ется, так как приводит к недопустимо большим потерям напря жения и к заметному снижению экономичности работы сети. По этому требуется почти полная ее компенсация (потребление) на месте с помощью реакторов, включенных поперечно.
Аналогичное положение получается при нагрузке линий мощ ностью больше натуральной. При этом теряемая в индуктивных сопротивлениях линий реактивная мощность оказывается боль ше генерируемой и требуется дополнительная генерация доста точно большой реактивной мощности на месте с помощью ком пенсирующих устройств.
В принципе имеется и другая возможность. Если предполо жить, что потери реактивной мощности в индуктивном сопротив лении линии пропорциональны квадрату относительной нагруз ки и обратно пропорциональны квадрату относительного уровня напряжения
а генерация реактивной мощности пропорциональна квадрату относительного уровня напряжения
Q c = Феном ( а ) ~ @Сном
Whom/
то из равенства значений потребляемой и генерируемой реак тивной мощности
AQ = QC
следует, что при условии изменения уровня напряжения в зави симости от нагрузки
£/. = Ѵ К
избыточная реактивная мощность всегда отсутствует.
Этим, правда, практически не решается задача компенсации реактивной мощности в режимах малых нагрузок, так как при шлось бы использовать очень большой диапазон регулирования напряжения. Однако даже реально допустимое снижение уровня напряжения в линии позволяет существенно облегчить реше ние задачи, так как избыточная реактивная мощность при пони женном напряжении заметно снижается. Это не значит, что в та ких случаях потребность в реакторах устраняется, так как реак торы нужны не только по условиям работы линий в нормальных режимах. Однако суммарная номинальная мощность реакторов при этом может быть снижена.
Линии сверхвысокого номинального напряжения характерны сравнительно большими значениями потерь активной мощности и энергии, обусловленными явлением короны на проводах
(см. гл. 6).
При наличии линий сверхвысокого напряжения большой дли ны энергосистема становится протяженной. В таких линиях электропередачи потери активной мощности в режимах боль ших нагрузок достигают достаточно больших значений — таких, при которых приходится считаться с влиянием изменений эко номичности работы сети на экономичность распределения ак тивной мощности между электростанциями электросистемы. Иными словами значения относительного прироста потерь ак тивной мощности в сети при этом получаются достаточно боль шими. В этих условиях заметное влияние оказывает и распреде ление реактивной мощности в сети на экономичность распреде ления активной мощности в энергосистеме. Как известно, в концентрированной системе эти оба явления обычно оказыва ются настолько малыми, что могут не учитываться.
Существенные трудности часто обнаруживаются при парал лельной (через соответствующие трансформаторы) работе ли
ний сверхвысоких номинальных |
напряжений |
с сетями ПО |
и 220 кВ. Такая работа приводит |
к появлению |
неоднородных |
замкнутых сетей, которые обладают при большом транзите мощ ности плохими технико-экономическими показателями. В связи с тем что активная мощность в сети распределяется приблизи тельно в соответствии с реактивными сопротивлениями ветвей, линии меньшего напряжения оказываются загруженными в боль шей мере, чем линии большего напряжения. Это приводит, вопервых, к тому, что по условиям нагрева проводов линий мень шего напряжения транзит мощности оказывается ограниченным. Ограничение может оказаться даже большим, чем по условиям устойчивости. Во-вторых, в связи с большими относительными активными сопротивлениями линий меньшего напряжения та кое положение приводит к снижению экономичности работы
сети, |
так как увеличиваются потери активной мощности и энер |
гии в ней. |
проведения соответствую |
Оба указанных условия требуют |
щих |
мероприятий для снижения |
нежелательного |
эффекта. |
В числе этих мероприятий могут быть: деление сети |
меньшего |
напряжения с применением устройств АВР для сохранения тре буемой надежности электроснабжения, применение вольтодоба вочных трансформаторов с продольно-поперечным регулирова нием э. д. с., включение устройств продольно-емкостной компен сации в линии высшего напряжения для получения большей однородности сети. Необходимость проведения этих мероприя тий и выбор наивыгоднейшего решения могут быть обоснованы только путем выполнения соответствующих расчетов.
В результате можно сформулировать задачи расчетов рабо чих режимов сетей сверхвысоких напряжений в следующем ви де. В условиях эксплуатации должна быть выполнена проверка режима напряжений и баланса реактивной мощности по узлам при заданном распределении активной мощности между источ
никами питания (с учетом соответствующих значений относи тельного прироста потерь в сети). При наличии соответствующих регулирующих устройств должны быть определены условия наи выгоднейшей работы сети. В условиях проектирования на осно ве результатов расчетов рабочих режимов производится выбор параметров линий сети, а также выбор регулирующих и компен сирующих устройств с помощью надлежащих технико-экономи ческих расчетов. Те же результаты являются исходными и для расчетов устойчивости работы электрической системы.
11-2 УСЛОВИЯ
РАСЧЕТОВ
Значительная специфика характерна и для условий техниче ского выполнения расчетов рабочих режимов сетей сверхвысо ких напряжений. Эта специфика приводит к тому, что методы расчета, широко используемые в случаях анализа работы сетей 110 и 220 кВ, оказываются неприемлемыми в данном случае. Прежде всего, приходится обратить внимание на значительное влияние распределенного характера параметров линий таких се тей. С этим можно не считаться только в случаях достаточно ко ротких линий— длиной около 100—150 км. В сетях сверхвысо ких напряжений типовыми можно считать расстояния между подстанциями около 250 км, но они могут быть и большими.
