Холянов В.С., Холянова О.М. Основы электроэнергетики

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени

В.В.Куйбышева)

В.С. Холянов, О.М. Холянова

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Учебное пособие

Рекомендовано Дальневосточным региональным

учебно-методическим центром в качестве

учебного пособия для студентов специальностей

140203 «Релейная защита и автоматика»

140204 «Электрические станции»

140205 «Электроэнергетические системы и сети»

140211 «Электроснабжение»

Владивосток

2007

УДК

Холянов В.С., Холянова О.М. Основы электроэнергетики: Учеб. пособие.

Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. -

Пособие содержит общие сведения о состоянии и перспективах развития

электроэнергетики в России в целом, в её Дальневосточном регионе и за

рубежом. О конструкциях традиционных (старых) и нетрадиционных (новых)

воздушных и кабельных линий электропередачи, контрольные вопросы.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению

140200 «Электроэнергетика» всех форм обучения: очной, заочной и очно-

заочной по ускоренным программам обучения.

Ответственный редактор - зав. кафедрой электроэнергетики ДВГТУ канд.

техн. наук, доцент В.С.Пастухов

Рецензенты:

Печатается с оригинал-макета, составленного авторами.

Редактор

Техн. Редактор

Корректор

Изд-во ДВГТУ, 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие представляет собой конспект части

лекционного курса «Основы электроэнергетики» для студентов направления

140200 «Электроэнергетика» (Электрические станции. Электроснабжение.

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем.

Электроэнергетические системы и сети) в соответствии с Государственным

образовательным стандартом высшего профессионального образования,

утверждённым 27 марта 2000 г., № 214 тех/ДС.

В соответствии с учебным планом специальностей предусматривается

получение знаний о развитии электроэнергетических систем, о конструкциях

воздушных (ВЛ) и кабельных линий (КЛ) электропередачи, способов проклад-

ки кабельных линий.

В пособии представлена информация о современных конструкциях

воздушных и кабельных линий. Это компактные экологически безопасные ВЛ,

ВЛ с самонесущими изолированными проводами (СИП); это кабельные линии с

изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).Приводятся основные элементы

конструкции этих линий (провода, опорные конструкции, грозозащитные

тросы, изоляция, арматура, заземляющие устройства и т.д.).

Назначение пособия – помочь студенту освоить большой объём инфор-

мации, являющейся базовой при изучении дисциплины «Основы электро-

энергетики».

Цель – дать студенту представление об устаревших (традиционных) и

новых (перспективных) технологиях, используемых при создании электро-

энергетических систем.

1. CОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ И ЗА

РУБЕЖОМ

1.1. Развитие энергетических систем и электрических сетей в России

Начало развития энергетики России было положено принятым в декабре

1920 г. планом ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации

России). В плане ГОЭЛРО были намечены основные направления динамичного

развития электроэнергетики: концентрация генерирующих мощностей, объеди-

нение разрозненных энергосистем в Единую энергетическую систему страны.

К 1935 г. было сооружено 40 электростанций с установленной мощностью

6,9 млн. кВт. Первые энергосистемы были созданы на основе сетей напряже-

нием 110 кВ.

В 1940 г. была построена первая межсистемная линия электропередачи

напряжением 220 кВ Донбасс – Днепр.

За время Великой Отечественной войны 1941-1945 годов было разрушено

более 60 электростанций, что отбросило страну на уровень 1934 г.

С 1945 г. началось восстановление разрушенного хозяйства страны, а в

начале 1950-х годов – строительство каскада гидроэлектростанций на Волге. От

них были построены линии электропередачи напряжением 500 кВ, которые

связали промышленные районы Центра и Урала. Это обеспечило возможность

параллельной работы энергосистем Центра, Средней и Нижней Волги и Урала.

Был завершён первый этап создания Единой энергетической системы (ЕЭС)

страны.

В 1970 г. к ЕЭС европейской части страны была присоединена ОЭС

Закавказья, а в 1972 г. – ОЭС Казахстана и Западной Сибири.

Далее продолжалась работа по переводу на параллельную работу ЕЭС

СССР и Объединенной энергетической системы (ОЭС) стран- членов СЭВ. В

итоге была создана уникальная Единая энергетическая система, сети которой

протянулись от Берлина до Улан-Батора с установленной мощностью 300 млн.

кВт.

В 1984 г. была сооружена линия электропередачи напряжением 1150 кВ

Экибастуз-Кокчетав, а в 1990 г. - Сибирь – Казахстан – Урал.

В результате образования на территории СССР независимых государств

изменилась структура управления электроэнергетикой. В состав ЕЭС России

теперь входят Объединенные энергетические системы Северо-Запада, Центра,

Средней Волги, Урала, Северного Кавказа, Сибири. Самостоятельно функци-

онирует ОЭС Дальнего Востока.

