Тема 2. Характеристики оборудования линий и подстанций.

Параметры воздушных и кабельных линий. Схемы замещения линий электропередачи. Конструктивное исполнение, параметры и схемы замещения двухобмоточных трансформаторов. Конструктивное исполнение, параметры и схемы замещения трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН. Моделирование трансформаторов П-образными схемами замещения.

(специалисты – 4 ч., бакалавры – 4 ч., заочники – 2 ч.)

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи (активное и реактивное сопротив­-ления, активная и емкостная проводимости) равномерно распределены по ее длине. Для линии сравнительно не­-большой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: ак­-тивное и реактивное сопротивления линии и , актив­-ную и емкостную проводимости линии и .

Воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВи выше длиной до 300- 400 км обычно представляются П-образной схемой замещения (рис. 2.1).

Рис. 2.1. П-образная схема за­мещения воздушной линии электропередачи

Активное сопротивление определяется по формуле

, (2.1)

где -удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20 °С; -длина линии, км.

Активное сопротивление проводов и кабелей при часто­-те 50 Гц обычно примерно равно омическому сопротивле­-нию. При этом не учитывается явление поверхностного эф­-фекта. Удельное сопротивление для сталеалюминиевых и других проводов из цветных еталлов определяется по таблицам в зависимости от поперечного сечения. Для стальных проводов нельзя пренебрегать поверхностным эффектом, для них зависит от сечения и протекающего тока и также находится по таблицам. При температуре провода, отличной от 20 °С, сопротивление линии уточня­-ется по соответствующим формулам.

Реактивное сопротивление определяется следующим об­разом:

, (2.2)

где - удельное реактивное сопротивление, Ом/км.

Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. При расчетах симметрич­-ных режимов используют средние значения .

, (2.3)

где -радиус провода, см; -среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением:

, (2.4)

где -расстояние между проводами соответ­-ственно фаз . Например, при расположении фаз по углам равностороннего треугольника (рис. 2.2, а) со сто­-роной среднегеометрическое расстояние равно .

Рис. 2.2. Расположение проводов линии электропередачи:

а - по углам равностороннего треугольника; б - при горизонтальном расположе-нии фаз

При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода опреде­-ляется токами обеих цепей. Изменение из-за влияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния меж­-ду цепями. Отличие одной цепи при учете и без учета

влияния второй цепи не превышает 5-6 % и не учитыва­-ется при практических расчетах.

В линиях электропередачи при кВ провод каждой фазы расщепляется на несколько проводов. Это соответствует увеличению эквивалентного радиуса. В вы­-ражении (2.3) вместо используется

, (2.5)

где -эквивалентный радиус провода, см; -средне­-геометрическое расстояние между проводами одной фазы, см; -число проводов в одной фазе.

Для линии с расщепленными проводами последнее сла­-гаемое в (2.3) уменьшается в раз, т.е. имеет вид (см. пример 2.3). Удельное активное сопротивле-ние фазы линии с расщепленными проводами определяется так:

,

где - удельное сопротивление провода данного сече­-ния, определенное по справочным таблицам.

Для сталеалюминиевых проводов определяется по справочным таблицам в зависимости от сечения, для сталь­-ных- в зависимости от сечения и тока.

Активная проводимость линии соответствует двум ви­-дам потерь активной мощности: от тока утечки через изо­-ляторы и на корону.

Токи утечки через изоляторы малы, и потерями мощно­-сти в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности про­-вода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свече­-ние - корону. Короне соответствуют потери активной мощ­-ности. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра прово­-да. В связи этим задаются наименьшие допустимые се­-чения по короне: на 110 кВ-70 , 150 кВ-120 , 220кВ-240 .

При расчете установившихся режимов сетей до 220 кВ активная проводимость практически не учитывается. В се­-тях с кВ при определении потерь мощности, при расчете оптимальных режимов необходимо учитывать по-тери на корону. Обычно при этом учитываются различные виды зависимости потерь на корону от напряжения.

Емкостная проводимость линии обусловлена емко­-стями между проводами разных фаз и емкостью провод- земля и определяется следующим образом:

, (2.6)

где -удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:

. (2.7)

Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линияэлектропередачи обычно представляется более простой

Рис. 2.3. Схемы замещения линий электропередачи:

а ,б-воздушная линия 110-330 кВ с емкостной проводимостью и с реактивной мощностью, генерируемой емкостью линий; в-воздушная линия кВ; г-кабельная линия кВ

схемой замещения (рис. 2.3,6). В этой схеме вместо ем­-костной проводимости (рис.2.3, а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Половина ем­-костной мощности линии, Мвар, равна

, (2.8)

где и -фазное и междуфазное напряжение, кВ; - емкостный ток на землю, .

