6.2. Анализ режима холостого хода линии электропередачи

Режим холостого хода линии электропередачи (ЛЭП) возникает при отклю­чении электрической нагрузки, при включении линии под напряжение в первые часы после ее монтажа, а также в период синхронизации (включении на парал­лельную работу) электрических систем посредством объединяющей их ЛЭП.

Режим холостого хода является частным случаем рабочего режима ЛЭП, однако выделим его отдельно, ввиду заслуживающей внимания особенности и практической значимости для линий напряжением 220 кВ и выше.

Воспользуемся рассмотренным выше алгоритмом расчета линии, выполним анализ данного режима применительно к П-образной схеме замещения (рис. 6.1), пренебрегая активной проводимостью, что соответствует отсутствию (неучету) потерь мощности на коронирование. Справедливость такого допущения можно установить на основе характерных соотношений между параметрами электриче­ского режима ЛЭП различного номинального напряжения, приведенных в пара­графе 1.3. Так, например, емкостная генерация на 100 км ВЛ 220 кВ составляет около 13 Мвар, а ВЛ 500 кВ — около 95 Мвар при потерях на корону до 0,6—0,8 МВт (при хорошей погоде), что на два порядка меньше емкостной генерации. В кабельных линиях преобладание зарядной мощности над потерями в изоляции еще значительней. Поэтому потери мощности на коронирование не оказывают заметного влияния на параметры электрического режима ЛЭП. Однако их учет необходим при плохой погоде и технико-экономическом анализе ВЛ, в частности, при расчете потерь электроэнергии.

Так как в режиме холостого хода нагрузка в конце линии S₂ = 0, то ее элек­трическое состояние определяет наряду с напряжением U, только зарядная (ем­костная) мощность, направленная от конца линии к началу:

Тогда потери мощности, вызванные потоком зарядной мощности

определяют поток мощности в начале звена

Для наглядности анализа пренебрегаем потерями активной мощности по причине преобладания в рассматриваемых линиях реактивных сопротивлений над активными. Тогда поток мощности в начале звена запишем в виде

Заметим, что потери реактивной мощности соизмеримы с потоком зарядной мощности конца ЛЭП (до 10—15%), однако в отдельных случаях потерями ΔQ также можно пренебречь.

Воспользуемся формулами (6.28) и (5.74) для напряжения в конце линии, с учетом направления зарядной мощности имеем

(6.30)

При Р_Н ≈ 0 получим

Рис. 6.2. Векторная диаграмма напряжений при холостом ходе ЛЭП

Модуль напряжения в конце линии

(6.31)

Учитывая соотношения X > R или X » R, в данном случае справедливо ΔU^' >δU^''.

Векторная диаграмма напряжений, построенная в соответствии с выраже­нием (6.30), приведена на рис. 6.2.

Отсюда видно что при холостом ходе емкостная зарядная мощность, проте­кая по ЛЭП вызывает повышение напряжения в конце линии.

К аналогичному заключению можно прийти, если воспользоваться формулой (5.23).

Найдем напряжение в начале линии по данным конца. С учетом направле­ния зарядной мощности (Р_К = 0) получим

откуда модуль напряжения в начале линии

Состояние электрических напряжений можно отобразить векторной диа­граммой (рис. 6.3), из которой видно, что в режиме холостого хода напряжение в конце линии больше, чем в начале, и отстает от U₁ по фазе δ.

Рис. 6.3 Векторная диаграмма напряжений в режиме холостого хода линии

Рис. 6.4. Изменение напряжения вдоль ЛЭП в режиме холостого хода

Можно дополнительно учесть, что при росте U₂ происходит увеличение за­рядной мощности ЛЭП, которое компенсирует ее потери.

Превышение напряжения δU_X в конце ЛЭП относительно напряжения в на­чале можно приравнять (с допустимой погрешностью) к продольной составляю­щей падения напряжения

(6.32)

т. е. с увеличением длины напряжение в конце ЛЭП возрастает квадратично (рис. 6.4)

Дадим оценку возможного превышения напряжения. Для ВЛ 220 кВ сред­ней длины, например, равной 200 км, получим

а для ВЛ 500 кВ протяженностью 500 км имеем

Уточним значение δU_X, ограничиваясь вторым приближением:

что превышает максимально допустимое значение 525 кВ по электрической проч­ности изоляции.

В итоге отметим, что в режиме холостого хода напряжение в конце протя­женных ЛЭП напряжением свыше 220 кВ может достигнуть значений, на которые изоляция линий и электрооборудования не рассчитана.

Кабельные линии имеют значительно большие удельные емкостные генерации, чем воздушные. Однако, учитывая, что кабельные линии большой протяженности не прокладывают, значительных превышений напряжения в конце линий не ожидается.