Тема 3.9. Режимные характеристики некомпенсированных линий длиной 1500—3000 км

В подпараграфе 3. 6. 2. было показано, что при увеличении длины линии свыше 1500 км круговые диаграммы начала и конца линии меняются местами, поскольку изменяется знак первого члена уравнений (3. 57), (3. 59), (3. 61), который определяет положение центра круговых диаграмм. Центр диаграммы начала линии переходит в отрицательную полуплоскость центр диаграммы конца — в положительную (рис. 3. 17).

Рис. 3. 17. Круговые диаграммы линий:

а – длина 1250 км; б – длина 1750 км

 

При этом знак второго члена указанных уравнений не изменяется, поэтому положение рабочих зон, соответствующих углу d< 90°, на круговых диаграммах не меняется (на рис. 3. 17 рабочие зоны заштрихованы) Если при длине линии менее 1500 км рабочие зоны начала и конца линии пересекаются у оси действительных величин, то при длине линий более 1500 км они разделены. Значение этого разрыва определяется длиной линии и составляет . В то же время рабочие зоны, как и раннее, расположены в нижней (начало линии) и верхней (конец линии) части окружностей.

При длине линии более 1500 км во всем диапазоне передаваемых мощностей от нуля до  резко увеличиваются значения реактивных мощностей, стекающих с линии. Значения этих мощностей (в относительных единицах) лежат в пределах от  при  до  при . Знак «плюс» соответствует концу линии, знак «минус» — ее началу. Это означает, что в любом режиме реактивная мощность стекает с линии и отсутствует режим ее потребления. Это означает также, что напряжение в промежуточных точках линии во всех режимах будет превышать напряжение по концам линии так же, как это было для линий, длина которых менее 1500 км, в режимах малых нагрузок.

Из рис. 3. 17 видно, что, точка пересечения окружностей начала и конца линии, которая соответствует передаче натуральной мощности при k= 1, здесь лежит вне рабочих зон, поскольку в этой точке угол d> 90°. Поэтому в рассматриваемом диапазоне длин нельзя применять понятие «натуральная мощность» в том смысле, как это принято для линий длиной менее 1500 км (отсутствие стоков реактивной мощности по концам линии, равномерное распределение вдоль линии тока и напряжения).

Реактивную мощность концов линии можно найти по выражениям (3. 62), (3. 66). При передаче мощности, равной натуральной ( ), при  и l> 90° получим

.

При увеличении длины линии и приближении ее к 3000 км (l=π ) центры окружностей будут стремиться к , вектор-радиус круговых диаграмм будет также стремиться к бесконечности. Отсюда резкое увеличение стоков реактивной мощности по концам линии при увеличении ее длины и возрастание напряжения в ее середине.

В качестве примера рассмотрим три линии различной длины:

линию 1500 км, линию на 250 км короче и линию на 250 км длиннее первой. Значения  при  и  при предельных углах но линии d= 56° приведены в табл. 3. 2.

Из таблицы следует, что при равных активных мощностях реактивная мощность при длине линии 1750 км резко возрастает (в 2, 73 раза по сравнению с линией длиной 1250 км).

Напряжение и ток в промежуточных точках идеализированной линии могут быть найдены с помощью уравнений (3. 38) или (3. 43).

 

Таблица 3. 2

Значения реактивной мощности конца линии для линий различной длины при

Рис. 3. 18. Векторная диаграмма линии 1150 кВ с проводами 8хАС-330/43 Длиной

2000 км при

 

Первое уравнение (344) позволяет построить векторную диаграмму линии. На рис. 3. 18 приведена такая диаграмма линии 1150 кВ длиной 2000 км с проводами 8хАС-400/51 при передаче мощности, равной натуральной. Как можно видеть, перевод вектора

в первый квадрант при d< 90° возможен за счет значительной составляющей, определяемой значением реактивной мощности .

Уравнения (3. 43) позволяют построить распределение напряжения, тока и реактивной мощности вдоль линии в относительных единицах при заданном значении передаваемой мощности .

Рассмотрим две линии, равно отстоящих по длине от 1500 км: линии длиной 1250 и 1750 км с одинаковыми удельными параметрами при передаче мощности, равной натуральной. Распределение токов, напряжений и реактивной мощности для этих линий приведены на рис. 3. 19, а, б.

Для линии 1250 км (l= 75°) характерно равномерное распределение режимных параметров вдоль линии при , что соответствует представлениям о передаче натуральной мощности (Рис. 3. 19, а). При  и  данная линия может передать натуральную мощность только при d= 75°, что не соответствует нормативному коэффициенту запаса по статической устойчивости. Этому условию отвечает угол d = 53° при . Однако для данной задачи это не имеет значения.

