Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

340 Линии электропередачи СВН

Гл.

очень важна для эффективной работы объединенной энер-

госистемы.

Промежуточные подстанции делят линию электропере-

дачи на участки, что способствует увеличению пропускной

способности электропередачи, так как при повреждении

/sf

"\ ;

/А

Рнб"

^Л \

Рис.

7 12. Связанная

схема дальней электропе-

редачи:

а —принципиальная схема;

—

зависимость Р(6)

участка отключается только цепь этого участка, а не вся

линия. Кроме того, присоединение промежуточных энерго-

систем в определенной мере стабилизирует напряжение на

подстанции, что также является косвенной мерой увеличе-

ния передаваемой по линии мощности. Если па начальном

этапе сооружения электропередачи не предполагается

строительство промежуточных подстанций, то тогда на ли-

нии предусматривают переключательные пункты (ПП на

рис.

7.12, а).

При эксплуатации линии очень важно, чтобы уменьше-

ние Р

б в послеаварийном режиме было допустимым. Ре-

зультирующее сопротивление двух параллельных блоков

в нормальном режиме (см. рис.

7.11,

а)

~Ь

т -f

- х

X* -

Если из-за аварии отключится один блок, то х

=х

-\-

-\-х

(см. рис. 7.11,6). При этом x

увеличится, что

приведет к снижению Р

б. На рис. 7.11, е приведены зави-

симости Р(6):

— для нормального и 2

—

для послеава-

§ 7.4 Повышение пропускной способности линии 341

рийного режимов. В послеаварийном режиме Р

б меньше,

чем мощность первичного двигателя Р

. Чтобы этого не

происходило, нельзя допускать существенного сниже-

ния /V..

Па дальних электропередачах со связанной схемой

промежуточные подстанции или переключательные пункты

(рис.

7.12, а) делят длинную линию на короткие участки

(200—400 км). Допустим, что сопротивление одной цепи

линии равно х

и длины всех участков одинаковы. При по-

вреждении одной из цепей линии на каком-либо участке

последний отключается выключателями промежуточных

подстанций или переключательных пунктов с обеих сто-

рон.

До аварии результирующее сопротивление линий равно

•^Рез

ХЦ/Л-

После аварии отключается только поврежденный участок

с сопротивлением х

/4 и

„

л I

л _]_

л г

л 5_

*ре, - — + — + — + — - Т

На рис. 7.12,6:

— передаваемая мощность в нормаль-

ном режиме;

2 —

в послеаварийном режиме без промежу-

точных подстанций или переключательных пунктов; Г

—

в послеаварийном режиме с промежуточными подстанция-

ми или переключательными пунктами.

Итак, пропускная способность двухцепных связанных

электропередач длиной 800—1000 км повышается вследст-

вие сооружения на линии переключательных пунктов и рас-

тет при увеличении их числа. Так, в случае сооружения

одного переключательного пункта на линии 500 кВ ука-

занной длины ее пропускная способность повышается на

30 % по сравнению со случаем, когда на линии отсутству-

ют переключательные пункты. При двух-трех переключа-

тельных пунктах пропускная способность линии увеличива-

ется соответственно на 45 и 60 %. Сооружение переключа-

тельного пункта по затратам практически равноценно

сооружению промежуточной подстанции (без учета стои-

мости трансформаторов). Поэтому необходимость строи-

тельства переключательных пунктов должна быть обосно-

вана технико-экономическими расчетами [17].

Первые сооруженные у нас а стране и одни из первых

в мире электропередачи 500 кВ Куйбышев (Волжская ГЭС

342

Линии электропередачи СВН

Гл.

им.

Ленина)—Москва и Волгоград (Волжская ГЭС

им.

XXII съезда)—Москва выполнены двухцепными. Для

них приняты связанные схемы. Все переключательные

пункты электропередачи Куйбышев — Москва, сооружен-

ные на первом этапе строительства, были в дальнейшем

преобразованы в промежуточные подстанции.

Напряжение U

на шинах подстанции в конце линии

сверхвысокого напряжения необходимо регулировать так,

чтобы оно не снижалось в нормальных и послеаварийных

режимах и чтобы в свою очередь не снижалась пропускная

способность линии. Для регулирования напряжения в ли-

ниях сверхвысокого напряжения можно применять все спо-

собы, рассмотренные в гл. 5. Особенно эффективно приме-

нение управляемых устройств поперечной компенсации:

синхронных компенсаторов и статических источников ре-

активной мощности (см. § 4.10).

