Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение

табл.

6.8

Номер

типовой

схемы по

рис.

6.19

Наименование схемы

Область применения

Напряже-

ние,

кВ

Сторона

подстанции

Количество

присоединяе-

мых линий'

Дополнительные условия применения

Одна секционированная систе-

ма шин с обходной с совме-

щенным секционным и обход-

ным выключателем

Одна секционированная систе-

ма шин с обходной с отдель-

ными секционным и обход-

ным выключателями

Две несекционированные си-

стемы шии с обходной

Две секционированные системы

шин с обходной

110—220

ВН, СН

До 4

ВН, СН

5—13

ВН, СН

СН

5—13

Более 13

Количество радиальных В

Л—

не более одной на секцию

Возможность деления РУ

НЕ

время ремонта любого вы-

ключателя

Количество радиальных ВЛ

не более одной на секцию

При невыполнении условий для

применения схемы 12

Количество присоединений равно количеству линий плюс два трансформатора (за исключением схем 1—3, предусмат-

ривающих установку одного трансформатора).

§6.11

Схемы электрических сетей

321

рых осуществляются перетоки мощности между отдельны-

ми точками сети, называют транзитными.

Схема электрических соединений подстанции должна

обеспечивать надежное электроснабжение присоединенных

потребителей и надежный транзит мощности через под-

станцию в нормальных, ремонтных и послеаварийных ре-

жимах. При выборе схемы подстанции должно быть пре-

дусмотрено последующее развитие распределительного

устройства (РУ) без значительных работ по реконструкции

и перерывов в электроснабжении потребителей. Для до-

стижения высокой надежности и уменьшения приведенных

затрат большое значение имеет унификация конструктив-

ных решений по подстанциям. Особенно эффективна уни-

фикация наиболее массовых подстанций распределитель-

ных сетей. Для унификации конструктивных решений по

подстанциям необходимо применять типовые главные схе-

мы электрических соединений.

Главные схемы электрических соединений подстанций

должны выбираться с использованием типовых схем

РУ 35—750 кВ, утвержденных Минэнерго СССР и приве-

денных на рис. 6.19 для подстанций 35—220 кВ. Области

применения типовых схем на рис. 6.19 приведены в табл. 6.8.

Рисунок 6.19 и табл. 6.8 заимствованы из [10]. Там же при-

ведены и типовые схемы РУ 330—750 кВ.

Нетиповые главные схемы могут применяться только

в случае специального технико-экономического обосно-

вания. Как правило, нетиповые схемы применяют при

реконструкции и эксплуатации действующих подстанций.

В сетях 35—220 кВ широко применяются упрощенные

подстанции без выключателей или с ограниченным числом

выключателей на стороне ВН. Типовые схемы 1—6 на

рис.

6.19 — это схемы упрощенных подстанций. В них на

ВН либо нет выключателей, либо число выключателей на

каждое присоединение — менее одного.

В [10] для подстанций 110 кВ рекомендуются схемы

4, 5 и 10; 220 кВ — схемы 4, 5,7 и 330 кВ — схемы 7, 8. По

схемам 4, 5 для подстанций НО кВ освоено, а для подстан-

ций 220 кВ осваивается заводское изготовление типовых

унифицированных комплектных подстанций.

21—237

322

Линии электропередачи СВН

Гл.7

Вопросы для самопроверки

Каковы составные элементы капиталовложений на

сооружение электрических сетей?

Как охарактеризовать ежегодные эксплуатационные

расходы?

Что такое приведенные затраты и какие вопросы

в проектах электрических сетей решаются на основе этого

критерия?

Что такое коэффициент сравнительной эффективно-

сти капиталовложений?

Каковы показатели надежности электроснабжения,

какими средствами она досгигается и как учитывается при

технико-экономическом сравнении вариантов?

6. Что такое экономическая плотность тока, от каких

факторов зависит ее значение и почему?

В чем существо метода экономических интервалов

для определения сечений проводов?

8 Каковы способы определения сечений проводов в рас-

пределительных сетях по допускаемым потерям напря-

жения?

9. Как проверяются сечения проводов и кабелей по до-

пустимому длительному току при коротком замыкании?

10.

Чем обусловлена допустимая температура для кабе-

лей и проводов?

И. Что такое плавкие предохранители и по каким усло-

виям производится их выбор?

12.

Как можно классифицировать схемы электрических

сетей?

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СВЕРХВЫСОКОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

7.1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЭП СВЕРХВЫСОКОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

В области строительства и эксплуатации линий сверх-

высокого напряжения наша страна уже многие годы зани-

мает передовое место в мире. Наш опыт в этой области изу-

§ 7.1 Общая характеристика ЛЭП сверхвысокого напряжения 323

чается и используется во всем мире. Серьезное внимание

партия и правительство уделяют развитию этих линий

и в настоящее время (см. § В.1).

В материалах XXVII съезда КПСС и в Энергетической

программе предусмотрено к 1990 г. ввести в действие пер-

вую очередь линии электропередачи постоянного тока на-

пряжением 1500 кВ Экибастуз—Центр и линии электропе-

редачи-неременного тока напряжением 1150 кВ Сибирь —

Казахстан—Урал, а также продолжить работы по

дальнейшему развитию Единой энергетической системы

страны.

Линии электропередачи с номинальным напряжением

330—1150 кВ называют линиями сверхвысокого напряже-

ния,

или межсистемными связями. Для таких линий харак-

терны большая протяженность (более 500 км) и значитель-

ная передаваемая мощность (более 500 MB-А на одну

цепь).

Изоляция линий сверхвысокого напряжения опре-

деляется в основном кратностью внутренних перенапряже-

ний с принудительным ограничением их специальной защи-

той до 2,5 i/ном и ниже. В линиях электропередачи сверх-

высокого напряжения применяется расщепление проводов.

По мере развития энергосистем назначение мощных

электропередач может изменяться по сравнению с перво-

начальным. Так, в первый период эксплуатации элек-

тропередачи Куйбышев—Москва назначение ее состоя-

ло в передаче дешевой электроэнергии от Волжской ГЭС

им.

В. И. Ленина в Московскую энергосистему. После со-

оружения линии связи этой станции с Уралом и промежу-

точных подстанций электропередача наряду с прежним на-

значением приобрела характер межсистемной связи.

Целесообразность передачи электрической энергии по

ЛЭП сверхвысокого напряжения от мощной электростан-

ции определяется сравнением двух возможных вариантов:

1) сооружение ЛЭП сверхвысокого напряжения и переда-

ча электроэнергии от станции, сооруженной далеко от по-

требителя, но рядом с источником дешевой энергии; 2) пе-

ревозка топлива и строительство электрической станции

в промышленной зоне, т. е. рядом с потребителем. При

сравнении обоих вариантов надо учитывать не только при-

веденные затраты, но и вопросы экологии.

Линия электропередачи сверхвысокого напряжения име-

ет ряд особенностей, отличающих ее от других элементов

21*

324

Линии электропередачи СВН

Гл.

электроэнергетической системы.

Это в

первую очередь учет

распределенности параметров

волновых свойств линии,

необходимость применения специальных устройств

меро-

приятий

для

управления режимом линии

увеличения

пе-

редаваемой

по ней

мощности. Указанные особенности

ли-

нии сверхвысокого напряжения требуют более подробного

рассмотрения данного элемента электроэнергетической

си-

стемы.

7.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ЛЭП

СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Учет распределенности параметров.

линиях сверхвы-

сокого напряжения появляется необходимость

в той или

иной мере учитывать волновой характер передачи электро-

энергии.

При

этом анализ работы подобных электропере-

дач должен основываться

на

представлении линии дли-

ной

I как

цепи

распределенными параметрами (рис.

7.1),

«&«

Рис.

7 1. Линия с распределенными параметрами-

а — выделение элемента длины

dl, б

—

схема замещения элемента длины

где каждый малый элемент линии

обладает активным

индуктивным x

dl сопротивлениями,

также актив-

ной g

dl и емкостной bodl проводимостями.

