Устройства воздействия на электромагнитные характеристики линии

Под воздействием на электромагнитные характеристики линии понимается изменение ее индуктивного сопротивления и емкостной проводимости в соответствии с требованиями режима электроэнергетической системы. Такое воздействие может быть осуществлено двумя путями. Первый из них заключается в том, что конструкция двухцепной линии изменяется таким образом, что ее индуктивное сопротивление и емкостная проводимость будут определяться фазой векторов напряжений по концам цепей этой линии. В этом случае осуществляется распределенная компенсация параметров линии. Такие линии получили название управляемых самокомпенсирующихся воздушных линий (УСВЛ). Другой путь предполагает применение управляемой продольной компенсации, аналогичной той, что была рассмотрена в гл. 8, но с управляемой конденсаторной батареей и управляемыми шунтирующими реакторами. Здесь осуществляется сосредоточенная компенсация параметров линии.

Оставляя в стороне достаточно сложный математический аппарат, рассмотрим физическую сущность первого пути. Она состоит в том, что провода двух цепей линии располагаются на опорах и в пролетах таким образом, что расстояния между проводами одноименных фаз двух цепей значительно меньше междуфазных расстояний  (рис. 9. 9, а). В этом случае взаимная индуктивность между цепями будет проявляться значительно сильнее, чем при традиционном расположении цепей на двухцепной опоре.

Эквивалентное индуктивное сопротивление каждого провода на каждом участке линии будет определяться выражением

(9. 4)

где  — сопротивление каждого провода без учета взаимоиндуктивности;  — сопротивление, определяемое взаимной индуктивностью двух цепей;  — угол сдвига между токами (магнитными потоками) каждой из цепей.

Рис. 9. 9. Управляемая самокомпенсирующаяся воздушная линия (а); возможные схемы и расположение проводов на опоре (б); векторная диаграмма напряжений линии (в)

Рис. 9. 10. Характеристики УСВЛ:

а — зависимости индуктивного сопротивления и емкостной проводимости от угла сдвига векторов напряжений; б — обмен мощностью между цепями линии.

 

Взаимное расположение векторов тока каждой цепи, в свою очередь, будет определяться взаимным расположением векторов напряжений в начале каждой цепи (рис. 9. 9, 6). Поэтому, если с помощью фазоповоротных устройств изменять взаимное расположение этих векторов (угол 3) в пределах от нуля до 180° и более, сопротивление х_М будет также изменяться по значению и знаку, соответственно будет изменяться и значение х_э (рис. 9. 10, а). Минимальное значение х_э будет при b = 180°, поскольку х_М при этом будет иметь максимальное отрицательное значение. Одновременно будет изменяться и эквивалентная емкостная проводимость  каждого провода, увеличиваясь по мере увеличения угла от нуля до 180°. Отсюда изменение значений волнового сопротивления и передаваемой мощности.

Изменяя с помощью ФПУ угол b, можно изменять передаваемую по этой линии активную мощность. При этом из-за близкого расположения проводов двух цепей при b > 0 происходит взаимный обмен потоками мощности между ними (рис. 9. 10, б).

Мощность каждой из цепей имеет три составляющие; для первой цепи она составит:

(9. 5)

где Р₁₁ — собственная мощность первой цепи; Р₁₂ — обменная мощность из первой цепи во вторую; Р₂₁ — обменная мощность из второй цепи в первую.

Аналогичное уравнение может быть записано и для второй цепи.

Каждая из этих составляющих есть функция напряжений (комплексных значений) в начале и конце каждой из цепей, эквивалентных сопротивлений  и их взаимной проводимости :

(9. 6)

При относительно малой длине линии значения  и  также малы, и поэтому составляющие Р₁₂ и Р₂₁ незначительны.

Для управления режимами таких линий необходимы фазоповоротные устройства, рассчитанные на мощность каждой из цепей. Однако желаемый эффект в неуправляемом режиме может быть получен, если два провода одной пары включить на напряжения разных фаз, сдвинутых одна по отношению к другой на 120°. Такой способ был исследован в нашей стране, и были сооружены опытные линии напряжением 10 кВ, работающие в неуправляемом режиме. На этих линиях были подтверждены результаты теоретических разработок и показано, что этот путь является одним из возможных путей создания управляемых (гибких) линий.

Другим путем изменения электромагнитных характеристик линии является применение управляемой продольной емкостной компенсации с управляемой конденсаторной батареей и управляемыми шунтирующими реакторами. Здесь также возможно несколько случаев.

В одном из них изменение сопротивления конденсаторной батареи может быть осуществлено разделением КБ на несколько секций желательно различного сопротивления ( и т. д. ) в соотношении, например, 1: 2: 3: 5 и включением каждой секции или комбинации нескольких из них с помощью тиристорных ключей последовательно в линию (рис. 9. 11, а).

