Некоммерческое акционерное общество

Алматинский институт энергетики и связи

Кафедра Электрических станций, сетей и систем

 

 

Передача энергии переменным постоянным током

 

Конспект лекций

для студентов  всех форм обучения

специальности 5В0718 - Электроэнергетика

 

 

 

Алматы 2009

Составители:  Генбач Н.А., Сажин В.Н.Передача энергии переменным постоянным током. конспект  лекций для студентов всех форм обучения специальности 5в0718 – электроэнергетика.- Алматы: АИЭС, 2009. -  38  с.

Данный конспект лекций содержит сведения о работе электропередач сверхвысокого напряжения,  по  нормальным и аварийным режимам работы дальних передач, описаны основные преимущества ВЛСВН, рассмотрены характеристики и параметры элементов сетей сверхвысокого напряжения, проблемы, связанные с передачей электроэнергии на большие расстояния, а также приведены сведения передач на постоянном токе.

 

Ведение 

Электропередачи сверхвысоких напряжений играют важную роль в современной энергетике, обеспечивая выда­чу мощности от крупных электростанций и являясь свя­зующими звеньями в единой энергосистеме страны.

Необходимость сооружения линий электропередачи объясняется выработкой электроэнергии в  основном на крупных электростанциях, удаленных от потребителей и относительно мелких приемников, распределительных на обширных территориях.

Линии, предназначенные для  распределения электроэнергии между отдельными потребителями в некотором районе и для связи энергосистем, могут выполняться как на большие, так и на малые расстояния и предназначаться для передачи различных мощностей на высоком напряжении. Для дальних передач большое значение имеет пропускная способность, т.е. та наибольшая мощность, которую можно передавать по линии с учетом всех ограничивающих факторов.

Линии электропередачи относятся к категории ответственных сооружений, надежность которых обеспечивается применением компенсирующих устройств и установок автоматического регулирования и управления. 

 

1 Лекция 1. Общая характеристика линии электропередачи сверхвысокого напряжения

 

Содержание лекции: назначение электропередач сверхвысокого напряжения их характеристики и особенности.

Цели лекции: изучение роли, преимуществ и перспективы развития электропередач сверхвысокого напряжения в современной энергетике.

 

Электропередачи сверхвысоких напряжений играют важную роль в современной энергетике, обеспечивая выдачу мощности от крупных электростанций и являясь связующими звеньями в единой энергосистеме страны. В Энергетической программе, принятой в нашей стране, придается большое значение созданию мощных межсистемных связей и сооружению линий электропередач, предназначенных для транспорта электроэнергии от энергетических комплексов на востоке страны в центры потребления.

В современной электроэнергетике можно выделить два типа линий электропередачи - магистральные электропередачи, служащие для передачи больших мощностей на значительные расстояния, и линии распределительной сети, по которым электроэнергия доставляется непосредственно к потребителям. За истекшие 100 лет с момента появления первых электропередач и по настоящее время в их конструкции и их электрических характеристиках произошли большие изменения.

Напряжения и мощности электропередач непрерывно растут. Если еще сравнительно недавно считалось, что предельная дальность электропередачи не превышает 400 км и предельное напряжение не может быть выше 300 кВ, то теперь эти пределы существенно расширились.

Также сооружены электропередачи напряжением 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока и ведутся проработки электропередач еще более высоких напряжений. Расстояние, на которое может передаваться электроэнергия, далеко превышает 1000 км.

Развитие энергетических систем во всем мире характе­ризуется процессом их слияния во все более крупные объединения. Этот процесс сопровождается сооружением мощных межсистемных связей, разуплотнением графиков нагрузки объединенных систем, снижением их суммарных максимумов и необходимого аварийного резерва мощности, а также некоторым увеличением числа часов использова­ния установленной мощности электростанций. Характер межсистемных связей определяется удаленностью объеди­няемых систем и условиями баланса активной мощности в каждой из частей объединенной системы в тот или иной период времени. Такие связи могут быть реверсивными и служить для передачи преимущественно пиковых мощностей и магистральными, служащими для покрытия постоянного  дефицита в одной из объединяемых частей.

Республика Казахстан в области строительства и эксплуатации линий сверх­высокого напряжения имеет большой опыт. В этой области изучается и используется опыт российских и зарубежных государств всего мира. В настоящее время серьезное внимание  правительство Республики Казахстан уделяет развитию линий электропередач сверхвысокого напряжения.

В 1990 г. была введена в действие первая очередь линии электропередачи постоянного тока на­пряжением 1500 кВ Экибастуз—Центр и линии электропе­редачи переменного тока напряжением 1150 кВ Сибирь — Казахстан—Урал, а также продолжают развиваться ВЛ 500кВ.

В 2004 г. АО “KEGOC” приступил к реализации проекта “Строительство второй линии электропередачи 500 кВ транзита Север-Юг Казахстана”.

Который направлен на обеспечение электроэнергией дефицитных южных областей Казахстана за счет увеличения пропускной способности передачи электроэнергии в направлении Север-Юг до 7-7,5 млрд.кВт.ч в год, повышение надежности и обеспечение безопасности функционирования национальной электрической сети Казахстана, и параллельной работы энергообъединений России, Казахстана и Центральной Азии.

Линии электропередачи с номинальным напряжением 330—1150 кВ называют линиями сверхвысокого напряже­ния, или межсистемными связями. Для таких линий харак­терны большая протяженность (более 500 км) и значитель­ная передаваемая мощность (более 500 МВА на одну цепь). Изоляция линий сверхвысокого напряжения опре­деляется в основном кратностью внутренних перенапряже­ний с принудительным ограничением их специальной защи­той до 2,5  и ниже. В линиях электропередачи сверх­высокого напряжения применяется расщепление проводов.

По мере развития энергосистем назначение мощных электропередач может изменяться по сравнению с перво­начальным. Так, в первый период эксплуатации элек­тропередачи Куйбышев—Москва назначение ее состоя­ло в передаче дешевой электроэнергии от Волжской ГЭС им. В. И. Ленина в Московскую энергосистему. После со­оружения линии связи этой станции с Уралом и промежу­точных подстанций электропередача наряду с прежним на­значением приобрела характер межсистемной связи.

Целесообразность передачи электрической энергии по ЛЭП сверхвысокого напряжения от мощной электростан­ции определяется сравнением двух возможных вариантов:

1) сооружение ЛЭП сверхвысокого напряжения и переда­ча электроэнергии от станции, сооруженной далеко от по­требителя, но рядом с источником дешевой энергии;

2) пе­ревозка топлива и строительство электрической станции в промышленной зоне, т. е. рядом с потребителем. При сравнении обоих вариантов надо учитывать не только приведенные затраты, но и вопросы экологии.

Линия электропередачи сверхвысокого напряжения име­ет ряд особенностей, отличающих ее от других элементов электроэнергетической системы. Это, в первую очередь, учет распределенности параметров и волновых свойств линии, необходимость применения специальных устройств и меро­приятий для управления режимом линии и увеличения передаваемой по ней мощности. Указанные особенности ли­нии сверхвысокого напряжения требуют более подробного рассмотрения данного элемента электроэнергетической си­стемы.

  

2 Лекция 2. Электрический расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения

 

Содержание лекции: параметры линий сверхвысокого напряжения, учет волнового характера передачи электроэнергии. Уравнение длинной линии.