Будем считать,

что

параметры линии (активное и индук-

тивное сопротивления, активная

емкостная проводимо-

сти) равномерно распределены вдоль

ее

длины. Такое пред-

§ 7.2 Электрический расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения 325

сгавление о линии электропередачи связано с некоторой

идеализацией, поскольку ряд факторов, например наличие

провеса проводов в пролете, изменяют равномерность рас-

пределения индуктивности и емкости проводов.

Наличие токов, текущих через активную и реактивную

проводимости электропередач, приводит к тому, что ток

вдоль линии не остается постоянным. Последнее является

дополнительной причиной изменения напряжения по длине

линии. Таким образом, напряжение и ток вдоль линии не

остаются постоянными.

Передача энергии по линии связана с распространением

бегущих результирующих волн тока и напряжения, каж-

дую из которых для удобства представляют двумя бегущи-

ми — прямой и обратной. При нагрузке, сопротивление ко-

торой равно волновому, скорость волны близка к скорости

света. Передача активной мощности по линии совершается

за счет движения результирующих волн напряжения и то-

ка. Как прямая, так и обратная волна несет активную и ре-

активную мощность. В реальных линиях перенос мощности

Сопровождается ее потерями, что находит отражение в из-

менении амплитуды результирующих волн тока и напряже-

ния при их передвижении вдоль линии со скоростью v. По-

следнее показано на рис. 7.2, где

— результирующая волна

Рис 7 2. Волновой характер пе-

редачи электроэнергии.

—

направление передачи мощно

сти по линии, б

—

распространение

волны тока со скоростью v вдоль

линии

———

T5"

в некоторый момент времени t

а 2 и 3

—

соответствен-

но для последующих моментов времени t

и t

, ^з>^2- Ре-

шив дифференциальные уравнения, описывающие электри-

ческое состояние линии с распределенными параметрами

при приложении к ее зажимам синусоидально изменяюще-

гося напряжения

= Ue

lmt

, можно найти закон распреде-

ления напряжения и тока вдоль длинной линии. При этом

326

Линии электропередачи СВН

Г.1.

(7.1)

для некоторой точки, расположенной на расстоянии х от

конца передачи, векторы напряжения и тока, представлен-

ные через прямые и обратные волны, могут быть найдены

следующим образом:

= А

efW'

°* + A,e-Po*e-'

<>*;

= В

еРо

+ В

е-~*

е-

/а

<>*,

где А\, А

, В], В

— комплексные постоянные интегрирова-

ния;

Ро

— коэффициент затухания (или постоянная зату-

хания), который характеризует затухание (на единицу дли-

ны) волны напряжения (тока) при ее распространении

вдоль линии;

ссо

— коэффициент изменения фазы, характе-

ризующий поворот вектора напряжения (тока) на единицу

длины при распространении волны вдоль линии.

Основными характеристиками бегущей волны являются

ра^/с

фазовая скорость и длина волны. Фазовая скорость,

град/с

рад/км

ИЛИ

град/км

v = со/а = /Уа

Длиной волны, км, называется расстояние между дву-

мя соседними точками на линии, фазы колебаний которых

различаются на 2л:

—

2л/а

Преобразуя уравнения (7.1), получим основные соот-

ношения, связывающие напряжения 0\, £7

и токи /

по

концам протяженной линии с ее параметрами Z

, cto, Po, I-

U^U^hyJ

+ V3I_

shy

_i _

Чг

V3 h

shy_

l + I

chy

(7.2)

где ch, sh — гиперболические косинус и синус; Z

— волно-

вое сопротивление линии, Ом; ^>о=Ро+/а<>— коэффициент

распространения волны на единицу длины, 1/км; /

—

длина

линии электропередачи, км; 1,

2 —

индексы у векторов на-

пряжения (тока) для начала и конца линии соответствен-

но

[1.7].