Для линии 1750 км (l= 105°) характерно иное распределение режимных параметров (рис. 3. 19, 6). Здесь устойчивая работа возможна только в зоне d< 90°, и в данном случае передача мощности, равной натуральной, возможна при d = 75° (см. рис. 3. 17, 6). Однако при этом, как следует из вышеизложенного, возникают стоки реактивной мощности по концам линии, что в конечном итоге приводит к неравномерному распределению режимных параметров вдоль линии, в частности к значительному повышению напряжения в ее середине.

Рис. 3. 19. Распределение напряжения (линии 1), тока (линии 2) и реактивной мощности (линии 3) вдоль линии при передаче мощности  = 1:

а — длина 1250 км; б — длина 1750 км

 

Таблица 3. 3

Режимные параметры линий длиной 1250—2500 км

 

Рис. 3. 20. Распределение напряжения (кривые 1) и тока (кривые 2) вдоль линии

1150 кВ длиной 2500 км при передаче мощности  (сплошные линии)

и  (штриховые линии)

 

Расчеты, связанные с распределением режимных параметров, были проведены также и для других длин линий: 2000, 2500 и 2800 км. При этом во всех случаях рассматривались два режима — режим холостого хода линии (P= 0) и режим ее наибольшей нагрузки , где  определялась по (3. 47) с учетом коэффициента запаса 20 %.

Результаты этих расчетов в относительных единицах приведены в табл. 3. 3.

На рис. 3. 20 показаны в качестве примера эпюры распределения тока и напряжения для линии 1150 кВ длиной 2500 км в указанных выше режимах.

данные табл. 3. 3 и рис. 3. 20 позволяют отметить некоторые особенности рассмотренных режимов.

При длине линии свыше 1500 км передача активной мощности во всем диапазоне от нуля до  сопровождается избыточной реактивной мощностью линии и, как следствие, стоками ее с концов и повышением напряжения в промежуточных точках. Напряжение в середине линии достигает столь высоких значений, что делает невозможной нормальную работу некомпенсированной линии, как по условиям прочности изоляции, так и по условиям короны.

 

Кроме того, начиная с длины линии 2300 км, токи по концам линии достигают предельных значений по нагреву проводов с учетом температурного коэффициента , а при увеличении длины свыше 2300 км превышают эти значения, что также делает невозможной эксплуатацию такой линии.

Следует отметить, что чем ближе длина линии к полуволновой, тем стремительнее нарастают экстремальные значения токов и напряжений, как это происходит при приближении к точке резонанса.

С учетом реальных значений  и  длина линии, отвечающая половине электромагнитной волны, лежит в пределах 2930—2980 км. Затем режим линии радикально меняется и соответствует режиму линий малой длины.

Далее рассмотрим установившийся режим одностороннего включения линий анализируемого диапазона длин. Более подробно этот режим рассматривается в гл. 7 (для линий длиной менее 1500 км). Здесь он приводится лишь для расширения представлений о характеристиках линий данного диапазона.

Воспользовавшись уравнениями (3. 24) и положив   (выключатель конца линии отключен), можно получить уравнения напряжения, тока, реактивной мощности для любой точки линии (см. гл. 7).

Используя эти уравнения, можно построить эпюры распределения этих параметров в рассматриваемом режиме. Одна из таких эпюр линии 1150 кВ длиной 2000 км приведена на рис. 3. 21. Экстремальные значения напряжения, тока, мощности для других длин линий приведены в табл. 3. 4.

Анализ установившегося режима одностороннего включения таких линий позволяет отметить следующие особенности.

 

Таблица 3. 4

Параметры режима одностороннего включения линий длиной 1750—2500 км

 

Рис. 3. 21. Распределение напряжения (кривая 1), тока (кривая 2) и реактивной мощности (кривая 3) вдоль линии 1150 кВ длиной 2500 км в режиме одностороннего включения

 

В отличие от линий длиной менее 1500 км, на которых наблюдается монотонное возрастание напряжения от питающего конца к отключенному, здесь напряжение сначала снижается, затем переходит через нуль и его знак меняется, т. е. изменяется фаза на 180°, после чего оно начинает возрастать. Наибольшее значение напряжения на отключенном конце у наиболее короткой из рассматриваемых линий – 1750 км. По мере увеличения длины линии напряжение на отключенном конце снижается.

Ток линии по всей длине носит индуктивный характер по отношению к напряжению  и возрастает от конца линии к ее началу.

