книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

Вторым достаточно важным является техническое требова­ ние по обеспечению допустимого режима напряжений во всех рабочих режимах сети. Наибольшие трудности возникают при этом в режимах холостого хода или близких к ним — при отклю­ чениях, в условиях синхронизации отдельных частей системы, при восстановлении нормальной схемы после ликвидации ава­ рийного состояния и т. д.

Причиной возникающих при этом трудностей являются боль­ шие емкостные проводимости сети и большие индуктивные со­ противления линий. Нарушение условий компенсации реактив­ ной мощности на месте приводит к резкому нарушению режима напряжений — обычно к резкому повышению напряжений у от­ крытых концов. Допустимое повышение напряжения в основ­ ном ограничивается условиями работы электрических аппа­ ратов.

В настоящее время единственным средством борьбы с недо­ пустимыми повышениями напряжений в возможных режимах работы сети является применение реакторов. Имеется предло­ жение и о применении реакторов поперечного включения с ис­ кровыми промежутками; нормально такой реактор отключен и включается только при возникновении повышенного напря­ жения.

Сложность регулирования напряжения в сети реакторами и батареями конденсаторов связана с необходимостью их вклю­ чения и отключения в зависимости от параметров режима. При этом нужно достаточно часто пользоваться выключателями, ко­ торые имеют сравнительно большую стоимость и недостаточно надежны в эксплуатации. Кроме того, при этом требуется си­ стема автоматического контроля за параметрами режима и ав­ томатического управления устройствами.

Некоторые дополнительные возможности появляются в слу­ чае применения регулирующих устройств (по-видимому, в ос­ новном — вольтодобавочных трансформаторов). При этом в сетях сверхвысоких напряжений требуются повышенные диа­ пазоны регулирования. Отечественная промышленность таких устройств еще не выпускает, хотя надобность в них уже ощуща­ ется и технико-экономические обоснования имеются.

Регулирование напряжения может осуществляться как во всей сети одновременно (путем изменения уровня напряжения),

366

так и по отдельным ее участкам. В первом случае достаточно иметь регулирующие устройства на границах данной сети, а во втором — на границах данного участка ее. В отдельных случаях целесообразным может оказаться применение регулирующих устройств даже по концам одной линии.

В связи со сложностью задачи и достаточно большой стои­ мостью дополнительного оборудования, а также в связи с взаим­ но дополняющим действием регулирующих и компенсирующих устройств решение приходится принимать при совместном их рассмотрении. При этом, как уже указывалось, единственно приемлемым в настоящее время приходится считать прием ва­

риантного сравнения.

Одновременно целесообразно принимать во внимание и усло­ вия улучшения работы неоднородных замкнутых участков сети, т. е. целесообразность применения вольтодобавочных трансфор­ маторов с поперечным регулированием э. д. с. и установок про­ дольно-емкостной компенсации (а иногда и деления сети ПО кВ).

При сравнении вариантов следует учитывать стоимость са­ мой сети (параметры которой могут несколько изменяться в за­ висимости от применения дополнительных устройств), стоимость регулирующих и компенсирующих устройств с соответствующи­ ми устройствами управления и регулирования и стоимость по­ терь энергии в сети и в дополнительных устройствах при усло­ вии их наивыгоднейшего использования во всех рабочих режи­ мах. Для этого нужно рассмотреть важнейшие рабочие режимы электросети. Здесь нельзя, как это было допущено для предва­ рительных расчетов, пользоваться некоторыми средними значе­ ниями времени наибольших потерь даже в том случае, если они применяются раздельно для активной и реактивной мощности. Такой расчет может дать только некоторое представление о целе­ сообразности того или иного мероприятия, но недостаточен для определения фактического экономического эффекта.

