Применение управляемой продольной емкостной компенсации

 

На практике равномерно распределенная емкостная компенсация не применяется из-за необходимости сооружения большого числа пунктов, где устанавливаются компенсирующие устройства. Поэтому на практике получили применение устройства, расположенные в одной или двух-трех точках линии, где устанавливаются конденсаторные батареи достаточно большой мощности, с помощью которых и осуществляется последовательная (продольная) емкостная компенсация линии.

Обычно установки продольной компенсации, представляющие собой сложное инженерное сооружение, размещаются на промежуточных подстанциях или переключательных пунктах электропередачи. Число УПК, установленная мощность каждой из них и место размещения должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами.

Важной характеристикой компенсированной линии является степень компенсации ее индуктивного сопротивления. Под степенью компенсации понимается отношение суммарного емкостного сопротивления, включенного последовательно в линию, к её полному индуктивному сопротивлению:

(8. 20)

Необходимая степень компенсации определяется на основании расчетов устойчивости объединяеммх линией систем, условий работы релейной защиты этой линии, допустимого КПД электропередачи, технико-экономических показателей и других факторов. Обычно принимается значение . Теоретически возможна и более высокая степень компенсации. Однако это связано со значительным возрастанием напряжения на конденсаторах.

При умеренной степени компенсации ( ) можно обойтись одной УПК, размещенной близко к середине линии. При  из-за возрастания напряжения на зажимах конденсаторной батареи целесообразно рассредоточить УПК и размещать их на двух или более подстанциях. Возможные схемы включения УПК приведены на рис. 8. 8.

Рис. 8. 8. Возможные схемы размещения УПК на электропередаче:

а — в середине каждого участка; б — распределенное размещение УПК на каждом участке; е — УПК каждого участка расположень на промежуточной подстанции; г — объединенная УПК для всех участков электропередачи расположена на промежуточной подстанции; д — возможная схема объединенной УПК

 

На рис. 8. 8, а показана схема, в которой УПК размещены в середине каждого участка. Оставляя в стороне вопрос о конструктивном решении такого расположения, отметим, что его достоинство заключается в том, что степень компенсации всей электропередачи при отключении какого-либо из участков не изменяется. Недостаток состоит в том, что при таком отключении ток оставшейся в работе цепи линии удваивается, что приводит к необходимости выбирать установленную мощность УПК по удвоенному рабочему току. При этом в нормальных режимах эта мощность недоиспользуется.

Схеме на рис. 8. 8, б в присущ тот же недостаток — необходимость выбора установленной мощности УИК по удвоенному рабочему току. Эти схемы целесообразно использовать при  для уменьшения напряжения на выводах УПК и более равномерного распределения напряжения вдоль линии.

Как показывают расчеты, оптимальное распределение напряжения и минимальное значение параметра  эквивалентного четырехполюсника линии достигаются при расстоянии между УПК, равном 1/3 длины линии (рис. 8. 8, б). Однако это требует сооружения переключательных пунктов, расположенных на указанном расстоянии, что увеличивает стоимость электропередачи. Тем не менее, такое решение иногда используется. Примерно по этой схеме сооружена трехцепная электропередача переменного тока 765 кВ Итайпу (Бразилия) с длиной участков 332, 266 и 304 км.

В случаях, когда электропередача имеет только одну промежуточную подстанцию, расположенную примерно в ее середине, может быть использована схема, приведенная на рис. 8. 8, в. Здесь УПК отнесены в конец каждого из участков, в результате чего их можно было разместить на подстанциях, входящих в состав этой электропередачи.

При расположении УПК по схеме на рис. 8. 8, г исключается основной недостаток, присущий предыдущим схемам. При таком включении через УПК всегда протекает ток, определяемый передаваемой мощностью, вне зависимости от количества включенных цепей на каждом участке. Однако при неизменном значении сопротивления х_к степень компенсации всей линии будет уменьшаться при отключении одной из цепей на каком-либо участке. Этот недостаток может быть компенсирован за счет ступенчатого увеличения х_к в таких случаях.

Такую возможность дает схема, изображенная на рис. 8. 8, д. На этом рисунке УИК состоит из трех секций, каждая из которых включается в линию с помощью своего выключателя (В₁, В₂, В₃). Кроме того, имеется шунтирующий выключатель (ШВ), который шунтирует УПК в аварийных ситуациях. Изменяя количество включенных секций, можно изменить значение х_к. Такая схема была использована на первых электропередачах 500 кВ. В настоящее время имеются другие способы изменения сопротивления УПК (см. гл. 9).

Конденсаторная батарея, включенная последовательно в линию, компенсирует часть ее индуктивного сопротивления, которая определяется степенью компенсации. Поэтому длина линии как бы сокращается на  (по индуктивному сопротивлению), где  — длина компенсированного участка. Однако поперечная емкостная проводимость этого участка

где , остается нескомпенсированной. Поскольку линия находится под напряжением, она будет генерировать избыточную реактивную мощность, которая не компенсируется потерями в индуктивном сопротивлении линии, что приведет к повышению напряжения на выводах УИК.

Если на выводах УПК включить реакторы проводимостью

то избыточная емкостная проводимость будет также компенсирована и участок линии длиной l_к «электрически» как бы исчезает, за исключением его активного сопротивления. Поэтому компенсированная линия имеет меньшую волновую длину, чем некомпенсированная той же географической длины, и, естественно, большую пропускную способность.