Цели лекции: изучение влияния волнового характера пе­редачи электроэнергии в линиях сверхвысокого напряжения.

 

Учет распределенности параметров. В линиях сверхвы­сокого напряжения появляется необходимость в той или иной мере учитывать волновой характер передачи электро­энергии. При этом анализ работы подобных электропере­дач должен основываться на представлении линии дли­ной l как цепи с распределенными параметрами (см. рисунок 2.1),

 

а — выделение элемента  длины dl;  б — схема  замещения элемента  длины

Рисунок 2.1- Линия с распределенными параметрами

 

где каждый малый элемент линии d1 обладает активным  и индуктивным  сопротивлениями, а также актив­ной и емкостной  проводимостями.

Будем считать, что параметры линии (активное и индук­тивное сопротивления, активная и емкостная проводимо­сти) равномерно распределены вдоль ее длины. Такое представление о линии электропередачи связано с некоторой идеализацией, поскольку ряд факторов, например, наличие провеса проводов в пролете, изменяют равномерность рас­пределения 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, каж­дую из которых для удобства представляют двумя бегущи­ми — прямой и обратной. При нагрузке, сопротивление ко­торой равно волновому, скорость волны близка к скорости света. Передача активной мощности по линии совершается за счет движения результирующих волн напряжения и то­ка. Как прямая, так и обратная волна несет активную и ре­активную мощность. В реальных линиях перенос мощности сопровождается ее потерями, что находит отражение в из­менении амплитуды результирующих волн тока и напряже­ния при их передвижении вдоль линии со скоростью V. По­следнее показано на рисунке 2.2, где 1 — результирующая волна

а—направление передачи мощно­сти по линии; б — распространение волны тока со скоростью V вдоль линии

 

Рисунок 2.2- Волновой характер пе­редачи электроэнергии

 

в некоторый момент времени , а 2 и 3 — соответствен­но для последующих моментов времени  и , . Ре­шив дифференциальные уравнения, описывающие электри­ческое состояние линии с распределенными параметрами при приложении к ее зажимам синусоидально изменяюще­гося напряжения , можно найти закон распреде­ления напряжения и тока вдоль длинной линии. При этом для некоторой точки, расположенной на расстоянии х от конца передачи, векторы напряжения и тока, представлен­ные через прямые и обратные волны, могут быть найдены следующим образом:

 

                        (2.1)

 

где , , , — комплексные постоянные интегрирова­ния;

 — коэффициент затухания (или постоянная зату­хания),                    который характеризует затухание (на единицу дли­ны) волны напряжения (тока) при ее распространении вдоль линии;

 — коэффициент изменения фазы, характе­ризующий поворот вектора напряжения (тока) на единицу длины при распространении волны вдоль линии.

Основными характеристиками бегущей волны являются

фазовая скорость и длина волны. Фазовая скорость, или,

Длиной волны, км, называется расстояние между дву­мя соседними точками на линии, фазы колебаний которых различаются на 2:

 

 

Преобразуя уравнения (2.1), получим основные соот­ношения, связывающие напряжения ,   и токи ,  по концам протяженной линии с ее параметрами

 

                          (2.2)

 

где ch, sh — гиперболические косинус и синус;

        — волно­вое сопротивление линии, Ом;

                   — коэффициент распространения волны на единицу длины, 1/км;

        l — длина линии электропередачи, км;

                         1, 2 — индексы у векторов на­пряжения (тока) для начала и конца линии соответствен­но.

Волновое сопротивление, определяющее токи прямой и обратной волн по соответствующим напряжениям, явля­ется функцией параметров линии электропередачи, связан­ных с ее конструкцией:

 

,                                  (2.3)

 

Волновое сопротивление колеблется от 400 Ом для ВЛ с одним проводом в фазе до 270 Ом при расщеплении про­водов в фазе на четыре. Аргумент волнового сопротивления  обычно отрицателен, так как , а значение его лежит в пределах 1—2°. Коэффициент распростране­ния волны

   .                              (2.4)

 

Для ВЛ величина  1/км, причем мень­шее значение относится к линиям с одним проводом в фа­зе, а большее — к линиям, выполненным расщепленными проводами. Значение  составляет 0,06—0,065 град/км. Принимая  = 0,06 град/км, можно найти длину волны напряжения и тока:

 

                                            (2.5)

 

Как коэффициент распространения волны , так и его составляющие  и  зависят от параметров линии пере­дачи и ее конструктивного исполнения.

Величина  характеризует изменение фазы напряже­ния или тока при распространении волны от конца к нача­лу линии длиной l и называется волновой длиной линии рад или град. Если выразить  через длину волны , то  может быть записана в следующем виде:

 

                                             (2.5а)

 

Волновая длина линии  не тождественна ее геометри­ческой длине l и так же, как и , изменяется при измене­нии частоты f  и скорости распространения волны . 

 

3 Лекция 3. Расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения по схеме заме­щения с сосредоточенными параметрами

 

Содержание лекции: схемы замещения, параметры линий электропередач сверхвысокого напряжения с расщепленными проводами.

Цели лекции: определение параметров ВЛСВН

 

При анализе ра­боты электропередач длиной 200—300 км относительно невысокого номинального напряжения в большинстве случаев можно не учитывать волновой характер передачи электроэнергии. Как правило, режимы работы таких элек­тропередач рассчитывают на основе их схем замещения с сосредоточенными параметрами. Параметры П-образной схемы замещения линии (см. рисунок 3.1, а) определяются следу­ющим образом; — активное   сопротивление   линии;

а — параметры П-образной схемы замещения; б — П-образная схема замещения, представленная как пассивный четырехполюсник

Рисунок 3.1- Схема замещения ЛЭП сверхвысокого напряжения с сосредоточенными    параметрами

 

— индуктивное сопротивление линии;

— ак­тивная проводимость;

— емкостная проводимость линии.

При длине линии больше 300 км вводят поправочные коэффициенты, учитывающие распределенность парамет­ров.

Рассматривая длинную линию как пассивный четырех­полюсник (рисунок  3.1,б), можно записать соотношения:

 

,

(3.1)

.

 

Сравнив последние уравнения с (3.2), получим

 

   ,

(3.2)

    .

 

Рассмотрим режимы холостого хода и короткого замы­кания. При холостом ходе  и из рисунка 3.1,б  следует

 

                               (3.3)

 

Из рассмотрения короткого замыкания при оче­видно, что

 

 

(3.4)

  

Следовательно, коэффициенты четырехполюсника выража­ются через параметры линии следующим образом:

 

                                 (3.5)

  

4 Лекция 4. Зависимость напряжения и передаваемой мощности от длины линии

 

Содержание лекции: распределение напряжения вдоль длины линии. Понятие натуральной мощности

Цели лекции: определения соотношения между напряжениями и мощ­ностями в конце и начале линии.

 

Распределение напряжения вдоль длины линии опреде­ляется значением передаваемой мощности. Натуральная мощность течет по линии, когда сопротивление нагрузки на ее конце равно волновому сопротивлению .

Натуральная мощность линии с номинальным напряже­нием равна

 

  .                                              (4.1)

 

Для линий без потерь натуральная мощ­ность является активной и определяется следующим выра­жением (см. рисунок 4.1):

 

                                                  (4.2)

 

где  - волновое сопротивление.

 

Рассмотрим соотношения между напряжениями и мощ­ностями в конце и начале линии. Предположив линию без потерь, получим из уравнения длинной линии следующие более простые выра­жения:

 

 

                                (4.3)

 

а- передача натуральной мощности; б - диаграммы напряжения _г при разных соотношениях Р_л и Р_нат ; в — холостой ход линии; г —зависимость модули напряжения от I при

 

Рисунок 4.1-Распределение напряжения вдоль длины линии

 

Будем считать, что в конце линии на шины с напряженном  включена нагрузка с сопротивлением  и мощ­ностью .  Предположим, что вектор напряжения в конце линии совпадает с осью действительных величин, т.е. .

При принятых условиях первое из уравнений (4.3) при­мет вид

 

 .                                         (4.4)

 

При передаче по линии без потерь натуральной мощно­сти, т.е. при условии , уравнение (4.4) упрощается следующим образом:

 

 .                                              (4.5)

 

Из выражения для  и (4.1) следует

 

 .                     (4.6)

 

Если принять  и подставить (4.6) в (4.4), то можно получить следующее выражение для напряжения , отстоящего на расстоянии l, км, от конца линии:

 

  .                    (4.7)

 

С помощью (4.7) можно построить диаграммы распре­деления напряжения  вдоль длины линии при разных со­отношениях .При изменении длины линии от нуля l=0 до длины волны  в соответствии с (4.5)  изменяется от 0 до .

Тогда, как это следует из (4.7), при изменении от l=0 до конец вектора напряжения  описывает ок­ружность.

На рисунке 4.1,б показаны диаграммы распределения на­пряжения  вдоль линии длиной до 6000 км при . Зависимость 1 соответствует передаче мощности Р_л, рав­ной натуральной, 2 — больше и 3 — меньше натуральной. Через обозначены напряжения в точке, рас­положенной на расстоянии 1000 км от конца линии соот­ветственно  При   . Угол сдвига между напряжениями  и  при передаче по линии натуральной мощности обозначен .

Из (4.5) или (4.7) при следует, что при  зависимость 1 на рисунке 4.1,б — это окружность. При передаче по линии активной мощности   больше   натуральной с увеличением длины линии будет быстрее, чем в пре­дыдущем случае, расти величина . При этом окружность 1, образованная концом вектора , будет вы­тягиваться по вертикали, превращаясь в эллипс 2 на рисунке 4.1,б, меньшая ось которого равна . Если по линии будет передаваться мощность меньше натуральной, то указанная окружность будет сжиматься вдоль той же оси, образуя эллипс 3 (см. рисунок 4.1,б), большая ось которого равна . Предельный случай режимов при — это холостой ход линии (см. рисунок 4.1,в), когда Р_л = 0. При этом эллипс 3 вырождается в прямую линию.

При неизменном модуле напряжения в начале линии из рисунка 4.1,б можно получить зависимости, при­веденные на рисунке 4.1, г. При  это прямая 1; при  — кривая 2, для которой , т.е. напряже­ние в начале линии больше, чем в конце; при — кривая 3, для которой , т.е. напряжение в начале линии меньше, чем в конце. Аналогичные зависимости можно построить, если поддерживать постоянным напря­жение в конце линии.

Для ЛЭП сверхвысокого напряжения характерен пере­менный режим передачи мощности, что приводит к изме­нению напряжения вдоль линии. Так, если то напряжение в конце линии мало, его надо поднимать. При снижении мощности до  (в часы минимумов нагрузки) велико, его надо понижать. Кроме того, при минимальных нагрузках уменьшаются потери реактивной мощности в индуктивном сопротивлении линии и появля­ются большие перетоки зарядной мощности , которые создают дополнительные потери

 

.

 

 

5 Лекция 5. Компенсирующие устройства для ВЛСВН

 

Содержание лекции: применение синхронных компенсаторов  (СК), реакторов  (Р)  и статических источников реактивной мощности (ИРМ) на ЛЭП сверхвысокого напряжения.

Цели лекции: изучение роли синхронных компенсаторов  (СК), реакторов  (Р)  и статических источников реактивной мощности (ИРМ) на ЛЭП сверхвысокого напряжения.

 

На ЛЭП сверхвысокого напряжения, как пра­вило, устанавливаются различные компенсирующие уст­ройства (КУ). С помощью КУ выравнивается напряжение вдоль линии, ограничиваются перетоки зарядной мощности. Кроме того, КУ выполняют важные функции, повышая наи­большую передаваемую по линии мощность и обеспечивая баланс реактивной мощности в приемных системах.

На ЛЭП сверхвысокого напряжения применяются синхронные компенсаторы  (СК), реакторы  (Р)  и статические источники реактивной мощности (ИРМ).

 

 

а — включение в линию или подключе­ние к шинам высокого или низкого на­пряжения подстанций; б — включение через разрядник

Рисунок 5.1- Схемы включения реакторов

 

Для регулирования реактивной мощности и напряже­ния, а также для снижения внутренних перенапряжений на ЛЭП сверхвысокого напряжения применяются шунтирую­щие реакторы. С точки зрения обеспечения желаемого рас­пределения напряжения вдоль линии их целесообразно размещать равномерно. Однако такое решение неприемле­мо ни экономически, ни практически, и реакторы обычно устанавливаются на подстанциях   (см. рисунок 5.1) или    переключательных пунктах (см. рисунок 5.1).

На подстанциях ре­акторы могут подключаться непосредственно к линии (Р1), к шинам (Р2), а также на низшее напряжение (РЗ). Спо­соб включения реактора определяется режимами электро­передачи.

Следует отметить, что установка реакторов на высоком напряжении эффективна для снижения внутренних перена­пряжений. В этих случаях можно применять схему, изобра­женную на рисунке 5.1, б. Реактор Р включается через разрядник, быстро срабатывающий при повышении напряжения более допустимого. Затем автоматически включается вы­ключатель В, и реактор подключается к передаче.

  

6 Лекция 6. Определение наибольшей передаваемой мощности

 

Содержание лекции: зависимость наибольшей передаваемой мощности  от длины линии.

Цели лекции: изучение способов определения параметров ЛЭП, при которых будет наибольшая передаваемая мощность.

 

Зависимость наибольшей передаваемой мощности  от длины линии в простейшем случае (линия без потерь) определяется следующим выражением:

 

 

где — модули напряжений в начале и конце линии;

      — волновое сопротивление;

       -волновая длина линии (рисунок 6.1, а).

В соответствии с       длина волны км. Если длина линии равна длине волны, то волновая длина линии .В этом случае в линии без потерь ,

 

а — для линии без потерь (1) и с потерями (2); б — настройка линии полуволну

Рисунок 6.1 -  Зависимость наибольшей а) передаваемой мощности от длины линии

 

так как . При l = 3000 км  и соответствен­но . При l=1500 и l= 4500 км и . При этих длинах линии и  определяется на­пряжениями и волновым сопротивлением.

С точки зрения передачи наибольшей мощности наибо­лее 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 1 на рисунке 6.1, а соответст­вуют этому   случаю.   При   l =1500 и 4500 км реактивное сопротивление в линии имеет наибольшее значение и соот­ветственно  имеет наименьшее значение по сравнению с другими значениями l. Учет , а также сопротивле­ния генераторов и трансформаторов меняют картину, и по линии при l =3000 и 6000 км можно передавать наибольшую, но не бесконечную мощность (кривые 2 на рисунке 6.1, а).

Можно «настроить» линию искусственным включением емкости С и индуктивности L (см. рисунок 6.1, б) на определен­ную длину и создать условия для передачи наибольшей мощности. На рисунке 6.1,б показаны: 1 — естественные пара­метры линии, 2 — настраивающие параметры. Наиболее целесообразно для передачи наибольшей мощности на­страивать линию на полуволну, т. е. изменять настраиваю­щие параметры С и L так, чтобы в линии был резонанс. Техническая реализация и эксплуатация линий, настроен­ных на полуволну, связаны с большими трудностями. 

 

7 Лекция 7. Пропускная способность электропередачи. Повышение  пропускной  способности линии

 

Содержание лекции: пропускная  способность линии сверхвысокого напряжения

Цели лекции: изучения основных зави­симостей передачи мощности по ли­нии. Определение методов повышения пропускной способности линии.

 

Рассмотрим работу электропередачи, состоящей из генератора, повышающего и понижающего трансформаторов Т\ и Т₂, линии электропередачи Л и нагрузки Н (см. рисунок 7.1, а).

 

Рисунок 7.1- Электропередача (а) и схемы ее замещения (б, в)

 

Схема замещения этой сети приведена на рисунке 7.1, б

где — ЭДС в продольной оси;

       —сопротивления трансформаторов, генератора;

       — сопротивление линии.

Пренебрегая активными сопротивлениями, «свернем» сеть и последовательно сложим все реактивные сопротивления (см. рисунок 7.1, в)

 

 

Построим векторную диаграмму (см. рисунок 7.2, а). Обозна­чим δ угол между векторами  и  (иногда так обозна­чают угол между напряжениями конца и начала линии). Из треугольников ОВС и АВС следует, что

 

.

 

а—векторная диаграмма; б- схема замещения; в — зависимость мощности от угла δ

Рисунок 7.2-Иллюстрация основных зави­симостей передачи мощности по ли­нии

Умножим  последнее  равенство  слева  и  справа   на   U₂ и получим

 

 

Отсюда легко получить следующее важное выражение:

 

 

В рассматриваемом простейшем случае при отсутствии активных сопротивлений   (рисунок 7.2,6) 

Зависимость передаваемой по линии мощности от угла δ при постоянных значениях  приведена на рисунке 7.8, в- это синусоида 1.

Пусть мощность первичного двигателя (турбины) гене­ратора постоянна и соответствует прямой . Установив­шийся режим определяется условием равенства мощности турбины Р_т и электромагнитной мощности генератора Р_г. Этому условию Р_Т = Р_Г удовлетворяют точки а и б. Точка а соответствует устойчивому установившемуся режиму при передаче по линии мощности Р_Л = Р_Т и угле  между и  который меньше 90°.

Пропускная способность электропередачи — это та наи­большая активная мощность, которую с учетом всех тех­нических ограничений можно передать по линии. Техничес­кие ограничения определяются:

устойчивостью параллель­ной работы генераторов системы,

нагревом отдельных элементов передачи,

значением длительно допустимого напряжения, потерями на корону в линии и другими факто­рами.

Если не учитывать технические ограничения, то про­пускная способность  равна амплитуде синусоиды на рисунке 7.2, в:

Чем больше пропускная способность электропередачи , тем большую мощность можно передать по линии. По­вышение пропускной способности — важная технико-эконо­мическая задача, так как это позволяет отказаться от строительства дополнительных линий и обеспечить переда­чу потребителю необходимой мощности. Важно не только повышать пропускную способность сооружаемых линий, но и не допускать аварийного ее снижения. Например, ес­ли вследствие аварии пропускная способность понизится до  (см. штриховую синусоиду 2 на рисунке 7.2, в), то это приведет к уменьшению передаваемой по линии мощности и к отключению потребителя. Режим, соответствующий устойчивой точке а (см. рисунок 7.2, б), не существует при сниже­нии пропускной способности до .

Мероприятия по повышению пропускной способности вновь сооружаемых и существующих электропередач вклю­чают, в частности, действие на ..

ЭДС генератора  регулируется током возбуждения ге­нератора. При авариях важно поддерживать возбуждение генератора, т.е. не допускать условия , при кото­ром надо снижать передаваемую по линии мощность. Разработаны регуляторы возбуж­дения сильного действия, которые при авариях поддержи­вают постоянным не только ЭДС генератора , но даже напряжение на шинах генератора  (см. рисунок 7.1,6). Регуляторы сильного действия широко применяются на мощ­ных электростанциях.

Суммарное сопротивление  его составляющие целе­сообразно уменьшать. Сопротивления генераторов и транс­форматоров    уменьшают путем   применения    специальных

а —снижение х₀ в зависимости от чис­ла проводов » фазе; б — расположение проводов в фазе линии 500 кВ

 

Рисунок  7.3- Расщепление провода в фазе

 

 

Рисунок 7.4 -Продольная компенсация линии электропередачи

 

сортов сталей и специальных конструктивных решений. Индуктивное сопротивление линий 330 кВ и более высоко­го напряжения снижают с помощью расщепления фазы — фазу выполняют не из одного, а из нескольких параллель­ных проводов (см. рисунок 8.1). В линиях с кВ провод расщепляется на два, т.е. n=2; для 500 кВ n= 3, при этом а = 40 см.

Применение продольной компенсации (см. рисунок 8.2) явля­ется одним из целесообразных и распространенных средств повышения пропускной способности линий дальних элек­тропередач. Конденсаторы УПК, включенные последова­тельно в линию, уменьшают результирующее реактивное сопротивление линии:

 

.

 

Мощность и место размещения УПК на линии должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами. При умеренной величине продольной компенсации ограничива­ются одной УПК на линии. Если сопротивление конденса­торов УПК таково, что компенсируется 50 % или более со­противления линии, то необходимо выполнить УПК не меньше, чем на двух подстанциях. Сосредоточение слишком большого компенсирующего сопротивления в одном месте приводит к увеличению кратности внутренних перенапря­жений и вызывает трудности в обеспечении правильного действия применяющихся в настоящее время устройств релейной защиты.

Применение УПК на двухцепной линии Куйбышев — Москва позволило увеличить пропускную способность с 1350 до 1800 МВт, т.е. на 34 %; повышение пропускной способности электропередачи Братск — Ир­кутск с 1150 МВт до 1600 МВт (на 38%) что оказалось воз­можным в результате компенсации около 35 % сопротив­ления линии. 

 

8 Лекция 8. Особые режимы

 

Содержание лекции: определение особых режимов.

Цели лекции: изучение особых режимов и их влияние на работу ВЛСВН.

 

8.1 Определение особых режимов

Электропередачу обычно проектируют, исходя из некоторого установленного экономическим анализом перетока мощности. При этом проверяют возможность перегрузки передачи. Кроме того, определяют условия работы пере­дачи в послеаварийном режиме, когда в результате аварии могут быть отключены: одна из ее цепей, один из участков на параллельных цепях, одна из групп парал­лельно работающих трансформаторов.

По длительно существующим нормальным и послеава­рийным режимам определяют основные показатели работы электропередачи, рассчитывают ее статическую устойчивость, определяют потери мощности и энергии. Однако, кроме длительно существующих режимов, в электропере­даче могут быть непродолжительные режимы.

Эти режимы не могут считаться аварийными, так как имеют место на неповрежденной линии, при находящемся в нормальном состоянии оборудовании. Но они в то же время и не являются нормальными, поэтому правильнее назвать их особыми режимами.

Особым, довольно длительным режимом, может быть режим при отключении одной из фаз линии или трансфор­матора, когда имеет место работа на двух фазах или на пяти фазах (на двухцепной передаче).

К особым относятся также режимы очень больших пе­регрузок и форсировок, режимы асинхронного хода, когда выпавший из синхронизма генератор или группа генера­торов, работая как асинхронные, выдают активную мощ­ность и потребляют некоторую реактивную мощность, сю­да следует отнести режимы ресинхронизации, когда вы­павшие из синхронизма генераторы без отключения втягиваются в синхронизм. Особыми являются режимы работы мало загруженных линий или режимы, когда линии работают совершенно без нагрузки - «на холостом ходу», а также и режимы самовозбуждения генераторов, синхронных двигателей, компенсаторов и асинхронных ма­шин. Несмотря на относительную кратковременность, та­кие режимы могут иметь важное значение для работы электропередачи.

 

8.2 Установившиеся режимы холостого хода

Явления, характерные для холостых нормальных и аварийных режимов электропередачи, весьма разнообразны. К ним относятся повышения напряжения, возникающие при несимметричных коротких замыканиях на холостых линиях, получившие название динамических перенапряже­ний, повышение напряжения во время переходного про­цесса, при включении открытой на конце линии, т. е. на холостом ходу, опасные коммутационные  перенапряжения, появляющиеся при повторных зажиганиях дуги в вы­ключателях во время отключения ими большого емко­стного тока линии, работающей в режиме холостого хода.

Для установившегося режима холостого хода характерным является повышение напряжения на открытом конце линии, перегрузка генераторов реактивным током, само­возбуждение генераторов. Эти явления играют большую роль при подъеме с нуля напряжения электропередачи, осуществляемом для проверки изоляции линии или для синхронизации станции, отделенной от системы линией передачи; существенны они и при самосинхронизации ге­нераторов, отделенных от системы длинной линией.

При осуществлении холостых режимов дальних элек­тропередач возникает ряд трудностей. Прежде всего сле­дует отметить то обстоятельство, что зарядная мощность линии может значительно превышать номинальную мощ­ность генератора, подключаемого к передаче, что приведет к недопустимой его перегрузке. С наличием большой за­рядной мощности связано и повышение напряжения на линии электропередачи. Так, напряжение на открытом конце холостой линии при неполной компенсации ее заряд­ной мощности значительно превышает напряжение в нача­ле передачи. Следовательно, для осуществления синхрони­зации удаленной станции и приемной системы обычными методами необходимо понижать напряжение в начале пе­редачи или устанавливать компенсирующие устройства на ее конце. Однако снижение напряжения в начале дальней электропередачи может затрудняться самовозбуждением генераторов, а желательная с точки зрения устранения перегрузки и предотвращения самовозбуждения парал­лельная работа нескольких мало загруженных генерато­ров, несущих емкостную нагрузку, может затрудняться их неустойчивостью.

 

8.3 Несимметричные режимы работы электропередач

Электрические системы и все их элементы, как правило, работают в трехфазном симме­тричном режиме, и со времен изобретения трехфазного тока Доливо-Добровольским работа электрических си­стем и все операции по включению и выключению цепей электрических систем и их отдельных элементов про­изводились одновременно на всех трех фазах. Казалось бы, что это вполне естественно и что иначе быть не может.

Однако в последнее время энергетических системах стали широко внедряться несимметричные режимы или, как их иначе называют, неполнофазные режимы.

Несимметричные режимы, конечно, не являются нормальными и не призваны заменить симметричные, но они имеют большое значение как средство повышения надеж­ности работы электрических систем.

Несимметричные режимы могут быть длительными и кратковременными. Длительные несимметричные режи­мы - это такие режимы, при которых довольно длитель­ное время осуществляется передача электрической энергии потребителям. Кратковременные несимметричные ре­жимы связаны с аварийными процессами, такими, как короткие замыкания, обрывы с замыканием на землю, отключение фазы при однофазном автоматическом повторном включении (АПВ). Инженеру анализ кратковре­менных режимов важен для того, чтобы выбрать обору­дование и установить условия работы так, чтобы появле­ние несимметрии не являлось аварийным.

Процесс перехода от симметричного к длительному несимметричному режиму не должен приводить к аварии, и после него в системе должен наступать установившийся режим при сохранении приемлемого качества электро­энергии.

Аварийные режимы здесь рассматриваться не будут, так как исследование их относится к курсам переходных процессов. Здесь должны быть рассмотрены установивши­еся несимметричные режимы. К ним относятся полнофаз­ные несимметричные режимы в условиях постоянной не­симметрии напряжений и токов. Эта несимметрия может появиться или из-за несимметрии в том или ином элемен­те передачи (неодинаковое сопротивление в фазах), или же из-за несимметрии нагрузки.

Другим видом несимметричных режимов могут быть неполнофазные длительные режимы. Эти режимы могут возникать при ремонтах линий передачи или другого обо­рудования, при послеаварийных режимах, когда при ава­рии на одной из фаз передачи отключается только по­врежденная фаза. Несимметричные неполнофазные режи­мы могут иметь место при использовании однофазного резерва, например, в случаях, когда имеется однофазный резервный трансформатор или резервный провод линии.

Осуществление несимметричных режимов имеет боль­шое значение, так как оно позволяет повышать надеж­ность снабжения потребителей, улучшает условия устой­чивости, что имеет место, например, при аварии, когда на двухцепной электропередаче отключается не вся цепь, а только одна из ее фаз. Такой переход на пятифазный ре­жим, разумеется, обеспечивает больший запас устойчи­вости, чем работа с одной цепью. Применение несимме­тричных режимов позволяет использовать оборудование для однофазных резервов. Благодаря осуществлению та­ких режимов, можно производить ремонт без полного отключения цепи электропередачи с отключением только одной ее фазы.

Работа на двух - пяти фазах или одной фазе (при за­земленной нейтрале) так же, как и применение АПВ, не только повышает надежность электроснабжения, но и по­зволяет снижать капитальные затраты на сооружение электропередач, поскольку при проектировании с учетом возможности осуществления несимметричных режимов можно допускать заметное уменьшение резерва в различ­ных элементах оборудования, например, могут быть слу­чаи, когда осуществление несимметричного режима может позволить сэкономить цепь электропередачи.

Возможности осуществления длительных аварийных режимов ограничиваются следующими факторами:

1) ухудшением качества энергии при несимметрии. Ка­чество энергии обычно характеризуется напряжением, при котором энергия подается потребителю, частотой систе­мы, а также синусоидальностью кривой напряжения, т. е. отсутствием в ней гармоник.

При несимметричных режимах появляется еще третий показатель - степень несимметрии. Появление несим­метрии означает ухудшение качества электроэнергии, так как осветительная нагрузка оказывается в ненормальных условиях, часть ламп работает на пониженном напряже­нии, не отдавая полностью своего нормального светового потока, другая же часть ламп, наоборот, может оказаться работающей на повышенном напряжении, что приведет к сокращению срока службы ламп.

При наличии несимметрии падает опрокидывающий вращающий       момент асинхронных двигателей. При 5 % - ной асимметрии момент падает на 10-15 %, уменьша­ясь в дальнейшем еще более резко с ростом несимметрии;

2) ухудшением условий работы оборудования. При по­явлении несимметрии:

а) могут перегреваться провода линий передачи (что, впрочем, обычно маловероятно, так как, будучи выбраны по экономической плотности тока, они имеют большой за­пас по условиям нагрева);

б) могут перегреваться обмотки отдельных фаз тран­сформаторов, генераторов и двигателей за счет возраста­ющего в отдельных фазах тока при несимметрии;

в) может появиться перегрев ротора генератора за счет появления токов и соответственно полей обратной последовательности и появления местных нагревов в от­дельных точках генератора;

г) может появляться вибрация генераторов, ограничи­вающая допустимую степень несимметрии;

3) опасностью ненормальной работы релейной защи­ты, которая должна быть специально проверена на воз­можность осуществления несимметричных режимов;

4) влиянием на линии связи. Появление электростати­ческого влияния и несбалансированных магнитных пото­ков при несимметричной работе линии может быть при­чиной расстройства работы линий связи, параллельных трассе электропередачи или вызвать нарушение блокиро­вок на железных дорогах, что может привести к серьез­ным авариям на транспорте. Поэтому возможность осуществления той или иной несимметрии линии передачи должна быть проверена с этой точки зрения;

5) повышением опасности электрических установок для человека - повышается напряжение шага и напряже­ние прикосновения. Следовательно, системы, рассчитан­ные на осуществление несимметричного режима, должны иметь хорошие заземляющие устройства;

6) ухудшением устойчивости по сравнению с устойчи­востью при симметричных полнофазных режимах;

7) ухудшением экономичности работы системы.

Все экономические показатели работы системы рас­считываются, как правило, по симметричному режиму. Поэтому при появлении несимметрии нарушается задан­ное экономическое распределение нагрузок, что и снижа­ет экономичность работы системы. Но, кроме того, неза­висимо от этого обстоятельства к снижению экономич­ности работы системы при несимметрии приводит рост потерь, связанный с увеличением тока в одних фазах электропередачи и уменьшением его в других фазах.

Рост токов может происходить еще и потому, что в условиях несимметричного режима, когда вращающий момент двигателей падает из-за снижения напряжения прямой последовательности и появления напряжения обратной последовательности на выводах двигателей, рас­тет их скольжение, а следовательно, и потребление реак­тивной мощности, растут также токи в линии, а это в свою очередь приводит к увеличению потерь.

 

8.4 Особенности несимметричных режимов длинных ли­ний

При рассмотрении несимметричных режимов следует иметь в виду, что длинная линия электропередачи, по ко­торой передаются значительные мощности, должна иметь более высокую эксплуатационную надежность, чем обыч­ные линии. При проектировании длинной линии необхо­димо предусматривать целый ряд мероприятий, обеспечи­вающих ее надежную эксплуатацию.

У длинных линий электропередачи, выполняемых двухцепными, вдоль трасс сооружаются переключатель­ные пункты или промежуточные подстанции. Это дает возможность в послеаварийных режимах, при отключе­ниях одной цепи на каком-либо участке линии, устой­чиво передавать довольно большую мощность. Для со­хранения необходимого запаса статической устойчивости при отключении участка линии одной из параллельных цепей передаваемой мощности должна быть несколько снижена. Одновременное отключение одной из цепей на двух различных участках линии (например, в случае от­каза в работе линейного выключателя на одном из пере­ключательных пунктов) может привести к нарушению синхронизма.

При длинных линиях, например, около 1 тыс. км, вероятность отключения отдельных ее участков увеличи­вается. Это связано, главным образом с необходимостью регулярного проведения на линии профилактических и ремонтных работ. Применяя раздельное управление фа­зами, можно существенно повысить надежность работы длинной линии, допуская в ее эксплуатации неполнофазные режимы.

На линиях 220 кВ, выполненных на металлических опо­рах, наиболее частой причиной повреждения являются однофазные короткие замыкания, причем они оказывают­ся не глухими, а через дугу или сопротивление опоры и т. п. Для линий 500 кВ этот вид повреждения также является практически наиболее вероятным.

Если после однофазного короткого замыкания на по­врежденном участке линии в работе останутся пять фаз из шести (пятифазный режим), а не три, как это имело бы место при отключении всей цепи, то устойчивость бу­дет значительно лучше.

При переходе от полнофазного режима работы линии к пятифазному, эквивалентное сопротивление электричес­кой цепи для токов прямой последовательности увеличи­вается в меньшей мере, чем при отключении всей цепи на том же участке.

Применение пофазного управления приводит к тому, что линия в отдельных случаях режимов будет работать в неполнофазных режимах. Наиболее частым видом таких режимов будет работа с одной отключенной фазой на ка­ком-либо участке линии. В качестве других примеров можно привести отключение на каждом из двух участков по одной фазе (одноименной или разноименной) или от­ключение на одном участке двух фаз.

С точки зрения устойчивости одновременное отключе­ние отдельных фаз на различных участках двухцепной линии допустимо не только тогда, когда эти фазы одно­ именные, но и тогда, когда они разноименные. При одно­временном отключении двух разноименных фаз на одном участке линии или на разных участках режим работы линии по условиям устойчивости приближается к ее режиму при полностью отключенной цепи на одном из участков линии. Таким образом, при раздельном управлении фазами два одновременных отключения в большинст­ве случаев оказываются легче, чем одно отключение при трехфазном управлении. Одновременное отключение двух одноименных фаз на одном участке линии приводит по существу, к двухфазному режиму работы электропереда­чи и требует по условиям устойчивости снижения переда­ваемой мощности. Для того чтобы избежать таких двух­ фазных режимов, можно применить автоматическое пере­ключение проводов линии с одной фазы на другую, приводящее к пятифазному режиму.

Кроме раздельного управления фазами линии, некото­рые преимущества может дать раздельное управление фазами батарей конденсаторов установки продольной компенсации и фазами реакторов поперечной компенса­ции, что также приводит к неполнофазным или несимме­тричным режимам работы линии электропередачи.

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что неполнофазные режимы работы линии электропереда­чи обладают серьезными недостатками, и применение та­ких режимов всегда должно быть обосновано.

Отключение отдельных фаз линии или компенсирую­щих устройств приводит к возникновению несимметрии токов и напряжений. Приходится считаться с появлением токов и напряжений обратной последовательности во всей электрической системе, а также токов и напряжений ну­левой последовательности в линиях электропередачи с глухим заземлением нейтрале.

Несимметрия токов затрудняет осуществление надеж­ной релейной защиты линии с применением существую­щих схем. Наибольшую сложность для релейной защиты представляют повторные неполнофазные отключения. Наличие токов нулевой последовательности в линии уси­ливает мешающие влияния на низкочастотные каналы связи. Токи обратной последовательности, протекая по обмоткам статоров генераторов, вызывают дополнитель­ный нагрев роторов.

Допустимое значение токов нулевой последователь­ности на отдельных участках линии определяется влияни­ем линий электропередачи на линии связи. В связи с этим влиянием, которое не должно превышать установ­ленных норм, может потребоваться переустройство теле­фонных линий.

При раздельном управлении фазами должна быть проверена возможность работы линии в неполнофазных режимах по условиям допустимого для изоляции аппара­тов повышения напряжения на отдельных фазах, а также по условиям допустимой для потребителей электроэнер­гии несимметрии напряжений на шинах приемных подстан­ций.

При раздельном управлении фазами существенно зна­чение тока замыкания на землю, протекающего через дугу после отключения поврежденной фазы линии. Воз­можно, что дуга в некоторых случаях может не погаснуть при отключении поврежденной фазы, питаясь емкостным током.

После погасания дуги отключенный провод будет иметь некоторое напряжение относительно земли, опреде­ление которого требуется, например, для решения вопро­са о способах проведения пофазных ремонтов линий. Не­обходимо иметь в виду, что при отключении фаз линий передачи или трансформаторов иногда могут появляться перенапряжения как во время нормальной работы, так и при коротких замыканиях.

Применение неполнофазных режимов работы систем позволяет улучшить их эксплуатационные показатели без существенных дополнительных затрат. Несимметрия то­ков и напряжений в большинстве случаев оказывается допустимой. Однако иногда может потребоваться снижение передаваемой по линии мощности или применение допол­нительных устройств. Применение неполнофазных режи­мов вызывает и ряд трудностей, с которыми нельзя не считаться; кроме того, препятствием к применению непол­нофазных режимов работы длинных линий электропере­дачи могут служить осложнения, возникающие при созда­нии релейной защиты.

Для симметрирования неполнофазных режимов может быть использовано раздельное управление фазами уст­ройств продольной и поперечной компенсации линии элек­тропередачи. Это управление может осуществляться вручную. Применение любых специальных симметрирую­щих устройств для осуществления неполнофазных режи­мов, как правило, нежелательно и может быть допущено только в отдельных случаях. 

 

9 Лекция 9. Схемы дальних электропередач

 

Содержание лекции: схемы дальних электропередач.

Цели лекции: изучение преимуществ и недостатков схем дальних электропередач.

 

Линии дальних электропередач могут выполняться по блочной или связанной схеме. В блочной схеме электропе­редача разделена на блоки генератор — трансформатор — линия  (см. рисунок 9.1, а).    Повреждение    любого из элементов блока приводит к его отключению и к уменьшению

 

а, б-  схемы в нормальном   и   после аварийном  режимах;   в — зависимости   Р(δ)   в тех же режимах

Рисунок 9.1- Блочная схема дальней электропередачи

 

мощно­сти электропередачи. Такая схема дешевле связанной, но менее надежна, и ее применение допустимо лишь при на­личии большого резерва мощности в приемной системе.

Связанная схема предусматривает объединение парал­лельных цепей на промежуточных подстанциях (3 на рисунке 9.2, а), предназначенных для связи с промежуточными энергосистемами. По дальней передаче со связанной схе­мой можно передавать не только мощность  в приемную энергосистему в конце передачи, но и мощность  - в про­межуточную энергосистему с шин подстанции 3. Возмож­ность передачи мощности в промежуточные энергосистемы очень важна для эффективной работы объединенной энер­госистемы.

Промежуточные подстанции делят линию электропере­дачи на участки, что способствует увеличению пропускной способности    электропередачи, так как при   повреждении участка отключается только цепь этого участка, а не вся линия.

 

 

а- принципиальная схема; б — зависимости   Р(б)

Рисунок 9.2- связанная схема дальней электропередачи

 

Кроме того, присоединение промежуточных энерго­систем в определенной мере стабилизирует напряжение на подстанции, что также является косвенной мерой увеличе­ния передаваемой по линии мощности. Если на начальном этапе сооружения электропередачи не предполагается строительство промежуточных подстанций, то тогда на ли­нии предусматривают переключательные пункты (ПП на рисунке 9.2, а).

При эксплуатации линии очень важно, чтобы уменьше­ние  в послеаварийном режиме было допустимым. Ре­зультирующее сопротивление двух параллельных блоков в нормальном режиме (см. рисунок 9.1, а)

 

.

 

Если из-за аварии отключится один блок, то (см. рисунок 9.1,б). При этом  увеличится, что приведет к снижению . На рисунке 9.1,б приведены зави­симости -:  1 — для нормального и 2 — для  послеаварийного режимов. В послеаварийном режиме  меньше, чем мощность первичного двигателя Р_т. Чтобы этого не происходило, нельзя допускать существенного сниже­ния .

На дальних электропередачах со связанной схемой промежуточные подстанции или переключательные пункты (см. рисунок 9.2, а) делят длинную линию на короткие участки (200—400 км). Допустим, что сопротивление одной цепи линии равно х_л и длины всех участков одинаковы. При повреждении одной из цепей линии на каком-либо участке последний отключается выключателями промежуточных подстанций или переключательных пунктов с обеих сто­рон.

До аварии результирующее сопротивление линий равно

 

.

 

После аварии отключается только поврежденный участок с сопротивлением и

 

.

На рисунке 9.2,б: 1— передаваемая мощность в нормальном режиме; 2 — в послеаварийном режиме без промежу­точных подстанций или переключательных пунктов; - в послеаварийном режиме с промежуточными подстанция­ми или переключательными пунктами.

Итак, пропускная способность двухцепных связанных электропередач длиной 800—1000 км повышается вследствие сооружения на линии переключательных пунктов и растет при увеличении их числа. Так, в случае сооружения одного переключательного пункта на линии 500 кВ указанной длины ее пропускная способность повышается на 30 % по сравнению со случаем, когда на линии отсутствуют переключательные пункты. При двух-трех переключательных пунктах пропускная способность линии увеличивается соответственно на 45 и 60 %. Сооружение переключательного пункта по затратам практически равноценно сооружению промежуточной подстанции (без учета стоимости трансформаторов). Поэтому необходимость строительства переключательных пунктов должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.

Первые сооруженные в СССР и одни из первых в мире электропередачи 500 кВ Куйбышев (Волжская ГЭС им. Ленина)— Москва и Волгоград (Волжская ГЭС им. XXII съезда)—Москва выполнены двухцепными. Для них приняты связанные схемы. Все переключательные пункты электропередачи Куйбышев — Москва, сооруженные на первом этапе строительства, были в дальнейшем преобразованы в промежуточные подстанции. 

 

10 Лекция 10. Регулирование напряжения на ЛЭП сверхвысокого напряжения

 

Содержание лекции: регулирование напряжения на ЛЭП сверхвысокого напряжения.

Цели лекции: изучение способов и назначения регулирования напряжения на ЛЭП сверхвысокого напряжения

 

Напряжение  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 линиях сверхвысокого напряжения можно применять все способы. Особенно эффективно применение управляемых устройств поперечной компенсации: синхронных компенсаторов и статических источников реактивной мощности.

На мощных подстанциях применяются СК с регуляторами сильного действия. В этом случае они предназначены не только для регулирования напряжения, но и для повышения 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 попе­речной компенсации позволяет изменять характеристики линии, ее натуральную мощность и вести режим так, что­бы натуральная мощность всегда соответствовала передаваемой. При этом достигается наиболее благоприятное распределение напряжения вдоль линии, увеличивается ее пропускная способность.

Уже созданы управляемые (гибкие) шунтирующие реакторы электрических связей, нагрузка которых может быть задана вне зависимости от нагру­зок любых других связей в электрической сети и управляться автоматически или вручную по заданному закону. Такими управляемыми электрическими связями являются линии электропередачи переменного тока:

1) связанные с остальной сетью трансформаторами с поперечным регулированием напряжения;

2) способные глубоко регулировать эквивалентные электрические параметры с помощью управляемых источников реактивной мощности;

3)  оснащенные преобразователями   частоты   тиристорного (статического), электромеханического или какого-либо другого типа.

