книги / Техника высоких напряжений

решение

(41-20)

следует

искать

жен

опережать

приложенное

на

в виде:

пряжение

на

угол

90°, т. е.

Ф =

Ф, sin (со/-f- 9J +

¥ » « -Г

(41-24)

+

Ф|/38!п ( î f

+

в).

(41-21)

и его амплитуда может приближенно

Амплитуда и фазы основной гар­

определяться по формуле

моники и субгармоники можно найти,

=

(41-25)

подставляя

предполагаемое

решение

***— ,5с

в (41-20).

В

левой части благодаря

наличию членов, содержащих Ф2 и Ф3,

в которой под величиной L9 пони­

.

со/

ПОМИМО синусов И косинусов со/ И

мается

некоторая

эквивалентная ин­

будут

содержаться

также

высшие

дуктивность катушки со сталью,

ве­

личина

которой

зависит

от

резуль­

гармоники

(например,

cos2 <о/

==

тирующего значения потока в сер­

3

1

наличие

ко­

= -J- cos со/-f- — sin Зш/),

дечнике.

Однако

для

приближенной

торых свидетельствует о неточности

оценки

в

режиме

субгармониче­

ского

резонанса

знание величины £э

предполагаемого решения. Пренебре­

не обязательно. Выше было сказано,

гая членами,

содержащими

высшие

что субгармонические

колебания мо­

гармоники,

и

группируя

остальные

гут

генерироваться только

самим

члены,

в

результате

подстановки

колебательным

контуром,

но

для

(41-21) в (41-20) получим выражение

этого его собственная

частота коле­

вида:

баний должна быть равна

JL.- = ^ .

A sin со/-J- В cos co/-j-Csin-^--f-

у 1>з

С

Учитывая

это

соотношение,

вместо

4 -D cos-^-= [/Mcocos со/,

(41-22)

(41-25) получим:

иы

_

и„

_

Ф.

где в коэффициенты А, В,

С и D

1

/

to2 \

“ (‘ - к

1)

входят

и

параметры

схемы

(г,

С,

а,

и а,)

искомые

величины

(Ф„

<р„,

<41'26)

ф]/3 и в). Сравнивая левую и правую

части

(41-22),

будем

иметь

четыре

Для амплитуды субгармонической

уравнения:

составляющей

потока

решение

си­

.А =0;

В — со£/м; С =

0;

D — 0,

стемы (41-23) позволяет получить

(41-23)

выражение

а— 1

из которых можно определить все

Ф2 —

[ з

± ф 2 +

* 1/з

2

*

четыре

искомые величины.

а—1ф2

16 к2аг

Не вдаваясь в подробности со­

± /

-

т

ф! +

т

b

Ь*

]•

ответствующих преобразований, ко­

9

торые

не

сложны,

но весьма гро­

(41-27)

моздки,

приведем

лишь

оконча­

где

тельные решения.

а —

С"»*

и — ТС£>с• A_ 2 Î.

Поскольку

рассматривается

ре­

’

9al(№+ 1)

к ~~

з

* ° — в,*

жим субгармонического

резонанса,

Кроме того, решением (41-23)

система должна быть далека от

резонанса

на

основную

частоту.

является также Фх/з= 0, т. е. режим,

Поэтому

влияние

активного

сопро­

когда

субгармонические

колебания

тивления

на

амплитуду

и

фазу

отсутствуют.

Таким

образом,

так

основной

гармоники потока

незна­

же как и при гармоническом резо­

чительно. В этом случае поток дол-

нансе,

имеют место три возможных

ны. Такой переходный 'Процесс воз­

гармонических колебаний собствен­

никает,

например, если в

схеме

ная частота

схемы

должна

быть

рис. 41-3 закоротить индуктивность,

весьма низкой, этот вид резонанса

а затем снять закоротку в момент

характерен

главным

образом

для

максимума напряжения на емкости.

дальних 'передач с продольной ком­

Так

как для возбуждения

суб­

пенсацией.

В дальнейшем мы будем разли­

риод проектирования

и строитель­

чать перенапряжения переходного

ства первой линии 400 кв Волжская

и установившегося режима,

помня,

ГЭС имени В. И. Ленина—Москва,

однако, что последний

термин

показали,

что

перенапряжения

в связи со сказанным выше являет­

с амплитудой 3 Г/ф

в

этой

линии

ся условным.

возможны,

причем

путем

рацио­

Закон изменения во времени на­

нального выбора параметров

элек­

(частота,

затухание)

может

быть

возможность

появления перенапря­

различным в зависимости от пара­

жений с большей амплитудой.

По­

метров

сети

и

вида

коммутации.

этому для первой отечественной ли­

Так

как

электрическая

прочность

нии

электропередачи

был

выбран

ряда

изоляционных

конструкций

уровень изоляции 3 t /ф .

Сильно зависит от времени воздей­

Снижение

максимальной

вели­

ствия,

она должна

зависеть

и

от

чины

перенапряжений

до

2,6

£/ф,

формы

приложенного

напряжения.

а тем более до 2,0 Uф, лишь в ред­

Поэтому для оценки опасности воз­

ких случаях

может

быть

осущест­

действия

на

изоляцию

перенапря­

влено

схемными

мероприятиями.

жений того или иного вида необхо­

Необходимо

применение

аппаратов

димо было бы выделить несколько

типа разрядников, ограничивающих

типичных

законов изменения

пере­

перенапряжения

до

необходимой

напряжений

во

времени

и

опреде­

величины. Поэтому дальние переда­

лить прочность изоляции раздельно

чи напряжением

500

кв

и

выше

для типичных случаев. Тогда мож­

проектируются

в настоящее

время

но было бы установить, какой ам­

с расчетом на защиту как

от

ат­

плитуде испытательного

напряже­

мосферных, так и от внутренних

ния

промышленной

частоты

соот­

перенапряжений,

что

отличает

их

ветствует

перенапряжение

данной

от систем

напряжением

220 кв и

формы и данной амплитуды, т. е.

ниже, где с помощью разрядников

какого уровня изоляции это перена­

ограничиваются

только

атмосфер­

пряжение требует.

ные

перенапряжения.

Поскольку

перенапряжения

пе­

Определение

амплитуд

и

про­

реходного

режима

длятся

обычно

должительности

внутренних

пере­

несколько

периодов

промышленной

напряжений

является

сложной

за­

частоты,

перенапряжения

устано­

дачей;

решение

ее

аналитическим

вившегося режима

десятки

перио­

путем возможно только в простей­

дов,

а

испытания

производятся

ших

случаях.

Поэтому

широкое

в течение

1

мин, воздействие

пере­

распространение

получило

исследо­

напряжений

для изоляции

являет­

вание

внутренних

перенапряжений

ся значительно

более

легким,

чем

на

моделях.

Так,

параллельно

воздействие

испытательного

напря­

с проектированием

первых

сверх­

жения той же амплитуды. Однако,

дальних электропередач 400—500 кв

пока

указанная

выше

работа

еще

в ряде научно-исследовательских и

не проделана,

приходится

считать

учебных

институтов

проводились

с запасом, что все перенапряжения

обширные

исследования

на

моде­

соответствуют

одноминутному

воз­

лях,

которые

позволили

выявить

действию, .принятому при испытани­

ряд

сложных

«процессов,

впослед­

ях. Поэтому, если, например, изоля­

ствии

обнаруженных

на

реальных

ция

имеёт

уровень

3

f/ф,

то

ни

линиях во время- пуско-наладочных

в переходном, ни в установившемся

испытаний

или

после

пуска

их

режиме перенапряжения

не

долж­

в эксплуатацию.

Аналогичные

ра­

ны превышать эту величину.

боты

ведутся

в

настоящее

время

Многочисленные

исследования

с целью выявления наиболее опас­

внутренних перенапряжений, прово­

ных режимов в проектируемых и

дившиеся

в Советском

Союзе в пе­

строящихся

электропередачах,

вьь

деление напряжения

вдоль

линии,

нако в послеа-варийных режимах,

реакторы позволяют поднять на-

например

при

отключениях

одного

пряжение на ее концах. Ниже будет

участка

после

короткого

замыка­

показана

благоприятная

роль

ре­

ния,

сильная

компенсация

индук­

акторов

в

снижении

внутренних

тивности линии становится ошбеи-

перенапряжений. Однако при

пере­

но

необходимой

для

сохранения

даче максимальной мощности реак­

динамической

устойчивости,

в

этих

торы в промежуточных точках ли­

случаях

иногда

применяют

кратко­

нии должны быть отключены, так

временное увеличение степени

ком­

как они приводят к снижению

на­

пенсации

(форсировка

компенса­

пряжения

вдоль

линии,

уменьше­

ции)

путем, например,

отключения

нию предела устойчивости и увели­

части

параллельно

соединенных

чению потерь.

индуктивного

конденсаторов.

линия

проходит

Для

компенсации

Если

длинная

сопротивления линии и увеличения ее

в районе с развитой или развиваю­

пропускной способности применяется

щейся промышленностью, на трассе

так называемая

продольная компен­

линии

целесообразно

сооружать

сация, т. е. последовательное

вклю­

понизительные подстанции,

которые

чение в одной или нескольких точках

могут быть связаны с местными си­

линии батареи статических конденса­

стемами линиями ПО—220 кв. Этот

торов с реактивным

сопротивлением

вариант

схемы

показан

на

х с . Отношение

х с

к

индуктивному

рис. 42-1,6, из которого видно, что

хс

= К

назы-

понизительные подстанции одновре­

сопротивлению линии —

менно

играют

роль переключатель­

вается степенью компенсации. С уве­

ных пунктов. При наличии на пере­

личением степени

компенсации повы­

ключательном

пункте

понизитель­

шаются

пропускная

способность и

ных

трансформаторов

компенси­

предел устойчивости линии, но од­

рующие

реакторы

можно

устанав­

новременно растут и токи короткого

ливать на стороне среднего напря­

замыкания.

Например,

при

степени

жения

(ПО—220 /се).

на

рас­

компенсации

Xг

и

корот­

При

передаче

энергии

К = — - = 1

стояния 500—600 км через малона­

а л

ком замыкании в конце линии

селенные

районы

целесообразно

входное сопротивление линии

близ­

строительство

линий без

продоль­

ко к нулю. При замыкании непосред­

ной компенсации с одним переклю­

ственно за

батареей

конденсаторов,

чательным пунктом (рис. 42-1,в) и

расположенной

в

середине

линии,

включением

реактора

непосредст­

емкость

оказывается

включенной

венно

на

шины

500 кв,

поскольку

последовательно

с

-половиной

ин­

отбор

мощности

на переключатель­

дуктивности линии и входное сопро­

ном

пункте при

среднем

напряже­

тивление

линии

относительно

шин

нии не предусмотрен.

высокого

напряжения

приобретает

Приведенные схемы не исчерпы­

емкостный характер, т. е. частично

вают всего многообразия схем

и ти­

компенсирует

индуктивное

сопро­

пов

дальних

электропередач.

Так,

тивление

генераторов

и

трансфор­

в районе

переключательных

пунк­

маторов.

Полное сопротивление

ко­

тов электропередачи, изображенной

роткого

замыкания

может оказать­

на рис. 42-1,а, могут появиться

ся -весьма малым, а ток короткого

местные

системы

и переключатель­

замыкания

за конденсаторами

про­

ные пункты разовьются в подстан­

дольной

компенсации

весьма

боль­

ции для связи с системами. Тогда

шим, во всяком случае он превыша­

может быть получен еще один ва­

ет ток при коротком замыкании на

риант

схемы

с

промежуточными

шинах

станции.

Поэтому

обычно

системами и продольной

компенса­

применяется

степень

компенсации

цией.

свойства

даль-

менее 50%

порядка 30—40%..

Од­

Колебательные

ней

электропереда-

^

|

Д,

в • в

с,

чи не могут пол- w

w J

J

^

г ~ ° ^

ностью проявиться в

том случае, если ли­

1 500

км)

ния

(длиной

меньше

присоединена

обоими

концами

к

мощным

источникам.

Значитель­

ные

повышения

напряжения

воз­

никают только при разрывах пере­

Рис.

42-2.

дачи,

которые

могут

появиться

в послеаварийном

режиме

(отклю­

жимам,

когда

амплитуды

перена­

чение

короткого

замыкания

или

пряжений и вероятность их возник­

асинхронного хода). При двухцеп­

новения

могут

быть

наибольшими.

ной

линии

с

переключательными

Рассмотрим различные коммута­

пунктами

разрывы

передачи

очень

ции, которые могут приводить к пе­

редки, так как при отключении ко­

ренапряжениям,

на

конкретном

роткого замыкания на одном участ­

примере части электрической систе­

ке вторая

параллельная

цепь

про­

мы, изображенной на рис. 42-2.

на­

должает

работать. Однако

возмож­

1. Включение

толчком

под

ность разрыва передачи не исклю­

пряжение

участка

ненагруженной

чается полностью, так как вторая

линии

(АВ или

АВС

выключате­

цепь может быть временно выведе­

лем 1).

ненагруженной

на в ремонт, и с такими случаями

2. Отключение

надо

считаться.

Вероятность

раз­

линии

с

последующим

повторным

рыва сильно повышается на первом

зажиганием дуги в выключателе 1.

этапе

развития

электропередачи,

3.

Отключение

короткого замы­

когда в эксплуатацию вводится од­

кания в точке С или D выключате­

на цепь. Кроме того, холостые ре­

лем 2 или 3 в конце участка линии.

жимы работы линии неизбежны при

4. Отключение

короткого замы­

включении

линии,

например

при

кания в точке В выключателями 2

пуске электропередачи.

умень­

и У с последующим успешным АПВ

Повышения

напряжения

на выключателе 1 после ликвида­

шаются

с увеличением

мощности

ции короткого замыкания.

хо­

станции

или

приемной

системы,

5.

Отключение

асинхронного

к которой

присоединена

холостая

да выключателем 2 или 3.

(разомкнутая)

линия,

а

также

Нетрудно видеть, что все эти

с появлением

промежуточных

си­

коммутации сводятся либо к обры­

стем, так как потенциалы на шинах

ву большого тока

выключателем,

и в промежуточных точках длинной

расположенным

на

некотором

рас­

линии оказываются

привязанными

стоянии от станции

(ип. 3 и 5), ли­

к э. д. с.

источника,

т.е. мощные

бо к включению ненагруженной ли­

местные системы играют роль ста­

нии

без

остаточного

заряда

или

билизаторов напряжения. Наиболь­

с остаточным зарядом

(пп. 1, 2, 4).

шие

перенапряжения

могут

возни­

Переходный

процесс,

наступаю­

кать

в пусковых

режимах

по

сле­

щий непосредственно

после комму­

дующим причинам: 1) в эксплуата­

тации, различен для всех перечис­

цию вначале вводится одна линия;

ленных выше операций; он зависит

2) включается неполное число аг­

как от вида, так и от момента ком­

регатов, т. е. мощность отправной

мутации, от последовательности

ра­

станции

мала;

3)

местные системы,

боты

выключателей

в

различных

а также потребители, на первом эта­

фазах, в особенности при отключе­

пе

могут

отсутствовать.

Поэтому

нии нессимметричного короткого за­

основное

внимание

при

исследова­

мыкания.

В

противоположность

нии

внутренних

перенапряжений

этому повышения напряжения уста­

должно быть уделено

пусковым

ре-

новившегося режима

не зависят ни

от вида коммутации, ни от предше­

линии

высокого

напряжения,

если

ствующего

переходного

режима,

отсутствует корона на проводах, по­

а только от схемы участка сети, ко­

стоянная распространения

ÿ =

р-J- /«

торый

окажется

присоединенным

равна:

к источнику. Например, в рассмот­

Y = |/ V +

/ш^) imC=

ренном

выше

примере возможен

разрыв

передачи

выключателем 2

— /“ Ÿ LC J

+ /£ЗГ*

или 3. В первом случае к шинам

станции

присоединена

разомкнутая

Учитывая,

что линии

высокого

линия,

во

втором — линия

с нена-

груженным

трансформатором

или

напряжения имеют большую доброт­

с реактором

на конце. В каждом из

ность,

т. е.

<^1,

это

выражение

этих двух

случаев

все

пять комму­

можно упростить:

таций заканчиваются одним и тем

же

установившимся

режимом. По­

1 +

5^

) =

этому

рассмотрение

различных

ви­

дов

перенапряжений

целесообразно

= -^ 7 = + /«> /1 ё =

р-И«.

(42-1)

начать

с

анализа

установившихся

режимов в различных схемах. Пред­

2 г

С

варительно необходимо рассмотреть

Волновое

сопротивление

линии

основные

характеристики

длинных

лииий, которые в значительной сте­

равно:

пени определяют

особенности

про­

7 __1 /

г + /«L

цессов В' дальних передачах.

*° — V

У г ( * + ч £ г ) “

42-3. ОСНОВНЫЕ

ПАРАМЕТРЫ

= *

( l - / 4

) .

(42-2)

ДЛИННЫХ ЛИНИЙ

При напряжениях 400 кв и выше

где

волновое

сопротив­

на

линиях

электропередачи приме­

ление

линии

без

няются

расщепленные провода

(см.

потерь.

гл. 8),

благодаря

чему линия обла­

Как

видно

из табл. 42-1, пара­

дает

повышенной

емкостью

и

метры прямой и нулевой

последова­

уменьшенной

индуктивностью

по

тельностей линии очень сильно отли­

сравнению

с

линиями,

имеющими

одиночные провода. В табл. 42-1

чаются друг от друга, что

прежде

приведены значения основных пара­

всего связано с прохождением тока

метров линии Волжская ГЭС имени

нулевой

последовательности в земле.

Для прямой последовательности, по­

В.

И. Ленина — Москва,

получен­

ные

расчетом

и непосредственными

скольку

все электромагнитное

поле

измерениями на линии. Эти пара­

распространяется в воздухе, —

метры характерны и для других ли­

I.

света).

у LC

ний 400—500 кв с расщепленными

(с — скорость

Поэтому

для

проводами.

индуктивности,

емкости

частоты 50 гц

коэффициент измене­

Помимо

ния фазы

w __2rt’5Q__

и активного

сопротивления прямой

а =

/YT>

и

нулевой

последовательностей,

<D К L L . — ~

— -gTîô*-—

в табл. 42-1 приведены также зна­

чения волнового

сопротивления

z c,

= З Ж ’

рад!КМ'

(42‘3)

коэффициента изменения фазы а и

коэффициента

затухания

р, имею­

т. е. фаза изменяется на 6°

щих важное значение при расчете

на каждые 100 км линии-

перенапряжений в дальних электро­

передачах.

Токи нулевой ПоследователbHO-

В линиях с пренебрежимо малыми

сти проходят в зеМДе на значитель­

утечками,

к которым

относятся

все

ной глубине,

которая

при

частоте