Методика выбора оптимальных марки и сечения провода на основе интегрированного технико-экономического критерия

Цель – разработка новой методики совокупного выбора оптимальных марки и сечения провода воздушных линий электропередачи напряжением выше 1 кВ в условиях интенсивного развития электросетевого комплекса. Работа основана на двух авторских методах: методе выбора оптимальной марки провода, разработанного на базе метода анализа иерархий, и методе выбора оптимального сечения провода путем оптимизации удельных дисконтированных затрат на протяжении всего периода строительства и эксплуатации воздушной линии электропередачи. Отличительными особенностями предложенной авторами новой методики являются интеграция методов выбора оптимальных марки и сечения в единую методику и реализация проверок провода до проведения технико-экономических расчетов, так как они уже учтены при выборе марки провода и внутри метода выбора сечения. Апробация предложенной методики проведена на характерном примере реконструкции воздушной линии 110 кВ Западная – Давыдовка, которая создает ограничения в электроснабжении Приморского края из-за недостаточной пропускной способности провода и эксплуатации его свыше нормативного срока. В качестве решения для рассматриваемого примера выбран провод СЕНИЛЕК АТ3/С 150/24. Его применение позволяет не только увеличить пропускную способность воздушной линии на 151% без замены существующих опор, но и снизить потери активной мощности в электрической сети на 18,9%, а реактивной мощности – на 2,5%. Предложенная методика обеспечивает выбор оптимальных марки и сечения провода любой конструкции с учетом динамично меняющихся условий функционирования электросетевого комплекса. Найденные по новой методике решения при дальнейшей эксплуатации линий позволяют получать оптимальные условия их функционирования и дополнительные эффекты: существенное повышение пропускной способности линии электропередачи, снижение количества используемых опор или реализацию замены провода линии без замены опор, уменьшение гололедообразования на проводах, снижение потерь электроэнергии.

1. Демьянова О.В., Бадриева Р.Р. Особенности реализации проектов индустрии 4 в электроэнергетике // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Социально-экономические науки. 2022. № 3. С. 161–175. https://doi.org/10.15593/2224-9354/2022.3.12. EDN: MOGVMV.

2. Zhu Yuan, Liu Yijiang, Zuo Anxin, Dong Jun, Xu Dan. A comparative study of investment efficiency of Chinese provincial power grid companies based on Super Efficiency SBM model // 5th International Conference on Power and Energy Technology (Tianjin, Jul 2023). Tianjin, 2023. Р. 854–858. https://doi.org/10.1109/ICPET59380.2023.10367562.

3. Harbi F.Al., Csala D. Saudi Arabia’s electricity: energy supply and demand future challenges // 1st Global Power, Energy and Communication Conference (Nevsehir, 12–15 June 2019). Nevsehir, 2019. P. 467–472. https://doi.org/10.1109/GPECOM.2019.8778554.

4. Wang Rizhao, Zhang Hengxu, Shi Fang, Zhang Yong, Zhang Lei. Empirical study of the relationship between global energy consumption and economic growth // China International Electrical and Energy Conference (Beijing, 1 October 2017). Beijing: IEEE, 2017. P. 394–399. https://doi.org/10.1109/CIEEC.2017.8388480.

5. Selvaraj M., Kulkarni S.M., Rameshbabu R. Performance analysis of a overhead power transmission line tower using polymer composite material // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 5. P. 1340–1348. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.451.

6. Reddy B.S., Mitra G. Investigations on high temperature low sag (HTLS) conductors // IEEE Transactions on Power Delivery. 2020. Vol. 35. No. 4. P. 1716–1724. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2019.2950992.

7. Вариводов В.Н., Казаков С.Е., Кулик В.В., Ударов В.М. Стальные многогранные опоры для распределительных электрических сетей: возможности и перспективы // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2005. № 2. С. 37–42. EDN: KUHWOV.

8. Hadzimuratovic S., Fickert L. Impact of gradually replacing old transmission lines with advanced composite conductors // IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe. 2018. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope.2018.8571614.

9. Zhen Liu, Jian Zhang, Jiao Zhu, Dongyang Lin, Shengchun Liu, Cheng Yao. Development of high stress and large capacity conductor for large crossing transmission lines // International Conference on Applied Physics and Computing (Ottawa, 2022). Ottawa: IEEE, 2022. P. 248–251. https://doi.org/10.1109/ICAPC57304.2022.00053.

10. Федоров Н.А. Провода нового поколения и вопросы надежности ЛЭП // Работы систем электроснабжения в условиях гололедно-ветровых нагрузок: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Уфа, 19 октября 2016 г.). Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2016. С. 42–49. EDN: XCKUKT.

11. Bingran Shao, Jin Liu, Yingmin Feng, Guangsheng Cui, Bo Yan, Guoqi Ren. Analysis on selecting application of energy-saving conductors in overhead transmission line construction // China International Conference on Electricity Distribution. 2016. https://doi.org/10.1109/CICED.2016.7576160.

12. Lauria D., Quaia S. An investigation on line loadability increase with high temperature conductors // 6th International Conference on Clean Electrical Power. 2017. P. 645–649. https://doi.org/10.1109/ICCEP.2017.8004757.

13. Hoffman J., Reil M., Waters D.H., Wong C.K.W., M. Kumosa S.M. Evaluation of strains in dead-end fittings of high-temperature low sag electrical conductors using FBG sensors // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2024. Vol. 73. https://doi.org/10.1109/TIM.2024.3352708.

14. Beryozkina S. Potential application of the advanced conductors in a transmission line project // IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe. 2018. https://doi.org/10.1109/EEEIC.2018.8493858.

15. David T., Dave B. How advanced conductors are improving the T&D system and combating climate change //IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Expositionа. 2022. https://doi.org/10.1109/TD43745.2022.9816899.

16. Зуев Э.Н. К вопросу об актуализации нормативов на экономическую плотность тока // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2002. № 6. С. 39–45.

17. Song Yanrong, Zeng Hubiao. Optimization design of the conductor section selection in the transmission line // Third Pacific-Asia Conference on Circuits, Communications and System. 2011. https://doi.org/10.1109/PACCS.2011.5990283.

18. Савина Н.В., Варыгина А.О. Выбор оптимальной марки провода высоковольтных воздушных линий электропередачи на основе критериального анализа // iPolytech Journal. 2023. Т. 27. № 2. С. 339–353. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2023-2-339-353. EDN: PRKWCM.

19. Varygina A.O., Savina N.V. Technical and economic model of the conductor cross-section for active-adaptive electrical networks // Majlesi Journal of Electrical Engineering. 2022. Vol. 16. No. 3. P. 27–34. https://doi.org/10.52547/mjee.16.3.27.

20. Варыгина А.О., Савина Н.В. Расчет длительно допустимого тока проводов нового поколения воздушных линий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 4. С. 3–15. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-4-3-15. EDN: MSHLRM.

21. Саати Т.Л. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: аналитические сети / пер. с англ.; науч. ред. А.В. Андрейчиков, О.Н. Андрейчикова. М.: ЛКИ, 2008. 360 с.