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

■связи. Однако величины токов нулевой последовательности непосредственно зависят от длин циклов транспозиции только для основной частоты, влияние которой на линии связи не существенно. Практически длины циклов транс­ позиции должны выбираться в соответствии с конкретными условиями и не­ зависимо от мешающих влияний на линии связи.

Каждая транспозиционная опора линии электропередачи является ее сла­ бым местом, усложняет выполнение профилактических испытаний и ремонт­ ных работ, а также снижает надежность работы линии в целом и вызывает усложнение конструкции опор и увеличение количества гирлянд изоляторов и общего веса опор. Поэтому увеличение длин циклов транспозиции линий электропередачи является целесообразным, так как приводит к сокращению числа транспозиционных опор, а следовательно, и к снижению стоимости сооружения и эксплуатации линий, к упрощению их эксплуатации и к повы­ шению надежности работы электропередач.

Вместе с тем при распределенном характере параметров длинных линий сверхвысокого напряжения, имеющих значительные емкостные токи, увели­ чение длин циклов транспозиции может привести к заметному увеличению несимметрии токов и напряжений во всей электрической системе, так как раз­ личие одноименных параметров фаз и междуфазных параметров (индуктив­ ностей, взаимных индуктивностей, частичных емкостей) при значительных ем-

.костных токах для каждого шага транспозиции может оказаться существен­ ным. Несимметрия же токов и напряжений в электрической системе может привести к усложнениям в работе релейной защиты, к нарушениям нормаль­ ной работы электрических машин и ламп накаливания и т. д.

Указанные соображения требуют, чтобы при выборе длин циклов транс­ позиции линий электропередачи сверхвысокого напряжения были учтены все конкретные условия сооружения и эксплуатации линии и, в частности, были выполнены соответствующие расчеты, которые дали бы возможность выяснить допустимость несимметрии в токах и напряжениях, которые вызываются удли­ нением циклов транспозиции. Более целесообразным может оказаться при­ менение специальных мер по устранению несимметрии, чем уменьшение длин циклов транспозиции линий.

Для длинной линии электропередачи, являющейся цепью с распределен­ ными параметрами, пофазное различие параметров (сопротивлений и прово­ димостей) на одном шаге транспозиции не компенсируется полностью на всем цикле транспозиции, поскольку на каждом из шагов транспозиции линия на­ ходится в различных условиях: токи и напряжения неодинаковы вдоль ли­ нии как по величине, так и по фазе даже в пределах каждого шага транслозиции. Результирующие параметры для линии на участке одного цикла транспозиции получаются пофазно различными. Следовательно, даже при строго симметричных системах токов и напряжений у одного конца полного цикла транспозиции у другого его конца системы токов и напряжений ока­ зываются уже несимметричными.

При одном и том же пространственном расположении фаз линии электри­ ческое состояние того или иного участка линии зависит от его положения по длине линии. Чем больше длина линии и выше ее номинальное напряжение (т. е. чем больше погонный зарядный ток), тем значительнее получается раз­ ница в величине и фазе напряжений и токов вдоль линии, а следовательно, больше и получаемая «остаточная» несимметрия токов и напряжений в элект­ рической системе при одной и той же длине циклов транспозиции.

Несимметрия токов и напряжений, вызванная пофазным различием пара­ метров в длинной линии, является постоянно действующей и лишь несколько изменяется в зависимости от режима работы линии. Поэтому при оценке допустимости несимметрии в данном случае приходится предъявлять значи­ тельно более строгие требования, чем при рассмотрении кратковременных режимов, связанных, например, с неполнофазными отключениями в той же линии электропередачи. Для выявления фактического режима работы элект­ рической системы, содержащей длинные линии с удлиненными циклами транс­ позиции, получаемую остаточную несимметрию приходится определять путем специального расчета.