Управляемыми электрическими связями являются линии электропередачи и вставки постоянного тока, способные нести заданную нагрузку и связывать между собой электроэнергетические системы, работающие с различными значениями (как номинальными, так и мгновенными) частоты переменного тока. 

 

11 Лекция 11. Линии постоянного тока

 

Содержание лекции: назначение электропередач сверхвысокого напряжения постоянного тока их характеристики и особенности.

Цели лекции: изучение роли, преимуществ и перспективы развития электропередач постоянного тока сверхвысокого напряжения в современной энергетике.

 

Преимущества линий постоянного тока состоят в следу­ющем. Предел передаваемой мощности по линии постоян­ного тока не зависит от ее длины и значительно больше, чем у передачи переменного тока. Снимается понятие пре­дела по статической устойчивости, характерное для ЛЭП пе­ременного тока. Энергосистемы, связанные ЛЭП постоян­ного 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 рисунке 11.1, а приведена схема  передачи постоянного тока, осуществленная по биполярной схеме («два полю­са— земля»).

 

а- нормальный режим; б — послеаварийный режим

Рисунок 11.1-Схема передачи постоянного тока

 

На этом рисунке В, И — преобразовательные (выпрямительная и инверторная) подстанции; Р — реактор или фильтр для уменьшения влияния высших гармоник, пульсации напряжения и аварийных токов;  — сопротив­ление линии; Г, Т — генераторы и трансформаторы; Н — нагрузки подстанций.

Выработка и потребление электро­энергии осуществляются на переменном токе.

Основные элементы линии постоянного тока — управ­ляемые высоковольтные выпрямители, из которых собира­ются схемы преобразовательных подстанций. Схема инверторной подстанции принципиально не отличается от схемы выпрямительной подстанции, так как выпрямители обра­тимы. Единственное отличие состоит в том, что на инверторной подстанции приходится устанавливать компенсиру­ющие устройства, конденсаторы либо синхронные компен­саторы 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_п равно напряжению между по­люсом   и   землей.   Например,   на   передаче   Волгоград -Донбасс напряжение одного   полюса    относительно земли +400 кВ, а второго- -400 кВ.    Напряжение   U_d 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 переда­ваться по другому полюсу с возвратом через землю (см. рисунок 11.1,б). При аварии одного полюса или одной полуцепи вторая полуцепь может работать по униполярной схеме. В униполярной передаче (см. рисунок 11.1,б) заземлен один из по­люсов и имеется один провод, изолированный от земли. Второй провод либо отсутствует, либо заземлен с двух сторон передачи. Такой заземленный второй провод приме­няется 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 прово­дов, тогда как одна цепь линии переменного тока состоит из трех проводов. Описан опыт длительного   пропускания через землю постоянного тока до 1200 А.

Униполярные передачи применяются для передачи не­больших мощностей до 100—200 МВт на небольшие рас­стояния, например, при пересечении пролива для связи острова с материком. Большие мощности на большие рас­стояния целесообразно передавать по биполярным переда­чам. Преобразовательные подстанции из-за сложного и до­рогостоящего оборудования очень увеличивают стоимость передач постоянного тока. В то же время сама линия по­стоянного 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 компенсиру­ется удешевлением линии. 

 

12 Лекция 12. Пропускная способность  ЛЭП постоянного тока

 

Содержание лекции: основная область применения передач постоянного тока —  передача больших мощностей на дальние расстояния.

Цели лекции: изучение пропускной способности  ЛЭП постоянного тока в современной энергетике.

 

Пропускная способность  ЛЭП постоянного тока оп­ределяется значением и разностью напряжений по концам линии, ограничивается активными сопротивлениями линии и концевых устройств, а также мощностью выпрямителей преобразовательных подстанций. Как отмечалось выше,  передачи постоянного тока значительно больше, чем передачи переменного тока. Полная мощность биполярной передачи Волгоград — Донбасс напряжением кВ составляет 720 МВт. На основе опыта эксплуатации пере­дачи Волгоград — Донбасс оказалось возможным перейти к сооружению крупнейшей в мире передачи постоянного рока Экибастуз — Центр с , напряжением между полюсами  кВ и длиной l=2500 км. Про­пускная способность цепи постоянного тока напряжением  кВ может быть доведена до 6000 МВт. Экономи­ческая граница применения передач переменного и посто­янного 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, вви­ду высокой стоимости кабеля, эта граница резко снижается и составляет 70—80 км.

Основная область применения передач постоянного тока — передача больших мощностей на дальние расстояния. Однако особые свойства этих передач позволяют с успехом использовать их и в других случаях. Например, передачи постоянного тока оказываются эффективными при необхо­димости пересечения морских проливов, а также при связи несинхронных систем или систем, работающих с разной частотой (так называемые вставки постоянного тока). 

 

Вопросы для самопроверки

1.  В чем особенности электрического расчета ЛЭП сверх­высокого напряжения по схемам замещения с распределен­ными и сосредоточенными параметрами?

2.  Что такое волновое сопротивление линии? Какие то­ки и напряжения оно связывает и как определяется?

3.  Как изменятся волновые параметры линии () при внесении в нее (по длине) продольных емкостей и поперечных индуктивностей?

4.  В чем особенности режима натуральной мощности и как зависит напряжение от длины линии при протекании мощности большей, чем натуральная?

5.   В чем особенность режима холостого хода и малых нагрузок линий сверхвысокого напряжения?

6.  Как зависит предельная передаваемая по линии мощ­ность от длины линии?

7.  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? 

 

Список литературы

1 Веников В.А., Рыжов Ю.П. Дальние передачи переменного и постоянного тока.М.: Энергоатомиздат 1985 г

2 Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Энергоатомиздат 2003г.

3 Концепция энергетической программы Р.К. ж. Энергетика и топливные ресурсы Казахстана. 1/93 Приложение к выпуску.

4 Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание М.: Энергоатомиздат, 2006 г.

5 Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения /под ред. Г.Н. Александрова и Л.Л. Петерсона. – Л.:, энергоиздат, 1983.

6 Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ/ под общей редакцией С.С. Рокотяна. – М.:, «Энергия», 1974.

7 Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах / под ред. Г.Н. Александрова. – Л.:, 1987.

8 Александров Г.Н. Передача энергии переменным током. – Л.: Энергоатомиздат, 1990.

9 Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А.А. Герасименко, В.Т.Федин В.Т. – Ростов- н/Д.: Феникс Красноярск: Издательские проекты, 2006.-720 с.

 

Содержание 

Введение Лекция 1 Общая характеристика линии электропередачи сверхвысокого напряжения………… Лекция 2. Электрический расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения……………………………… Лекция 3. Расчет ЛЭП сверхвысокого напряжения по схеме заме­щения с сосредоточенными параметрами…………………………. Лекция 4 Зависимость напряжения и передаваемой мощности от длины линии………………… Лекция 5. Компенсирующие устройства для ВЛСВН…………… Лекция 6. Определение наибольшей передаваемой мощности…. Лекция 7. Пропускная способность электропередачи. Повышение  пропускной способности линии… Лекция 8. Особые режимы………………………………………… Лекция 9. Схемы дальних электропередач……………………….. Лекция 10. Регулирование напряжения на ЛЭП сверхвысокого напряжения…………………… Лекция 11. Линии постоянного тока……………………………… Лекция 12.  Пропускная способность  ЛЭП постоянного тока Список литературы…………………………………………………

3  4  7  11   13 17 19  21 25 32  35 36 38 40