Кабельные линии электропередачи
Введение
Основные виды сверхпроводникового (СП) оборудования
Сверхпроводниковое оборудование и технологии на их основе при условии промышленного освоения ВТСП-материалов второго поколения и их приемлемой стоимости могут найти в электротехнических системах широкое применение. Это генераторы как для крупной электроэнергетики (ТЭС, АЭС, ГЭС), так и для автономной энергетики (судовой и железнодорожный транспорт и др.), электродвигатели широкого применения в промышленности, энергетике, коммунальном хозяйстве, трансформаторы, синхронные компенсаторы. На основе СП можно создавать кабельные линии постоянного и переменного токов широчайшего применения в различных отраслях экономики.
Специфические особенности СП как явления позволяют создавать устройства, недоступные другим технологиям. Это так называемые ограничители токов КЗ, позволяющие на заданном уровне ограничивать значение ударного тока КЗ; накопители электрической энергии, позволяющие аккумулировать (накапливать) электрическую энергию и в необходимых случаях «выдавать» ее в сеть или отдельным потребителям.
Все виды СП-оборудования при их функциональном различии обладают некими общими свойствами, обеспечивающими их преимущество перед существующими, традиционными устройствами, основными из которых являются:
высокое значение коэффициента полезного действия; малые потери;
малые массогабаритные показатели;
экологическая чистота;
пожаро- и взрывобезопасность.
Рассмотрим теперь отдельные виды СП-оборудования.
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.