§ 7.2 Электрический расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения 327

Волновое сопротивление, определяющее токи прямой

и обратной волн по соответствующим напряжениям, явля-

ется функцией параметров линии электропередачи, связан-

ных с ее конструкцией:

Волновое сопротивление колеблется от 400 Ом для ВЛ

с одним проводом в фазе до 270 Ом при расщеплении про-

водов в фазе на четыре. Аргумент волнового сопротивления

1с обычно отрицателен, так как r

>go/b

, а значение

его лежит в пределах 1—2 °. Коэффициент распростране-

ния волны

= T

?Zo =

+ /4- (

-4)

Для ВЛ величина р

= (3-4-5)

•

10~

1/км, причем мень-

шее значение относится к линиям с одним проводом в фа-

зе,

а большее — к линиям, выполненным расщепленными

проводами. Значение а

составляет 0,06—0,065 град/км.

Принимая <хо=0,06 град/км, можно найти длину волны

напряжения и тока:

= JEL = 6000 км. (7.5)

Как коэффициент распространения волны у

, так и его

составляющие Ро и ао зависят от параметров линии пере-

дачи и ее конструктивного исполнения.

Величина aol характеризует изменение фазы напряже-

ния или тока при распространении волны от конца к нача-

лу линии длиной I и называется волновой длиной линии К

рад\или град. Если выразить ао через длину волны X, то Х

может быть записана в следующем виде:

= -f-

(

5а

)

Волновая длина линии К

не тождественна ее геометри-

ческой длине / и, так же как и ао, изменяется при измене-

нии частоты f и скорости распространения волны v.

Расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения по схеме заме-

щения с сосредоточенными параметрами. При анализе ра-

боты электропередач длиной 200—300 км относительно не-

высокого номинального напряжения в большинстве случа-

328

Линии электропередачи СВН

Гл.

ев можно не учитывать волновой характер передачи

электроэнергии. Как правило, режимы работы таких элек-

тропередач рассчитывают на основе их схем замещения

с сосредоточенными параметрами. Параметры П-образной

схемы замещения линии (рис.

7.3,

а) определяются следу-

ющим образом: г

—

активное сопротивление линии;

U. л

1 —

1г.

Ь U,

Рис.

7.3. Схема замещения ЛЭП

сверхвысокого напряжения с со-

средоточенными параметрами:

—

параметры П образной схемы

замещения; б

—

П-образная схема

замещения, представленная как

пассивный четырехполюсник

—х

1—индуктивное сопротивление линии; £

=£

—

ак-

тивная проводимость; b

—

bol —

емкостная проводимость

линии.

При длине линии больше 300 км вводят поправочные

коэффициенты, учитывающие распределенность парамет-

ров [17].

Рассматривая длинную линию как пассивный четырех-

полюсник (рис. 7.3,6), можно записать соотношения:

AU_

V3BI_

;

+ D/

Сравнив последние уравнения с (7.2), получим

Л = спт

/; B-Z^shYo';

С = — sh т

/; D = ch y

§ 73 Зависимость напряжения и передаваемой мощности от I 329

Рассмотрим режимы холостого хода и короткого замы-

кания. При холостом ходе

и из рис. 7.3,6 следует,

что

3 V-

2 -

2 / T/-J -

\" ' 4

Из рассмотрения короткого замыкания при U

оче-

видно, что

Следовательно, коэффициенты четырехполюсника выража-

ются через параметры линии следующим образом:

А=0 =

+ ^ф-); B~Z

;

Y„Z„

С =У

7.3. ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ И ПЕРЕДАВАЕМОЙ

МОЩНОСТИ ОТ ДЛИНЫ ЛИНИИ

Распределение напряжения вдоль длины линии опреде-

ляется значением передаваемой мощности. Натуральная

мощность течет по линии, когда сопротивление нагрузки

на ее конце равно волновому сопротивлению Z

= Z

Натуральная мощность линии с номинальным напряже-

нием равна

_нат

°ном

Для линий без потерь (r

=0, go=0) натуральная мощ-

ность является активной и определяется следующим выра-

жением (рис. 7.4, а):

'-'нат ' ' нат ~~ „ > \ ''