ЭлектрО

Схемы электропередач переменного тока

Линии электропередачи напряжением 500—750 кВ предназна­чаются как для передачи больших количеств электрической энергии в районы ее потребления от крупных тепловых и гидравлических электростанций, удаленных от промышленных центров, так и для взаимного обмена мощностями между энергосистемами. В зависимости от передаваемой мощности и назначения электропередачи 500—750 кВ строятся одноцепными, двухцепными и с большим ко­личеством цепей (как, например, электропередача 735 кВ Маникуаган — Монреаль в Канаде). Линии передачи этих напряжений сооружаются преимущественно на одноцепных опорах. Двухцепные опоры для линий 500 кВ применяются в Японии и частично в США, из-за ограниченности места и большой стоимости отчуждае­мой земли. Межсистемные связи, как правило, выполняются одноцепными; вторая цепь предусматривается в том случае, если имеются перспективы передачи по ним большой мощности.

Двухцепные (и трехцепные) электропередачи выполняются только по связанной схеме, с рядом промежуточных подстанций или переключательных пунктов, расположенных друг от друга на расстоянии 250—350 км. Примером такой электропередачи может служить представленная на рис. 1 (с небольшими упрощениями) электропередача 500 кВ Волгоград — Москва.

Рис. 1. Электропередача 500 кВ

 

Переключательные пункты на двухцепных элект­ропередачах сооружаются в том случае, когда строительство про­межуточных подстанций в данное время экономически не оправды­вается из-за отсутствия достаточной нагрузки. С развитием эконо­мики этих районов переключательные пункты переоборудуются в промежуточные подстанции. Так, например, было при строитель­стве первой электропередачи 500 кВ Куйбышев — Москва; на трассе протяженностью 850 км были построены три переключательных пункта. В настоящее время все переключательные пункты переобо­рудованы в подстанции.

Назначение переключательных пунктов — повышение пропуск­ной способности электропередачи. Как известно, предельная пере­даваемая мощность по условиям устойчивости параллельной работы электростанции с приемной системой (идеальный предел передавае­мой мощности) Определяется формулой:

  (1)

где Р — активная мощность, передаваемая приемной системой; Е и U — э. д. с. генераторов передающей станции и напряжение приемной системы, приведенные к расчетному напряжению; X_å — результирующее сопротивление всей системы электропередачи (рис. 2), приведенное к тому же напряжению.

При связанной схеме электропередачи повреждение на линии выводит из работы не всю, а только часть линии (на рис. 1 при мерно 1/4 ее). Сопротивление электропередачи при этом изменится не столь значительно, как это имело бы место при выходе из работы всей линии; пропускная способность линии, как это видно из фор­мулы (1), сохранится на высоком уровне. Для примера укажем, что при наличии двух—трех переключательных пунктов на двухцепной электропередаче 500 кВ протяженностью 800—1000 км про­пускная способность ее повышается на 45—60%.

Расщепление проводов, применяемое на всех ли­ниях напряжением 500—750 кВ, сущест­венно снижает общее реактивное сопротивление линий. На линиях 500 кВ расщепление, фазы производится на 3 провода с шагом расщепления 400 мм, что дает снижение Х_л на 33% по сравнению с тем, которое было бы в линии с одним проводом в фазе. В линиях 750 кВ расщепление фазы производится на 4 провода с шагом 600 мм (линия Донбасс — Днепр — Винница) или на 5 проводов с шагом 300 мм (Ленинград — Конаково).

Продольная емкостная компенсация ин­дуктивного сопротивления линий служит средством дальнейшего повышения пропускной способности электропередачи. Компенси­руется около 40—50% индуктивного сопротивления линии. Большая степень компенсации может вызвать параметри­ческую неустойчивость — самовозбуждение генерато­ров. При компенсации ре­активного сопротивления на 25% пропускная спо­собность электропереда­чи увеличивается на 30— 40%, а при 50% — в 1,7—2 раза.

Рис.   2.  Электропередача,  связывающая электростанцию с электрической системой: а — принципиальная схема;  б—схема за­мещения

 

Установки продольной компенсации (УПК), разме­щаются на промежуточных подстанциях или на пе­реключательных пунктах. При относительно небольшой степени компенсации ограничиваются одной УПК на электропередачу. Для повышения надежности ра­боты конденсаторы УПК разбиваются на две или три параллельных цепи (рис. 3). Применение продольной компенсации на первой электропередаче 500 кВ Куйбышев — Москва протяженностью 850 км со степенью компенсации 25% повысило ее пропускную способность с 1350 до 1800 МВт, а на электропередаче Братск — Иркутск (586 км, Х_к/Х_л = 0,35) с 1150 до 1600 МВт. Предусмотрено устройство продольной компенсации также на двух подстанциях электропередачи Волгоград — Москва и на других линиях.

