Разработка мероприятий по снижению энергетических потерь за счет КОРОННОГО разряда в воздушных линиях электропередач 1 ЮкВ АО «Аммоний» г.Менделеевск
|
Введение 6
Глава 1. Патентно-информационный обзор 9
Коронный разряд. Виды и условия возникновния 9
1.1 Лавинная корона 9
ГЗКоронный разряд на линиях электропередач 13
1.4 Корона на проводах при постоянном напряжение 14
1.5 Корона на проводах при переменном напряжении 15
Современные методы снижения потерь на корону 20
2.1 Шинный провод линии электропередач 20
2.2 Воздушная линия электропередачи переменного тока сверх- и ультравысокого напряжения с оптимизированной конструкцией расщепленной фазы для уменьшения потерь на корону (варианты) 22
Провод с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на номинальное напряжение 110 кв 31
Глава 2. Описание объекта исследования ВЛ-110 кВ АО «Аммоний» 36
Глава 3. Разработка мероприятий по снижению потерь на корону в ВЛ-1 ЮкВ «Тойма2-Аммоний» 1 цепь, «Тойма2-Аммоний» 2 цепь, «Тойма2- Менделеевская» 40
Трасса В Л 40
Опоры 41
Провода и тросы 42
Изоляторы и арматура 43
Определение потери в линии на корону 44
Аналитический расчет потерь активной мощности на корону 45
Расчет потерь на корону по обобщенным характеристикам 47
Мероприятия направленные на снижение потерь на корону на примере объекта исследования 55
Заключение 63
Список литературы 66
Глава 1. Патентно-информационный обзор 9
Коронный разряд. Виды и условия возникновния 9
1.1 Лавинная корона 9
ГЗКоронный разряд на линиях электропередач 13
1.4 Корона на проводах при постоянном напряжение 14
1.5 Корона на проводах при переменном напряжении 15
Современные методы снижения потерь на корону 20
2.1 Шинный провод линии электропередач 20
2.2 Воздушная линия электропередачи переменного тока сверх- и ультравысокого напряжения с оптимизированной конструкцией расщепленной фазы для уменьшения потерь на корону (варианты) 22
Провод с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на номинальное напряжение 110 кв 31
Глава 2. Описание объекта исследования ВЛ-110 кВ АО «Аммоний» 36
Глава 3. Разработка мероприятий по снижению потерь на корону в ВЛ-1 ЮкВ «Тойма2-Аммоний» 1 цепь, «Тойма2-Аммоний» 2 цепь, «Тойма2- Менделеевская» 40
Трасса В Л 40
Опоры 41
Провода и тросы 42
Изоляторы и арматура 43
Определение потери в линии на корону 44
Аналитический расчет потерь активной мощности на корону 45
Расчет потерь на корону по обобщенным характеристикам 47
Мероприятия направленные на снижение потерь на корону на примере объекта исследования 55
Заключение 63
Список литературы 66
В современных экономических условиях, во всех отраслях промышленности основными задачами, при осуществлении производственной деятельности являются увеличение качества продукции, уменьшение трудозатрат на выпуск единицы изделия и снижение материально производственных и экономических потер.
Электроэнергетика так же не является исключением. Основная задача электроэнергетической промышленности это выработка, транспортировка и преобразование электрической мощности. Любая отрасль современной экономики на прямую зависит от электроэнергии.
Важной частью работы генерирующих отраслей является последующая транспортировка выработанной мощности до потребителя. Но просто так невозможно доставить электроэнергию в ту область которая ее ждет. Для транспортировки электрических мощностей генерирующие компании используют так называемые линии электропередач. Воздушные, реже кабельные. Современная промышленность пока не нашла более экономически выгодного и простого способа транспортировки всеми желанного электрического заряда.
Но к сожалению в нашем мире нет абсолютно идеальных систем. В ходе передачи электроэнергии в ЛЭП возникают различного рода потери. Потерями называют расход электрической мощности без ее преобразование в полезное действие. Т.е. это та мощность которую выработал генератор электрической энергии, но которая была израсходована на паразитные явления во время транзитирования. Если объяснять образно, то к примеру потребителю в час необходима мощность в 1000кВт он и получит эти 1000кВт но в связи с потерями в ЛЭП генератору придется выработать большее количество мощности, допустим 1200кВт. Это приводит к тому, что
механизму приводящему в движение электрический генератор придется сжечь больше топлива, а следовательно для потребителя это чревато увеличением стоимости электроэнергии. Т.е. потребители переплачивают за ту мощность которая к ним даже не поступала.
