CC BY
138
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТНЫХ РАБОТ
НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЕМ 220 КВ И ВЫШЕ
В.М. ПОСТОЛАТИЙ, Е.В. БЫКОВА, В.М. СУСЛОВ
Институт энергетики Академии наук Молдовы Ю.Г. ШАКАРЯН, Л.В. ТИМАШОВА, С.Н. КАРЕВА
Научно-Технический Центр Электроэнергетики, Москва, Россия
Аннотация. В статье описаны требования к выполнению ремонтных работ на одноцепных и двухцепных компактных воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и управляемых самокомпенсирующихся ВЛ (УСВЛ). Данные ВЛ относятся к линиям электропередачи нового поколения. Они отличаются от традиционных ВЛ применением компактных конструкций опор, сближением фаз в пролетах, схемами присоединений к подстанциям и способами регулирования. Благодаря этому ВЛ нового поколения обладают по сравнению с обычными ВЛ повышенной пропускной способностью и улучшенными технико-экономическими показателями. Конструктивные и схемные особенности новых ВЛ требуют ряда новых походов к организации проведения ремонтных работ, которые и рассмотрены в настоящей статье. Ключевые слова: воздушные линии электропередачи (ВЛ) нового поколения, компактные одноцепные и двухцепные ВЛ, управляемые самокомпенсирующиеся ВЛ (УСВЛ)
PRINCIPIILE DE BAZA A ORGANIZARII REPARATIILOR DE O NOUA GENERATE A LINIILOR
ELECTRICE DE 220 kV §I MAI SUS V.M. POSTOLATI, E.V. BICOVA, V.M. SUSLOV
Institutul de Energetica al Academiei de §tiinfe a Moldovei UI.G. §ACAREAN, L.V. TIMA§OVA, S.N. CAREVA Centrul tehnico-§timfifw de energie electrica, Moscova, Rusia Rezumat. Articolul descrie cerintele pentru lucrarile de reparatii pe LEA de generate noua (compacta cu un circuit §i cu doua circuite, cu doua circuite dirijata de autocompensare). Aceste linii difera de linii aeriene traditionale prin untilizarea modelelor compacte de suporturi, apropierea fazelor de convergenta, circuite si conexiuni la statii, moduri de regulament. Datorita acestor diferente linii de noua generate au capacitate de trafic ridicata Si calitati tehnico-economice imbunatatite. Particularitatile constructive si schematice ale liniilor aeriene noi necesita o serie de abordari pentru organizarea lucrarilor de reparatie, ce se examineaza in articol. Cuvinte-cheie: linie electrica de transport de generate noua: compacta cu un circuit §i cu doua circuite, cu doua circuite dirijata cu autocompensare.
BASIC PRINCIPLES OF ORGANIZING OF REPAIR OF A NEW GENERATION OF ELECTRIC POWER LINES 220 kV AND ABOVE V.M. POSTOLATI, E.V. BYKOVA, V. M. SUSLOV
Institute of Power Engineering of the Academy of Sciences of Moldova
UI.G. SHAKARYAN, L.V. TIMASHOVA, S.N. KAREVA,
Scientific-Technical Center of Power Engineering , Moscow, Russia Abstract. The article describes the requirements for repair work on single circuit and double circuit overhead transmission lines of compact (VL) and controlled self-compensating high voltage transmission power lines (CSHVL).These include overhead power lines to a new generation. They differ from traditional overhead using compact designs of supports, the convergence phase of the spans, circuits and substations connections to ways of regulation. With this new generation have the overhead compared to conventional overhead increased bandwidth and improved technical and economic indicators. The design and features of the new circuit overhead lines require a series of new campaigns for the organization of repairs, which are discussed in this article. Key words: transmission power lines of new generation, compact, controlled self-compensating high voltage transmission power lines.
Отличительные особенности компактных ВЛ и УСВЛ.
Подходы к организации плановых и аварийных ремонтных работ на линиях электропередачи нового поколения - одноцепных, двухцепных компактных ВЛ и двухцепных УСВЛ следует рассматривать в зависимости от конструкции данных ВЛ, схемных особенностей присоединений к подстанциям, а также способов управления. В организации регламентных, в том числе и ремонтных работ, указанных ВЛ есть ряд схожих подходов, но имеются и различия.
Характерной общей особенностью компактных ВЛ и УСВЛ [1, 2] является то, что у них конфигурации расположения фаз принимаются такими, чтобы можно было осуществить выбор расстояний между фазами минимально допустимыми по диэлектрической прочности воздушных промежутков «фаза-фаза» с учетом воздействия максимальных рабочих напряжений, коммутационных и грозовых перенапряжений, а также по условиям механической устойчивости работы фаз в пролетах при воздействии различных неблагоприятных гололедно-ветровых атмосферных факторов. Такие конструкции ВЛ нового поколения обеспечивают их повышенную пропускную способность и улучшенные экономические и экологические показатели.
В одноцепных компактных трехфазных ВЛ минимально допустимыми принимаются расстояния между всеми тремя фазами. Величины минимально допустимых расстояний между сближенными фазами могут составлять (0,3 ^0,4) D, где D - расстояние между фазами на ВЛ обычной конструкции.
Для осуществления компактного расположения фаз должны быть использованы специальные конструкции опор (например, с охватывающими окнами (рис.1 ), исключающими наличие заземленных элементов опор между фазами, применены специальные виды подвесок проводов на опорах, например, с помощью V-образных гирлянд изоляторов или изоляционных траверс и других изоляционных конструкций, ограничивающих смещение сближенных фаз между собой. Для обеспечения механической устойчивости сближенных фаз в пролетах могут быть использованы различные изоляционные межфазовые элементы (изоляционные распорки, изоляционные стяжки и другие).
Двухцепные и многоцепные компактные ВЛ отличаются от описанной конструкции одноцепной трехфазной ВЛ только тем, что они содержат две или более одноцепных трехфазных компактных ВЛ, расположенных на одной опоре (рис. 2), каждая из которых находится по одну сторону стойки опоры или конструктивных элементов опоры. Могут быть применены и другие конфигурации расположения фаз цепей, например, по две фазы в окне опоры (рис. 3), однако с соблюдением принципа автономности цепей. В компактных двухцепных ВЛ (рис. 2) минимально допустимыми выбираются расстояния между фазами каждой цепи, а расстояния между цепями из-за наличия между ними стойки (или других элементов) опоры могут быть приняты такими же, как на обычных ВЛ. Во втором случае (рис.3) минимально допустимыми на опоре расстояния принимаются между отдельными фазами, в зависимости от конструкции опоры.
Рис. 1. Одноцепная компактная трехфазная ВЛ на башенной опоре с
Рис. 2. двухцепная компактная ВЛ на опоре башенного типа А1, В1, С1 - фазы первой цепи; А2, В2, С2 - фазы второй цепи
Выбор чередования фаз на компактных двухцепных ВЛ может быть осуществлен в виде двух вариантов, как показано на рис.2,3: симметричное относительно оси опоры и транспонированное.
При симметричном - принимается следующее чередование фаз (слева направо в горизонтальном расположении фаз): для первой цепи А1, В1, С1 и для второй цепи С2, В2,А2. В пролетах сближенными являются фазы только своих цепей, т.е. каждая трехфазная цепь имеет свою автономную конструкцию, и не связана с другой цепью.
В схемном отношении каждая трехфазная цепь компактной ВЛ является самостоятельной трехфазной ВЛ и подключается к шинам подстанции как традиционные ВЛ.
Рис.3. Двухцепная компактная ВЛ 220 кВ с попарным сближением фаз А1, В1, С1 - фазы первой цепи; А2, В2, С2 - фазы второй цепи
Электрические параметры одноцепных и многоцепных компактных ВЛ при работе в нормальных симметричных режимах сохраняются неизменными. Выравнивание электрических параметров фаз цепей осуществляется за счет транспозиции фаз внутри каждой цепи.
Если на компактных ВЛ применяются различные устройства поперечной или продольной компенсации, то изменяются эквивалентные параметры электропередач в целом, но собственные параметры линии (цепи) - индуктивное сопротивление, емкостная проводимость, волновое сопротивление при этом не изменяются.
Двухцепные и многоцепные самокомпенсирующиеся УСВЛ также относятся к категории компактных ВЛ, однако они имеют принципиальные отличия по сравнению с двухцепными и многоцепными компактными ВЛ.
Главное отличие УСВЛ от компактных ВЛ состоит в том, что попарно сближенными приняты фазы разных цепей, соответственно: А1 и А2, В1 и В2, С1 и С2 (рис. 4). В процессе работы в УСВЛ предусматривается изменение (регулирование) угла сдвига между векторами напряжений цепей (9) от 0° до 120° (или до 180°), в зависимости от величины передаваемой мощности и требуемых параметров режимов электропередачи. При угловом сдвиге между системами напряжений цепей 9=0° УСВЛ обладает минимальной пропускной способностью, а при 9=120° (180°) -
максимальной, превосходящей обычные ВЛ в 1,3 - 1,6 раза.
Регулирование угла (9) может быть предусмотрено плавным или дискретным. Для плавного регулирования требуется установка фазоповоротных устройств (ФПУ), которые могут совмещать в себе функции трансформаторов или автотрансформаторов. Наиболее простым, но вместе с тем достаточно эффектным, является дискретное регулирование, обеспечивающее два режимных состояния УСВЛ, а именно - при 9=0° или при 9=120°. Такое регулирование может быть осуществлено путем
соответствующего переключения фаз (достаточно на одной цепи) на подстанциях, к которым присоединена УСВЛ (рис. 5).
Перевод УСВЛ из режима при 9=120° в режим при 9=0° может быть использован и при выполнении ремонтных работ. В этом случае при 9=0° каждая пара сближенных фаз представляет систему параллельно идущих проводов с одинаковым уровнем напряжений по модулю и по фазе. При этом двухцепная УСВЛ может условно рассматриваться, как трехфазная одноцепная ВЛ с глубоким расщеплением фаз, приемы ремонта которых хорошо отработаны.
В УСВЛ, как и на описанных выше компактных одноцепных двухцепных ВЛ, между сближенными фазами в пролетах могут быть установлены изоляционные элементы (изолирующие распорки, или стягивающие гирлянды изоляторов), которые предназначены для фиксации принятых междуфазных расстояний и недопущения дальнейшего сближения фаз при воздействии неблагоприятных атмосферных факторов. Для компактных одноцепных и многоцепных ВЛ, а также двухцепных и многоцепных УСВЛ разработаны различные конструкции и схемы присоединения к подстанциям. В схемном отношении одноцепные и многоцепные компактные ВЛ могут не отличаться от обычных ВЛ. Что касается двухцепных и многоцепных УСВЛ, то предусмотренные для них новые принципы фазового регулирования могут быть реализованы при соответствующих новых схемах присоединения к подстанциям, отличающихся от схем присоединения обычных ВЛ, а также и двухцепных и многоцепных компактных ВЛ.
На ВЛ напряжением 220 кВ и выше могут быть применены схемы с пофазным управлением. Это позволяет по-новому подойти к организации ремонтных работ на ВЛ, осуществляемых под напряжением или при снятии напряжения.
В ряде работ [2, 3] для двухцепных УСВЛ предлагается применять схемы с попарными заходами и присоединением фаз на подстанциях и соответствующим попарным управлением сближенными фазами линии. Это создает определенные дополнительные преимущества У СВЛ по сравнению с другими типами ВЛ, в том числе в организации ремонтных работ.
В работе [3] отмечается, что для обеспечения требуемой надежности УСВЛ высших классов напряжений необходима новая система управления, основанная на том, что УСВЛ необходимо рассматривать как единый объект, имеющий в своем составе три пары сближенных фаз, а единицей управления является пара сближенных фаз.
Следует отметить, что из разработанных в [3] схем присоединения УСВЛ к подстанциям предпочтение следует отдать присоединению по схеме четырехугольника или по схеме трансформатор шины с присоединением линии через два выключателя.
Основные виды ремонтных работ, обусловленных особенностями компактных ВЛ и УСВЛ и принципы организации их выполнения.
Отличительные особенности компактных ВЛ и УСВЛ от обычных ВЛ обуславливают необходимость проведения анализа основных видов ремонтных работ и разработки специальных приемов выполнения некоторых из них.
Рис. 4. Двухцепная УСВЛ 220 кВ «Чайка»
А1, В1, С1 - фазы первой цепи; А2, В2, С2 - фазы второй цепи
А В С
А В С
А1
Ат(Вт)
В1
В2(Ст)
С2(А2)
УСВЛ
ч
N
г4
СШ-1
СШ-2
Рис. 5. Схема дискретного регулирования УСВЛ 9=0° - включены выключатели В і и В2 (В3 отключены) 9=120° - включены В1 и В3 (В2 отключены)
Как известно, на обычных ВЛ ремонтные работы выполняются при отключении ВЛ или под напряжением. Приемы и регламенты проведения ремонтных работ на обычных ВЛ достаточно хорошо освоены [4], и часть из них может быть позаимствована для организации ремонтных работ на компактных В Л и УСВЛ.
В
В
В
В
2
2
С
В
В
3
3
При отключенном состоянии компактных ВЛ и УСВЛ все виды ремонтных работ могут проводиться , как на обычных ВЛ, за исключением работ, связанных с ремонтом междуфазовых изоляционных распорок или стягивающих фазы изоляционных элементов, а также на проводах фаз и токоведущих элементах.
При отключенном состоянии компактных ВЛ УСВЛ использование специальных передвижных подвесных тележек позволяет с успехом проводить любые работы по замене и ремонту междуфазовых изоляционных элементов, а также арматуры расщепленных фаз, каждой в отдельности.
В случае применения на компактных ВЛ и УСВЛ стягивающих междуфазных элементов при необходимости их замены или ремонта требуется предварительная фиксация расстояния между сближенными фазами с помощью натяжных приспособлений (например, фиксирующих стержневых элементов или мерных линеек, канатов и др.), которые устанавливаются исполнителем ремонтных работ. После замены или ремонта того или другого изоляционного междуфазового элемента монтажные приспособления снимаются. Передвигаясь на подвесной тележке вдоль пролета ВЛ исполнитель аналогичным образом выполняет ремонт или замену следующей междуфазовой изоляционной конструкции.
Выполнение других видов ремонтных работ, связанных с работами на опорах и линейной подвесной изоляции, на компактных ВЛ и УСВЛ осуществляется аналогично работам, проводимым при ремонтах обычных ВЛ.
Существенны отличия в организации ремонтных работ на компактных ВЛ и УСВЛ при сохранении их под напряжением, что может быть обусловлено необходимостью бесперебойного электроснабжения потребителей, питаемых по данной ВЛ или УСВЛ.
Однозначно следует отметить, что при нахождении компактных ВЛ или УСВЛ под напряжением сходными ремонтными работами с обычными ВЛ будут только те, которые могут быть выполнены без приближения к токоведущим частям менее, чем установлены нормативными документами [4, 5].
Выполнение работ под напряжением на фазах и других токоведущих частых на компактных ВЛ и УСВЛ недопустимо, если расстояния между сближенными фазами, или другими токоведущими элементами, находящимся под разными потенциалами, меньше допустимого регламентируемого нормативными документами. С учетом этого на одноцепных ВЛ (рис. 1) при предельной их компактизации выполнение ремонтных работ под напряжением может оказаться недопустимым.
На двухцепных компактных ВЛ (рис. 2, 3) потребуется полное отключение одной из цепей, на которой необходимо выполнение отмеченных выше специальных ремонтных работ на фазах в пролетах или токоведущих частях на опорах.
Заметные преимущества при организации ремонтных работ под напряжением имеют УСВЛ.
Эти преимущества достигаются за счет того, что в УСВЛ попарно сближенными являются фазы, принадлежащие разным цепям. Для УСВЛ предусматривается как минимум два режима работы (рис. 5): при 9=0° или 9=120°, т.е. в первом случае сближенные фазы будут иметь одинаковые напряжения (по модулю и фазе), а во втором случае между ними будет линейное напряжение.
При 9=0° пара сближенных фаз может рассматриваться как одна фаза с глубоким расщеплением. Так как расстояния от одной пары фаз ВЛ к другим и к заземленным элементам опор в УСВЛ выдерживается как на обычных ВЛ (рис. 4), то ремонт под напряжением возможен с использованием всех приемов и процедур, применяемых при выполнении ремонтных работ под напряжением на обычных ВЛ с глубоко расщепленными фазами. При таком подходе отключения УСВЛ не потребуется, хотя в режиме при 9=0° пропускная способность УСВЛ будет ниже, чем при 9=120°.
При применении пофазного управления на двухцепных УСВЛ при необходимости могут быть отключены только две сближенные фазы (одна пара фаз, принадлежащих разным цепям). При этом выполнение ремонтных работ на отключенных фазах может проводиться как на отключенной ВЛ, разумеется при соблюдении мер предосторожности, так как остальные 4 фазы УСВЛ будут в работе. Оставшиеся в работе две пары сближенных фаз обеспечат 4-ехфазный режим УСВЛ. Например, если при 9=0° будет отключена пара фаз (А1 и А2), то остальные две пары фаз могут иметь фазировку: В1 и С2, С1 и А2, что обеспечит полноценное трехфазное питание шин приемных подстанций.
Данные преимущества двухцепных УСВЛ необходимо принимать во внимание при комплексных технико-экономических обоснованиях выбора того или иного типа ВЛ нового поколения.
Выводы
1. Конструкции компактных ВЛ и УСВЛ выполняются с соблюдением всех нормативных документов, действующих в области воздушных линий электропередач. Ремонтные работы на компактных ВЛ и УСВЛ могут проводится при их отключенном состоянии или под напряжением.
2. При отключенном состоянии компактных ВЛ и УСВЛ основные принципы организации на них ремонтных работ практически ничем не отличаются от организации ремонтных работ на обычных ВЛ.
3. Отличительные особенности компактных одноцепных и двухцепных ВЛ состоят в том, что геометрические расстояния между фазами каждой цепи принимаются минимально допустимыми, с учетом ограничений по электрической прочности промежутков фаза-фаза, а также по условиям работы проводов в пролетах при воздействии гололедных и ветровых нагрузок. В пролетах компактных одноцепных и двухцепных ВЛ между фазами может быть предусмотрена установка изоляционных элементов (распорок или гирлянд изоляторов). Выполнение ремонтных работ на токоведущих частях и фазах компактных одноцепных и двухцепных ВЛ, как правило должна осуществляться при полном отключении одноцепных ВЛ, или одной из цепей двухцепной компактной ВЛ.
4. Ремонтные работы на фазах и токоведущих частях двухцепных УСВЛ могут проводиться под напряжением только в случае перевода УСВЛ в режим при 9=0°, т.е. при отсутствии фазового сдвига векторов напряжений сближенных фаз.
Литература
1. В.М. Постолатий, Е.В. Быкова, В.М. Суслов Ю.Г. Шакарян, Л.В. Тимашова,
С.Н. Карева. Методические Подходы к выбору вариантов линий электропередач нового поколения на примере ВЛ-220 кВ. Problemele Energeticii Regionale, Chisinau, 2010, №2(13), стр. 7-22.
2. Научно-технический отчет по теме: «Исследование и обоснование применения в ЕЭС линий электропередачи повышенной пропускной способности в сочетании с устройствами FACTS».
3. Этап. Анализ конструкций и основных технических характеристик различных типов компактных линий электропередачи, применяемых в отечественной и зарубежной практике. Научный руководитель ОАО «НТЦ Электроэнергетики» д.т.н. проф. Ю.Г. Шакарян, заместитель научного руководителя к.т.н. Л.В. Тимашова. 2009 г., 106 с.
4. Управляемые линии электропередачи. Астахов, В.М. Постолатий, И.Т. Комендант, Г.В. Чалый / под ред. В.А. Веникова, Кишинев, «Штиинца», 1984 г. 292 с.
5. Разработка схем присоединений управляемых самокомпенсирующихся воздушных линий (УСВЛ) напряжением 330 кВ и выше. Научно-технический Отчет. ВГПИ и НИИ «Энергосетьпроект», Сибирское отделение, Руководитель темы к.т.н. Смирнов Е.А., 1991 г. 13 с.
6. И.Г. Барг, В.И. Эдельман. Воздушные линии электропередачи. Вопросы эксплуатации и надежности. М. Энергоатомиздат, 1985. 247 с.
7. Справочник «Библия электрика» ПУЭ, МПОТ, ПТЭ, (Шестое и седьмое издания, все действующие разделы). Новосибирск: Сиб. унив. Из-во, 2011. - 688 с., ил.
Сведения об авторах:
Постолатий Виталий Михайлович, д.х.т.н, академик АН Молдовы, заведующий Лабораторией управляемых электропередач Института энергетики АНМ. Сфера научных интересов: электрические станции, сети и системы и управление ими, управляемые, гибкие, компактные электропередачи, современные средства регулирования, энергетическая безопасность, общие вопросы энергетики.
Быкова Елена Витальевна, д.т.н., ведущий научный сотрудник Лаборатории управляемых электропередач Институт энергетики АНМ. Сфера научных интересов: электрические сети и системы и управление ими, управляемые электропередачи, энергетическая безопасность, моделирование процессов в энергетике.
Суслов Виктор Миронович, научный сотрудник Лаборатории управляемых электропередач Институт энергетики АНМ. Сфера научных интересов: электрические сети и системы и управление ими, управляемые электропередачи, моделирование процессов в энергетике.
Шакарян Юрий Гевондович, заместитель генерального директора НТЦ «Электроэнергетика» (ВНИИЭ), г. Москва, д.т.н., профессор. Сфера научных интересов: электрические станции, сети и системы и управление ими, управляемые электропередачи, современные средства и системы регулирования, сверхпроводящие кабельные линии электропередачи, электропривод, моделирование процессов в энергетике.
Тимашова Лариса Владимировна, начальник центра электротехнического оборудования НТЦ «Электроэнергетика» (ВНИИЭ), г. Москва. Сфера научных интересов: электрические сети и системы и управление ими, управляемые электропередачи, современные средства регулирования,
электротехническое оборудование, климатология, проблемы экологии.
Карева Светлана Николаевна, инженер Центра электротехнического оборудования НТЦ «Электроэнергетика», (ВНИИЭ), г. Москва. Сфера научных интересов: электрические сети и системы и управление ими, управляемые электропередачи, современные средства регулирования,
электротехническое оборудование, техника высоких напряжений.
