1.1 Основные критерии и требования к линиям электропередачи (ЛЭП)
Постоянное увеличение потребления электроэнергии увеличивает актуальность для повышения надежности и пропускной способности ЛЭП, разработки и применения новых проектных и строительных решений, использования современных материалов и технологий.
Важнейшим показателем энергетической эффективности электроэнергетической системы является уровень потерь энергии. В условиях роста потерь электроэнергии в электрических сетях увеличивается количество вопросов, требующих безотлагательного решения. Среди них:
? реконструкция и техническое перевооружение электрических сетей;
? совершенствование проектных решений путем использования прогрессивных технических разработок, современных технологий и материалов, повышающих безотказность, долговечность и ремонтопригодность линий электропередачи.
В связи с этим, в настоящее время актуален вопрос поиска и внедрения инновационных проводников с улучшенными характеристиками:
? высокой электропроводностью;
? высокой механической прочностью;
? небольшой массой;
? устойчивостью к высоким температурам;
? старению и агрессивным воздействиям со стороны окружающей среды.
Проблемы такого типа можно решить при помощи применения опор и проводов нового поколения. Рассмотрим ряд существующих разработок.
1.2 Опоры воздушных линий электропередачи нового поколения
1.2.1 Многогранные металлические опоры
Технические требования к сетям нового поколения, разработанные ФСК ЕЭС, предусматривают увеличение сроков службы до 50 лет и надежности электроснабжения, сокращение сроков строительства и снижение затрат на эксплуатацию. При реконструкции, модернизации и строительстве линий в стесненных условиях важными факторами становятся снижение транспортного веса опор, простота монтажа, высокая удельная прочность опор, долговечность, вандалоустойчивость, стойкость к воздействию климатических нагрузок, экологичность. Поэтому активно ведется работа по реализации новых форм опор и модификации существующих конструкций опор и модификации существующих конструкций опор и их элементов с применением новых материалов и технологий.
Традиционно при изготовлении опор воздушных линий электропередачи используются дерево, железобетон и металл. Раньше всех появились деревянные опоры. Их достоинства: простота изготовления, невысокая стоимость, устойчивость к ветровым и гололедным нагрузкам. Недостатки: недолговечность, возгораемость, гниение. С внедрением в 1999 году в Карелии технологии пропитки водорастворимым антисептиком CelcureCCA деревянных опор стало возможным их массовое применение в нише 35-110 [кВ]. Срок их службы увеличился до 50 лет.
Продлить срок службы железобетонных опор стало возможным при использовании полимерных композиций «Силор» и «Спрут». Суть технологии по восстановлению железобетонной конструкции заключается в обеспечении адгезии старого и нового наформировываемого бетона, его упрочнения, гидроизоляции и химзащите (рисунок 1.1). Активно используются для ремонта и восстановления эксплуатационных свойств железобетонных и металлических решетчатых опор.
Рисунок 1.1 – Обработанная железобетонная опора
Федеральная сетевая компания в России с 2005 года начала активно внедрять многогранные металлические опоры (ММО).
Многогранная опора – опора со стойкой (стойками), выполненными в виде полых усечённых пирамид из стального листа с поперечным сечением в виде правильного многогранника (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Многогранная опора
Конструкция ММО создана в США и представляет собой полый стальной цилиндр переменного по высоте сечения, аналог ствола дерева (рисунок 1.2). Основное преимущество ММО – узкая база, это облегчает решение вопросов землеотводов. Скорость монтажа выше, чем у металлических решетчатых, но возникают сложности с доставкой. Долговечность ММО – 50 лет, но может быть увеличена до 75 лет за счет нанесения полимерных покрытий в заводских условиях.
1.2.2 Композитные опоры
В ближайшей перспективе на линиях 110-500 [кВ] широкое применение получат модульные композитные опоры (рисунок 1.3). При их использовании эксплуатационные расходы практически отсутствуют, а срок службы может достигать от 65 лет (для районов с интенсивным ультрафиолетовым излучением) до 120 лет. Они имеют превосходные механические характеристики, малый вес, высокие диэлектрические свойства. Применение композитных материалов в несущих конструкциях опор позволит заменить изоляторы изолирующими траверсами из композитного материала. Рядом стран предусмотрен опыт применения модульных композитных опор в различных климатических зонах.
Рисунок 1.3 – Композитные опоры ВЛ
Сегодня для ВЛ России напряжением 110 [кВ] и выше композитные материалы целесообразно применять для быстромонтируемых ремонтных работ аварийного резерва в труднодоступной местности. Это позволит выявить особенности проектирования и эксплуатации композитных опор, и определить перспективы их применения для строительства новых линий. Композитные модули также можно комбинировать с многогранными металлическими модулями, устанавливаемыми в основание опоры, что повысит несущую способность конструкции, улучшит ее антивандальные свойства и огнестойкость. В России с 2011 года, разработкой, проектированием и освоением опор из композитных материалов для сетей 110-220 [кВ] занимается ЗАО «Феникс-88».
1.3 Провода для воздушных линий электропередачи нового поколения
1.3.1 Композитные провода марки АССС
Сетевые компании уделяют большое внимание повышению энергетической эффективности и энергосбережению. Уровень потерь электроэнергии является важным показателем, характеризующим эффективность сетей. В последние годы, в России, в среднем технические потери составляют около 10,8%. Для их снижения необходимо вводить в работу энергосберегающее оборудование, отключать трансформаторы с сезонной нагрузкой, увеличивать пропускную способность линий, оптимизировать режимы работы сети, компенсировать реактивную мощность.
