И. Карапетян - Справочник по проектированию электрических сетей
Таблица 1.5
В Европе происходит активный обмен электроэнергией между странами, иногда составляющий значительную часть производимой в отдельной стране электроэнергии. Через границы государств перетекают примерно 20 % вырабатываемой электроэнергии. В 2002 г. перетоки составляли 551 млрд кВтч электроэнергии, в 2001 г. — 543 млрд кВтч. Самый крупный экспортер — Франция (77 млрд кВтч, или 14 % всего производства в стране), на втором месте — Норвегия (10 млрд кВтч, или 7 %). Больше всего электроэнергии импортирует Италия, купившая за рубежом 50 млрд кВтч (19 % собственного производства), на втором месте — Нидерланды (16 млрд кВтч, или также 19 %). Германия имеет почти нулевое сальдо: экспорт 44 млрд кВт-ч, импорт — 43,9.
Высшим напряжением основной электрической сети переменного тока стран Европы является напряжение 750 кВ, которое получило большое развитие в энергосистемах Украины и частично Белоруссии, Польши, Венгрии и Болгарии, а также стран Восточной Европы, где имеются концевые участки межгосударственных электропередач от энергосистем России и Украины.
Высшим напряжением основной электрической сети энергосистем большинства стран Центральной и Западной Европы на уровне 2006 г. являлось 380–420 кВ, законодательно принятое как наивысшее. Сети этого напряжения в последние годы развивались наиболее высокими темпами. При этом сети 220–275 кВ, ранее являвшиеся основными, продолжают эксплуатироваться в условиях ограниченного развития: к этим сетям не присоединяются новые генерирующие мощности, а в отдельных случаях ВЛ этого класса напряжения используются в сети 110–150 кВ до полного физического износа.
Для распределительной сети высокого напряжения в энергосистемах европейских стран используются напряжения 110 (115) — 132–150 кВ. Вытеснение промежуточных напряжений характерно и для распределительных сетей на низшей ступени распределения электроэнергии (33–35, 66 кВ). Основной шкалой трансформации мощности в странах Европы становится 380–420/110-150/10-20 кВ, при которой шаг шкалы напряжения становится выше двух, что характерно для энергосистем, где идет процесс электрификации «вглубь».
Основная системообразующая сеть энергосистем стран Европы, как правило, строится с использованием двухцепных, а в отдельных случаях и четырехцепных ВЛ с обеспечением двухстороннего питания. В этих условиях даже при достаточно тяжелом виде аварийного повреждения — одновременном отключении двух цепей — питание узловых подстанций сохраняется. Узловые ПС с высшим напряжением 380–420 кВ оснащаются двумя — четырьмя трансформаторами. В распределительных сетях, как правило, применяются резервированные схемы с широким использованием двухцепных ВЛ, кабельных сетей (в городах), двухтрансформаторных подстанций. Мощность ПС 110–150/НН кВ 2×20 — 2×80 МВ А.
В электрических сетях энергосистем Европы широко используется элегазовое оборудование, комплектные распределительные устройства (КРУ) с элегазовым оборудованием (КРУЭ), маслонаполненные кабели и кабели с синтетическим покрытием, а в последние годы — кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, комплектные батареи статических конденсаторов и др. Некоторые характерные примеры прокладок кабельных линий (КЛ) СВН на территории крупнейших городов Европы, осуществленных в последние годы, приведены ниже. Так, в Лондоне электросетевая компания National Grid в 2004 г. ведет сооружение КЛ 420 кВ, связывающей электростанцию St. John Wood с подстанцией Elstree. Сечение кабеля — 2500 мм2, расчетный ток — 3700 А.
В Берлине энергокомпанией Bewag осуществлено строительство воздушно-кабельной передачи 380 кВ, основным назначением которой является создание надежной системы внешнего электроснабжения центральной части города на дальнюю перспективу. Другим назначением кабельной электропередачи является усиление связи 380 кВ района Берлина с основной сетью энергосистем стран Центральной Европы, поскольку сооруженная линия является элементом основной сети энергообъединения стран Западной Европы (UCPTE).
В настоящее время европейскими производителями кабельной продукции разработаны, испытаны и созданы промышленные образцы кабеля СВН рекордной пропускной способности напряжением:
до 1000 кВ (маслонаполненный, с поперечным сечением токоведущей части 2500 мм2, имеющей пропускную способность до 3 млн кВт);
до 500 кВ (с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) с поперечным сечением токоведущей части 2500 мм2, пропускная способность 1,9 млн кВт). Кабели этого типа находят все более широкое применение.
Среди энергосистем Азии передовые позиции в мире занимают энергосистемы Токио и Южной Кореи.
На долю столичной энергокомпании Японии (ТЕРСО) приходится треть всех абонентов страны, потребляющих треть всей реализуемой в стране электроэнергии. По объему производства электроэнергии и установленной мощности электростанций ТЕРСО превышает масштабы развития электроэнергетики таких стран, как Италия, Южная Корея, Канада и др., а также крупнейших энергосистем мира (энергокомпании штатов Нью-Йорк и Техас США и др.).
В электрической сети переменного тока (50 Гц) используется шкала напряжений 500-275-154-66 кВ. Протяженность воздушных и кабельных линий электропередачи ТЕРСО, а также установленные мощности подстанций отдельных напряжений приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Отчетные данные по развитию электрических сетей позволяют отметить ряд характерных особенностей технической политики ТЕРСО.
В распределительных и магистральных ВЛ высокого напряжения преимущественно используются двухцепные, а в ряде случаев и многоцепные линии. Так, практически все ВЛ 500 кВ имеют двухцепное исполнение. Нередки случаи, когда на одной опоре подвешено 4–5 цепей разного напряжения. При сооружении КЛ нередко в одной траншее прокладывают 2–3 КЛ. Указанное объясняется стремлением максимально использовать выделенную трассу.
Широко используются КЛ. Так, если для энергокомпаний всей страны доля протяженности КЛ от общей на уровне 2000 г. составила 10,9 %, то для ТЕРСО — 24,7 %, а для Токио — 89,3 %.
Высокий уровень токов коротких замыканий (КЗ) является следствием сосредоточения на территории, обслуживаемой ТЕРСО, большой установленной мощности электростанций, а также значительной «плотности» электрической сети, при которой линии электропередачи не создают значительных реактансов, ограничивающих уровень токов КЗ. Указанная особенность определила широкое применение «тяжелых» выключателей, рассчитанных на 63 кА.
Помимо обычных требований к электротехническому оборудованию (надежность, удобство эксплуатации, достаточный ресурс и др.) очень важным является требование минимизации размеров, относящееся как к коммутационной аппаратуре, так и к силовым трансформаторам напряжением до 500 кВ включительно. Это требование продиктовано условиями сооружения закрытых и подземных подстанций в Токийском мегаполисе. Такой крупнейшей полу-подземной подстанцией будет ПС 500 кВ Shin-Toyosu. Подстанция имеет пять этажей, из которых один этаж располагается над землей. На площади 16 тыс. м2 устанавливаются две группы АТ 500/275 кВ мощностью 1500 МВ А, два шунтирующих реактора (ШР) по 300 Мвар, 10 ячеек КРУЭ 500 и 275 кВ. Выключатели 500 кВ приняты с одним разрывом; питающие КЛ 500 кВ приняты с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Важное значение в электрических сетях ТЕРСО придается мониторингу состояния оборудования, что позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях возникновения и контролировать динамику их развития.
Электроснабжение такого крупного мегаполиса, как Токио, — сложная техническая задача. Опорная сеть города формируется и развивается с использованием самых высших напряжений электрической сети: 275–500—1000 кВ. Надстройкой к сети 275 кВ явились первые объекты 500 кВ, ввод которых в работу был осуществлен в 1960-е годы. В 2003 г. потребители Токио получали электроэнергию от 11 ПС 500 кВ, в стадии строительства находится еще одна ПС этого напряжения. Трудности с новыми трассами ВЛ 500 кВ постоянно возрастают, и уже в 1970-х гг. была выявлена целесообразность создания передающих систем на напряжении 1000 кВ.
В конце 1980-х гг. было начато строительство ВЛ кольцевой сети напряжением 1000 кВ. В отчетном году в работе находился двухцепный транзит 1000 кВ АЭС Касивадзаки Карива — ПС Ниши Гунма — ПС Син Имахи — ПС Минами Иваки (северная часть кольцевой сети). На ВЛ 1000 кВ использована конструкция фазы из восьми сталеалюминиевых проводов сечением 810 мм2. С целью снижения шума от работающих ВЛ (корона) на отдельных участках использовано сечение 960 мм2 × 8. На части ВЛ, временно работающих на напряжении 500 кВ, подвешена половина токоведущей части (810 мм2 × 4). На отдельных ВЛ 1000 кВ средняя высота двухцепных опор составила 97-120 м, а длина пролетов — 550–650 м.