Рис. 9. 11. Возможные способы изменения сопротивления конденсаторной батареи УПК с помощью тиристоров:

а — включение отдельных секций КБ; б — шунтирование секций КБ

 

 

В другом случае изменение сопротивления КБ может быть осуществлено шунтированием части секций КБ с помощью тиристорных ключей (рис. 9. 11, б). При этом часть конденсаторов выводится из работы или, напротив, включается в работу и тем самым изменяется общее сопротивление КБ.

Недостатком этих способов изменения сопротивления конденсаторной батареи является их дискретность, а также достаточно большие мощности тиристорных ключей.

Дискретность может быть исключена, если параллельно КБ включить управляемый тем или иным способом реактор. Схема такого устройства приведена на рис. 9. 12, а. В этой схеме изменение сопротивления реактора от минимально возможного до максимально допустимого ведет к увеличению суммарного сопротивления установки продольной компенсации, которое во всем диапазоне регулирования должно оставаться емкостным. Переход в индуктивный режим возможен только через прохождение резонанса токов в контуре . При этом токи в ветвях контура будут резко возрастать и теоретически при нулевом активном сопротивлении контура будут стремиться к бесконечности, что недопустимо.

Задача заключается в том, чтобы найти необходимый диапазон изменения сопротивления реактора при заданном диапазоне изменения степени компенсации линии. В рассматриваемой схеме получить нулевую степень компенсации возможно только в случае, если сопротивление реактора может быть равным нулю. Однако на практике это не может быть достигнуто, поскольку сопротивление реактора может изменяться от некоторого минимума до максимума. При этом минимальное сопротивление реактора соответствует его максимальной мощности, а максимальное сопротивление — минимальной.

Отсюда следует, что необходимо задать некоторую начальную степень компенсации , соответствующую отключенному реактору, которая при подключении реактора и его последующем регулировании будет возрастать до желаемого значения. По этой начальной степени компенсации можно определить сопротивление конденсаторной батареи

(9. 7)

Рассмотрим контур УПК (см. рис. 9. 12, а), для которого справедливы следующие соотношения:

(9. 8)

Эквивалентное сопротивление  будет иметь емкостный характер при . При этом в начальной стадии регулирования (при минимальных значениях степени компенсации) значение  должно быть максимально возможным. При уменьшении  эквивалентное сопротивление  будет возрастать, что соответствует увеличению степени компенсации линии.

Как показывают расчеты, сопротивление реактора зависит от начальной степени компенсации и длины линии и должно быть сравнительно небольшим (до 100 Ом) и в процессе регулирования уменьшаться примерно в 2 раза. При этом сопротивление реактора должно изменяться очень плавно, в некоторых случаях буквально на единицы ома, что предопределяет жесткие требования к системе его регулирования.

Поскольку данная схема работает в условиях, приближающихся к резонансу, токи в реакторе и конденсаторной батарее будут значительно превышать ток фазы линии (рис. 9. 12, б). При степени компенсации, равной 0, 5—0, 6, это превышение может быть шести-семикратным, что неизбежно ведет к увеличению установленной мощности этих элементов. Векторная диаграмма токов и напряжения дана на рис. 9. 12, б.

Рис. 9. 12. Изменение сопротивления УИК с помощью параллельного управляемого реактора:

а — схема УПК; б — векторная диаграмма токов и напряжения УПК; в — схема УПК с реактором, управляемым тиристорными ключами

Рис. 9. 13. Схемы последовательного регулятора потоков мощности:

а — с синхронным компенсатором; б — со Статкомом

 

В качестве управляемых реакторов в рассмотренной схеме УПК могут быть использованы как реакторы с тиристорным управлением, так и реакторы, управляемые подмагничиванием. В мировой практике известны электропередачи, оснащенные УПК, на которых используются реакторы с тиристорным управлением (см. рис. 9. 12, в). Токи высших гармоник, сопровождающие такое регулирование, в данном случае замыкаются через конденсатор и в линию практически не выходят.

Отметим, что во всех рассмотренных выше способах регулирования сопротивления УПК этот процесс сопровождается одновременным изменением напряжения на выводах конденсаторной батареи. Отсюда следует, что если в линию последовательно ввести регулируемое напряжение, пропорциональное степени компенсации и отстающее по фазе от тока на 90°, то получим эффект, идентичный включению УПК. Ввести такое напряжение можно с помощью трансформатора, первичная обмотка которого включена в линию последовательно, а во вторичную обмотку включен какой-либо источник реактивной мощности синхронный компенсатор (рис. 9. 13, а) или Статком (рис. 9. 13, б).

Наиболее перспективным следует считать применение Статком, поскольку это устройство по сравнению с СК не имеет подвижных частей и обладает высоким быстродействием. Наличие трансформатора позволяет включить Статком, в отличие от УПК, не на напряжение фазы, а на значительно более низкое, что значительно упрощает его конструкцию и обслуживание. Такое устройство в литературе получило название последовательного регулятора потоков мощности (ПРПМ),

 

⇐ Предыдущая42434445464748495051Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: