Основы передачи электроэнергии: напряжение, передача на большие расстояния и технология проводников

1. Классификация уровней напряжения

В воздушных линиях электропередачи номинальное напряжение определяется исходя из величины передаваемой мощности и расстояния передачи. Вообще говоря, чем выше напряжение, тем больше передаваемая мощность и тем дальше расстояние передачи. Например, для воздушной линии электропередачи 35 кВ, когда расстояние передачи составляет около 50 км, общая мощность передачи составляет от 10 000 до 20 000 кВт. Для линий 110 кВ, когда расстояние передачи составляет около 100 км, мощность передачи составляет от 30 000 до 60 000 кВт. Для линий 220 кВ, когда расстояние передачи составляет от 200 до 300 километров, мощность, которая может быть передана, составляет от 200 000 до 250 000 кВт. В общем виде он классифицируется следующим образом:

(1) 220/380 В - низкое напряжение;

(2) 3, 6, 10 и 20 кВ относятся к среднему напряжению.

(3) 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ называются высоковольтными.

(4) 330 кВ, 500 кВ и 750 кВ называются сверхвысоким напряжением.

(5) 1000 кВ называется сверхвысоким напряжением.

2. Зачем нужна передача электроэнергии на большие расстояния

76% угольных ресурсов Китая распределено на севере и северо-западе. Восемьдесят процентов гидроэнергетических ресурсов распределены на юго-западе. Подавляющее большинство ресурсов наземной ветровой и солнечной энергии распределено на северо-западе. Между тем, более 70% спроса на энергию сосредоточено в восточных и центральных регионах, а именно в дельте реки Янцзы, дельте Жемчужной реки, Бохайском крае Пекин-Тяньцзинь-Таншань и других районах. Расстояние между энергетической базой и центром нагрузки составляет от 1000 до 3000 километров. Масштабное строительство источников энергии в зоне центра нагрузки будет ограничено такими проблемами, как транспортировка угля и экологические возможности. Более того, строительство тепловых электростанций может опираться на транспортировку угля, а вот для гидроэнергетики и ветроэнергетики невозможно транспортировать воду и ветер так же, как уголь, и тем самым это еще более невозможно достичь. С одной стороны, невозможно построить источники питания в больших масштабах; С другой стороны, он может только вздыхать о драгоценных чистых источниках энергии, таких как гидроэнергия и энергия ветра. Поэтому строительство источников электроснабжения в западных и северных регионах, богатых энергоресурсами, с последующей подачей электроэнергии в центры нагрузки стало оптимальным выбором. Тем не менее, с быстрым развитием экономики Китая, нынешняя структура сети со сверхвысоковольтными линиями 500 кВ в качестве основной сети показала недостатки, связанные с малой пропускной способностью и неспособностью достичь большой и дальней передачи. Крайне важно создать сетевую структуру с более высоким уровнем напряжения. К сверхвысоковольтным электросетям относятся сети электропередач с уровнем переменного напряжения 1000 кВ и постоянным напряжением ±800 кВ и выше. Их наиболее заметной особенностью является способность передавать электроэнергию на большие расстояния, в больших емкостях и с низкими потерями. Исходя из природной энергии, пропускная способность сверхвысоковольтной линии электропередачи переменного тока 1000 кВ превышает 5 миллионов кВт, что почти в пять раз больше, чем у сверхвысоковольтной линии электропередачи переменного тока 500 кВ. Пропускная способность линий сверхвысокого напряжения постоянного тока ±800 кВ достигает 7 млн кВт, что в 2,4 раза больше, чем у большинства современных линий сверхвысокого напряжения постоянного тока ±500 кВ.

3. Форма передачи

Существует две основные формы передачи энергии: одна — воздушные линии электропередачи для передачи электроэнергии; Еще один тип – передача по силовому кабелю. В основном существует два типа способов передачи энергии: передача переменного тока и передача постоянного тока. Так называемая передача переменного тока обычно относится к трехфазной передаче переменного тока. Передача постоянного тока включает в себя двухконтактную передачу постоянного тока и многоконцевую передачу постоянного тока. Подавляющее большинство проектов передачи постоянного тока представляют собой двухконцевую передачу постоянного тока. При передаче переменного тока сеть электропередачи состоит из повышающих трансформаторов на повышающих подстанциях, высоковольтных линиях электропередачи и понижающих трансформаторах на понижающих подстанциях. Что касается передачи постоянного тока, то ее функция передачи реализуется линиями электропередачи постоянного тока и различным преобразовательным оборудованием, включая первичное и вторичное оборудование, в преобразовательных подстанциях на обоих концах. В электросети линии электропередачи, столбы и опоры, изоляторы, воздушные заземляющие провода и арматура и т. д. называются передающим оборудованием. Воздушные линии электропередачи представляют собой возведение проводов электропередачи на столбах и опорах с изоляторами и метизами, удерживающими проводники на определенном расстоянии от земли и зданий. Подвесная силовая передача имеет преимущества низких инвестиций и удобства обслуживания и ремонта, поэтому получила широкое применение. Его недостатком является то, что он уязвим к природным катаклизмам, таким как ветер, снег и удары молнии.

Для передачи электрической энергии используются силовые кабели, проложенные под землей или проложенные в кабельных траншеях. Преимущества кабельных линий в том, что они занимают меньше места, не подвержены внешним помехам, безопасны и надежны, не влияют на озеленение и опрятность земли. Недостатки заключаются в том, что стоимость проекта высока и довольно сложно осматривать и обрабатывать аварии. Кабельные линии в основном используются в некоторых городских распределительных линиях электропередач и для передачи электроэнергии через реки и моря.

4. Провод

Проводники являются основными компонентами воздушных линий. Они отвечают за передачу электрической энергии. Проводники устанавливаются на столбах через изоляторы. Помимо собственного веса и внешних сил, таких как ветер, дождь и снег, они также должны противостоять эрозии химических примесей в воздухе. Поэтому проводники должны обладать хорошей электропроводностью, достаточной механической прочностью и коррозионной стойкостью. И он должен быть как можно легче по весу и как можно ниже по цене. Материалами проводников являются такие металлы, как медь и алюминий. В линиях электропередачи чаще всего используются многожильные алюминиевые провода со стальным сердечником, которые отличаются высокой механической прочностью и небольшим весом. Разъемные проводники — это метод монтажа проводников, используемый на высоковольтных линиях электропередачи на большие расстояния для подавления коронного разряда и снижения реактивного сопротивления линии. То есть, каждая фаза проводника состоит из от 2 до 8 подпроводников меньшего диаметра, которые изолированы и закреплены распорными стержнями. Расстояние между каждым подпроводником составляет от 0,2 до 0,5 метра, и они расположены в симметричной многоугольной форме на вершинах распорных стержней. Разъемные проводники в основном используются в линиях напряжением 220 кВ и выше. Как правило, они классифицируются на несколько типов, таких как двухраздельные провода, трехраздельные провода, четырехраздельные провода, шестираздельные провода и восьмираздельные провода.

В процессе передачи энергии классификация уровней напряжения, необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния, выбор форм передачи энергии и конструкция проводников являются решающими факторами. В связи с быстрым развитием экономики Китая и постоянным ростом спроса на энергию строительство сверхвысоковольтных электросетей приобрело особое значение. Он не только обеспечивает передачу электроэнергии на большие расстояния большой емкости и с низкими потерями, но и эффективно транспортирует обильную чистую энергию из богатых ресурсами регионов к центрам нагрузки. Рационально выбирая методы воздушной и кабельной передачи, а также используя высокоэффективные материалы проводников, мы можем лучше решать проблемы будущей передачи электроэнергии и обеспечивать безопасную, стабильную и эффективную работу энергосистемы. В будущем, с постоянным развитием технологий и меняющимся спросом на электроэнергию, в области передачи электроэнергии будет наблюдаться больше инноваций и разработок, обеспечивающих сильную поддержку для достижения устойчивого использования энергии и скоординированного развития экономики и общества.