416

Поскольку мешающие влияния на линии связи практически не зависят от длин циклов транспозиции, длина циклов транспозиции линий электропереда­ чи ограничивается допустимой несимметркей токов и напряжений в электри­ ческой системе на основной частоте. С учетом постоянного характера дейст­ вия этой несимметрии и возможности других причин возникновения дополни­ тельной несимметрии допустимые значения при выборе длин циклов транспозиции следует принять сравнительно небольшими: для напряжений обратной последовательности — не более нескольких десятых процентов, а для тока обратной последовательности— не более 1 % •

Произведенные расчеты показали, что в большинстве случаев при осу­ ществлении одного цикла транспозиции длиной около 250 км на каждом участ­ ке линии электропередачи, расположенном между ближайшими подстанциями, иесимметрия токов и напряжений оказывается в допустимых пределах. На участках между ближайшими подстанциями целесообразно выполнять один цикл транспозиции, чтобы снизить по возможности несимметрию токов и на­ пряжений на каждой подстанции электрической системы. При наличии на данном участке линии двух параллельных цепей целесообразно выполнять на каждой из них транспозицию по одинаковой схеме. Взаимная транспозиция цепей обычно не требуется.

В настоящее время линии длиной до 100 км рекомендуется выполнять без транспозиции, а участки линий между подстанциями большей длины — с од­ ним циклом транспозиции.

27—342

Глава семнадцатая

С И С Т Е М А

З А З Е М Л Е Н И Я Т РО С О В

НА Д А Л Ь Н И Х

ЭЛ Е К Т Р О П Е Р Е Д А Ч А Х

17-1 ПОТЕРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТРОСАХ

До недавнего времени грозоза­ щитные тросы на линиях электропередачи всех номиналь­ ных напряжений, как правило, заземлялись наглухо на каждой опоре.

В процессе проектирования длинных линий 400 кВ было уста­ новлено, что в многократно заземленных тросах могут получать­ ся значительные потери электроэнергии. Эти потери возникают в результате появления токов в замкнутых контурах заземляю­ щей системы «тросы — опоры» вследствие действия э. д. с., наво­ димых в тросах путем электромагнитной индукции.

При наиболее распространенной системе грозозащиты линий на металлических опорах — двумя тросами, которые оказывают­ ся взаимно соединенными непосредственно через тело каждой опоры, токи в тросах получаются наибольшими. В случае под­ вески одного троса ток получается несколько меньшим, так как контуры прохождения токов замыкаются через землю. Посколь­ ку потери энергии в тросах могут достигать значительных вели­ чин, целесообразно решить вопрос о полном или частичном разземлении тросов.

Одновременно необходимо отметить, что в течение последних лет в СССР производились исследования в области использова­ ния тросов не только для защиты от прямых ударов молнии, но и в качестве токонесущих проводов, предназначенных для элект­ роснабжения потребителей малой мощности, для питания элект­ родвигателей при производстве на линии ремонтных работ, плавки гололеда и других аналогичных мероприятий. Кроме то­ го, изолированные тросы могут использоваться также и в каче­ стве проводов связи, особенно в процессе монтажа линий элек­ тропередачи. В связи с этим возникла необходимость изоляции тросов от земли. Изоляция тросов облегчает производство ре­

418

монтов, а также упрощает измерение сопротивления заземления опор линии электропередачи.

Таким образом, изоляция тросов не только целесообразна с точки зрения снижения потерь энергии в линиях электропере­ дачи, но и имеет ряд дополнительных преимуществ для электро­ снабжения потребителей и при текущей эксплуатации действую­ щих линий. Поэтому в принципе применение обычных систем многократного заземления тросов могло бы быть оправдано только в том случае, если бы дополнительные расходы на изоля­ цию тросов и связанное с этим изменение конструкции опор не окупались бы экономией в потерях энергии.

Обязательным условием применения изолированных тросов является сохранение на линии электропередачи такого же за­ щитного уровня, как и при заземленных тросах. Для этого тро­ сы заземляются через искровые промежутки, которые должны пробиваться в ранней стадии лидерного разряда молнии — до ориентировки его на трос. Тогда, после пробоя искрового про­ межутка, процесс растекания тока молнии будет происходить практически так же, как и при заземленных тросах.

Экспериментальные исследования, выполненные на модели, а также опыт эксплуатации участков линий электропередачи 35—220 кВ с разземленными тросами в энергосистемах подтвер­ дили предположение о том, что заземление тросов через искро­ вые промежутки не снижает их защитных свойств по сравнению со случаем заземления тросов непосредственно наглухо.

На основании результатов произведенных исследований Тех­ ническое управление МЭС разрешило подвеску тросов .на ли­ ниях 35—220 кВ на изоляторах с искровыми промежутками раз­ мером не более 40—50 мм. После этого решения система изоли­ рованных тросов получила некоторое распространение на от­ дельных участках линий электропередачи и используется, в частности, в установках емкостного отбора, предназначенных для электроснабжения близ расположенных потребителей малой мощности или для питания цепей релейной защиты. На всем остальном протяжении каждой линии тросы по-прежнему зазем­ лялись наглухо. С 1954 г. в институте Теплоэлектропроект линии сверхвысокого напряжения проектировались с частично раззем­ ленными тросами. Впервые эта система с одним полностью разземленным тросом была применена на линии Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва.

Если линия имеет два троса, заземленных на каждой опоре, то на длине каждого шага транспозиции возникает короткозамк­ нутая цепь из тросов, в которой наведенные токи вызывают до­ полнительные потери электроэнергии. Эти потери дополнительно увеличиваются в связи с наличием токов в контурах, замкнутых через опоры, заземлители опор и землю.

Например, в линии 400 кВ длиной 1 000 км, выполненной на опорах, которые применены для электропередачи Волжская ГЭС

сти 350 МВт по двум цепям по­ тери мощности в таких же тросах составляют 380 кВт, а годовые потери энергии — около 1,8 млн. кВт-ч.

Полное разземление тросов на этих линиях дало бы возмож­ ность снизить суммарные потери мощности и энергии на указан­ ные выше величины. При стоимости энергии 1 коп/(КВт-ч) годо­ вая экономия составила бы соответственно 100 и 18 тыс. руб.

Экономический эффект от разземления тросов на линиях бо­ лее низких номинальных напряжений значительно меньше — в связи со сравнительно небольшими длинами линий и меньши­ ми значениями рабочих токов. Ниже приведены формулы, по которым можно выполнить расчет потерь энергии в заземленных

50 Гц погонная э.д. с. в тросах определяется следующей фор­ мулой:

глубина прохождения эквивалентного обратного тока в земле; Ір — ток фазы р, причем

420

и в тросе Т2

дом фазы а и тросом; £>ьт — то же, но для фазы b\ DCT— то же, но для фазы с.

При этом предполагается, что тросы и провода расположены на опоре симметрично относительно вертикальной оси.

Если тросы заземлены на каждой опоре линии, то на длине одного шага транспозиции линии найденные э. д. с. действуют в цепочке заземляющей системы «тросы — опоры», вызывая по­ явление токов в тросах, в опорах и в земле.

Наибольшее значение теряемой энергии определяется тока­

поперечного сечения троса.

Потери активной мощности на длине 1 км петли получаются:

ДРт = - Re [К-К) К= (0,145I a I g ^ - j V (17-7)

где

г\ + (о,145 lg рт j

Приближенно потери энергии в тросах двух цепей линии за год можно определить обычным путем:

где т — время потерь для графика нагрузки линии в некотором среднем ее пункте, ч; I — длина линии, км.

Окончательно получается:

з ( о , і 4 5 / і е ^ Ѵ г т т/

где / — ток нагрузки одной цепи линии в некотором среднем ее пункте, А.

Рис. 17-2. Схема монтажа тросов на длине анкерного пролета.