Параллельно с ЕЭС России работают энергосистемы стран Балтии, Белорус-

сии, Закавказья и отдельные районы Украины. Через вставку постоянного тока

работает энергосистема Финляндии, которая в свою очередь входит в

объединение стран Северной Европы (NORDEL). Россия также экспортирует

электроэнергию в Норвегию, Монголию, Китай и Болгарию.

Работают изолированно энергосистемы Якутии, Магадана, Сахалина,

Камчатки, районов Норильска и Колымы.

Большинство энергосистем России приняли основную шкалу напряжений

110-220-500-1150 кВ. В ОЭС Северо-Запада и частично Центра принята шкала

напряжений 110-330-750 кВ.

На территории Дальневосточного федерального округа создана Дальневос-

точная энергетическая компания (ДЭК), объединившая энергосистемы При-

морского и Хабаровского краёв, Амурской области, Еврейской АО и юга

Якутии.

Системообразующая сеть энергосистемы Приморского края сформирована

на напряжениях 220 и 500 кВ. В 1971 г. была построена двухцепная воздушная

линия (ВЛ) напряжением 220 кВ Приморская ГРЭС – Хехцир, а в 2004 г. – ВЛ

500 кВ –Приморская ГРЭС – Хабаровская.

Первоочередной задачей развития основной электрической сети ДЭК

Востока является завершение формирования единой электрической сети 500

кВ от Зейской ГЭС до южных районов Приморского края. Создание кольца 500

кВ на юге энергосистемы обеспечит надёжное электроснабжение потребителей

юга Приморья.

Сегодня наметились перспективы создания единой энергосистемы стран

Северо-Восточной Азии, в которую должны войти энергосистемы России,

Китая, Японии, Монголии, Южной Кореи, КНДР.

Развитие электрических сетей за рубежом

Высшим напряжением основной электрической сети переменного тока стран

Европы является напряжение 750 кВ. Это напряжение характерно для Украины,

присутствует в энергосистемах Венгрии и Польши.

Для распределительной сети среднего напряжения в странах Европы

приняты напряжения 110(115)-132-150 кВ. Характерно вытеснение из практики

промежуточных напряжений 33-35, 66 кВ. На подстанциях выполняется

трансформация со 110 кВ на 20 кВ.

Системообразующая сеть энергосистем стран Европы строится на двух-

цепных, а порой на четырёхцепных ВЛ. На узловых подстанциях устанавли-

вают по два-четыре трансформатора. Такое резервирование элементов электри-

ческой сети повышает надёжность электроснабжения потребителей.

В электрических сетях стран Европы широко используется современное

элегазовое оборудование, комплектные распределительные устройства (КРУ),

маслонаполненные кабели, а в последнее время – кабели с изоляцией из

сшитого полиэтилена. Ведущими производителями кабельной продукции

разработаны и изготовлены кабели сверхвысого напряжения рекордной

пропускной способности напряжением:

- до 1000 кВ (маслонаполненный, с сечением токоведущей жилы 2500 мм

пропускной способностью 3 млн кВт);

- до 500 кВ ( с изоляцией из сшитого полиэтилена, с сечением токоведущей

жилы 2500 мм

, пропускной способностью 1,9 млн кВт).

Среди энергосистем Азии привлекают внимание энергосистемы Южной

Кореи и Токио.

На долю энергокомпании Токио (ТЕРСО) приходится треть всей электро-

энергии страны. Опорная сеть Токио сформирована на напряжениях 275-500-

1000 кВ переменного тока (50 Гц). Уже в 1970-х годах в ТЕРСО пришли к

выводу о целесообразности перехода в кольцевой сети города на напряжение

1000 кВ. Каждая фаза ВЛ состоит из восьми сталеалюминиевых проводов об-

щим сечением 810 мм

. ВЛ 500 кВ практически все в двухцепном исполнении.

На напряжении 500 кВ широко используются кабельные линии с изоляцией

из сшитого полиэтилена.

Жёсткое условие экономии земли, отводимой для воздушных линий и

подстанций, создало предпосылки к сооружению закрытых и подземных

подстанций. Например, подстанция 500 кВ Shin-Toyosu в Токио имеет пять

этажей, из которых только один располагается над землёй.

Передовые позиции в развитии электроэнергетики в Азии занимает

энергокомпания Южной Кореи (КЕРСО).

Высокие темпы роста потребления электроэнергии и трудности с

прокладкой новых трасс линий электропередачи предопределили переход с

напряжения 345 кВ на напряжение 765 кВ. Впервые в мире были построены ВЛ

напряжением 765 кВ в двухцепном исполнении. Трассы ВЛ прокладываются по

предгорным районам и другим территориям, не используемым в хозяйственной

деятельности страны.

В Северной Америке выведены на параллельную работу три крупнейшие

энергосистемы США, Канады и Мексики. В США приняты две системы

напряжений переменного тока: 115-230-500 кВ и 156-345-750 кВ. Кроме ВЛ

переменного тока построено более 7 тыс. км ВЛ постоянного тока.