Из (2.8) следует, что мощность , генерируемая лини­-ей, сильно зависит от напряжения. Чем выше напряжение, тем больше емкостная мощность.

Для воздушных линий напряжением 35 кВ и ниже ем­-костную мощность можно не учитывать (рис. 2.3, б). Для линий кВ при длине более 300-400 км для оп­-ределения параметров П-образной схемы замещения учи­-тывают равномерное распределение сопротивлений и про­-водимостей вдоль линии (гл. 7).

Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные ли­-нии (рис. 2,1). Удельные активные и реактивные сопротив­- ления определяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных линий. Из (2.3), (2.7) видно, что уменьшается, а растет при сближении фазных прово­-дов. Для кабельных линий расстояния между проводами значительно меньше, чем для воздушных, и очень мало. При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротив­-ление (рис. 2.3,г). Емкостный ток и в кабельных лини­-ях больше, чем в воздушных. В кабельных линиях высоко­-го напряжения учитывают (рис. 2.3,6), причем удель­-ную емкостную мощность , квар/км, можно определить по таблицам, приведенным, например, в [10]. Активную проводимость учитывают для кабелей 110 кВ и выше. Удельные параметры схемы замещения кабеля , а также , приведенные в справочных таблицах, ориен­-тировочны, более точно их можно определить по завод­-ским характеристикам кабеля.

и (2.6) найдем параметры схемы замещения:

Ом; Ом;

См.

Половина зарядной мощности линии (см. рис. 2.3,6), определяемая по выражению (2.8),

Мвар.

По табл. П.4 для двухцепной линии можно найти Мвар. Такая мощность должна быть учтена в рас­-чете режима линии, т.е. зарядная мощность воздушных линий 110 кВ должна учитываться в балансе реактивной мощности. Это заключение тем более справедливо для линий более высоких напряжений. Поэто­-му схема замещения рассматриваемой линии должна включать кроме активного и индуктивного сопротивления емкостную проводимость (см. рис. 2.3, а) или емкостную мощность (см. рис. 2.3,б).

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Двухобмоточный трансформатор (рис. 2.4, а) можно представить в виде Г-образной схемы замещения (рис.

Рис. 2.4. Двухобмоточный трансформатор

а-условное обозначение; б-Г-образная схема замещения; в-упрощенная схе­ма замещения

2.4, б). Продольная часть схемы замещения содержит и -активное и реактивное сопротивления трансформа­-тора. Эти сопротивления равны сумме соответственно ак­-тивных и реактивных сопротивлений первичной и приведен­-ной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т. е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки при­-водится к первичной. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации. Если сети, связанные трансформатором, рассматриваются совместно, причем параметры сетей не приводятся к одному базисному напряжению, то в схеме замещения трансформатора учитывается идеальный транс­-форматор (см. §3.8,3.9).

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) со­-стоит из активной и реактивной проводимостей и . Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничива­-ния (рис. 2.4, б). Реактивная проводимость определяет­-ся магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках транс­-форматора.

В расчетах электрических сетей двухобмоточные транс­-форматоры при кВ представляют упрощенной схемой замещения (рис. 2.4, в). В этой схеме вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной на­-грузки потери мощности в стали трансформатора или по­-тери холостого хода .

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные): -номинальная мощность, МВ·А; -номинальные напряже­-ния обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; - активные потери холостого хода, кВт; % -ток холосто­-го хода, % ; -потери короткого замыкания, кВт; % -напряжение короткого замыкания, % . По этим данным можно определить все параметры схемы замеще­-ния трансформатора (сопротивления и проводимости), а также потери мощности в нем.

Проводимости ветви намагничивания определяются ре­-зультатами опыта холостого хода (XX). В этом опыте раз­-мыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено (рис. 2.5, а). Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода, т. е. (рис. 2.5, б)

.

Проводимости, См, определяются следующими выраже­-ниями:

, (2.9)

, (2.10)

где напряжения выражены в киловольтах, а мощности- в мегаваттах и мегаварах.

Потери активной мощности в стали определяются в ос­-новном напряжением и приближенно предполагаются не

Рис. 2.5. Схемы опытов холостого хода и короткого замыкания:

а, б-опыт холостого хода: в, г-опыт короткого замыкания

зависящими от тока и мощности нагрузки ( и ). В схе­-ме на рис. 2.4, б постоянна и равна каталожному зна­-чению. Ток намагничивания в трансформаторе имеет очень маленькую активную составляющую:

,

где - реактивная составляющая .