4.3.Перенапряжения в электропередачах с продольной емкостной компенсацией

Устройства продольной компенсации (УПК) устанавливаются чаще всего в середине линии для повышения пропускной способности и динамической устойчивости электропередачи. При этом обычно степень компенсации q_c=Х_с/Z=0,5.

Включение сосредоточенной емкости последовательно с распределенными параметрами линии приводит к изменению распределения напряжения вдоль линии как в нормальном режиме, так и в режимах одностороннего питания или к.з.

За счет протекания тока через Х_с на батарее конденсаторов наблюдается падение напряжения. Скачек напряжения U_с на батарее нежелателен, поэтому УПК устанавливаются в местах потокоразделов реактивных мощностей и в сочетании с шунтирующими реакторами, которые компенсируют генерируемую УПК мощность.

Рис.4.9. Типовая схема дальних электропередач с УПК

ШВ и ШР – шунтирующие выключатель и разрядник соответственно

В такой системе (рис.4.9) вследствие специфических переходных процессов

могут возникнуть:

1.Перенапряжения на продольной изоляции конденсаторов при вводе их в работу, к.з. и качаниях роторов генераторов Г₁ и Г₂.

2.Перенапряжения на изоляции относительно земли элементов передачи при ее разрыве, повышенным из-за остаточного заряда на конденсаторах.

3.Колебания на низших гармонических в контуре, содержащем последовательное соединение Х_р2 и С, который образуется при разрыве передачи.

В качестве примера рассмотрим распределение напряжения, рис.4.10, вдоль линии длиной 1000 км, в середине которой включено УПК с q_c=0,5. Расчет ведется методом эквивалентных длин.

Рис.4.10. Распределение напряжения вдоль линии с УПК

Емкостное входное сопротивление линии за УПК Z_вх2=jZctg0,5l= j1,73 cкладывается с емкостным сопротивлением УПК jX_c=j0,5. Полученное суммарное сопротивление заменяется разомкнутой линией с эквивалентной волновой длиной l_э=arc ctg(X_вх2 + Х_с)= arc ctg(1,73 + 0,5)= 0,42.

Эта длина складывается с волновой длиной участка линии до УПК и получается эквивалентная длина всей линии: 0,5ll_э= 0,945, входное сопротивление которой равно Z_вх= jZ ctg(0,5ll_э)= j0,72.

Напряжение перед батареей

.

Это напряжение распределяется между сопротивлением батареи и входным сопротивлением второго участка

Напряжение в конце линии

Основным недостатком продольной компенсации с точки зрения ограничения перенапряжений является ее слабое влияние на входное сопротивление.

Z_вхс=  j0,72, тогда как применения реактора с q_p=q_c в середине той же линии дает Z_вхр= j1,5.

Установленное в середине линии УПК практически не оказывает влияния на напряжение в начале линии, напряжение в конце линии уменьшается, а на батарее конденсаторов наблюдается скачок напряжения. Причем напряжение на УПК может оказаться значительно выше, чем напряжение в конце линии.

Подключение реакторов компенсирует действие УПК и при полной компенсации УПК не оказывает влияния на распределение напряжения вдоль линии.

При к.з. за УПК U_c может возрасти в несколько раз вследствие протекания тока к.з. через Х_с при переходном процессе. Номинальное напряжение батареи U_cном=(0,3  0,4)U_ф выбирается по номинальному току передачи, поэтому перенапряжения при к.з. могут быть опасными для изоляции конденсаторов. Для защиты от этих перенапряжений батареи шунтируются специальными разрядниками с уставкой в пределах (2,5  4)U_сном. Такие большие уставки определяются тем, что пробой разрядника в переходном режиме нежелателен, например при качании роторов генераторов после к.з., когда УПК особенно необходимо для поддержания динамической устойчивости системы.

При разрывах электропередач с УПК и шунтирующими реакторами могут возникнуть резонансные явления на очень низкой частоте (/3) в контурах, содержащих Х_с и Х_р. Возбуждение субгармоник может приводить к перенапряжениям на конденсаторной батарее и протеканию недопустимо больших токов через реактор. Для их устранения применяются выключатели или разрядники кратковременно шунтирующие УПК.