В Южной Америке крупнейшей является энергосистема Аргентины с

высшим напряжением 500 кВ. Объединены энергосистемы Аргентины с

частотой 50 Гц и Бразилии с частотой 60 Гц. Преобразовательная подстанция

50/60 Гц построена на территории Бразилии.

К числу крупнейших в мире производителей и потребителей электроэнергии

относятся США, Китай, Япония, Россия, Канада, Германия и Франция.

Классификация передовых технических решений в сфере передачи

электроэнергии

Для удобства понимания вопроса все технические решения можно условно

разделить на две группы. К первой группе отнесены так называемые «тради-

ционные» («старые») решения, а ко второй – «нетрадиционные» («новые»).

Очевидна условность принятых терминов, так как в развитых странах некото-

рые технические решения применяются уже много лет и являются старыми,

тогда как в других странах они относительно новые.

Классификация относительно новых технических решений в области

передачи электроэнергии на переменном токе приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Основные категории нетрадиционных линий

электропередачи переменного тока

Линии «открытого типа» разделяют на две крупные категории. К первой

ПЕРЕДАЧА ЭЭ НА

ПЕРЕМЕННОМ

ТОКЕ

ЛИНИИ

ОТКРЫТОГО ТИПА

(ВОЗДУШНЫЕ)

ЛИНИИ

ЗАКРЫТОГО ТИПА

(КАБЕЛЬНЫЕ)

С ПОВЫШЕННОЙ

НАТУРАЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ

И С ПОНИЖЕННЫМ

ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ВЛИЯНИЕМ

С ФОРСИРОВАННЫМ

ОХЛАЖДЕНИЕМ

С ИЗОЛЯЦИЕЙ СЖАТЫМ

ГАЗОМ

С УПРАВЛЯЕМОЙ

КОМПЕНСАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ

И РЕГУЛИРУЕМЫМ БАЛАНСОМ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ЯВЛЕНИЯ

СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

относят воздушные линии, у которых реактивные параметры изменяют за

счёт изменения геометрического расположения фаз в целом и их составляю-

щих. В этом случае речь идёт о статической оптимизации режимных свойств

линии. В результате увеличивается передаваемая натуральная мощность и

уменьшается напряженность электрического поля под линией. Характерным

образцом этой категории являются ВЛ со сближенными расщеплёнными фа-

зами, иначе называемые «компактными». Эти ВЛ выполняются на опорах

охватывающего типа, где совмещены соответствующие фазы двух цепей и

не разделены стойками опор, см. раздел 2.3.1.

Во вторую группу входят воздушные линии, в которых изменяют режим-

ные параметры, управляя балансом реактивной мощности в ней, т.е. соотно-

шением между генерацией линией реактивной мощности и потерями

реактивной мощности. В последнее время появился термин «управляемые само-

компенсирующиеся воздушные линии». В качестве компенсирующих

устройств используют автоматически управляемые шунтирующие реакторы

(УШР), которые потребляют реактивную мощность в зависимости от уровня

напряжения.

Тиристорные компенсаторы (СТК) работают как в режиме потребления,

так и в режиме генерации реактивной мощности.

Применение названных устройств характеризует ВЛ, как имеющую

способность к динамической оптимизации режимных свойств линии.

Новые типы кабелей условно разделяют на три группы. Пока не

выработана методика выбора экономически целесообразного типа кабеля в

зависимости от передаваемой мощности и длины линии. В зарубежной практике

шире используют короткие кабельные линии двух категорий: с форсированным

(принудительным) охлаждением и газоизолированные линии, где в качестве

изолирующего материала используют чистый элегаз под давлением.

В России пока нет таких линий.

2. КОНСТРУКЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

2.1. Общие сведения

Воздушной линией электропередачи напряжением выше 1 кВ

называется устройство для передачи электроэнергии по проводам,

расположенным на открытом воздухе и прикреплённым при помощи

изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных

сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.).

Нормальным режимом ВЛ напряжением выше 1 кВ называется

состояние ВЛ при необорванных проводах и тросах.

Аварийным режимом ВЛ напряжением выше 1 кВ называется

состояние ВЛ при оборванных одном или нескольких проводах и тросах.

Монтажным режимом ВЛ выше 1 кВ называется состояние в условиях

монтажа опор, проводов и тросов.

Габаритным пролётом называется пролёт, длина которого определяется

нормированным вертикальным габаритом от проводов до земли при устройстве

опор на идеально ровной поверхности.

Габаритной стрелой провеса провода называется наибольшая стрела

провеса в габаритном пролёте.

Населённой местностью называются земли городов в пределах

городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет,

пригородные и зелёные зоны, курорты, земли посёлков городского типа в

пределах поселковой черты и сельских населённых пунктов в пределах черты

этих пунктов.

Ненаселённой местностью называются земли единого государственного

земельного фонда, за исключением населенной и труднодоступной местности.

Труднодоступной местностью называется местность, недоступная для

транспорта и сельскохозяйственных машин.