Так вот в ЛЭП возникают различного рода потери. Потери на нагрев провода током нагрузки, этот вид потерь связан с удельной проводимостью материалов из которых изготавливают провод. Индуктивные потери, электроэнергия тратится на намагничивание металлических элементов самой линии или смежных объектов. Но есть отдельный и очень интересный вид потерь. Потери на образование короны вокруг поверхности провода ЛЭП.
В современном мире электроэнергетики данная проблема актуальна в России в силу того, что мы имеем самую протяженную электроснабжающую сеть в мире. Длины ЛЭП могут достигать сотен километров а напряжения 1000 и более киловольт.
В силу тенденции всеобщей экономии при проектировании ЛЭП стараются уменьшить затраты на материалы. Для того чтобы уменьшить расходы на токопроводящие элементы, т.е. провода, прибегают к увеличению уровня напряжения, это влечет уменьшение потерь на активное сопротивление проводника под воздействием тока нагрузки. Но при этом возникает другой эффект. Увеличивается вероятность образования коронных разрядов вдоль провода ЛЭП. Что так же приводит к потерям на ионизацию воздушного пространства вокруг проводника.
В настоящее время в линиях электропередач с высоким уровнем напряжений (110,220, 330, 500 и более кВ) процент потерь на корону составляет от 25 до 40 от общего числа потерь. Что в свою очередь является достаточно весомо в экономическом эквиваленте.
Задачей данной работы является изучение факторов влияющих на возникновение коронного разряда вдоль провода ЛЭП, изучение имеющихся
методов борьбы с этим явлением. И на основании полученных результатов разработать мероприятия по снижению потерь на корону на ЛЭП 11 ОкВ принадлежащих АО «Аммоний». Оценить их эффект и актуальность.
Электроэнергетика так же не является исключением. Основная задача электроэнергетической промышленности это выработка, транспортировка и преобразование электрической мощности. Любая отрасль современной экономики на прямую зависит от электроэнергии.
Важной частью работы генерирующих отраслей является последующая транспортировка выработанной мощности до потребителя. Но просто так невозможно доставить электроэнергию в ту область которая ее ждет. Для транспортировки электрических мощностей генерирующие компании используют так называемые линии электропередач. Воздушные, реже кабельные. Современная промышленность пока не нашла более экономически выгодного и простого способа транспортировки всеми желанного электрического заряда.
Но к сожалению в нашем мире нет абсолютно идеальных систем. В ходе передачи электроэнергии в ЛЭП возникают различного рода потери. Потерями называют расход электрической мощности без ее преобразование в полезное действие. Т.е. это та мощность которую выработал генератор электрической энергии, но которая была израсходована на паразитные явления во время транзитирования. Если объяснять образно, то к примеру потребителю в час необходима мощность в 1000кВт он и получит эти 1000кВт но в связи с потерями в ЛЭП генератору придется выработать большее количество мощности, допустим 1200кВт. Это приводит к тому, что
механизму приводящему в движение электрический генератор придется сжечь больше топлива, а следовательно для потребителя это чревато увеличением стоимости электроэнергии. Т.е. потребители переплачивают за ту мощность которая к ним даже не поступала.
Так вот в ЛЭП возникают различного рода потери. Потери на нагрев провода током нагрузки, этот вид потерь связан с удельной проводимостью материалов из которых изготавливают провод. Индуктивные потери, электроэнергия тратится на намагничивание металлических элементов самой линии или смежных объектов. Но есть отдельный и очень интересный вид потерь. Потери на образование короны вокруг поверхности провода ЛЭП.
В современном мире электроэнергетики данная проблема актуальна в России в силу того, что мы имеем самую протяженную электроснабжающую сеть в мире. Длины ЛЭП могут достигать сотен километров а напряжения 1000 и более киловольт.