При сравнении вариантов применения различных регулиру­ ющих и компенсирующих устройств требуется достаточно на­ дежная проверка эффекта, обеспечиваемого этими устройства­ ми при наивыгоднейшем их использовании в процессе эксплу­ атации. Без такой проверки нельзя произвести сравнение отдельных вариантов, которые могут различаться сравнительно мало. С другой стороны, изменение значений активной или реак­ тивной мощности в разных режимах практически нельзя учесть с помощью какого-либо значения времени наибольших потерь.

Поэтому для выполнения сравнения следует выбрать наибо­ лее характерные рабочие режимы сети, оценить их длительность в течение года и определить наивыгоднейшие режимы работы предполагаемых к установке регулирующих и компенсирующих устройств для них в каждом рассматриваемом варианте. Это даст возможность определить не только величину потерянной

367

энергии, но и ее стоимость с учетом фактического расхода топ­ лива. Для этого нужно знать значение относительного прироста расхода в каждом рассматриваемом режиме работы энергоси­ стемы.

' Следует иметь в виду, что экономичность режимов в основ­ ном относится к условиям нормальной работы; кратковремен­ ные послеаварийные условия здесь не имеются в виду. Однако их влияние при выборе регулирующих и компенсирующих уст­ ройств может оказаться решающим. Это получается потому, что до выполнения расчетов экономически наивыгоднейших режи­ мов следует проверить техническую приемлемость каждого из составленных вариантов. При этом в основном рассматриваются именно послеаварийные рабочие режимы, когда требуются наи­ большие регулировочные диапазоны и используются все ре­ зервы.

Дополнительные устройства, появление которых вызвано те­ ми или иными послеаварийными режимами, вместе с тем долж­ ны быть использованы наиболее полно (экономично) и во всех других рабочих режимах. Как правило, это дает возможность

электростанциями и отдельными агрегатами этих станций. Бо­ лее подробно этот вопрос в данной книге не рассматривается, поскольку является в достаточной мере самостоятельным. Сле­ дует отметить, однако, что решение этой задачи в случае сети сверхвысокого напряжения находится в прямой зависимости от решения задач определения наивыгоднейшего режима по всем

зочных потерь активной мощности и энергии при больших на­ грузках, а также для снижения активной мощности и энергии из-за короны на проводах в режимах малых нагрузок и при пло­ хой погоде;

368

б) изменение напряжений в отдельных местах сети для из­ менения соотношения между теряемой и генерируемой реактив­ ной мощностью и локального улучшения условий баланса как в процессе эксплуатации действующей электросети, так и при проектировании с лучшим использованием компенсирующих устройств при соответственно уменьшенной их суммарной номи­ нальной мощности;

в) изменение значений напряжения на зажимах генерато­

Для регулирования напряжения могут быть использованы как собственно регулирующие, так и компенсирующие устрой­ ства. Технико-экономический эффект, достигаемый в электри­ ческих оистемах путем регулирования напряжения, зависит от параметров элементов системы и действующих ограничений попараметрам режима. Поэтому целесообразность регулирования напряжения приходится исследовать каждый раз заново, учи­ тывая конкретные условия системы электроснабжения. Как пра­ вило, регулирование напряжения оказывается целесообразным и экономически обоснованным.

Таким образом, в основе задачи регулирования напряжения находятся соображения повышения технико-экономических по­ казателей соответствующих сетей и энергосистемы в целом. Как уже указывалось, эта задача имеет существенный смысл как в условиях эксплуатации, так и при проектировании. В послед­ нем случае должны предусматриваться соответствующие допол­ нительные (сверх необходимых по условиям надежности элек­ троснабжения) устройства, которые оправдываются экономи­ чески.

Для примера ниже более подробно рассмотрена только од­ на часть задачи — регулирование напряжения в целях сниже­ ния потерь энергии, обусловленных явлением короны на прово­ дах линий. Для получения наиболее существенных результатовнамеренно рассматривается линия с номинальным напряжением 750 кВ (в настоящее время — наивысшим).