Если один из тросов (трос 1 на рис. 17-2) полностью изоли­ ровать или разделить на участки, соответствующие длине анкер­ ного пролета, то рассмотренная выше короткозамкнутая цепь из тросов устраняется. Тогда ток может возникать только в одном тросе и замыкаться через землю. Поскольку длина шага транс­ позиции на длинных линиях электропередачи достаточно велика, то можно не считаться с явлением растекания тока по концам этих участков и рассматривать заземляющую систему «тросы — опоры» как однопроводную линию «трос — земля». Такая систе­ ма заземления тросов приводит к заметному снижению дополни­ тельных потерь электроэнергии в линии. В частности, в приве­ денных выше случаях дополнительные потери электроэнергии в линии при этом оказываются в 1,8 раза меньше.

Определение потерь энергии в петле «провод — земля». По­ скольку сопротивление линии «тросы — земля» на длине одного шага транспозиции значительно больше сопротивления растека­ нию заземлителей по его концам (особенно на подстанциях и пе­ реключательных пунктах, где это сопротивление составляет все­ го 0,5 Ом), то петлю «тросы — опоры» можно считать короткозамкнутой по концам. При этом погонное значение э. д. с.

(17-10)

и погонное значение сопротивления участка «тросы — земля»

(17-11)

где

Рэ --- І ^ Р т D y .

Ток в петле

422

Соответствующие потери активной мощности на длине 1 км ли­ нии

Если на линии имеется только один многократно заземлен­ ный трос, то

АЛ; = 2 ( 0 , 1 4 5 / l g ^ y ---------- ('т + 0,05) ті------------- (17Ч 4)

° ат (ГТ+ 0,05)2 + ^о, 145 I g ^ - J

Дальнейшее снижение потерь электроэнергии может быть достигнуто путем деления второго, оставшегося многократно за­ земленным троса на участки длиной, соответствующей анкерно­ му пролету. При этом на каждой анкерной опоре должен зазем­ ляться только участок троса 2, расположенный с одной ее сторо­ ны. При определении потерь на длине одного анкерного пролета

участками троса, то для определения потерь энергии необходимо считаться с растеканием тока по всей системе «тросы — опоры».

Пусть многократно заземленный трос имеет п пролетов, т. е. заземлен через п+1 опору, причем сопротивления растеканию для заземлителей всех опор можно считать одинаковыми и рав­

где

RZn.T

является коэффициентом снижения напряжения на каждой по­ следующей опоре в бесконечно длинной цепочке;

является отношением токов по концам заданной конечной цепоч­ ки в случае, включения ее в бесконечно длинную цепочку.

Потери активной мощности в рассматриваемой цепочке

тросов приводит к снижению добавочных потерь электроэнергии приблизительно в 3 раза по сравнению с потерями в системе многократного заземления обоих тросов.

В настоящее время расстояние между анкерными опорами принимается увеличенным до 20 км и более. В этом случае дли-

424

на каждого участка троса определяется указанным рас­ стоянием или расстоянием ме­ жду угловыми опорами.

В табл. 17-1 приведены ре­ зультаты расчетов, выполнен­ ных для всех указанных слу­

лагается, что тросы заземля­ ются на каждой промежуточ­ ной опоре и разделяются на анкерных опорах.

Результаты подсчетов пока­ зывают, что даже при длине участка троса 5 км дополни­ тельные потери энергии полу­

чаются значительными. Это объясняется тем, что растекание тока по концам цепочки «тросы — опоры» происходит на срав­ нительно небольшой длине. На средних пролетах тросов токи почти равны току в многократно заземленном тросе неограни­ ченно большой длины. Поэтому для ликвидации дополнитель­ ных потерь энергии целесообразно отказаться от многократного заземления участков тросов. Одновременно следует отметить, что удлинение многократно заземленных участков тросов приводит лишь к сравнительно небольшому увеличению потерь энергии.

425