Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

330

Линии электропередачи СВН

Гл.

где

учетом

(7.3)

Значения натуральной мощности

для ВЛ

различных

С„ом приведены

табл.

6.5.

Рассмотрим соотношения между напряжениями

мощ-

ностями

конце

начале линии. Предположив линию

без

Рис.

7.4. Распределение напряжения вдоль длины линии:

—

передача натуральной мощности,

—

диаграммы напряжения U_i

при

разные

соотношениях

нат

; в

—

холостой

ход

линии,

—

зависимость модуля

на-

пряжения

от / при

Vi—const

потерь, получим

из (7.2)

следующие, более простые выра-

жения

[17]:

cos

1 + / V3 J

sin

Будем считать,

что в

конце линии

на

шины

напряжением

Vi включена нагрузка

сопротивлением Z

+/*2

мощ-

ностью S

=Ul/Zl. Предположим,

что

вектор напряжения

в конце линии совпадает

осью действительных величин,

т.е.

=и

§ 7.3 Зависимость напряжения и передаваемой мощности от I 331

При принятых условиях первое из уравнений (7.7) при-

мет вид

= uJcosa

l+j-^sinaj). (7.8)

При передаче по линии без потерь натуральной мощно-

сти,

т.е. при условии

уравнение (7.8) упрощается

следующим образом:

— £/

(cosa

/ -(- /sin a

()

/ ). (7.9)

Из выражения для S

и (7.6) следует

(7.10)

ОМ

— |

1 LAJOM \

§2

_/^ном\

P»-iQ»

°нат

1/. / "нат

\ и

1 "нат

Если принять

B0M

и подставить (7.10) в (7.8), то

можно получить следующее выражение для напряжения

Ui, отстоящего на расстоянии /, км, от конца линии:

= U

(cos

/ -I —i£—sin a

/-(-/—2-sina

/). (7 11)

V "нат "нат '

С помощью (7.11) можно построить диаграммы распре-

деления напряжения t// вдоль длины линии при разных со-

отношениях (2л, Рл и Янат- При изменении длины линии от

нуля (=0 до длины волны

в соответствии с (7 5) а/

изменяется от 0 до 2л.

Тогда, как это следует из (7.11), при изменении от

/=0 до 1=К конец вектора напряжения U\ описывает ок-

ружность.

На рис. 7.4, б показаны диаграммы распределения на-

пряжения Ui вдоль линии длиной до 6000 км при

Зависимость / соответствует передаче мощности Р

, рав-

ной натуральной,

2 —

больше и 3

—

меньше натуральной.

Через £/

(1)

, £/

(2)

, £/

(3)

обозначены напряжения в точке, рас-

положенной на расстоянии 1000 км от конца линии соот-

ветственно ПРИ /

= /

нат, Рл>Рнат И Рл<.Рпа?. УГОЛ СДВИ-

га между напряжениями £/

и £/

(1)

при передаче по линии

натуральной мощности обозначен б.

Из (7.9) или (7.11) при (3л=0 следует, что при Р

= Рна

зависимость 1 на рис. 7.4,6

—

это окружность. При

передаче по линии активной мощности больше натураль-

332 Линии электропередачи СВН Гл. 7

ной с увеличением длины линии будет быстрее, чем в пре-

дыдущем случае, расти величина (P2/P

)sin а

1. При этом

окружность 1, образованная концом вектора Ui, будет вы-

тягиваться по вертикали, превращаясь в эллипс 2 на рис.

7.4, б, меньшая ось которого равна

1)^.

Если по линии будет

передаваться мощность меньше натуральной, то указанная

окружность будет сжиматься вдоль той же оси, образуя

эллипс 3 (рис.

7.4,6),

большая ось которого равна t/

Предельный случай режимов при Р

<Р

ат— это холостой

ход линии (рис. ТА, в), когда Р

=0. При этом эллипс 3

вырождается в прямую линию.

При неизменном модуле напряжения в начале линии

t/j = const из рис. 7.4,6 можно получить зависимости, при-

веденные на рис. 7.4, г. При Р,=Я

иат

это прямая 1; при

Р2>Рнат

—

кривая 2, для которой

U\>Ui,

т.е. напряже-

ние в начале линии больше, чем в конце; при Рг<Рнат—

кривая 3, для которой

U\<.Ut,

т.е. напряжение в начале

линии меньше, чем в конце. Аналогичные зависимости

можно построить, если поддерживать постоянным напря-

жение в конце линии.

Для ЛЭП сверхвысокого напряжения характерен пере-

менный режим передачи мощности, что приводит к изме-

нению напряжения вдоль линии. Так, если Я;>Я

ат, то

напряжение в конце линии U

мало, его надо поднимать.

При снижении мощности до Р/<Р

11а

т (в часы минимумов

нагрузки) U

велико, его надо понижать. Кроме того, при

минимальных нагрузках уменьшаются потери реактивной

мощности в индуктивном сопротивлении линии и появля-

ются большие перетоки зарядной мощности Qc, которые

создают дополнительные потери

(А.

АР

= — г„.

(У?

Поэтому на ЛЭП сверхвысокого напряжения, как пра-

вило,

устанавливаются различные компенсирующие уст-

ройства (КУ)- С помощью КУ выравнивается напряжение

вдоль линии, ограничиваются перетоки зарядной мощности.

Кроме того, КУ выполняют важные функции, повышая наи-

большую передаваемую по линии мощность (см. § 7.4)

и обеспечивая баланс реактивной мощности в приемных

системах.

На ЛЭП сверхвысокого напряжения применяются син-

§ 7.3 Зависимость напряжения и передаваемой мощности от I 333

хронные компенсаторы (СК), реакторы (Р) и статические

источники реактивной мощности (ИРМ).

Для регулирования реактивной мощности и напряже-

ния, а также для снижения внутренних перенапряжений на

ЛЭП сверхвысокого напряжения применяются шунтирую-

щие реакторы. С точки зрения обеспечения желаемого рас-

пределения напряжения вдоль линии их целесообразно

размещать равномерно. Однако такое решение неприемле-

мо ни экономически, ни практически, и реакторы обычно

устанавливаются на подстанциях (рис. 7.5, а) или пере-

Р1

220кй

Рис.

7.5. Схемы включения реакто-

ров:

—

включение в линию или подключе-

ние к шинам высокого или низкого на-

пряжения подстанций; б

—

включение

через разрядник

(UP

* -V

ключательных пунктах (см. рис. 7.12). На подстанциях ре-

акторы могут подключаться непосредственно к линии (Р1),

к шинам {Р2), а также на низшее напряжение (РЗ). Спо-

соб включения реактора определяется режимами электро-

передачи.

Следует отметить, что установка реакторов на высоком

напряжении эффективна для снижения внутренних перена-

пряжений. В этих случаях можно применять схему, изобра-

женную на рис. 7.5, б. Реактор Р включается через разряд-

334

Линии электропередачи СВН

Гл.

ник, быстро срабатывающий при повышении напряжения

более допустимого. Затем автоматически включается вы-

ключатель В и реактор подключается к передаче [17].

Зависимость наибольшей передаваемой мощности Р„б

от длины линии в простейшем случае (линия без потерь)

определяется следующим выражением:

РнГл —

sina

где Uи Ui

—

модули напряжений в начале и конце линии;

—

волновое сопротивление; сю/— волновая длина линии

(рис.

7.5, а).

В соответствии с (7.5) длина волны

А,

= 6000 км. Если

длина линии равна длине волны, то волновая длина линии

А,

сх

2л.

В этом случае в линии без потерь Р

пб

оо,

Рис 7 б Зависимость наибольшей

ft) llCJH'AdlMCMOU МОЩНОСТИ ОТ ДЛИНЫ

линии

—

для линии без потерь (/) и с по-

терями (2); б

—

настройка линии на

полуволну

так как sin а

/ =

При /=3000 км ао/=л и соответствен-

но Р

нб

оо.

При /=1500 и /=4500 км А,

=л/2 и

А,

= 3/2л.

При этих длинах линии sinao/=l и Р

б определяется на-

пряжениями и волновым сопротивлением.

С точки зрения передачи наибольшей мощности наибо-

лее выгодными являются линии длиной 3000 и 6000 км.

Физически при этих длинах имеют место резонансы, так

как индуктивное и емкостное сопротивления линий равны

и результирующее реактивное сопротивление равно нулю.

При этом в линии без потерь теоретически можно передать

бесконечную мощность. Кривые I на рис. 7.6, а соответст-

вуют этому случаю. При /=1500 и 4500 км реактивное

§ 7 А Повышение пропускной

способности

линии 335

сопротивление

линии имеет наибольшее значение

соот-

ветственно

имеет наименьшее значение

по

сравнению

с другими значениями

Учет

, g», а

также сопротивле-

ния генераторов

трансформаторов меняют картину,

и по

линии

при

/=3000

6000

км

можно передавать наиболь-

шую,

но не

бесконечную мощность (кривые

2 на рис.

7.6,

а).

Можно «настроить» линию искусственным включением

емкости

С и

индуктивности

L (рис.

7.6,

б) на

определен-

ную длину

создать условия

для

передачи наибольшей

мощности.

На рис. 7.6,6

показаны; /—-естественные пара-

метры линии, 2 — настраивающие параметры. Наиболее

целесообразно

для

передачи наибольшей мощности

на-

страивать линию

на

полуволну,

т. е.

изменять настраиваю-

щие параметры

С и L так,

чтобы

линии

был

резонанс.

Техническая реализация

эксплуатация линий, настроен-

ных

на

полуволну, связаны

большими трудностями

[17].

7.4. ПОВЫШЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИИ

Рассмотрим работу электропередачи, состоящей

из ге-

нератора, повышающего

понижающего трансформаторов

и Ti,

линии электропередачи

Л и

нагрузки

(рис.

7.7, а).

©—кгм—

-—+-cb—м?

ее)

54=1-+—СП \ CZ3 } СИ 1 *

Е *х ~

г 5)

б^—с£]—-\ J в)

Рис.

7.7. Электропередача (о) и схемы ее замещения (б, в)

Схема замещения этой сети приведена

на рис. 7.7, б, где

—

ЭДС

продольной

оси; х

т1

, х

т2

ха — сопротивления

трансформаторов, генератора;

— сопротивление линии.

Пренебрегая активными сопротивлениями, «свернем» сеть

и последовательно сложим

все

реактивные сопротивления

(рис.

7.7,

в):

2 —

d + *т1 +

д + *т2-

336 Линии электропередачи

СВН

Гл.

Построим векторную диаграмму (рис. 7.8, а). Обозна-

чим б угол между векторами E

и Vj (иногда так обозна-

чают угол между напряжениями конца и начала линии).

Из треугольников О ВС и ABC следует, что

ВС

—

sin

= УЪ h x

COS

ip.

Рис.

7.8.

Иллюстрация основных зави-

симостей передачи мощности

по ли-

нии.

—

векторная диаграмма;

—

схема заме-

щения,

—

зависимость передаваемой

мощности

от

угла

Умножим последнее равенство слева

справа

на

и получим

(У

sin

= V3 /

x<z cos

ф.

Отсюда легко получить следующее важное выражение:

i^El

in6.

В рассматриваемом простейшем случае

при

отсутствии

активных сопротивлений

(рис.

7.8,6) Р

=Рл

Р2-

Зависимость передаваемой

по

линии мощности

от

угла

при

постоянных значениях

, U

, #

приведена

на рис.

7.8,

в—

это синусоида

Пусть мощность первичного двигателя (турбины) гене-

ратора постоянна

соответствует прямой

Установив-

шийся режим определяется условием равенства мощности

турбины

электромагнитной мощности генератора

Этому условию Р

=Р

удовлетворяют точки

а и б.

Точка

а соответствует устойчивому установившемуся режиму

при

§ 7.4 Повышение пропускной

способности

линии 337

передаче по линии мощности Р

= Р

и угле 6i между Е

и U

, который меньше 90°.

Пропускная способность электропередачи

—

это та наи-

большая активная мощность, которую с учетом всех тех-

нических ограничений можно передать по линии. Техничес-

кие ограничения определяются: устойчивостью параллель-

ной работы генераторов системы, нагревом отдельных

элементов передачи, значением длительно допустимого на-

пряжения, потерями па корону в линии и другими факто-

рами.

Если не учитывать технические ограничения, то про-

пускная способность Р

б равна амплитуде синусоиды на

рис.

7.8, в:

р __

ч ^г

Чем больше пропускная способность электропередачи

Риб, тем большую мощность можно передать по линии. По-

вышение пропускной способности

—

важная технико-эконо-

мическая задача, так как это позволяет отказаться от

строительства дополнительных линий и обеспечить переда-

чу потребителю необходимой мощности. Важно не только

повышать пропускную способность сооружаемых линий,

но и не допускать аварийного ее снижения. Например, ес-

ли вследствие аварии пропускная способность понизится до

Рав.нб (см. штриховую синусоиду 2 на рис. 7.8, е), то это

приведет к уменьшению передаваемой по линии мощности

и к отключению потребителя Режим, соответствующий

устойчивой ючке а (рис. 7.8, в), не существует при сниже-

нии ПрОпуСКНОИ СНОСОбнОСТИ

ДО

Рлвиб.

Мероприятия по повышению пропускной способности

вновь сооружаемых и существующих электропередач вклю-

чают, в частности, действие на E

, U

и x

ЭДС генератора E

регулируется током возбуждения ге-

нератора. При авариях важно поддерживать возбуждение

генератора, т.е. не допускать условия Р

б<Р

, при кото-

ром надо снижать передаваемую по линии мощность.

В СССР впервые в мире разработаны регуляторы возбуж-

дения сильного действия, которые при авариях поддержи-

вают постоянным не только ЭДС генератора E

, но даже

напряжение на шинах генератора £/

(см. рис.

7.7,6).

Ре-

22—237

338

Линии электропередачи СВН

Гл.

гуляторы сильного действия широко применяются на мощ-

ных электростанциях.

Суммарное сопротивление x

и его составляющие целе-

сообразно уменьшать. Сопротивления генераторов и транс-

форматоров уменьшают путем применения специальных

Хп,,

Z 3 ¥

а)

Рис 7 9 Расщепление провода Рис 7 10 Продольная компенсация

в фазе линии электропередачи

а—снижение хо в зависимости от чис

ла Проводов в фазе, б — расположение

проводов в фазе линии 500 кВ

сортов сталей и специальных конструктивных решений.

Индуктивное сопротивление линий 330 кВ и более высоко-

го напряжения снижают с помощью расщепления фазы

—

фазу выполняют не из одного, а из нескольких параллель-

ных проводов (рис. 7.9). В линиях с

HOM

330

кВ провод

расщепляется на два, т.е.

/г

для 500 кВ я =

при

этом а =

ем.

Применение продольной компенсации (рис 7.10) явля-

ется одним из целесообразных и распространенных средств

повышения пропускной способности линий дальних элек-

тропередач. Конденсаторы УПК, включенные последова-

тельно в линию, уменьшают результирующее реактивное

сопротивление линии:

/-^рез

]%п

/-"-к-

Мощность и место размещения УПК на линии должны

быть обоснованы технико-экономическими расчетами. При

умеренной величине продольной компенсации ограничива-

ются одной УПК на линии. Если сопротивление конденса-

торов УПК таково, что компенсируется 50 % или более со-

противления линии, то необходимо выполнить УПК не

меньше чем на двух подстанциях. Сосредоточение слишком

большого компенсирующего сопротивления в одном месте

§ 7.4 Повышение пропускной способности линии 339

приводит к увеличению кратности внутренних перенапря-

жений и вызывает трудности в обеспечении правильного

действия применяющихся в настоящее время устройств

релейной защиты.

Применение УПК с х

0,25х

на двухцепной линии

Куйбышев

—

Москва позволило увеличить пропускную

способность с 1350 до 1800 МВт, т.е. на 34 %; повышение

пропускной способности электропередачи Братск

—

Ир-

кутск с 1150 МВт до 1600 МВт (на 38%) оказалось воз-

можным в результате компенсации около 35 % сопротив-

ления линии [17].

Линии дальних электропередач могут выполняться по

блочной или связанной схеме В блочной схеме электропе-

редача разделена на блоки генератор — трансформатор

—

линия (рис. 7.11, а). Повреждение любого из элементов

&W Ь '

&Ш)

$ .) Г

QW ^-г^ .

Рис 7 П. Блочная схема дальней электропередачи-

а, б — схемы в нормальном и послеав^нйном ремимах, е — зависимости Р(6) в

тех же режимах

блока приводит к его отключению и к уменьшению мощно-

сти электропередачи. Такая схема дешевле связанной, но

менее надежна, и ее применение допустимо лишь при на-

личии большого резерва мощности в приемной системе

Связанная схема предусматривает объединение парал-

лельных цепей на промежуточных подстанциях (3 на рис.

7.12, а), предназначенных для связи с промежуточными

энергосистемами. По дальней передаче со связанной схе-

мой можно передавать не только мощность Pi в приемную

энергосистему в конце передачи, но и мощность Р

в про-

межуточную энергосистему с шин подстанции 3. Возмож-

ность передачи мощности в промежуточные энергосистемы

/lX

/ 1 X

Рт

/"Ь