При оценке влияния явления короны обычно определяются только погонные значения среднегодовых потерь активной мощ­ ности. При этом для линии 750 кВ с проводами 4ХАСО-600 по­ лучается величина примерно 30 кВт/км. Для получения некото­ рого представления о ее значении целесообразно произвести сравнение ее с величиной погонных нагрузочных потерь. В тех: же проводах при передаче натуральной мощности погонные на­ грузочные потери приблизительно равны 120 кВт/км.

Поскольку потери на корону даже в таких невыгодных усло­ виях составляют только приблизительно 25% нагрузочных, томожет создаться впечатление об их сравнительно малом влия­

369

нии на экономичность работы электросетей во всех случаях. Кроме того, не возникает никаких подозрений о возможности применения других средств повышения экономичности работы электросетей за счет снижения потерь на корону, кроме измене­ ния сечений проводов.

Однако в действительности положение оказывается несколь­ ко иным. Прежде всего следует уточнить представление о зна­ чении потерь на корону. Фактически среднегодовые нагрузочные потери могут составить меньше половины наибольших. При этом среднегодовые потери на корону (а сопоставлять надо со­ измеримые величины) составляют уже больше 50% среднегодо­ вых нагрузочных потерь, т. е. оказываются значительными.

Кроме того, и это главное, потери на корону существенно зависят от состояния погоды на трассе линии. В табл. 14-1 при­ ведены приблизительные данные о погонных значениях потерь на корону в указанной выше линии 750 кВ для различных слу­ чаев состояния погоды (условно) при номинальном напряжении.

Там же приведены данные и о потерях энергии за год при некоторых конкретных условиях территориального расположе­ ния линии, соответствующего приведенным данным о длитель­ ности каждого рассмотренного состояния погоды. Для большей показательности эти данные приведены в процентах среднегодо­ вых нагрузочных потерь энергии в некоторых частных услови­ ях, указанных выше.

Из приведенных данных видно, что, несмотря на сравнитель­ но малую длительность плохой погоды в течение года, в основ­ ном потери энергии на корону определяются именно при плохой погоде. Поэтому при выбранном сечении проводов можно су­ щественно повысить экономичность работы отдельных линий и сети в целом путем регулирования напряжения, которое дол­ жно производиться не только в зависимости от нагрузки линий, но и от состояния погоды на трассах линий.

Для получения представлений о влиянии напряжения на ве­ личину погонных потерь активной мощности на корону для той же линии 750 кВ в табл. 14-2 приведены данные об измене-

370

Т а б л и ц а 14-2

нии этих значении при изменении напряжения в пределах (0,95-М,05) f/цом, т. е. в сравнительно узких пределах. Характе­ ристики удельных потерь приведены также на рис. 14-4 и 14-5.

Приведенные данные показывают, что, например, при кристал­ лической изморози в диапазоне напряжений (0,95-^1,05) ПНОм на каждый процент изменения напряжения значение потерь мощности изменяется в том же направлении, но в среднем на 10%. Таким образом, повышение напряжения на 5% номи­ нального значения приводит к увеличению потерь активной мощности почти на 50%, а снижение напряжения на те же 5% относительно номинального приводит к уменьшению потерь ак­ тивной мощности почти на 50%

371

Расчеты показывают, что потери из-за короны на проводах при кристаллической изморози почти в 3 раза больше потерь нагрузочных при передаче натуральной мощности и при номи­ нальном напряжении. При повышении напряжения на 5% это соотношение возрастает почти до 4,5. Снижение напряжения от этого наибольшего допустимого на 10% приводит к снижению суммарных потерь мощности почти в 1,5 раза, а потерь энер­ гии— почти на 30%.

Отсюда следует, что, если это допустимо по условиям устой­ чивости, то при плохой погоде на линии 750 кВ с проводами 4ХАСО-600 следует держать напряжение ниже номинального не менее чем на 5%. Это справедливо не только в том случае, когда плохая погода распространяется на всю длину линии. Достаточно, чтобы 10% трассы линии находилось в зоне с кри­ сталлической изморозью.