Рис. 3. Переключатель­ный пункт с установкой продольной компенсации 500 кВ

ШВ — шунтирующий выклю­чатель; ШР — шунтирующий разрядник; R — успокаиваю­щее сопротивление

 

Поперечная индуктивная компенсация емкости линий предназначается для снижения избыточной реактив­ной мощности и выравнивания напряжения вдоль линий при работе их с нагрузками меньше натуральной мощности и при холостом ходе. Поперечная компенсация осуществляется с помощью шунтовых реакторов, подключенных к линиям в разных ее точках.

Генерируемая линиями передачи реактивная мощность зависит от рабочего напряжения в них. Потери же реактивной мощ­ности в индуктивном сопротивлении линий зависят от величины и коэффициента мощности нагрузки линий. При нагрузке, равной натуральной мощности, генерируемая и теряемая в индуктивном сопротивлении реактивная мощность приблизительно компенсируют друг друга. При нагрузке свыше натуральной мощности потери реактивной мощности больше генерируемой и, следовательно, возникает недостаток реактивной мощности на приемном конце линии, а при нагрузке меньше натуральной мощности — обнаруживается ее избыток.

При фиксированных равных напряжениях в начале и конце электропередачи напряжение в середине линии при нагрузках меньше натуральной мощности повышается из-за избытка реактивной мощности, гене­рируемой линией. При относительно малых нагрузках напряжение в середине линии может достигнуть значения выше допусти­мого по изоляции для данного класса напряжения. При холостом ходе линии, связанном, например, с подготовкой к синхронизации питающей станции с прием­ной системой, влияние емкости линии ска­жется значительным повышением напря­жения на отключенном конце линии, тем большим, чем больше длина включаемого участка электропередачи.

При наличии шунтовых реакторов из­быточная реактивная мощность, генери­руемая линией, направляется в реакторы, чем и обеспечивается нормальный уровень напряжения в линии. Наличие реакторов приводит также к уменьшению потерь активной мощности в линиях и снижению уровня внутренних перенапряжений. Мощ­ность реакторов обычно определяется усло­виями работы линий в режиме холостого хода. Степень компенсации зарядной мощности линий 500 кВ различна: от 42—64% в СССР до 100% за ру­бежом. Установка реакторов на приемных концах электропередач напряжением 500 кВ в СССР не применяется, а генерируемая частью приемного конца линии реактивная мощность используется в приемной системе. Размещение реакторов на передающем конце и в середине линии дает нужные результаты по улучшению распре­деления напряжения вдоль нее при малых нагрузках и холостом ходе линии.

Реакторы могут включаться как непосредственно в линию электропередачи, так и на вторичном (110; 35 кВ) напряжении трансформаторов промежуточных подстанций. Наибольший эффект при равной мощности дают реакторы, включенные непосредственно в линию. На электропередаче Волгоград — Москва (рис, 1) и других принят смешанный способ включения: 70% суммарной мощности реакторов включают на .высшем напряжении и 30% на вторичном. Реакторы на передающем конце линии включаются наглухо, остальные — через выключатели. При боль­ших нагрузках в линии, когда создается недостаток реактивной мощности, эти реакторы могут быть выведены из работы.

На линиях напряжением 735 кВ за рубежом (рис. 3) реакторы устанавливаются на всех участках электропередачи протяженностью 240 км и более по обоим их концам, при этом все реакторы включены в линию наглухо. На линии электропередачи 750 кВ Ленинград — Конаково протяженностью 524 км по условиям холостого хода линии запроектирована 100%-ная компенсация зарядной мощности, с установкой по две труппы реакторов на каждом ее конце (2 X 300 MB·А).

Рис. 4. Одна из трех цепей электропередачи 735 кВ Маникуаган — Квебек — Монреаль (Канада)

 

Поперечная емкостная компенсация, осу­ществляемая на приемных подстанциях путем установки СК или УБК, обеспечивает снабжение реактивной мощностью потребителей при больших нагрузках в электропередаче. Поперечная компенса­ция вместе с шунтовыми реакторами, присоединенными в начале и в середине линий, позволяют эффективно регулировать напря­жение вдоль электропередачи при самых разнообразных режимах ее работы.