книги / Техника высоких напряжений

собственная частота без учета на­ сыщения) при напряжении основ­ ной частоты на реакторе, равном Uф. На кривых отмечены участки, которые соответствуют реальным параметрам передачи Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва. Изменение частоты при определен­ ных параметрах продольной ком­ пенсации, соответствующих каждо­ му участку, объясняется изменением предвключенной индуктивности. Ор­ динаты кривой рис. 42-25 представ­ ляют собой субгармоническую со­ ставляющую напряжения на реакто­ ре или на эквивалентной емкости Срасч (рис. 42-23,в). Субгармониче­ ская составляющая напряжения на конденсаторах продольной компен­ сации несколько выше — в отноше­ нии Срасч/С и может быть легко вы­ числена для каждого конкретного случая. Однако чтобы не затемнять чертежа, который носит иллюстра­ тивный характер, мы не будем вно­ сить этих уточнений, равно как не будем учитывать составляющую основной частоты на конденсаторах,

Рис. 42-25. Определение субгармонической

которая много меньше субгармониче­ ской. Таким образом, можно счи­ тать, что кривые рис. 42-25 прибли­ зительно (с некоторым преуменьше­ нием) характеризуют напряжение на конденсаторах продольной компен­ сации.

Горизонтальными линиями пока­ зана наименьшая и наибольшая уставки разрядника (УНом=0,3£/ф)- Из графика видно, что срабатыва­ ние разрядника практически ликви­ дирует устойчивые субгармониче­ ские колебания во всех режимах при реакторах с более линейной характеристикой и резко ограничи­ вает их область при реакторах с ме­ нее линейной характеристикой, осо­ бенно при наименьшей возможной уставке разрядника.

Напряжение на реакторе скла­ дывается из составляющей основ­ ной частоты и субгармонической со­ ставляющей. Следовательно, приме­ нение реакторов со слабо нелиней­ ной характеристикой и разрядников с минимальной уставкой снижает вероятность появления перенапря­ жений на реакторах и уменьшает их амплитуду.

В схеме рис. 42-24 в некоторых случаях наблюдаются колебания двух частот, одна из которых ниже, а другая выше частоты сети, при­ чем эти частоты относятся друг к другу как целые числа.

Амплитуда и частота низкоча­ стотной составляющей зависят в основном от емкости продольной компенсации и параметров реакто­ ра, а амплитуда и частота высоко­ частотной составляющей в первую очередь определяются параметрами линии и величиной предвключенной индуктивности.

Экспериментально установлено, что свойства схемы как двухчастот­ ного колебательного контура могут проявиться в том случае, если одна из частот собственных колебаний несколько меньше двойной, а сумма частот обоих колебаний равна двой­ ной частоте сети. Например, наблю­ дались частоты 7з и 5/3, Vi и 7/4, J/s и 9/s и т, д. Интересно отметить, что

период колебаний низкой частоты не обязательно должен быть целым числом, были зарегистрированы ко­ лебания с частотами 2/э и 16/э и т. д. Особенностью такого двухчастотно­ го колебательного контура по сравнению с одночастотным являет­ ся то, что колебания возникают не в результате переходного процесса, а путем самовозбуждения, как при второй гармонике.

Перенапряжения в двухчастот­ ном колебательном контуре созда­ ются главным образом высокоча­ стотной составляющей. В линии пе­ редачи (или в ее модели) ампли­ туда высокочастотных колебаний сильно снижается под действием ко­ роны. Таким образом, этот вид ко­ лебаний, очень интересный с теоре­ тической точки зрения, на практике вряд ли может привести к опасным повышениям напряжения.