На мощных подстанциях применяются СК с регулято-

рами сильного действия. В этом случае они предназначены

не только для регулирования напряжения, но и для повы-

шения устойчивости электрической системы. Синхронные

компенсаторы могут быть заменены ИРМ, выдающими

в линию или поглощающими из нее реактивную мощность

и обеспечивающими поддержание напряжения в точке их

присоединения. Применение регулируемых устройств попе-

речной компенсации позволяет изменять характеристики

линии, ее натуральную мощность и вести режим так, что-

бы натуральная мощность всегда соответствовала переда-

ваемой. При этом достигается наиболее благоприятное

распределение напряжения вдоль линии, увеличивается ее

пропускная способность.

У нас в стране и за рубежом ведутся работы по созда-

нию управляемых (гибких) электрических связей, нагруз-

ка которых может быть задана вне зависимости от нагру-

зок любых других связей в электрической сети и управ-

ляться автоматически или вручную по заданному закону.

Такими управляемыми электрическими связями являются

линии электропередачи переменного тока: 1) связанные

с остальной сетью трансформаторами с поперечным регу-

лированием напряжения (см. § 5.5); 2) способные глубоко

регулировать эквивалентные электрические параметры

с помощью управляемых источников реактивной мощности;

3) оснащенные преобразователями частоты тиристорного

§75

Линии постоянного тока

343

(статического), электромеханического или какого-либо

другого типа.

Управляемыми электрическими связями являются ли-

нии электропередачи и вставки постоянного тока, способ-

ные нести заданную нагрузку и связывать между собой

электроэнергетические системы, работающие с различны-

ми значениями (как номинальными, так и мгновенными)

частоты переменного тока.

7.5. ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Преимущества линий постоянного тока состоят в следу-

ющем. Предел передаваемой мощности по линии постоян-

ного тока не зависит от ее длины и значительно больше,

чем у передачи переменного тока. Снимается понятие пре-

дела по статической устойчивости, характерное для ЛЭП пе-

ременного тока. Энергосистемы, связанные ЛЭП постоян-

ного тока, могут работать несинхронно или с различными

частотами. Для ВЛ постоянного тока требуется лишь два

провода вместо трех или даже один, если использовать

в качестве второго землю.

На рис. 7.13, а приведена схема передачи постоянного

GHE^ffilrf^

<н

-4,

1Р^ИН1^З1Е

с=ьО-шЕЗЗП

-•

Рис.

7 13 Схема передачи постоянного тока:

а — нормальный режим; б

—

послеаварийный i ежим

344

Линии электропередачи СВН

Гл.

тока, осуществленная по биполярной схеме («два полю-

са— земля»). На этом рисунке В, И — преобразовательные

(выпрямительная и инверторная) подстанции; Р

—

реактор

или фильтр для уменьшения влияния высших гармоник,

пульсации напряжения и аварийных токов; г

— сопротив-

ление линии; Г, Т

—

генераторы и трансформаторы; Н

—

нагрузки подстанций Выработка и потребление электро-

энергии осуществляются на переменном токе.

Основные элементы линии постоянного тока — управ-

ляемые высоковольтные выпрямители, из которых собира-

ются схемы преобразовательных подстанций. Схема инвер-

торной подстанции принципиально не отличается от схемы

выпрямительной подстанции, так как выпрямители обра-

тимы. Единственное отличие состоит п том, что на инвер-

торной подстанции приходится устанавливать компенсиру-

ющие устройства, конденсаторы либо синхронные компен-

саторы для выдачи инверторам реактивной мощности,

которая составляет около 50—60 % передаваемой активной

мощности.

Средние точки обеих преобразовательных подстанций

в биполярной передаче заземлены, а полюсы изолированы.

Напряжение полюса U„ равно напряжению между по-

люсом и землей. Например, на передаче Волгоград

—

Донбасс напряжение одного полюса относительно земли

+400 кВ, а второго 400 кВ. Напряжение Ua между

полюсами 800 кВ Передача может быть разделена на две

независимые полуцепи. В нормальном режиме при равных

токах в полуцепях ток через землю близок к нулю Обе

полуцепи передачи могут работать автономно, и в случае

аварии одного полюса половина мощности может переда-

ваться по другому полюсу с возвратом через землю (рис.

7.13,6). При аварии одного полюса или одной полуцепи

вторая полуцепь может работать по униполярной схеме.

В униполярной передаче (рис. 7.13,6) заземлен один из по-

люсов и имеется один провод, изолированный от земли.