Применение регулирующих устройств в качестве мероприя­ тия по снижению потерь на корону является значительно более экономичным и эффективным, чем, например, увеличение сече­ ния проводов или числа их в фазе. Поэтому при проектировании линий сверхвысоких напряжений рекомендуется производить проверку сечений проводов и конструкции линий с учетом воз­ можностей применения регулирующих устройств п получаемо­ го при этом эффекта и проверять возможность применения ре­ гулирования напряжения сети, исходя из задачи снижения по­ терь на корону по условиям работы сети сверхвысокого напряжения в целом.

14-5 ПОПЕРЕЧНЫЕ

РЕАКТОРЫ И ИХ РАЗМЕЩЕНИЕ

Из-за большой величины зарядной мощности линий сверх­ высокого напряжения для дальних передач является обязатель­ ным применение поперечных реакторов, что является радикаль­ ным средством для снижения передачи реактивной мощности по линии и связанных с ней потерь энергии в режимах малых на­ грузок. Общая удельная величина поперечных реакторов для передачи 750 кВ длиной до 1 000 км составляет 1,0—1,25 Мвар и для передачи 500 кВ длиной до 1 000. км составляет 0,7— 0,9 Мвар на передаваемый 1 МВт активной мощности. Для ли­ ний 400 кВ потребность в реакторах несколько меньше — до

0,6 Мвар/МВт (рис. 14-6).

Применение параллельно включенных реакторов имеет боль­ шое значение с различных точек зрения: улучшается распреде­ ление напряжения вдоль дальней передачи и создаются усло­ вия для повышения напряжения на ее концах, что является

372

рассмотрен в проекте передачи вопрос о размещении попереч­ ных реакторов вдоль линии. Часть реакторов включается на вы­ соком напряжении (300, 500, 750 кВ), часть на вторичном напря­ жении 35—ПО кВ на промежуточных трансформаторных под­ станциях.

Для советских передач 500 кВ, работающих с низкими рас­ четными уровнями внутренних перенапряжений, доля попереч­ ных реакторов, устанавливаемых на высоком напряжении, до­ стигает 70%, из которых 7з включена наглухо (без выключа­ телей) на отправном конце электропередачи, а 2/з — через вы­ ключатели на промежуточных подстанциях. Реакторы, присоеди­ ненные через выключатели, могут в зависимости от пере­ даваемой по электропередаче мощности быть выведены из работы.

При установке одного реактора в различных точках линии электропередачи длиной 1 000 км напряжения и токи вдоль ли­ нии в режиме холостого хода при включении линии со стороны приемной энергосистемы даны на рис. 14-7. Наилучшие резуль­ таты дает, естественно, включение линии при расположении ре­

14-8) — улучшает условия распределения напряжения вдоль ли­ нии в режиме холостого хода.

Если на концах дальней передачи принудительно удержи­ ваются равные напряжения, то в средней части линии вследст­ вие емкостного эффекта повышается напряжение в режиме хо­ лостого хода и в режиме передачи нагрузок, меньших натураль­ ной мощности. Поскольку уровень изоляции аппаратуры и линии не допускает длительного повышения напряжения сверх максимальной величины, превышающей номинальные напряже­ ния на 5—10%, приходится на концах линии снижать уровень цапряжения ниже номинального, что приводит к увеличению

373

Рис. 14-7. Распределение напряжения н тока на линии с одним поперечным реактором в режиме холостого хода.

-------------- напряжение; --------------ток.

потерь и снижению пропускной способности передачи. Поэтому включение поперечных реакторов на отправном конце и в про­ межуточных точках передачи необходимо и в режимах переда­ чи активной мощности.

ле и конце линии в зависимости от активной нагрузки передачи при различных значениях мощности поперечных реакторов рас-

374

375