2.2.Перенапряжения при несимметричных режимах. Способы ограничения перенапряжений – шунтирующие реакторы

Емкостный эффект в несимметричных режимах ЛЭП.

Характеристика режимов. Несимметричные режимы в линиях возникают при однофазных двухфазных коротких замыканиях, а также в процессе ликвидации коротких замыканий и обычно включают в себя следующие стадии:

1. переходный процесс, сопровождающий возникновение КЗ, и повышение вынужденной составляющей за счет КЗ;

2. переходный процесс при отключении выключателей по концам линии с возникновением режима одностороннего питания линии с КЗ;

3. стадию бестоковой паузы АПВ;

4. переходный процесс при последовательном включении линии выключателями по концам линии.

Квазистационарные перенапряжения на первой, второй и четвертой стадии процесса.

Расчет вынужденного напряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю, как правило, выражается методом симметричных составляющих. Обозначим Z_1.кз, Z_{2 кз} Z_{.0 кз} сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности относительно точки КЗ.

Напряжения на каждой из фаз можно представить в виде суммы следующих составляющих:

напряжения промышленной частоты в месте КЗ при его отсутствии

(4.1)

составляющей прямой последовательности

; (4.2)

составляющей обратной последовательности

; (4.3)

составляющей нулевой последовательности

. (4.4)

В поврежденной фазе составляющие напряжения  , совпадают по направлению и в сумме образуют вектор равный по модулю и противоположный по направлению вектору . При нахождении напряжения в фазах В и С следует учесть, что составляющая нулевой последовательности имеет то же направление, что и в поврежденной фазе, а составляющие прямой и обратной последовательности сдвигаются на углы ± 120°. Геометрическая сумма составляющих в неповрежденных фазах, которую обозначим  равна

 =  . (4.5)

Вектор  геометрически складывается с векторами нормального режима. Из векторной диаграммы следует

. (4.6)

Для линий длиной < _рез , используя в качестве нагрузки элемент с индуктивным сопротивлением Z_H = jX_P - реактор, компенсируя емкостный ток линии, можно существенно ограничить перенапряжение не только на конце линии, но и в самой линии. Потери энергии при таком способе ограничения перенапряжений невелики и зависят от добротности реактора.

Упрощенный метод определения сопротивления реактора X_P при длине линии, отличной от резонансной, основан на допущении отсутствия потерь в линии ( = 0). Тогда для заданной длины линии, меньшей резонансной, значение X_P , при котором напряжения на шинах приемной и питающей систем равны (U₀ = U ) , определяется уравнением

(4.7)

Напряжение в линии в этом случае определяется из (3.1)

(4.8)

и если напряжение в линии не превышает допустимых значений, то выбор реактора удачен. В противном случае необходимо разбить линию на участки и подключить реакторы в различных точках, пока не будет обеспечено требуемое ограничение перенапряжений. Следует отметить, что промежуточные точки в реальных линиях электропередачи существуют, это, как правило, пункты отбора. Выбор реакторов в первую очередь обусловлен требованием компенсации реактивной мощности, генерируемой линией. При этом, как правило, удовлетворительно ограничиваются перенапряжения, хотя в некоторых режимах подключение реакторов определяется необходимостью ограничения перенапряжений. Дополнительные реакторы, предназначенные для ограничения установившихся перенапряжений, могут быть подключены через искровой промежуток.

На длинных линиях делают такую защиту, чтобы она настроила резонансный контур, допустим, поставив реактор, напряжение в конце линии будет маленькое.

Рис. 4.1. Распределение напряжения по линии с реакторами

Функция реакторов снятие перенапряжений за счет емкостного эффекта. При этом уменьшается динамическая устойчивость линии, что тоже не очень хорошо.

Перенапряжения при одностороннем неполнофазном включении одноцепных воздушных линий.

В эксплуатации весьма редко, но наблюдаются случаи отказа одной из фаз выключателя при включении или отключении линии. Такой режим получил название неполнофазного (однофазного или двухфазного в зависимости от числа невключившихся фаз. При определенных соотношениях параметров в этих режимах электропередачи возможно существенное повышение напряжения резонансного характера.

Наиболее простым для анализа является неполнофазный режим при включении линии с реакторами. Так как для этого режима характерно малое влияние реактивного сопротивления источника, то условия повышения напряжения можно выявить из упрощенной трехфазной схемы при однофазном разрыве в начале короткой линии.

Короткую линию в схеме замещения можно представить в виде сосредоточенных емкостей: фазной емкости на землю С и междуфазной емкости С . Напряжение на невключившейся фазе определяется по формуле (без учета реакторов)

. (4.9)

Аналогично при двухфазном разрыве напряжение на каждой из невключившихся фаз (без учета реакторов) будет

. (4.10)

Так как в несколько раз меньше , то напряжение на невключившихся фазах короткой линии будет слабо зависеть от ее длины и мало по величине.

Повышению напряжения способствует реактор поперечной компенсации, включенный на линии (рис. 4.2)

С R_ш

Рис. 4.2. Схема при неполнофазном режиме односторонне включенной линии

Сопротивление невключившейся фазы относительно источника резко возрастает в соответствии с формулой (4.11).

Это сопротивление обычно имеет индуктивный характер и будучи включенным параллельно с емкостным сопротивлением 1/(jω·2C ), может создать резонансные условия.

(4.11)

В пределе, когда

(4.12)

имеем резонанс при однофазном разрыве, а когда

(4.13)

получаем резонанс при двухфазном разрыве.

Действительно, в реальных условиях наблюдались повышения напряжения при неполнофазном включении и отключении участка линии с реактором, но эти повышения напряжения были ограничены вследствие потерь на корону. Поэтому эти перенапряжения опасны для изоляции линии и реакторов не столько своей амплитудой, сколько длительностью.

На практике часто возникает задача об определении необходимой мощности реактора , обеспечивающего в режиме одностороннего питания заданное напряжение в конце линии . Формула , позволяющая найти такой реактор имеет вид

. (4.14)