Передача електричної енергії, характеристика ЛЕП
Основу системи передачі електричної енергії від електричних станцій, що її виробляють, про великі райони електроспоживання та розподільні вузли ЕЕС складають різні мережі електропередач або окремі електропередачі внутрішньосистемного та міжсистемного значення (системоутворюючі мережі) та мережі живлення напругою 220 кВ і вище. Їхня поява викликана необхідністю розміщення великих ТЕС та АЕС за межами житлових зон, а також можливістю вироблення частини ЕЕ гідроелектростанціями, розташованими на відносно віддаленій відстані від міст. Внутрішньосистемні та міжсистемні магістральні лінії електропередачі, включаючи дальні (протяжні) ЛЕП, що об'єднують на спільну (паралельну) роботу електростанції та більші підстанції (райони споживання), складає системоутворюючу мережу. Призначення такої мережі – формування ЕЕС та одночасно виконання функції передачі, транзиту електричної енергії.
Однією з основних вимог, що висуваються до таких передавальних і сполучних мереж, є забезпечення надійності та стійкості їхньої роботи, тобто. забезпечення її працездатності у всіх можливих станах (режимах) – нормальних, ремонтних, аварійних та післяаварійних. Вирішення цього завдання значною мірою покладається на великий комплекс автоматичних пристроїв: управління релейного захисту, режимної та протиаварійної автоматики. Сукупність магістральних та системоутворювальних (передаючих) електричних мереж та пристроїв автоматичного регулювання утворюють систему передачі електричної енергії.
Наведемо коротку характеристику такої системи за рядом показників, до яких насамперед відносяться величини потужності, що передається, номінальної напруги, функціональнезначення та дальність передачі, конфігурація (топологія) мережі.
Системоутворююча мережа є основною мережею енергосистем, призначена для передачі великих потоків потужності (від сотень МВт до декількох ГВт) окремим споживачам (відстань до 1000 км і більше) і виконується в основному магістральними лініями електропередачі на змінному струмі. Міжсистемні лінії електропередачі споруджують зазвичай на напругу більш високу, ніж напруга внутрішньосистемних ліній систем, що з'єднуються, і включають трансформаторні підстанції по кінцях. Міжсистемні передачі ЕЕ змінним струмом здійснюється переважно на напругу 500 та 750 кВ. Напруга 500 кВ використовується для системотворчих мереж в енергосистемах зі шкалою номінальних напруг мереж 110-220-500-1150 кВ і напруга 750 кВ в ОЕС зі шкалою 150-330-750 кВ, в якій як наступний ступінь.
Мережі цих напруг служать для видачі потужності великих електростанцій, створення міжсистемних зв'язків та живлення навантажувальних вузлів 550/200, 500/110, 330/110 (150) кВ, а в деяких ЕЕС –лінії 220 кВ, використовуються для внутрішньосистемних зв'язків: видачі потужності зв'язку великих електростанцій, для живлення та об'єднання центрів електропостачання 330/110 (150), 220/110 систем розподілу електроенергії. У потужних концентрованих ЕЕС з розвиненою мережею 500 кВ мережі 220 кВ виконують, як правило, розподільні функції.
Лінії електропередачі, що передають потоки рівними потужностями групи генераторів або порівнянними із встановленою потужністю енергосистем, відносяться до сильних зв'язків. При пропускній здатності, що не перевищує 10-15% від встановленої потужності меншої з енергосистем, що об'єднуються, зв'язок між ними характеризуються як слабка. За цими зв'язками практично проводять кордонміж окремими ЕЕС.
Якщо одна з енергосистем постійно має надмірну за балансом потужність і енергію, вартість якої нижча, ніж в іншій енергосистемі, то міжсистемна ЛЕП працює з незмінним напрямом потоку потужності.
Лінію електропередачі зі змінним напрямом потоку називають реверсивною (маневреною). Її роль полягає головним чином у взаємодопомозі між сусідніми порівняно потужними системами. Відмінність між магістралями та реверсивними зв'язками часто є дуже невизначеною.
Умовність поділу системи передачі та розподілу електричної енергії основні електричні мережі, тобто. протяжні (далекі) електропередачі, системоутворюючі мережі та системи розподілу електричної енергії за їхньою номінальною напругою. У міру розвитку основних мереж (зростання навантажень та приєднання понижувальної підстанції, поява нових генеруючих джерел та охоплення території електричними системами) вони більшою мірою виконують функцію розподілу електроенергії. Це означає, що мережі, що виконують функцію передавальних, системоутворюючих, з появою в енергосистемах мереж вищої напруги поступово "передають" їм ці функції, перетворюючись на розподільні.
Номінальна напруга лінії електропередачі залежить від потужності, кількості ланцюгів і відстані (дальності), що передається, на яку передається електроенергія . Вибір номінальної напруги виконують на етапі проектування систем передачі ЕЕ. В даному випадку необхідно відзначити, що чим більша потужність і протяжність лінії, що передається, тим вище з технічних і економічних причин повинна бути номінальна напруга електропередачі. На сучасному етапі розвитку ЕЕС орієнтовна потужність, що передається, і довжина лінії електропередачі в залежності відкласу напруги характеризується даними наведеними у таблиці №1.
Таблиця №1 Передається потужність і дальність передачі
Передача потужності від віддалених електростанцій на перших етапах розвитку міжсистемних міжсистемних зв'язків виконуються у вигляді нерозгалуженої електропередачі напругою (330) 5001150 кВ (рисунок №1). Потужні КЕС чи ГЕС мають блокову схему. До кожного трансформатора приєднують від одного до трьох генераторів, що віддають енергію на шини 500-150 кВ. Далі енергія передається по довгій лінії, через знижувальну підстанцію в приймальну систему, частина навантаження якої забезпечується власними станціями, що генерують (рис. №1)
Якщо на станції кілька блоків та сполучна лінія багатоланцюгова, то електропередачі можуть виконуватися на основі блокової або зв'язкової схем. У блоковій схемі (малюнок №2) дальня передача потужності здійснюється за окремими поперечно не пов'язаними електропередач (блоків) на загальну групу шин (підстанцій) приймальної системи, з'єднаних між собою зв'язками 110-220 кВ.
Ці зв'язки та станції приймальної системи повинні задовольняти потребу потужності у разі виходу з ладу якогось блоку. При відключенні ланцюга (блоку) аварія локалізується на одній зі станції, проте приймальна система повністю позбавляється відповідної частини потужності станції, що передає. У зв'язаній схемі (рисунок №3) забезпечує велику надійність електропостачання, багатоланцюгова дальня ЛЕП має вздовж своєї траси кілька з'єднань – перемикачів (ПП) – між окремими ланцюгами, що ділять довгу лінію на короткі ділянки (250-350 км). Спорудження ПП супроводжується зростанням кількості застосовуваних дорогих вимикачів. Вимкнення окремої лінії ділянки мережі між перемикачаминезначно збільшує сумарний опір, що дозволяє зберегти передачу заданої потужності передачі потужності або пропускної здатності електропередачі.
Під пропускною спроможністю електропередачі розуміється найбільша активна трьох фаз електропередачі, яку можна передати в тривалому режимі з урахуванням режимно-технічних обмежень. Найбільша активна потужність (межа) електропередачі, що передається, обмежена умовами статичної стійкості генераторів електричних станцій, передавальної та приймальної частини ЕЕС, пов'язаних електропередачею з номінальною напругою Uном:
та допустимою потужністю по нагріванню проводів лінії з допустимим струмом Iдоп:
де Е і U-ЕРС генераторів зраджує станції та напруги приймальної системи;
З практики експлуатації ЕЕС випливає, що пропускна здатність електропередач 500-750 кВ зазвичай визначається фактором статичної стійкості, для електропередач 220-330 кВ обмеження можуть наступати як за умовою стійкості, так і за допустимим нагріванням.
Потужність лінії, що гранично передається, можна порівняти з її натуральною потужністю. Прийнявши незмінними та рівними номінальному напруження по кінцях лінії, перепишемо наближений вираз №1 у вигляді:
де Рнат-натуральна потужність лінії без втрат; - Коефіцієнт зміни фази хвилі напруги (струму); L-довжина лінії.
Характерні дані про пропускну спроможність лінії електропередачі наведено в таблиці №2
Характеристика пропускної спроможності ліній електропередач
Забезпечення необхідної пропускної спроможності електропередачі при задовільних економічних показниках становить найбільшу технічну складність.
На далеких ЛЕП використовую найбільш високіосвоєних номінальних напруг: 500,750 кВ. Найближчим часом широко застосовуватиметься напруга 1150кВ. При вищому напрузі, як випливає з важливих виразів №1 і №3, підвищується гранична потужність електропередачі; поряд з цим знижуються втрати потужності та енергії в активному опорі лінії. Одночасно зростає вартість ПЛ та обладнання підстанцій, втрати енергії на корону та ємнісний струм лінії.