Второй провод либо отсутствует, либо заземлен с двух

сторон передачи. Такой заземленный второй провод приме-

няется в тех случаях, когда недопустимо протекание тока

в земле (например, при вводах в крупные города). Как

правило, одна цепь униполярной передачи может состоять

из одного провода и земли, а биполярная

—

из двух прово-

дов,

тогда как одна цепь линии переменного тока состоит

§75

Линии постоянного тока 345

из трех проводов. Описан опыт длительного пропускания

через землю постоянного тока до 1200 А

Униполярные передачи применяются для передачи не-

больших мощностей до 100—200 МВт на небольшие рас-

стояния, например при пересечении пролива для связи

ocipoBa с материком. Большие мощности на большие рас-

стояния целесообразно передавать по биполярным переда-

чам. Преобразовательные подстанции из-за сложного и до-

рогостоящего оборудования очень увеличивают стоимость

передач постоянного тока. В то же время сама линия по-

стоянного тока стоит дешевле, чем ЛЭП переменного тока,

из-за меньшего количества проводов, изоляторов, линейной

арматуры и более легких опор Поэтому применение ЛЭП

постоянного тока экономически оправдано при их очень

большой длине, когда удорожание подстанций компенсиру-

ется удешевлением линии.

Пропускная способность Р

нб

ЛЭП постоянного тока оп-

ределяется значением и разностью напряжений по концам

линии, ограничивается активными сопротивлениями линии

и концевых устройств, а также мощностью выпрямителей

преобразовательных подстанций. Как отмечалось выше,

Р„б передачи постоянного тока значительно больше, чем

передачи переменного тока. Полная мощность биполярной

передачи Волгоград

—

Донбасс напряжением U

800

кВ

составляет 720 МВт. На основе опыта эксплуатации пере-

дачи Волгоград

—

Донбасс оказалось возможным перейти

к сооружению крупнейшей в мире передачи постоянного

тока Экибастуз

—

Центр с £/

=±750 кВ, напряжением

между полюсами £/

=1500 кВ и длиной

2500

км. Про-

пускная способность цепи постоянного тока напряжением

£/

=1500 кВ может быть доведена до 6000 МВт. Экономи-

ческая граница применения передач переменного и посто-

янного тока лежит в диапазоне 800—1100 км для передач

без промежуточных отборов мощности и 1100—1400 км

для передач с промежуточными подстанциями в диапазоне

мощностей от 600 до 3000 МВт. Для кабельных линий вви-

ду высокой стоимости кабеля эта граница резко снижается

и составляет 70—80 Км.

Основная область применения передач постоянного то-

ка— передача больших мощностей на дальние расстояния.

Однако особые свойства этих передач позволяют с успехом

использовать их и в других случаях. Например, передачи

346

Расчет

ВЛ на механическую

прочность

Гл.

постоянного тока оказываются эффективными при необхо-

димости пересечения морских проливов, а также при связи

несинхронных систем или систем, работающих с разной

частотой (так называемые вставки постоянного тока) [17].

Вопросы для самопроверки

В чем особенности электрического расчета ЛЭП сверх-

высокого напряжения по схемам замещения с распределен-

ными и сосредоточенными параметрами?

Что такое волновое сопротивление линии? Какие то-

ки и напряжения оно связывает и как определяется?

Как изменятся волновые параметры линии (Z

, y

, К,

%ъ) при внесении в нее (по длине) продольных емкостей

и поперечных индуктивностей?

В чем особенности режима натуральной мощности

и как зависит напряжение от длины линии при протекании

мощности большей, чем натуральная?

В чем особенность режима холостого хода и малых

нагрузок линий сверхвысокого напряжения?

6. Как зависит предельная передаваемая по линии мощ-

ность от длины линии?

Что такое пропускная способность линии и каковы

способы ее повышения?

8. Какие виды КУ и для каких целей применяются

в ЛЭП сверхвысокого напряжения?

9. Каковы принцип работы и область применения линий

постоянного тока?

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

8.1.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧ И ИСХОДНЫХ УСЛОВИЙ

РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНОЙ ЧАСТИ ЛИНИЙ

Механическая прочность воздушных линий (ВЛ) — это

способность проводов, грозозащитных тросов и опор вы-

держивать механические нагрузки, возникающие из-за соб-

§ 8

Исходные условия расчета конструктивной части линии 347

ственного веса, ветра, гололедных образований, изменения

температуры и других факторов. Механическая прочность

ВЛ в значительной мере влияет на надежность работы

электрической сети. Это относится к прочности как прово-

дов,

так и опор.

Номинальное напряжение ВЛ и экономически целесооб-

разные сечения проводов различных участков ВЛ опреде-

ляются в проекте электрической части линии (см. гл. 6).

При проектировании конструктивной части ВЛ, сооружае-

мых на унифицированных и типовых опорах, выбираются

конкретные конструкции опор всех необходимых типов,

осуществляется их расстановка по трассе и проверка на

прочность в расчетных режимах. Кроме того, при проекти-

ровании конструктивной части ВЛ рассчитываются по ус-

ловиям механической прочности провода и грозозащитные

тросы. Этот расчет включает определение: 1) механических

нагрузок и сил, действующих на провода и тросы; 2) меха-

нических напряжений проводов и тросов в различных их

точках и при различных условиях работы; 3) наибольших

стрел провеса проводов и тросов. Результаты этих расче-

тов необходимы для проверки допустимости механических

напряжений проводов и тросов, а также их стрел провеса

(f на рис. 8.1). Кроме того, результаты расчетов проводов

и тросов на механическую прочность необходимы для вы-

бора, расстановки и расчета опор ВЛ, а также для по-

строения монтажных зависимостей стрел провеса от длины

У/ /// /// /// /7Г77Г77Г-7Т777

а)

Рис.

8 1. Воздушная одноцепная линия:

а — схема пролета ВЛ; б

—

размеры промежуточной опоры

348

Расчет

ВЛ на механическую

прочность

Гл.

пролета (т.е.

от

расстояния между опорами)

климати-

ческих условий.

На рис. 8.1,

приведена схема пролета воздушной

ли-

нии, где /г

—

габарит линии, т.е. наименьшее допустимое

по условиям безопасности расстояние между поверхностью

земли

самой низкой точкой провода;

—

стрела провеса

провода

пролете; /

—

длина пролета, расстояние между

опорами; h — высота подвеса провода, т.е. расстояние

от

земли до нижней точки подвесной гирлянды изоляторов.

На рис. 8.1,6 изображена промежуточная опора одно-

цепной воздушной линии. Наибольшая допустимая стрела

провеса /

б определяется заданной для каждого типа опор

высотой этой опоры Н, высотой тросостойки

расстояни-

ем

по

вертикали между проводами

длиной подвесной

гирлянды изоляторов X,

также /г

H~h

-h

-'k-h

. (8.1)

Число изоляторов

гирлянде определяется типом изо-

лятора

[/ном ВЛ. Длина гирлянды

зависит от [/

НО

м и ти-

па изоляторов

меняется от 0,68 м для ВЛ 35 кВ до 4,9 м

для В Л 500 кВ.

Габарит линии задается, исходя

из

напряженности

электрического поля

безопасности транспорта, линий

связи, людей

животных, которые могут находиться под

проводами. Для ВЛ 750 кВ и выше габарит задается

уче-

том требований биозащиты

охраны окружающей среды,

например защиты

от

радио-

акустических помех.

Для

ВЛ различных напряжений наименьшие допустимые рас-

Таблица

Наименьшие допускаемые расстояния проводов

воздушных линий до земли, м

Номинальные напряжения линий,

кВ

Район прохождения линий

До

6—10

35—110

150

220

В ненаселенной местно-

сти

В труднодоступной мест-

ности

В населенной местности,

на территории про-

мышленных предприя-

тий

нормальном

ре-

жиме

3,5

6,5

5,5

7,5

§ 8

Исходные условия расчета конструктивной части линии 349

Продолжение

табл.

8 1

Номинальные напряжения линии, кВ

РАЙОН

прохождения линий

330 | ГОО

750 j 1150 | ±750

В ненаселенной местно-

сти

В труднодоступной мест-

ности

В населенной местности,

на территории про-

мышленных предприя-

тий в нормальном ре-

жиме

7,5

6,5

11,5—12

9,5—10

17-17,5

14-14,5

11,5

10,5

стояния до земли и пересекаемых объектов различны

и строго определены. Значения h

приведены в табл 8.1.

Взаимосвязь длины пролета / и высоты опор Н при не-

изменном габарите h

иллюст

ТК

н.

W М /V /"> ЛУ'ЛУ / J »/ W Л

Т7>

рируется рис. 8 2. При увеличе-

нии длины пролета, т. е. при

h>l\, для сохранения /г

—

const необходимо увеличить Н

высоту опор. Уменьшение чис-

ла опор при увеличении /

и ft

=const приводит к необхо-

димости увеличить их высоту ^

Н. Таким образом, выбор дли-

ны пролета влияет на стои-

мость ВЛ и ее технико-эконо-

мические показатели. Длина

пролета определяется на осно-

вании допустимой наибольшей

стрелы провеса f

e, рассчитан-

ной по (8.1), а также на основании результатов расчета

проводов на механическую прочность [12]. В табл. 8.2 при-

ведены конструктивные размеры ВЛ разных напряжений

при определенных габаритах.

Причины повреждаемости ВЛ в основном объясняются

следующими факторами: перенапряжениями (атмосферны-

ми и коммутационными), изменениями температуры окру-

жающей среды, действием ветра, гололедными образова-

ниями на проводах, вибрацией, «пляской» проводов, за-

Рис.

8.2. Взаимосвязь длины

пролета и высоты опоры