Раздел 7. Режим одностороннего включения протяженной линии сверхвысокого напряжения

Раздел 7. Режим одностороннего включения протяженной линии сверхвысокого напряжения

 

Тема 7. 1. Общая характеристика режима одностороннего включения линии

 

Под режимом одностороннего включения линии понимается режим, при котором линия включена только с одной стороны. Этот режим может возникнуть внезапно или быть заранее запланированным. Внезапное возникновение такого режима возможно в результате неправильной работы устройств защиты и автоматики иди ошибочных действий персонала в процессе оперативных переключений. Естественно, в этом случае никакой предварительной подготовки к этому режиму не проводилось. Заранее запланированный режим одностороннего включения может быть при выводе линии в ремонт и последующем ее включении или в синхронизационных режимах электропередачи. В этих случаях возможна предварительная подготовка к этому режиму.

Режим одностороннего включения протяженных линий СВН характеризуется значительным повышением напряжения на отключенном конце линии и резким увеличением стока реактивной мощности с линии на включенном конце. При определенной длине линии параметры режима могут выйти за допустимые пределы, если не принимать соответствующих предупреждающих мер. В качестве таких мер могут использоваться мероприятия режимного или схемного характера: снижение напряжения на включенном конце линии в тех случаях, когда это возможно, и установка шунтирующих реакторов с возможностью их мгновенного включения, если они перед этим были отключены (искровое включение реакторов).

Помимо повышения напряжения на отключенном конце линии и стоков реактивной мощности с линии этот режим может привести также к возникновению самовозбуждения синхронных машин: генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей, что в свою очередь, требует выполнения предупреждающих мероприятий.

Режим одностороннего включения, несмотря на его кратковременность, может оказать существенное влияние на состав оборудования электропередачи, в частности на применение шунтирующих реакторов и их расстановку по линии.

 

Тема 7. 2. Режим одностороннего включения линии без компенсирующих устройств

 

Рассмотрим линию длиной , включенную с одной стороны на шины неизменного напряжения ( ) и отключенную с противоположной стороны (рис. 7. 1, а).

При токе  из уравнений длинной линии (3. 13), (3. 25) можно получить напряжение в конце реальной и идеализированной линий:

                          (7. 1)

В этой главе с целью упростить расчетные выражения в дальнейшем будут использоваться уравнения идеализированной линии.

Поскольку знаменатель дроби в (7. 1) всегда меньше единицы, напряжение на отключенном конце линии будет больше напряжения в ее начале. Этот вывод также следует из схемы замещения (рис. 7. 1, 6), на которой индуктивное сопротивление продольной ветви схемы замещения  в этом режиме оказывается последовательно соединенным с емкостным сопротивлением поперечной ветви .

Из (3. 24) при  напряжение в промежуточной точке идеализированной линии на расстоянии  от ее конца будет определяться как

 

 

Рис. 7. 1. Некомпенсированная линия в режиме одностороннего включения:

а — схема линии; б — П-схема замещения идеализированной линии при отключенном выключателе в ее конце

 

или с учетом (7. 1)

                     (7. 2)

Из уравнений (3. 24) ток в промежуточной точке идеализированной линии при

Мощность в промежуточной точке линии находится как

или с учетом (7. 1)

(7. 3)

Эпюры распределения напряжения и реактивной мощности приведены на рис. 7. 2. Эта реактивная мощность стекает с линии в энергосистему или генераторы электростанции, к шинам которой эта линия подключена.

Ток и мощность в начале линии при  будет определяться следующим образом:

                                          (7. 4)

                                          (7. 5)

 

Рис. 7. 2. Эпюры распределения модулей напряжения  и реактивной мощности  по линии

 

Из уравнений (7. 1) и (7. 5) следует, что по мере увеличения длины линии возрастают значения напряжения на отключенном конце линии и реактивной мощности, стекающей с линии в этом режиме. При длине линии 1500 км (четверть волны) эти значения для идеализированной линии равны бесконечности. Для реальной линии при этой длине напряжение на отключенном конце будет иметь некоторое конечное значение за счет коронирования, однако и в этом случае напряжение будет достаточно высоким и будет представлять опасность для изоляции линии и оборудования. Мощность в начале реальной линии будет также достаточно высока, кроме того, в ней появится активная составляющая за счет потерь мощности на нагрев проводов и корону.

Зависимость напряжения конца идеализированной линии  от ее длины и распределение напряжения вдоль линии при различной длине представлены на рис. 7. 3.

Входное сопротивление идеализированной линии для рассматриваемого режима определяется как

                                          (7. 6)

Из уравнения (7. 6) видно, что входное сопротивление линии длиной менее 1500 км в данном режиме имеет емкостный характер и уменьшается по мере увеличения ее длины. При длине линии 1500 км ( ) входное сопротивление линии равно нулю. Отметим, что при этом напряжение в конце линии равно бесконечности. Это говорит о том, что такая линия работает в режиме резонанса напряжений.