Однако включение реакторов указанной выше проводимости не избавляет от повышения напряжения на выводах УПК. Это связано с тем, что конденсаторная батарея УПК под воздействием тока линии генерирует реактивную мощность

 (8. 21)

которая может быть весьма значительной.

При расположении УПК в середине линии эта реактивная мощность растекается от УПК по линии в разные стороны в равных долях и, как следствие, вызывает дополнительное повышение напряжения на выводах УПК. Это вынуждает увеличивать проводимость реакторов, чтобы напряжение на выводах не превышало допустимых значений. Поскольку включение шунтирующих реакторов ведет к увеличению коэффициента  эквивалентного четырехполюсника линии и, следовательно, к снижению пропускной способности линии, необходимо изменять значение х_к, чтобы обеспечить заданную степень компенсации.

Выбор мощности (проводимости) реакторов на выводах УПК при одновременном сохранении заданной степени компенсации является самостоятельной и достаточно сложной задачей, которая решается применительно к конкретной электропередаче. В решении этой задачи необходимо учитывать многие факторы: месторасположение УПК, эквивалентные сопротивления примыкающих систем, активные сопротивления проводов и пр.

Повышение пропускной способности линии при наличии УПК можно объяснить также отрицательным скачком фазы напряжений на выводах УПК. Если передача активной мощности через индуктивное сопротивление возможна только от опережающего вектора напряжения к отстающему, то через емкостное сопротивление она происходит от отстающего вектора к опережающему. Скачок фазы напряжений на УПК поясняется векторными диаграммами на рис. 8. 9. В результате этого скачка угол сдвига между напряжениями по концам линии  и  уменьшается на , поэтому передаваемая мощность может быть увеличена вплоть до максимально допустимой по требованиям устойчивости связываемых систем, допустимому КПД или иным соображениям.

Конструктивное выполнение УПК. Батарея конденсаторов, входящая в состав УПК, набирается из отдельных конденсаторов, число и схема соединения которых определяются длительным током фазы линии и заданным значением емкостного сопротивления х_к.

Обычно для УПК используются конденсаторы специального изготовления, имеющие повышенную перегрузочную способность по току и напряжению. Каждый из элементарных конденсаторов характеризуется номинальным током  сопротивлением  и напряжением . Поскольку ток единичного конденсатора существенно меньше длительного тока фазы линии, а его напряжение и сопротивление значительно меньше требуемых, то прибегают к последовательно-параллельному соединению отдельных конденсаторов. Конденсаторная батарея каждой фазы состоит из нескольких параллельных цепочек последовательно соединенных конденсаторов (рис. 8. 10).

Рис. 8. 9. Векторные диаграммы линии, оснащенной УПК:

а — схема линии; б — векторная диаграмма напряжений линии; в — векторная диаграмма токов и напряжений УПК

Рис. 8. 10. Схема соединения конденсаторов УПК

 

Количество цепей  и последовательно соединенных конденсаторов  в каждой цепи определяются следующими соотношениями:

(8. 22)

где х_ц — сопротивление отдельной цепи конденсаторов; х_к — общее сопротивление УПК.

Напряжение на отдельном конденсаторе, которое в рабочем режиме не должно быть выше его номинального напряжения, находится как

(8. 23)

Установленная мощность конденсаторной батареи УИК для всех трех фаз

(8. 24)

Количество параллельных ветвей и количество последовательно соединенных конденсаторов в каждой из них зависят от параметров используемых конденсаторов. Как показывает практика сооружения УПК в нашей стране, количество параллельных ветвей в фазе может составлять 10—20 на каждую цепь линии, а количество последовательно соединенных конденсаторов — 80—140 в зависимости от степени компенсации, передаваемой мощности и длины линии. Общее количество конденсаторов для УПК двухцепной передачи 500 кВ достигает 8—10 тыс.

Конденсаторы следует изолировать от земли и обеспечить междуфазную изоляцию. Здесь возможны два типа изоляции: опорная и подвесная. При использовании опорной изоляции металлические платформы с установленными на них изоляторами монтируются на опорных изоляторах для соответствующего класса напряжения. Междуфазная изоляция обеспечивается за счет воздушных промежутков между фазами. Обычно опорная изоляция используется при сооружении УПК относительно низких классов напряжения (до 220 кВ). для линий 500 кВ используется подвесная изоляция. В этом случае платформы с изоляторами подвешиваются к гирляндам изоляторов портальных опор.

Большое внимание уделяется защите конденсаторов от перенапряжений при коротких замыканиях на линии и от коммутационных перенапряжений. С этой целью конденсаторы на платформе также устанавливаются на опорных изоляторах. Кроме того, УПК в целом и отдельные группы конденсаторов защищены разрядниками и ограничителями перенапряжений.

В целом УПК для двухцепной линии представляет собой достагочно большое сооружение, например, УПК линии 500 кВ Братск — Иркутск занимает площадь 170х 170 м.

Выше были рассмотрены пути повышения пропускной способности, связанные непосредственно с линией: увеличение номинального напряжения, изменение конструкции линии, применение компенсирующих устройств. Отдельно следует сказать о повышении пропускной способности электропередач за счет применения современных систем возбуждения синхронных генераторов и систем автоматического регулирования возбуждения (АРВ); об использовании современных устройств релейной защиты и противоаварийной автоматик, которые способствуют повышению устойчивости электро- энергетических систем и тем самым повышению пропускной способности электропередач. Однако это самостоятельная тема, и она выходит за рамки настоящего курса.

 

 

⇐ Предыдущая39404142434445464748Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: