Кабельные линии электропередачи

Основными ожидаемыми преимуществами СП-кабельных линий элект­ропередачи являются:

возможность передачи электроэнергии практически без потерь;

малые габариты, малая отчуждаемая территория, необходимая для укладки этих линий;

возможность передачи электроэнергии на сравнительно низком напря­жении вследствие практического отсутствия потерь.

При освоении промышленного производства СП-кабельных линий они могут найти следующее применение:

передача электроэнергии на определенные расстояния;

глубокие вводы в города, мегаполисы;

кабельные линии при переходе через водные преграды и др.;

схемы выдачи мощности от ГЭС, ТЭС, АЭС и др.

Можно предположить, что система транспорта электроэнергии с помо­щью СП-кабелей — это не высоковольтная, а высокоамперная электропе­редача при минимальном значении потерь электроэнергии.

Как было отмечено выше, на базе ВТСП-материалов первого поколения возможно создание кабельных СП-линий. Именно это обстоятельство послу­жило причиной тому, что из всех видов СП-оборудования ВТСП-кабели оказались наиболее продвинутыми для практического применения.

Конструкция однофазного СП-кабеля приведена на рис. 16.1, а на рис. 16.2 показан сверхпроводящий кабель 66 кВ в процессе монтажа (Япония).

Ниже приводятся сведения о наиболее крупных проектах ВТСП-кабс-лей, нашедших практическое применение.

В настоящее время два ВТСП-кабеля длиной по 30 м каждый в течение нескольких лет уже испытываются в реальных энергосистемах. Кроме того, крупные проекты ведутся в Японии — кабель длиной 500 м, напря­жением 66 кВ; в США ■— три проекта кабелей длиной 660, 350 и 200 м соответственно. Параметры крупнейшего мирового проекта кабеля L1PA 660 м: напряжение 138 кВ, ток 2400 А, передаваемая мощность 574 MB • А, число фаз 3. Этот кабель введен в конце 2006 г. в эксплуата­цию в схеме питания потребителей г. Нью-Йорка. В Южной Корее ведутся работы по созданию кабелей напряжением до 35 кВ, мощностью 48 MB • А, длиной до 200 м. Предполагается в дальнейшем широкое при­менение этих кабелей в схемах энергоснабжения г. Сеула.

Из приведенного перечня видно, что ВТСП-кабели уже получили при­менение в схемах глубоких вводов в крупные промышленные центры, мегаполисы.

Интересно отметить также следующую особенность. Потери в кабеле постоянного тока практически равны нулю, при протекании же перемен­ного тока существуют небольшие потери. Однако при этом необходимо учесть, что при передаче постоянным током по обоим концам имеются пре­образовательные устройства, имеющие определенные потери. Предвари­тельные расчеты показывают, что при существующих в настоящее время стоимостях ВТСП-кабелей и преобразовательных устройств при передаче электроэнергии на расстояние свыше 8—-10 км использование ВТСП-кабе­лей на постоянном токе может оказаться экономически более выгодным, чем передача на переменном токе с использованием ВТСП-кабелей.

В настоящее время в России разработана программа создания и приме­нения в электроэнергетике СП-технологий и оборудования, основное содержание которой изложено в § 16.3.

Здесь же отметим, что согласно этой программе, предполагается, что в 2009-—2010 гг. на одном из пунктов питания потребителей г. Москвы будет введен в эксплуатацию ВТСП-кабель напряжением до 20 кВ, на ток до 2 кА длиной около 200 м для питания потребителей города.

Для практического применения СП-кабелей необходимо, помимо кабеля, создать и остальные компоненты: муфты для соединения отде-

Рис. 16.2. Сверхпроводящий кабель 66 кВ в процессе монтажа (ТЕРСО , Япония)

льных кусков (модулей) кабеля друг с другом, муфты сопряжения кабеля с другим (обычным) оборудованием, технологии оснастки укладки СП-кабелей, надежные и компактные криогенные системы. С этой целью в настоящее время специалистами ВНИИКГТ в содружестве с другими орга­низациями создается макетный образец кабеля 20 кВ, 2000 А, длиной 30 м со всеми сопрягающими элементами. Все это оборудование будет испы­тано в течение 2007—2008 гг. на экспериментальном полигоне СП-обо­рудования.

Трансформаторы

Трансформаторы за последние 50 лет практически не подвергались значительным изменениям. Усовершенствование материалов магнитопро-водов позволило сократить на 50 % потери в стали трансформаторов, а усовершенствование изоляции обмоток — повысить их устойчивость к температурным скачкам, возникающим при перегрузках.

Основные преимущества ВТСП-трансформаторов следующие:

экологическая- и пожаробезопасность, благодаря отсутствию транс­форматорного масла;

уменьшенные габариты, что особенно существенно в регионах с высо­кой стоимостью земли, а также при установке трансформаторов на под­станциях, расположенных под землей или в открытых помещениях, в транспортных средствах;

повышенная надежность благодаря отсутствию старения высоковольт­ной изоляции при криогенных температурах жидкого азота;

пониженные потери и, следовательно, повышенный КПД.

Сверхпроводниковые трансформаторы имеют также ряд эксплуатаци­онных достоинств:

обладают пониженным значением реактивного сопротивления, что, как известно, способствует повышению пределов статической устойчивости электроэнергетических систем. При этом пониженное значение реактив­ного сопротивления не означает, что у этих трансформаторов больше, чем у стандартных, ударный ток КЗ. Дело в том, что после определенного зна­чения тока, например в 3 раза более номинального, в ВТСП-трансформа-торе используются естественные свойства сверхпроводника быстро и на порядок изменить (увеличить) электрическое сопротивление перехода из сверхпроводящего состояния в нормальное. Иначе говоря, ВТСП-транс-форматор обладает токоограничивающей способностью.

В различных странах (США, Япония, ФРГ и др.) изготовлены и испы­таны различные опытно-промышленные образцы ВТСП-трансформаторов мощностью 10 MB А и выше.

Ведутся разработки ВТСП-траисформаторов мощностью до 40 MB • А (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Обший вид конструкции ВТСП-трансформатора на напряжение 25/4,2 кВ мощностью 10 MB А

Наряду с ВТСП-обмотками, представляет большой интерес использова­ние в этих трансформаторах магнитопроводов из аморфной стали. Резуль­таты экспериментальных исследований магнитопроводов, выполненных из аморфных материалов, показали, что они имеют малые удельные потери и приемлемые магнитные характеристики при охлаждении жидким азотом.