Меньше других обычно на параметры режима влияет явле ние короны на проводах. В сетях сверхвысоких напряжений это остается справедливым. Однако здесь активная проводимость линий может не учитываться только вначале. Соответствующие потери активной мощности должны определяться после выпол нения расчета рабочего режима и учитываться при выполнении технико-экономического анализа исследуемого режима работы сети. При этом должны учитываться возможные атмосферные условия и рабочее значение напряжения.
В действительности рабочие режимы сетей трехфазного тока всегда являются несимметричными. В современных электриче ских системах все большее применение получают несимметрич ные нагрузки (часто — однофазные). В некоторых случаях применяются неполнофазные схемы. В сетях сверхвысоких напря жений линии выполняются с удлиненными циклами транспози ции проводов. Кроме того, рабочие режимы часто оказываются
и |
несинусоидальными, когда функции изменения напряжений |
и |
токов в течение каждого периода получаются несинусоидаль |
ными. Причина этого явления — наличие нелинейных |
и мало |
инерционных ветвей. Такими оказываются, |
например, |
вентиль |
ные нагрузки большой мощности, которые |
получают |
все боль |
шее распространение. Несинусоидалы-юсть возникает также из-за нелинейности ветвей намагничивания трансформаторов, ко роны на проводах и т. п.
Поэтому наряду с расчетами симметричных и синусоидаль ных режимов (составляющих прямой последовательности основ ной частоты) приходится иногда выполнять и более сложные расчеты для оценки возникающей несимметрии и амплитуд выс ших гармоник. В ряде случаев о возникающей несимметрии можно получить представление с помощью приближенных рас четов, выполняемых на основе параметров прямой последова тельности. Однако в некоторых случаях требуются и более под робные расчеты. Возможности появления гармоник представля ют практический интерес для сетей меньших напряжений п в рассматриваемых сетях обычно не выявляются.
Более сложными в данных условиях получаются расчеты ра бочих режимов при неполнофазной или несимметричной схеме включения какого-либо элемента сети. Так, могут быть случаи отключения одной фазы реакторов поперечной компенсации, от ключения части конденсаторов установки продольно-емкостной компенсации, отключение одного провода двухцепной линии электропередачи и т. п. Такие режимы приходится исследовать более тщательно — с помощью специальных методов расчета. При этом приходится учитывать и пофазное различие парамет ров линий, и их распределенный характер. В случае отключения провода приходится учитывать и состояние этого провода (на пример, соединение его с землей). В таких случаях приходится пользоваться уточненными формулами для определения пара метров линий.
Приходится применять и принципиально иные методы расче тов. В частности, при достаточно быстром изменении нагрузок, которое имеет место, например, в системах электроснабжения тяги, режим обратной последовательности может быть опреде лен только вероятностно-статистическими методами. Эти же ме тоды требуются и для анализа режимов разных гармоник. В дан ной работе эти методы не рассматриваются.
К дополнительным усложнениям обычных расчетов приводит значительное расхождение напряжений по фазе. Даже при ком пенсированных линиях этот угол может получаться достаточно большим. В случае же настроенной линии этот угол превышает 180°. При соединении такой линии с системой могут потребовать ся трансформаторы разных групп соединения обмоток. Их ко эффициенты трансформации должны определяться комплексны ми числами, равно как и коэффициенты трансформации вольто добавочных трансформаторов с поперечным регулированием.
Указанное обстоятельство вызывает усложнение расчетов не зависимо от решения задач устойчивости электрической системы. Даже в тех случаях, когда электростанций достаточно много и применены меры по устойчивости их работы в электрической
системе, большие углы сдвига по фазе между напряжениями в разных местах сети и появление трансформаторов с разными аргументами коэффициентов трансформации приводят к допол нительным трудностям, которые часто имеют значение лишь при техническом выполнении расчетов рабочих режимов.
При отсутствии компенсации на линиях электросети возра стание углов сдвига по фазе между напряжениями обусловлено только увеличением протяженности сети. При нагрузке неком пенсированных линий натуральной мощностью угол сдвига на пряжений по фазе составляет примерно 6 эл. град на каждые 100 км расстояния передачи по линии активной мощности. Таким образом, при дальности передачи в одном направлении 1 000 км передача натуральной мощности приводит к накоплению угла 60 эл. град. Нетрудно видеть, что при этом модуль падения на пряжения в сети получается соизмеримым со значением рабо чего напряжения.
В таких условиях обычный метод итераций при расчете ра бочего режима может оказаться уже неприемлемым; может на рушиться сходимость итеративного процесса, т. е. получиться постепенное удаление от правильного решения. Причина этого заключается в том, что при определении задающих токов по зна чениям полной мощности приходится пользоваться некоторыми приближенными значениями напряжений в комплексной форме
л
Е с л и предварительно принятые значения Üi напряжений по аргументу значительно отличаются от правильных (искомых) значений (а практически достаточно, чтобы это отличие было в несколько десятков градусов), то сходимость итеративного процесса резко ухудшается и даже нарушается.
Отсюда следует, что обычный итеративный процесс в таких условиях (в сетях достаточно большой протяженности) допустим только при достаточно правильных исходных данных. Это зна чит, что комплексные значения напряжений уже в режиме нуле вого приближения должны быть приняты достаточно правиль ными. Такое положение может быть обеспечено, например, в тех случаях, когда известно решение, достаточно близкое к искомо му (для режима, сравнительно мало отличающегося от искомо го). Угадать с достаточной точностью напряжения в неизвестном режиме нагрузок для таких сетей сравнительно трудно.
Трудность выполнения расчета рабочего режима практиче ски увеличивается еще и следующим обстоятельством. Как уже было указано, передача реактивной мощности в таких сетях (сверхвысоких напряжений, с достаточно большими реактивны ми сопротивлениями линий) связана с большими значениями по-
ЗН