В силу тенденции всеобщей экономии при проектировании ЛЭП стараются уменьшить затраты на материалы. Для того чтобы уменьшить расходы на токопроводящие элементы, т.е. провода, прибегают к увеличению уровня напряжения, это влечет уменьшение потерь на активное сопротивление проводника под воздействием тока нагрузки. Но при этом возникает другой эффект. Увеличивается вероятность образования коронных разрядов вдоль провода ЛЭП. Что так же приводит к потерям на ионизацию воздушного пространства вокруг проводника.
В настоящее время в линиях электропередач с высоким уровнем напряжений (110,220, 330, 500 и более кВ) процент потерь на корону составляет от 25 до 40 от общего числа потерь. Что в свою очередь является достаточно весомо в экономическом эквиваленте.
Задачей данной работы является изучение факторов влияющих на возникновение коронного разряда вдоль провода ЛЭП, изучение имеющихся
методов борьбы с этим явлением. И на основании полученных результатов разработать мероприятия по снижению потерь на корону на ЛЭП 11 ОкВ принадлежащих АО «Аммоний». Оценить их эффект и актуальность.
В качестве объекта исследования для разработки мероприятий по снижению потерь на корону в ЛЭП 110-500кВ были выбраны воздушные линии электропередач напряжением 11 ОкВ принадлежащие АО «Аммоний».
В ходе изучения данных ЛЭП было установлено, что лини находятся в достаточно изношенном состоянии. За время 32 лет эксплуатации на линиях не производился капитальный ремонт и реконструкция. Близится срок проведения технической экспертизы данных сетей. Но и без этого, благодаря моему обходу с целью изучения линий , мне стало ясно, что они нуждаются в глубокой реконструкции или модернизации.
Кроме того в изначальном проекте не было произведено расчетов потерь на корону.
А между тем, потери на корону в ЛЭП-1 ЮкВ составляют от 20 до 35% от общего числа потерь.
Изучив теорию по данному вопросу, я пришел к выводу, что все методики по уменьшению вероятности возникновения короны, сводятся к уменьшению напряженности на единицу площади поверхности проводника. Т.е. необходимо увеличить площадь поверхности или изменить ее форму, тогда возникновение короны не произойдет, а следовательно не возникнут потери активной мощности.
Мною был изучен ряд патентов которые позволяют уменьшить процесс коронирования провода ЛЭП. Но по ряду логических причин, таких как отсутствие промышленного производства, сомнительные механические характеристики, а так же то, что их применение не является целесообразным в отношении объектов исследования, я их отверг.
Была рассмотрена возможность искусственного увеличения длинны линии, но это так же не целесообразно в силу того, что придется радикально изменять
трассу линий, а это влечет за собой проблемы с отчуждением земель под строительство новых участков ЛЭП.
В ходе расчета потерь на корону используя реальные цифры по величине фактического напряжения в линии, которое составляет 122кВ, а не проектные данные, я выяснил, что на данный момент сумма всех потерь активной мощности ,по трем рассматриваемым линиям, на корону в среднем за год составляет 37842 кВт.ч.
Величина фактических потерь мощности на корону в линиях объекта исследования не является критической как с точки зрения электрических, так и с точки зрения экономических потерь.
На первый взгляд мероприятия по борьбе с коронным разрядом в линии проводит и не обязательно. Но в виду того, что линии изношены и нуждаются в реконструкции, можно разработать и внедрить в проект наработки которые позволят совсем исключить такую составляющую потерь, как потери на корону.
Поэтому исходя из теории, я решил пойти по самому логическому и эффективному пути. Увеличить площадь поверхности или снизить напряженность в доль поверхности проводника.
В качестве возможных мероприятий я рассмотрел саамы эффективные на мой взгляд, которые могут быть применены к объекту исследования:
1. Увеличить сечение проводника в фазе с 120мм2 до 185мм2. Расчетным путем было установлено, что критическое напряжение при котором возможно коронообразование возрастает до значения 128кВ.
2. Применить нестандартный подход к линиям данного класса напряжения, а именно расщепить фазный проводник на два параллельных сечением 70мм2 и разместить их на расстоянии 10см друг от друга. Расчет показал значительный прирост значения критического напряжения, которое составило 435.7кВ, что в разы превышает фактическую величину. При этом
не происходит значительного увеличения веса фазного проводника но увеличивается на 12% токопропускная способность.
В качестве вывода могу заключить следующее.
В настоящий момент нет предпосылок для внедрения мероприятий по снижению потерь на корону на объекте исследования, так как их величина мала. Но в силу того, что линии подлежат модернизации я рекомендую внедрить в проект модернизации рассмотренные мною две методики исключающие во время дальнейшей эксплуатации даже вероятность возникновения коронного разряда. Кроме того, в качестве приоритетной модели, я рекомендую использовать методику связанную с расщеплением провода, так как она будет более эффективной и практически не повлияет на нагрузочную способность анкерных сооружений и подвесных изоляторов. Хотя первый вариант с простым увеличением сечения тоже имеет место быть и может быть внедрен но лишь по причине более простой реализации.
В ходе изучения данных ЛЭП было установлено, что лини находятся в достаточно изношенном состоянии. За время 32 лет эксплуатации на линиях не производился капитальный ремонт и реконструкция. Близится срок проведения технической экспертизы данных сетей. Но и без этого, благодаря моему обходу с целью изучения линий , мне стало ясно, что они нуждаются в глубокой реконструкции или модернизации.
Кроме того в изначальном проекте не было произведено расчетов потерь на корону.
А между тем, потери на корону в ЛЭП-1 ЮкВ составляют от 20 до 35% от общего числа потерь.
Изучив теорию по данному вопросу, я пришел к выводу, что все методики по уменьшению вероятности возникновения короны, сводятся к уменьшению напряженности на единицу площади поверхности проводника. Т.е. необходимо увеличить площадь поверхности или изменить ее форму, тогда возникновение короны не произойдет, а следовательно не возникнут потери активной мощности.
Мною был изучен ряд патентов которые позволяют уменьшить процесс коронирования провода ЛЭП. Но по ряду логических причин, таких как отсутствие промышленного производства, сомнительные механические характеристики, а так же то, что их применение не является целесообразным в отношении объектов исследования, я их отверг.
Была рассмотрена возможность искусственного увеличения длинны линии, но это так же не целесообразно в силу того, что придется радикально изменять
трассу линий, а это влечет за собой проблемы с отчуждением земель под строительство новых участков ЛЭП.
В ходе расчета потерь на корону используя реальные цифры по величине фактического напряжения в линии, которое составляет 122кВ, а не проектные данные, я выяснил, что на данный момент сумма всех потерь активной мощности ,по трем рассматриваемым линиям, на корону в среднем за год составляет 37842 кВт.ч.
Величина фактических потерь мощности на корону в линиях объекта исследования не является критической как с точки зрения электрических, так и с точки зрения экономических потерь.
На первый взгляд мероприятия по борьбе с коронным разрядом в линии проводит и не обязательно. Но в виду того, что линии изношены и нуждаются в реконструкции, можно разработать и внедрить в проект наработки которые позволят совсем исключить такую составляющую потерь, как потери на корону.
Поэтому исходя из теории, я решил пойти по самому логическому и эффективному пути. Увеличить площадь поверхности или снизить напряженность в доль поверхности проводника.
В качестве возможных мероприятий я рассмотрел саамы эффективные на мой взгляд, которые могут быть применены к объекту исследования:
1. Увеличить сечение проводника в фазе с 120мм2 до 185мм2. Расчетным путем было установлено, что критическое напряжение при котором возможно коронообразование возрастает до значения 128кВ.
2. Применить нестандартный подход к линиям данного класса напряжения, а именно расщепить фазный проводник на два параллельных сечением 70мм2 и разместить их на расстоянии 10см друг от друга. Расчет показал значительный прирост значения критического напряжения, которое составило 435.7кВ, что в разы превышает фактическую величину. При этом
не происходит значительного увеличения веса фазного проводника но увеличивается на 12% токопропускная способность.
В качестве вывода могу заключить следующее.
В настоящий момент нет предпосылок для внедрения мероприятий по снижению потерь на корону на объекте исследования, так как их величина мала. Но в силу того, что линии подлежат модернизации я рекомендую внедрить в проект модернизации рассмотренные мною две методики исключающие во время дальнейшей эксплуатации даже вероятность возникновения коронного разряда. Кроме того, в качестве приоритетной модели, я рекомендую использовать методику связанную с расщеплением провода, так как она будет более эффективной и практически не повлияет на нагрузочную способность анкерных сооружений и подвесных изоляторов. Хотя первый вариант с простым увеличением сечения тоже имеет место быть и может быть внедрен но лишь по причине более простой реализации.