Лекции эл. сети для спец. ЭС Вихарев

Линии электропередачи сверхвысокого напряжения (ЛЭП СВН)

ЛЭП СВН называют линии напряжением от 330 до 1000 кВ. Эти линии выполняют функции межсистемных связей. Они характеризуются большой длиной (500 км и более) и большой передаваемой мощностью (500 МВ·А).

Целесообразность сооружения таких линий определяется в результате сравнения двух вариантов:

1). Строительство электростанции вблизи месторождения топлива и передача электроэнергии потребителям по ЛЭП СВН

2). Строительство электростанции вблизи потребителя и перевозка топлива по железной дороге

Особенности ЛЭП СВН:

1). Необходимость при расчетах режимов учитывать распределенность параметров и волновой характер передачи электроэнергии

2). Необходимость применения специальных устройств и мероприятий для управления режимом ЛЭП СВН и увеличения пропускной способности.

Учет распределенности параметров

Длина волны:

Для ЛЭП СВН необходимо учитывать распределенность параметров по длине линии.

Линия разбивается на малые элементы длины dl

и каждый из этих элементов представляется в виде П-образной схемы замещения.

Напряжение и ток вдоль линии СВН не остаются постоянными.

Передача энергии по линии связана с распространением бегущих волн тока и напряжения, каждую из которых представляют в виде двух волн – прямой и обратной. В реальных линиях передача энергии сопровождается ее потерями, поэтому амплитуда этих волн затухает:

1, 2, 3 – результирующие волны для различных моментов времени.

Режим линии с распределенными параметрами описывается дифференциальными уравнениями, решив которые можно получить формулы для напряжения и тока для точки, отстоящей на расстоянии x от конца линии.

, , , – комплексные постоянные интегрирования.

– коэффициент затухания; показывает затухание на единицу длины волны тока или напряжения при распространении вдоль линии:

.

– коэффициент изменения фазы; характеризует поворот вектора напряжения или тока на единицу длины при распространении вдоль линии:

.

Основными характеристиками бегущей волны является фазовая скорость и длина:

Длиной волны называется расстояние между двумя точками на линии, фаза которых различается на 360°.

Преобразовав записанные ранее уравнения можно получить выражения, связывающие напряжения и токи в начале и конце линии:

– волновое сопротивление линии

– коэффициент распространения волны на единицу длины:

; почти активный характер.

Волновая длина линии:

– характеризует изменение фазы напряжения или тока от конца к началу.

Зависимость напряжения от длины линии

Распределение напряжения вдоль линии зависит от передаваемой мощности.

Натуральная мощность – мощность, протекающая по ЛЭП, в том случае, когда сопротивление нагрузки в конце линии равно волновому сопротивлению линии.

Для упрощения расчета вводится понятие «линия без потерь». Это такая ЛЭП, для которой .

– действительное число

– чисто активная

Примем ряд допущений (упрощений):

1). Будем рассматривать линию без потерь

2). Напряжение в конце – действительное число, равное номинальному

3). Будем считать длину линии равной длине волны: (6000 км)

4). По линии передается только активная мощность

С учетом этих допущений запишем выражение для напряжения в точке, отстоящей на расстоянии x от конца:

1). , в этом случае конец вектора напряжения при движении от конца линии к началу будет описывать окружность.

2). , конец вектора напряжения при движении от конца линии к началу будет описывать эллипс, вытянутый вдоль мнимой оси, в точках ¼ и ¾ линии напряжение увеличивается.

3). , конец вектора напряжения при движении от конца линии к началу будет описывать эллипс, вытянутый вдоль действительной оси.

Если принять, что неизменным будет напряжение в начале линии, , то напряжение вдоль линии меняется так:

1).

2).

3).

Для ЛЭП СВН характерен переменный режим передачи мощности, что приводит к изменению напряжения вдоль линии. Поэтому на них устанавливают различные компенсирующие устройства, с помощью которых выравнивают напряжение вдоль линии.

Зависимость пропускной способности ЛЭП СВН от длины линии

Пропускная способность – наибольшая мощность, которая может передаваться с учетом существующих технических ограничений.

Для ЛЭП СВН:

0	0

1 – для линии без потерь

2 – для линии с потерями

С точки зрения передачи наибольшей мощности наиболее выгодным являются линии длиной 3 и 6 тыс. км. Физически при таких длинах получается резонанс между индуктивным и емкостным сопротивлением – они равны.

В реальных линиях потери имеют место, поэтому можно передавать не бесконечную мощность.

Для увеличения пропускной способности ЛЭП СВН их можно «настроить» на длину 3 или 6 тыс. км. Включают емкости и индуктивности.

Повышение пропускной способности ЛЭП СВН

Электропередачей называется совокупность электроустановок для передачи электроэнергии от генератора до потребителей.

Активные сопротивление не учитываем

Построим диаграмму напряжений:

Рассмотрим ΔOBC и ΔABC:

;

; – если пренебречь потерями

a – устойчивый режим работы, т.к.

b – неустойчивый режим работы, т.к.

Увеличение пропускной способности:

1). Увеличение (ЭДС генератора), в номинальном режиме поддерживается на постоянном уровне. Чтобы поддерживать уровень ЭДС при КЗ разработаны АРВ (автоматическое регулирование возбуждения)

2). Воздействие на напряжение . Напряжение в конце необходимо регулировать так, чтобы оно не снижалось.

3). Воздействие на суммарное сопротивление электропередачи: . Его нужно уменьшать. Сопротивления генераторов и трансформаторов уменьшаются в процессе «эволюции» этих электрических машин путем совершенствования конструкции и улучшения свойств стали. Индуктивное сопротивление ЛЭП можно уменьшить следующими способами: применение УПК; расщепление проводов (2 провода в фазе – 25%, 3 провода – 30%).

Если ЛЭП выполнена в виде двух параллельных линий, то электропередача может быть выполнена по двум схемам: блочная (генератор-трансформатор-линия) и связанная , ЛЭП разбивается на участки посредством промежуточных подстанций и переключательных пунктов.

83