Среди путей повышения пропускной способности электросетей – это использование проводов нового поколения.
Одна из причин появления проводов с композитным сердечником – желание избежать одной из основных эксплуатационных проблем, имеющихся у стальных сердечников, перегрева в условиях пиковых электрических нагрузок, что приводит к растяжению провода и провисанию ниже допустимой нормы. Провод с сердечником из композитов обладает более низким коэффициентом термического расширения и поэтому менее подвержен тепловому расширению и, соответственно, существенно меньшей стреле провеса.
Рисунок 1.4– Провод марки АССС Рисунок 1.5– Поперечный разрез провода АССС
АCCC – алюминиевый провод с композитным сердечником(рисунок 1.4). Сердечник – композитный материал из углеродного волокна (карбоновые нити). Верхние повивы – проволоки трапециевидного сечения из отожженного алюминия(рисунок 1.5). Способен выдерживать очень высокие температуры. Может быть реализован в нескольких вариантах: с рабочей температурой на поверхности сердечника 120оС, 180оС, в некоторых случаях – до 190оС. Провод с сердечником из композита обладает более низким коэффициентом линейного удлинения, и поэтому он менее подвержен тепловому расширению, чем проводник со стальным сердечником. (Коэффициент удельного теплового расширения композитного сердечника в 10 раз ниже, чем у стали.) Заменяя провод со стальным сердечником на провод с композитными материалами, можно увеличить пропускную способность линий.
Итак, провода АССС сочетают в себе технологию применения высокотемпературного алюминия с увеличенной площадью поперечного сечения металла.
Композитный сердечник: повышает прочность провода, так как легче и прочнее стали; уменьшает провисание провода; повышает проводимость провода, т.к. позволяет использовать на 28% больше алюминия, чем в проводах АС при равной массе.
Трапециевидные проволоки: увеличивают плотность алюминиевого проводника и эффективное сечение, что, в свою очередь, увеличивает проводимость провода.
Выгоды использования при строительстве: снижение стоимости проекта реконструкции ВЛ при сохранении слабых опор за счет уменьшения тяжений; снижение стоимости проекта на новых ВЛ за счет уменьшения количества опор (при увеличении пролетов между опорами) или применения опор меньшей высоты при заданном габарите; экономия на станциях плавки гололеда; возможность выбора двух вариантов рабочих температур сердечника.
Выгоды при эксплуатации:
? повышенная проводимость материала позволяет сократить потери линии и связанные с ней выбросы в атмосферу на 20-30%, что дает возможность увеличить передаваемую мощность при меньших затратах на производство энергии и меньшем воздействии на экологию;
? в проводах АССС используется композитный сердечник, который обеспечивает более высокую прочность провода по сравнению с другими проводами и меньшие стрелы провеса, что позволяет увеличивать длины пролетов линии;
? компактная структура, гладкая поверхность провода и эластичность сердечника позволяют снизить нагрузку на опоры при обледенении и ветровых нагрузках по сравнению со сталеалюминевыми проводами;
? стойкость к воздействию среды – отсутствие коррозии или возникновения электролиза между алюминиевыми проволоками и сердечником.
Экономический эффект повышения пропускной способности ВЛ за счет передачи дополнительной электроэнергии по сравнению с типовыми решениями достигается следующими преимуществами провода:
? снижение электрических и тепловых потерь;
? за счет минимальной стрелы провеса минимизируется отчуждение земли, что позволяет избежать вырубки лесов при прохождении ВЛ в курортных или заповедных зонах;
? повышение надежности ВЛ и, как следствие, сокращение затрат на обслуживание линии и увеличение срока ее эксплуатации;
? повышение устойчивости энергосистемы за счет использования высокотемпературного режима при выходе из строя параллельной ВЛ.
Провода АССС были успешно использованы на таких крупных объектах, как:
? ВЛ протяжённостью 60 км в провинции Фуджиан, Китай. Применение данного провода позволило избежать замены всех 150 опор, кроме 7 штук, снизив материальные затраты и уменьшив стоимость проекта;
? ПС «Восточная-Инская» в Новосибирской области, проект реконструкции ВЛ 110 [кВ] (монтаж провода произведен Новосибирским филиалом ООО НПК «Сим-Росс»). Применение АССС Helsinki 160 с заменой провода АС 150/24 позволяет увеличить передаваемую мощность при более низких потерях передачи электроэнергии. Снижение потерь на 10% достигается за счёт наличия в конструкции провода ACCC материала с максимальной проводимостью – термообработанного алюминия. По сравнению с заменой на стандартный провод АС 240/39 выбранное решение увеличивает на 33% пропускную способность линии без значительной модернизации инфраструктуры.
1.3.2Композитные провода марки АССR
Американская компания 3М разработала новый композитный провод для высоковольтных воздушных линий электропередачи, который способен передавать в два – три раза больше мощности по сравнению с обычным проводом такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик.
Новый продукт получил название ACCR – Алюминиевый композитный усиленный провод (AluminumConductorCompositeReinforced) (рисунок 1.6). Помимо улучшенной пропускной способности ACCR обладает меньшей массой, большей прочностью, более высокой температурной стойкостью и устойчивостью к провисанию, по сравнению с существующими аналогами. Композитный провод более устойчив к коррозии, обладает повышенным сопротивлением усталости и безвреден для окружающей среды (отсутствие экологической деградации).
Весь текст будет доступен после покупки