Для пояснения этого явления рассмотрим схему замещения идеализированной линии в режиме одностороннего включения (см. рис. 7. 1, 6). В этом режиме индуктивное сопротивление продольной ветви

и емкостное сопротивление поперечной ветви

Рис. 7. 3. Распределение напряжения 2 на отключенном конце линии и зависимости от ее длины ( )

 

При длине линии 1500 км эти два сопротивления (индуктивное и емкостное) оказываются равными по модулю, а их сумма равна нулю, что и свидетельствует о резонансе напряжений. Такая трактовка несколько приближенна, однако она достаточно точно отражает сущность процессов, происходящих в линии.

Как уже отмечалось, напряжение на отключенном конце линии в рассматриваемом режиме больше, чем напряжение в ее начале. В соответствии с Правилами технической эксплуатации по условиям работы изоляции оборудования подстанций СВН (выключателей, трансформаторов тока, реакторов и др. ) допускается кратковременное повышение напряжения, но не более чем на 10 % выше номинального, причем длительность такого повышения должна быть не более 20 мин.

Таким образом, кратковременно допустимое напряжение на отключенном конце линии

                  (7. 7)

Приняв  , можно определить критическую длину линии , выше которой напряжение . Эта длина составляет около 400 км. Незначительный разброс объясняется разбросом значений фазного коэффициента распространения электромагнитной волны .

Для линии длиной 400 км напряжение на ее отключенном конце

т. е. практически на грани допустимого напряжения.

При увеличении длины линии необходимо принимать меры по снижению напряжения в ее конце.

Реактивная мощность, стекающая с линии, может иметь достаточно большие значения. Так, например, для линии 500 кВ длиной 400 км при среднем значении волнового сопротивления   = 290 Ом мощность

Столь большое значение реактивной мощности требует выполнения мероприятий по ее компенсации.

Рассмотрим ситуацию, когда шины, к которым подключена линия, не являются шинами неизменного напряжения, т. е. когда сопротивление питающей системы, приведенное к этим шинам, не равно нулю. На практике это может быть в следующих случаях:

1) рассматриваемая линия подключена к шинам электростанции, генераторы которой оснащены регуляторами возбуждения пропорционального или сильного действия, поддерживающими или переходную ЭДС генератора , или напряжение на выводах генератора . Схема линии приведена на рис. 7. 4, а (генератор плюс трансформатор).

В этом случае эквивалентное сопротивление питающей системы с регулятором пропорционального действия равно

где  — переходное сопротивление генератора;  — сопротивление

трансформатора; с регулятором сильного действия

Рис. 7. 4. Схема генератор—трансформатор—линия:

а — схема линии; б — схема замещения линии четырехполюсником

 

Сопротивления  и  определяются с учетом количества параллельно работающих генераторов и схемы станции;

2) шинами неизменного напряжения являются шины среднего напряжения питающей системы, а шины высшего напряжения, к которым подключена рассматриваемая линия, связаны с последними через автотрансформаторы; в этом случае ; сопротивление  определяется с учетом параллельно работающих автотрансформаторов;

3) шины высшего напряжения данной подстанции связаны с шинами неизменного напряжения системы некоторой сложной схемой, представленной эквивалентным сопротивлением .

Представление линии четырехполюсниками дано на рис. 7. 4, 6.

При учете сопротивления  передающей системы напряжение на отключенном конце линии при заданном неизменном напряжении генератора или системы может быть найдено с помощью эквивалентного четырехполюсника, замещающего всю электропередачу. Матрица параметров этого четырехполюсника имеет вид

                    (7. 8)

где  — коэффициенты четырехполюсника, замещающего собственно линию;  — эквивалентное сопротивление питающей системы.

В этих случаях коэффициент эквивалентного четырехполюсника

или его модуль

                 (7. 9)

Напряжение на отключенном конце линии

                          (7. 10)

где  — напряжение генератора, приведенное к ступени напряжения линии.

 

Как следует из (7. 9), . Отсюда напряжение на отключенном конце линии в рассматриваемом случае будет больше, чем при питании линии от шин неизменного напряжения.

При определенном соотношении между параметрами системы и линии значение  может быть равно нулю, что приведет к возрастанию напряжения на отключенном конце до бесконечности. Наступает резонанс напряжений.

Длина линии, при которой наступает резонанс, может быть найдена из (7. 9). Положив , после некоторых преобразований можно получить

откуда

Изменение напряжения на отключенном конце линии в зависимости от ее длины и распределение напряжения в данном случае представлено на рис. 7. 5, из которого видно, что резонанс наступает при меньшей длине линии и напряжение на отключенном конце повышается более резко, чем в случае, когда сопротивление системы не учитывается.

Напряжение в начале линии при учете сопротивления системы

                                         (7. 11)

где  определяется по выражению (7. 10).

Реактивная мощность в начале линии рассчитывается по (7. 5), где  определяется по выражению (7. 11).

В данном случае реактивная мощность на шинах системы

                    (7. 12)

где  - потери реактивной мощности в эквивалентном сопротивлении системы.

 

 

Рис. 7. 5. Графики влияния сопротивления системы на напряжение :

1 — сопротивление отсутствует; 2 — с учетом сопротивления системы

 

Распределение напряжения вдоль линии определяется из (7. 2) при , найденном по (7. 11).

Подставив в уравнение (7. 11) значения  из (7. 9) и  из (7. 10), получим

 (7. 13)

Если сопоставить два рассмотренных выше случая (линия подключена к шинам неизменного напряжения и линия подключена к таким же шинам через некоторое реактивное сопротивление), то, как следует из полученных уравнений, напряжение на отключенном конце линии , напряжение в начале линии   и реактивная мощность, стекающая с линии   во втором случае, будут больше, что необходимо учитывать при проектировании линии.

Как было показано выше, напряжение на отключенном конце электропередачи может превышать допустимые значения. Это обстоятельство требует применения средств, позволяющих снизить напряжение  до допустимых пределов. Можно рассмотреть два способа:

1) снижение напряжения в начале линии таким образом, чтобы напряжение в конце соответствовало желаемому значению ;

2) включение шунтирующих реакторов в конце линии или в ее промежуточных точках, расположенных ближе к концу.

Первый способ может быть использован при плановом отключении линии и выполнен снижением напряжения на зажимах генератора в случае, когда рассматриваемая линия питается от удаленной электростанции и на нее работает выделенный генератор. В случае, если линия подключена к шинам неизменного напряжения системы через автотрансформатор, необходимо изменение коэффициента трансформации (за счет РПН) этого автотрансформатора.

В этих случаях напряжение в начале линии определяется как

 (7. 14)

где желаемое напряжение  может быть принято равным  или .

Реактивная мощность в начале линии определяется выражением (7. 5) при подстановке в него значения  из (7. 14):

 (7. 15)

Рис. 7. 6. Зависимости напряжения  (кривая 1) и реактивной мощности  (кривая 2) от длины линии при заданном напряжении отключенного конца

 

Зависимости  и   (в относительных единицах) от длины линии при  приведены на рис. 7. 6; за базисные величины здесь приняты  и .

Для схемы генератор—трансформатор — линия (см. рис. 7. 4, а) реактивная мощность, стекающая с линии в генератор, находится как

 (7. 16)

где  — потери мощности в трансформаторе.

Напряжение на выводах генератора составляет

(7. 17)

где — коэффициент трансформации трансформатора.

Снижение напряжения на выводах генератора допустимо лишь до  так как по условиям работы системы автоматического регулирования возбуждения необходимо, чтобы .

Если данная линия связана с шинами неизменного напряжения системы через автотрансформатор, возможное снижение напряжения в начале линии  определяется диапазоном регулирования коэффициента трансформации автотрансформатора (диапазоном РПН).

Следует иметь в виду, что мощность  при снижении напряжения в начале линии не может быть использована для проверки работоспособности генератора в этом режиме по PQ-диаграмме, которая построена при номинальном напряжении генератора, в то время как в рассматриваемом случае . Здесь необходимо определить ток статора генератора , чтобы проверить выполнение условия

(7. 18)

Иными словами, ток статора генератора в этом режиме не должен превышать его номинальное значение.

Ток  может быть определен по выражению

(7. 19)

Для гидрогенератора допустимая потребляемая мощность в режиме одностороннего включения линии может быть определена следующим образом:

(7. 20)

где  - сопротивление гидрогенератора по продольной оси в относительных единицах;  номинальная мощность гидрогенератора, МВА.

В случае, если условия (7. 18) и (7. 20) не выполняются, необходимо рассмотреть возможность совместной работы двух генераторов на данную линию или использовать шунтирующие реакторы.

Снижение напряжения в начале линии как средство нормализации режима не может быть рекомендовано во всех случаях. В частности, его нельзя использовать, когда к шинам, от которых отходит рассматриваемая линия, подключены другие линии, несущие нагрузку, или эти шины являются шинами системы, в которой напряжение может изменяться лишь в незначительных пределах.

В последних случаях для нормализации режима линии, отключенной с одного конца, необходимо использовать шунтирующие реакторы.

 

⇐ Предыдущая34353637383940414243Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: