Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииТретья Международная конференция МГС → Повышение пропускной способности ВЛ 110-220 КВ. Анализ технических решений
Повышение пропускной способности ВЛ 110-220 КВ. Анализ технических решений
Рыжов С.В., к.т.н, главный специалист ЗАО «Электросетьстройпроект»,
Колосов С.В., к.т.н., главный специалист ЗАО «Электросетьстройпроект»

1. Актуальность проблемы

Известно, что в последние годы многие регионы и города России сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП. По данным ОАО «ФСК ЕЭС» список регионов пиковых нагрузок включает 16 областей, в числе которых Московская, Ленинградская, Нижегород-ская, Архангельская, Волгоградская области, Краснодарский и Перм-ский край, республика Коми, Карелия, Тува, Дагестан и другие. Уже сегодня энергопотребление этих районов в несколько раз превышает величины, заложенные в Энергетической стратегии РФ до 2020 года, и потребление энергии в них постоянно растёт. Значительное увеличе-ние спроса на электроэнергию за последние 10 лет требует постоян-ного расширения или обновления распределительных сетей энергоснаб-жающих предприятий.

Для удовлетворения всё более растущих потребностей электросе-тевые компании вынуждены постоянно модифицировать существующие се-ти, применяя следующие классические методы:

- строительство дополнительных ВЛ;
- замена проводов на большие поперечные сечения;
- повышение напряжения;
- расщепление фазы.

Несмотря на то, что эти методы иногда можно применить, у всех них есть существенные недостатки. Первое решение требует значи-тельных вложений, времени и получения разрешений на установку но-вых линий. Второе оказывается не всегда возможным, поскольку ста-леалюминиевый провод большего сечения обладает такой массой, на которую старые опоры часто не рассчитаны, что в конечном итоге приводит к необходимости установки новых опор ЛЭП большего разме-ра. Организация строительства новых опор может обернуться серьёз-ными проблемами в густонаселённых районах, районах частных земель, в национальных парках, заповедниках и других зонах с запретом на строительство. Третье и четвертое решения почти всегда приводит к необходимости перестраивать всю линию.

Отсюда возникает актуальная необходимость существенного повы-шения передаваемой мощности воздушных линий, по возможности, избе-гая строительства новых линий, полной перестройки существующих ли-ний, подвески новых цепей и т.д.

2. Новые пути повышения пропускной способности воздушных линий и современные тенденции

В настоящее время, существуют решения, не имеющее недостатков вышеописанных методов. Эти решения обеспечивают увеличение пропу-скной токовой способности имеющихся линий за счёт применения спе-циальных проводов. Такая постановка задачи привлекательна, как с технической, так и экономической точек зрения.

На сегодняшний день, выдвигаются следующие требования к совре-менным проводам:

- максимально высокая электропроводность;
- максимально высокая механическая прочность;
- низкий вес;
- устойчивость к высоким температурам;
- малые температурные удлинения;
- устойчивость к старению и ветровым воздействиям.

Условия выполнения вышеописанных требований являются взаимоис-ключающими, поскольку например наилучшая электропроводность обес-печивается при наивысшей чистоте алюминия, однако при этом значи-тельно снижается прочность. Поэтому для получения необходимой тем-пературной устойчивости рассматривалось применение дисперсионно-твердеющих материалов, циркониевых сплавов, композитных и других материалов, получением и внедрением волокон оксида алюминия.

3. Мировые фирмы – изготовители современных проводов ВЛ

На мировом рынку в сфере производства классических и специаль-ных типов проводов выступают несколько десятков компаний. На сего-дняшний день актуальные в России поставщики уже определились:

- Nexans, Бельгия;
- Lumpi-Berndorf, Австрия;
- J-Power Systems, Япония.

3.1. Провода AERO-Z, Nexans, Бельгия

3.1.1 Конструктивные особенности.

Одним из путей решения проблемы является применение так назы-ваемых компактных проводов типа АERO-Z. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики сталеалюминиевого провода АС 240/56 и AERO-Z 346-2Z.

Таблица 1
МаркаДиа-метрПлощадь сеченияОтносит. увеличе-ние пло-щади се-ченияЭлектро сопротивле-ние Рарывн. усилие Масса Максим. коэф. аэродин. сопр.
мммм2Ом/кмкгкг/км
АС 240/5622,4241/56,310,12182977811060,95
346-2Z22,4345,651,430,0974111329580,8
366-2Z23,1366,131,510,09191161710140,8

Основная особенность провода АERO-Z заключается в форме прово-лок токопроводящих слоев – их сечение напоминает букву «Z» (см. рис. 1).

a) AERO-Zб) провод АС
Рис. 1. Поперечное сечение 3.1.2 Принципы и эффективность

Верхний повив практически идеально гладкий (см. рис. 1), имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кром-ками Z-образных проволок. Этим достигается значительное уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления наиболее сильным вет-рам. Такое уменьшение влечёт за собой меньшие механические напря-жения в опорах при проводах равного диаметра или позволяет увели-чить полезное электропроводящее сечение при равных механических напряжениях в опорах.

Большая контактная поверхность между двумя Z-образными прово-локами одного слоя обеспечивает эффективную защиту от просачивания консистентной смазки изнутри провода. В этой связи внутренняя за-щита оказывается лучше, чем у традиционных проводов, в которых на-блюдается вытеснение защитной смазки наружу под действием циклов нагрузки.

При обрыве проволоки внешнего повива провода AERO-Z остаются на месте под действием механических рабочих напряжений. Данное свойство сохраняется до тех пор, пока не происходит обрыв пяти смежных проволок.

Большая поверхность контакта между проволоками улучшает демп-фирование.

Улучшенные вертикальные и крутящие самозатухание провода зна-чительно уменьшает проблемы сложной пляски. Вероятность появления пляски значительно ниже, и если она возникает, её амплитуда будет значительно меньше.

Провод лучше противостоит снегу и обледенению. Образование ле-дяных рукавов становится более затруднительным. Средняя масса ле-дяных наростов составляет половину наблюдаемой при экстремальных условиях. Более того, следует отметить, что наросты отделяются бы-стрее из-за большей крутильной жёсткости провода.

3.2. Провода TACSR/ACS и TACSR/HICIN компании «Lumpi-Berndorf», Австрия

Увеличение пропускной способности проводов TACSR/ACS и TACSR/HICIN обеспечивается их большей рабочей температурой. Эти провода устойчивы к высокой температуре, могут в условиях продол-жительного времени нести более высокую токовую нагрузку, чем тра-диционные сталеалюминиевые провода.

3.2.1 Конструктивные особенности.

Провода по конструкции напоминают классические провода АС: сердечник и токопроводящие повивы (см. рис. 2).

Рис. 2. Структура провода TACSR/ACS “Lumpi-Berndorf”, Авст-рия

Отличия в конструкции состоят в использованных материалах. То-копроводящие повивы высокотемпературных проводов сделаны из специ-ального термостойкого алюминия ТА либо сверхтермостойкого сплава ZTA.

3.1.2 Принципы и эффективность

Оба сплава ТА и ZTA состоят из чистого алюминия с добавкой циркония, с той разницей, что сплав ZTA имеет большее количество циркония. Цирконий позволяет повысить температуру рекристаллизации основного компонента – алюминия. В результате, токопроводящие про-волоки сохраняют все механические и электрические характеристики при нагревах (см. таблицу 2).

Таблица 2
Материал токопроводящего слоя
РежимAlTAZТА
Долгосрочный нагрев – рабочая температура, 0С80150210
Краткосрочный нагрев до 30 мин, 0С--180240
Температура при токах короткого замыкания < 1 сек, 0С160220280
Разрывное усилие, кгс/мм216-1816-1816-18
Модуль упругости, кгс/мм2600060006000
Коэф. Линейного расширения, 1/0С2.3х10-52.3 х10-52.3 х10-5

Для повышения прочностных свойств и уменьшения стрел провеса провода применяется специальный сплав инвар с нанесением на его поверхность алюминиевого покрытия.

Таблица 3
Материал сердечника
ХарактеристикаОцинкованная стальСталь плаки-рованная алю-миниемИнвар
Модуль упругости207001620015500
Коэф. линейного расширения, 1/0С11*Е-613*Е-63,7*Е-6(<2300С) 10,8Е-6(>2300С)
Напряжение при 1% деформации1100-11701100-1200990-1070
Разрывное усилие1300-14001070-13401125-1225
Удлинение, %3-4-1.5
Плотность7.786.597.1

Использование сплава Инвар в качестве материала сердечника провода позволяет существенно снизить стрелы провесов.

Использование термоустойчивого алюминия как токонесущей части провода дает возможность увеличить пропускную способность линии в полтора раза, а применение супертермоустойчивого сплава в два раза. В таблице 4 приведено сравнение технических характеристик различных проводов.

Таблица 4
Провод
ХарактеристикаАС 240/39TACSR/HACINZTACSR/HACIN
Масса, кг959939939
Разрывное уси-лие, кН80,987,2687,26
Токонесущая способность, А6108611180
Возрастание то-ка11,411,93
Возрастание стоимости11,48~3-4

Линии, работающие в штатном режиме при температуре проводов 1500С или 2100С, не подвержены отложению гололеда, что означает как резкое снижение вероятности возникновения пляски, так и уменьшение пиковых нагрузок на опоры.

Провода TACSR/HACIN по конструкции не отличаются от классиче-ских проводов. Это позволяет использовать все известные типы арма-туры: спиральную, клиновые зажимы и прессуемые.

Методики работы и монтажа этого провода идентичны методикам для классического провода АС. Не требуется новых технологий, уст-ройств и обучения персонала.

3.3. Провода GTACSR компании «J-Power», Япония

Увеличение пропускной способности провода GTACSR обеспечивает-ся также как и провода «Lumpi Berndorf» большей рабочей температу-рой. Эти провода устойчивы к высокой температуре, могут в условиях продолжительного времени нести высокую токовую нагрузку.

3.2.1 Конструктивные особенности.

Особенность провода GTACSR заключается в том, что между токо-проводящими слоями провода и стальным сердечником имеется зазор (см. рис. ), отсюда и название – «провод с зазором».

Преимущества такой конструкции состоят в том, что при монтаже и дальнейшей эксплуатации всё тяжение приходится на стальной сер-дечник, и, соответственно, коэффициент расширения и модуль упруго-сти провода как целого совпадают с характеристиками стали. Провод значительно меньше подвержен удлинению за счет возрастания темпе-ратуры. При рабочих температурах (~150°С) стрела провеса провода ощутимо меньше, чем для любых других проводов (при той же темпера-туре). Это неоспоримое преимущество данного провода. Сочетание пе-речисленных преимуществ, плюс высокая пропускная способность дела-ют этот провод наиболее развитым в техническом отношении.

Безусловно, стоит отметить и вытекающие из конструкции провода недостатки:

- провод сложной конструкции;
- технология монтажа провода весьма сложна; необходимо специ-альное оборудование и обученный персонал. Предъявляются жесткие требования к пролетам – не более 3 поддерживающих опор в анкерном участке;
- ремонт провода превращается в очень сложное мероприятие;
- стоимость провода высока ~400 % по сравнению с проводом АС.
 





Сейчас 34 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page