Реактивная мощность в зоне, прилегающей к отключенному концу линии, имеет емкостный характер, затем в точке перехода напряжения через нуль ее знак также меняется и на шинах питающей системы она имеет индуктивный характер. Иными словами, разомкнутая на конце линия в рассматриваемом диапазоне длин воспринимается питающей системой как индуктивная нагрузка в отличие от линий длиной менее 1500 км. Таким образом, здесь исключаются проблемы, связанные со стоком большой реактивной мощности в синхронизационных режимах (загрузка генераторов емкостной реактивной мощностью, возможность их самовозбуждения и т. д. ).

Все это объясняется тем, что входное сопротивление линии при  и L < 1500 км имеет емкостный характер, а при L> 1500 км знак котангенса, входящего в выражение для определения этого сопротивления, меняется, и оно становится индуктивным.

Следует отметить негативные последствия внезапного возникновения такого режима. Во-первых, это резкое возрастание напряжения на отключенном конце, во-вторых, значительный наброс реактивной мощности на питающую систему, что может привести к нарушению баланса реактивной мощности в ней, резкому снижению напряжения

в узлах, примыкающих к данной электропередаче, и возникновению проблемы устойчивости нагрузки.

Из табл. 3. 4 следует, что на линии длиной 1750 км на ее отключенном конце возможен более чем трехкратный бросок напряжения, а на питающем конце наброс реактивной мощности, равный , что для линии 1150 кВ составит свыше 15 тыс. Мвар. По мере увеличения длины линии эти негативные последствия несколько снижаются, однако значение реактивной мощности питающего конца остаётся достаточно высоким вплоть до длины 2500 км.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:

передача активной мощности по линиям переменного тока в диапазоне длин от 1500 до 3000 км и при угле между напряжениями по концам линии меньше 90° ( ) возможна, но сопровождается избыточной реактивной мощностью во всем диапазоне передаваемых мощностей от нуля до ;

избыточная реактивная мощность приводит к значительному повышению напряжения в промежуточных точках линии, особенно в ее середине, которое увеличивается с ростом длины линии. Этот рост напряжения столь значителен, что делает невозможной работу линии без устройств регулируемой поперечной компенсации, распределенных вдоль линии;

стоки реактивной мощности по концам некомпенсированной линии настолько велики, что могут вызвать недопустимый нагрев проводов концевых участков линии;

при возникновении режима одностороннего включения линии в рассматриваемом диапазоне длин линия потребляет значительную реактивную мощность, что может привести к негативным последствиям в питающей системе;

для нормализации режима линии необходима или распределенная управляемая поперечная компенсация, или (для более длинных линий данного диапазона) настройка на половину электромагнитной волны. Оптимальный вариант должен выбираться на основании технико-экономических сопоставлений.

Рассмотрим режимные характеристики линии длиной 3000 км (половина электромагнитной волны при частоте 50 Гц). Волновая длина такой линии равна 180° ( ). Подставив это значение  в уравнение (3. 23), связывающее токи и напряжения по концам линии, будем иметь:

т. е. напряжения полуволновой линии равны по модулю, но сдвинуты на 180°. То же относится и к токам по концам этой линии. Если учесть, что индуктивное сопротивление продольной ветви схемы замещения такой линии равно нулю, то пропускная способность этой линии равна пропускной способности линии нулевой длины. Отсюда стремление инженеров–электроэнергетиков использовать это свойство полуволновой линии для транспортирования электроэнергии на сверхдальние расстояния. Для линий несколько меньшей длины это можно сделать путем их настройки на полуволновую длину с помощью настраивающих устройств реакторов и конденсаторных батарей, включаемых в линию.

В то же время в самой линии происходят достаточно сложные электромагнитные процессы. Рассмотрим параметры режима в средней точке линии. Из (3. 24) при  будем иметь .

Отсюда следует, что напряжение в этой точке и прилегающей к ней зоне будет определяться током нагрузки. Если передаваемая мощность равна натуральной, напряжение в середине линии равно напряжению в ее конце. При увеличении нагрузки оно будет повышаться, при уменьшении - снижаться, диапазон этих изменений будет достаточно большим, что может весьма затруднять сооружение промежуточных подстанций в этой зоне из-за невозможности обеспечить стабильное напряжение на шинах, от которых питаются потребители.

Натурный эксперимент по исследованию свойств полуволновой линии был поставлен в нашей стране в 1968 г. для его проведения было выделено по одной цепи на электропередачах 500 кВ Волгоград Москва, Москва Волжская ГЭС, Волжская ГЭС — Урал. Каждый из этих участков имеет длину около 1000 км, некоторый недостаток индуктивного сопротивления был восполнен сопротивлением автотрансформатора на приемной подстанции. Результаты эксперимента подтвердили все теоретические расчеты.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: