытом море на глубине почти 1500 м, длительные этапы работ по обеспечению защиты кабеля (300 км, погребение под слоем песка), земляные работы (в прибрежной полосе и при сооружении волнорезов) и работа кабелеукладчиков на пределе технических возможностей;
• инженерные трудности, такие, как разработка собственно конструкции глубоководного кабеля, техническое исполнение кабеля в виде одной строительной длины без промежуточных соединительных муфт, выбор трассы линии и обеспечение защиты кабелей под слоем песка.

В течение всего проекта предпринимались различные меры, чтобы наилучшим образом решить экологические и социальные проблемы. Проект такого рода является успешным только в том случае, если этим двум ключевым проблемам будет уделяться внимание с самого начала подготовки проекта и до окончания работ по прокладке кабелей.

Что касается трассировки прокладки кабелей, особенно проходящих под землей и в прибрежной зоне, то крайне важно ещё на ранней стадии проекта обеспечить согласование предложенной трассы со всеми инвесторами и дать им надлежащее обоснование выбора такой трассы по сравнению с другими возможными вариантами.

Что касается преобразовательных подстанций, то самой главной позицией являлась внутренняя компоновка этих подстанций для размещения всего основного оборудования, за исключением трансформаторов. Достоинство разработанной внутренней компоновки оборудования заключалось в том, что подстанции не выделялись на фоне окружающих промышленных зданий, а также в снижении уровня шума, производимого оборудованием фильтров. Установка электрооборудования внутри здания подстанции обеспечила унификацию их общего внешнего вида.

Самые большие трудности по реализации проекта были на Мальорке из-за особых экологических и социальных условий. В Санта-Понса незаметность здания подстанции возрастала за счёт выбора цветов окраски стен здания, соответствующих городским стандартам. По цвету здание подстанции гармонирует с окружающим пейзажем. Проект ландшафтного дизайна был разработан так, чтобы ещё больше подчеркнуть незаметность здания подстанции.

И наконец, что касается точки выхода подводного кабеля на поверхность в Мальорке, то было принято решение использовать для прокладки кабеля метод горизонтального направленного бурения. Это позволило снизить вред от работ в прибрежной зоне и на берегу в Санта-Понса. Обе местности изучались очень тщательно с экологических и социальных позиций.

Проект «Ромул» характеризуется новым уровнем надёжности электроснабжения и поддержания частоты в Балеарской энергосистеме, уменьшая перерывы питания потребителей и обеспечивая высокую гибкость её работы.

Рамон Гранадино Гоенечиа (rganadino@ree.es) является обладателем степени бакалавра в области промышленной инженерии, полученной в 1990 г. в Политехническом университете Мадрида, Испания, и степени магистра в области электротехники и компьютерной инженерии Массачусетского университета в Амхерсте, США, в 1993 г. С 1994 г. он работает в REE, руководя проектами по разработке испанских систем передачи электроэнергии напряжением 220 и 400 кВ. В настоящее время он является директором REE в Балеарской энергосистеме и менеджером проекта по прокладке подводной ППТ ВН между материковой Испанией и Мальоркой. Кроме того, Гранадино был менеджером проекта по прокладке подводного кабеля между Испанией и Марокко и по замене двухцепной воздушной линии электропередачи 400 кВ длиной 13 км на кабельную в схеме электроснабжения мадридского аэропорта Барахас с использованием кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Хуан Прието Монтеррубио (juprieto@ree.es) получил степень бакалавра в области промышленной инженерии Университета ICAI в Мадриде, Испания. Вся его профессиональная карьера связана с REE. Здесь он начал работать в отделе по разработке линий электропередачи, затем стал менеджером проекта по главным подводным межсистемным связям и проектов линий электропередачи и подстанций сверхвысокого напряжения. Он входит в состав нескольких международных технических рабочих групп и является секретарем Испанского национального комитета CIGRE.

* Аналог ОАО «Федеральная сетевая компания ЕЭС России» (прим. ред.).