42-9. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ДАЛЬНИХ ПЕРЕДАЧАХ

ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

При симметричных режимах дальних передач все процессы опре­ деляются параметрами прямой по­ следовательности. При несимме­ тричных коротких замыканиях боль­ шую роль начинает играть схема нулевой последовательности, в ко­ торой из-за влияния земли волно­ вая длина линии значительно боль­ ше (см. § 42-3). Это обстоятельство приводит к тому, что при несимме­ тричном коротком замыкании на­ пряжение на неповрежденной фазе линии может оказаться больше, чем при отсутствии короткого замыка­ ния.

Для определения напряжения на неповрежденной фазе против точки к. з. могут быть применены обще­ известные формулы (см. гл. 37). Однако при их использовании необ­ ходимо учитывать следующие осо­ бенности длинных линий:

а) Напряжение поврежденной фазы в «нормальном» режиме (без короткого замыкания) равно напря­ жению в конце разомкнутой линии,

т. е. может значительно превосхо­ дить фазовое напряжение.

б) Под сопротивлениями нуле­ вой, прямой и обратной последова­ тельностей подразумеваются вход­ ные сопротивления относительно точки к. з., т. е. входные сопротив­ ления участка линии, замкнутого на сопротивление источника.

Из основных формул длинной линии можно найти выражение для определения входного сопротивле­ ния, которое имеет следующий вид:

th у/ + 'Y

Если не учитывать влияния коро­ ны, то при определении сопротивле­ ния прямой последовательности можно, пренебречь активной состав­

ляющей у и гп и мнимой составляю­

Хотя в схеме нулевой последова­ тельности активное сопротивление играет значительно большую роль, для приближенной оценки мы его также не будем учитывать. Тогда (42-38) пригодна и для определения входного сопротивления нулевой по­ следовательности, если в нее под­ ставлять соответствующие значения а, г и хП. Волновое сопротивление нулевой последовательности при­ близительно в 2 раза больше волно­ вого сопротивления прямой после­ довательности, а волновая длина al — в 1,5 раза. С другой стороны, предвключенная индуктивность в схеме нулевой последовательности значительно меньше, так как из-за наличия треугольника она опреде­ ляется только реактивным сопро­ тивлением рассеяния трансформа­ тора.

В предельном случае, когда ли­ ния присоединена к источнику бес­ конечной мощности (лгц=0), вход­ ное сопротивление изменяется про­ порционально tg a /. На рис. 42-26 построены зависимости входных со­ противлений прямой и нулевой по­ следовательностей относительно точки к. з. от длины линии. Сопро­ тивление прямой последовательно­ сти достигает своего максимума при /= 1500 км, т. е. при длине линии, равной 74 длины волны напряжения источника. Частота собственных ко­ лебаний такой линии, как мы виде­ ли раньше, равна частоте сети; если конец линии замкнут накоротко, то имеет место резонанс токов (в то время как при разомкнутой линии мы встречались с резонансом на­ пряжений). Сопротивление нулевой последовательности достигает ма­ ксимума при /=1 000 км, так как изменение фазы на единицу длины для токов нулевой последовательно­ сти приблизительно в 1,5 раза боль­

а)

Рис. 42-27. Зависимость повышения напря­ жения на здоровых фазах при однофазном коротком замыкании от длины линии.

_ L „

L l'

L

JJ- представляет

<р(ш2т), <p(fDst) весьма быстро зату­

ный ряд, члены которого быстро убывают. Если обозначить модуль

Вк через Вк, то А = Вг — Вг-\-В г—

— Вь и т. д., т. е. В > А.

Это означает, что амплитуда свободной составляющей основной частоты не равна составляющей установившегося режима, как это имеет место в простом колебатель­ ном контуре. Равенство напряже­ ния нулю в начальный момент осу­ ществляется за счет высших гар­ моник.

Максимум напряжения насту­ пает в тот момент, когда мгновен­ ные значения составляющей уста­ новившегося режима и составляю­ щей свободных колебаний основной частоты совпадают по фазе. Мож­ но себе представить как предель­ ный, такой случай, когда совпаде­ ние по фазе будет иметь место и для составляющих высших частот. Тогда максимальное напряжение переходного режима окажется в пределе равным

Таким образом, в отличие от про­ стого колебательного контура удар­ ный коэффициент при включении длинной линии (с частотой ш) может быть больше двух за счет высших гармоник. Однако это свой­ ство длинной линии проявляется при незначительном затухании и неболь-

Т

ших значениях —, т. е. в тех слу­

чаях, когда сосредоточенная индук­ тивность мала по сравнению с рас­ пределенной. Из рис. 42-28 видно,

т

что при — > 1 удельный вес высших

гармоник снижается, а составляю­ щая основной частоты стремится к постоянному пределу, т. е. линия практически начинает вести себя, как простой колебательный контур. Отметив тенденцию /Суя к увеличе­ нию с ростом мощности источника (уменьшение La и Т) и увеличением длины линии (т), мы в дальнейшем будем в большинстве случаев опе­ рировать простейшей схемой.

В гл. 41 был проведен анализ линейного колебательного контура и дано уравнение (41-5), которое может быть приближенно примене­ но и к длинной линии

U2(0 = Uyd (cos ш/ —е~ыcos to,/). (42-43,а)

На рис. 42-29 приведены кривые нарастания напряжения в конце ли-

Рис. 42-30. Зависимость ударного коэффи­ циента при включении линии к источнику

со,

от отношения — .

о>0

Рассмотрим различные виды коммутаций, которые могут иметь место в дальних электропередачах. Приводимые ниже цифры для ори­ ентировочной сценки величин пере­ напряжений получены на основа­ нии приближенных расчетов, изме­ рений на моделях и в реальных се­

тях применительно к параметрам работающих и проектируемых элек­ тропередач.

а) Включение линии толчком.

Этот случай в общих чертах был разобран выше, в предположении, что все три фазы включаются одно­ временно, что позволило пользо­ ваться однофазной схемой замеще­ ния. В действительности замыкание цепи в каждой фазе осуществляет­ ся через искру между контактами выключателя, т. е. приблизительно при максимуме напряжения, и, сле­ довательно, никогда не происходит одновременно во всех фазах. После включения первой фазы выключате­ ля на остальных фазах благодаря наличию электромагнитной связи наводится некоторый потенциал. Если включение других фаз про­ исходит в момент, когда напряже­ ние источника и наведенное напря­ жение на соответствующих прово­ дах линии имеют разные знаки, то амплитуды свободных составляю­ щих увеличиваются. В наиболее не­ благоприятном случае разброс в мо­ ментах включения отдельных фаз приводит к повышению напряжения на 15— 20% по сравнению со слу­ чаем симметричного включения.

Включение линии толчком при пуске передачи или после ремонта осуществляется в заранее подготов­ ленных условиях, так, чтобы обес­ печить минимально возможные по­ вышения напряжения. Для этой це­ ли включаются реакторы, снижает­ ся э. д. с. генератора, устанавли­ ваются минимальные коэффициен­ ты трансформации. В результате этих мероприятий обычно удается ограничить установившееся значе­ ние напряжения величиной (1,0— 1,2) Uф, т. е. система оказывается далекой от резонанса и поэтому ударный коэффициент в случае сим­ метричного включения приближает­ ся к двум. Неодновременное вклю­ чение фаз приводит к повышению ударного коэффициента. В резуль­ тате напряжения переходного режи­ ма могут достигнуть (2,0—2,5) t/ф.

Не исключается возможность

включения поврежденной линии, например линии, имеющей в конце однофазное короткое замыкание, что вызывает дополнительное повы­ шение напряжения на неповрежден­ ных фазах. В этом случае воз­ можные величины перенапряжений имеют порядок (2,5—2,8) Uф.

б) Отключение коротких замы­ каний. При коротком замыкании в конце линии или участка (напри­ мер, в точке С на схеме рис. 42-2) первым может сработать выключа­ тель, ближайший к месту к. з. (вы­ ключатель 2), и в течение некото­ рого времени к шинам станции бу­ дет присоединена холостая линия (в дальнейшем, употребляя выра­ жение «отключение к. з.», мы будем иметь в виду работу именно этих выключателей).

В простейшем колебательном контуре отключение короткого за­ мыкания за емкостью контура при­ водит к той же амплитуде переход­ ного процесса, как и при включении контура под напряжение. Это объ­ ясняется тем, что установившееся и начальное напряжения на емкости в обоих случаях одинаковы. Одно­ временное отключение всех трех фаз при симметричном к. з. в длин­ ной линии приводит в первом при­ ближении к аналогичному резуль­ тату. Более подробный анализ по­ казывает, что в действительности амплитуда свободных колебаний не­

несколько больше). Однако это раз­ личие невелико, уменьшается с уве­

практике, не превосходит 10%. Та­ ким образом, при одновременном отключении всех фаз ударный ко­ эффициент незначительно меньше, чем при включении толчком.

При отключении несимметрич­ ных коротких замыканий большое значение имеет порядок отключения фаз. Например, если при однофаз­

ном к. з. первыми срабатывают вы­ ключатели в неповрежденных фа­ зах, то в течение небольшого интер­ вала времени к шинам оказывается присоединенной холостая линия, одна фаза которой замкнута на зем­ лю. При этом напряжение устано­ вившегося режима на неповрежден­ ных фазах в большинстве случаев повышается в зависимости от отно­

практике достигать величины порядка (2,0—2,5) t / ф . Напряжение перед отключением зависит от э. д. с. станций, угла сдвига между ними и обычно составляет (0,5—l j t / ф . Ам­ плитуда свободных колебаний имеет порядок (1,0—-1,5) £/ф, а перенапря­ жения переходного процесса дости­ гают (3,0—3,5) С/ф.

Если линия имеет установку про­ дольной компенсации, то перена­ пряжения при отключении коротких замыканий за конденсаторами УПК могут значительно возрастать. Про­ хождение тока к. з., имеющего ин­ дуктивный характер, через емкость продольной компенсации создает на ней значительное падение напря­ жения, противоположное по знаку э. д. с. источника (кривая 1 на рис. 42-31). Отключение к. з. про­ исходит приблизительно в момент перехода тока через нуль, когда на­ пряжение на конденсаторах имеет максимальную величину. Если за конденсаторами нет включенных реакторов, то путь для разряда ем­ кости отсутствует и заряд на кон­ денсаторах сохраняется длительное время (постоянная времени разря­ да конденсатора через собственную проводимость измеряется минута­ ми).

Кривая 2 рис. 42-31 представ­ ляет собой распределение напряже­ ния вдоль холостой линии с учетом заряда конденсатора. Амплитуда свободной составляющей в первом приближении равна разности меж­ ду ординатами кривых 1 и 2, т. е. t / к о л = t/уст4- Vc = Ux.x+ Uс (где Ux.x

напряжение в холостой линии). Ма­ ксимальное напряжение яереходно-

Рис. 42-31. Характер распределения напря­ жения по элементам электропередачи при коротком замыкании за установкой про­ дольной компенсации.

го режима без учета затухания равно:

на конце линии до УПК (точка В)

При отключении короткого замыка­ ния на линии без конденсаторов продольной компенсации макси­ мальное напряжение равно 2UX.X. Таким образом, благодаря наличию продольной компенсации макси­ мальный потенциал на линии до и после УПК возрастает соответствен­ но на Uc и 2и с.

Влияние продольной компенса­ ции возрастает с увеличением сте­ пени компенсации и мощности источника, так как оба эти факто­ ра приводят к увеличению тока ко­ роткого замыкания и падения на­ пряжения на конденсаторах. Одна­ ко напряжение короткого замыка­ ния ограничено уставкой разрядни­