Файл: Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ.pdf

иовки и их параметры (см. ниже). Целесообразным в отдельных случаях мо­ жет оказаться также и совместное использование обоих мероприятий — вольтодобавочиых трансформаторов и деления сети.

Включение у с т р о й с т в п р о д о л ь н о - е м к о с т н о й к о м п е н с а - ц и и в линии высшего напряжения, где нужно компенсировать излишнее ре­ активное сопротивление, заманчиво тем, что не требует автоматического ре­ гулирования в зависимости от рабочего режима сети. При этом снижается сама неоднородность сети.

Кроме того, включение батарей конденсаторов приводит к частичной ком­ пенсации потерь реактивной мощности, т. е. снижению необходимой мощности регулируемых компенсирующих устройств. Однако в сетях сверхвысоких номи­ нальных напряжений это соображение требует дополнительной проверки. Дело в том, что линии сверхвысоких номинальных напряжений генерируют настолько большую реактивную мощность (как это уже отмечалось ранее), что ее приходится специально компенсировать реакторами. В некоторых слу­ чаях для этого могут быть использованы и синхронные компенсаторы, вре­ менами работающие в режиме недовозбуждения. Наивыгоднейшее решение может быть получено только путем соответствующих технико-экономических расчетов. Компенсация потерь реактивной мощности при этом снижает пере­ менную часть этих потерь, что в целом упрощает решение задачи.

Важно отметить, что продольная компенсация емкостью приводит к уве­ личению пропускной способности сети, по условиям устойчивости, так как сни­ жает эквивалентное реактивное сопротивление. Однако при этом имеется и отрицательный эффект: увеличиваются значения токов короткого замыкания. В отдельных случаях продольно-емкостная компенсация приводит и к возник­ новению различных резонансных явлений в электрической системе, что требу­ ет специального дополнительного исследования.

13-3 МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ ОТДЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Д е л е и и е. Для определения мест иаивыгоднейшего деления сети надо произвести расчет распределения нагрузок в схеме, составленной из одних активных сопротивлений продольных звеньев сети. При этом наибольший ин­ терес представляет распределение активной мощности по ветвям, так как рас­ пределение реактивной мощности обычно происходит достаточно экономично без каких-либо дополнительных мероприятий.

Если сеть состоит из участков разных номинальных напряжений, то перед расчетом схема должна быть приведена к одному базисному напряжению. При этом предполагается, что коэффициенты трансформации трансформато­ ров, связывающих сети каких-либо двух ступеней трансформации, одинаковы; их различие определяется из расчета рабочего режима при окончательно вы­ бранной схеме.

Расчет можно выполнить с помощью модели постоянного тока, так как схема получается полностью однородной. Поэтому расчет производится в ве­ щественных числах. Расчет можно выполнить и на ЦВМ, пользуясь любым методом и предполагая схему линейной, так как задающие токи, численно равные заданным значениям активной мощности в узлах, являются неизмен­

н ы м и .

Деление сети должно быть выполнено так, чтобы получающееся при этом распределение активной мощности в сети возможно ближе подходило к рас­ четному (экономически наивыгоднейшему). Распределение реактивной мощно­ сти должно соответствовать исходному, получающемуся в замкнутой схеме. Если оно неизвестно, то его следует определить таким же путем, как и для активной мощности.

349

Следует иметь в виду, что практически во всех полученных таким путем местах в действительности надо производить деление. Это справедливо даже в тех случаях, когда наивыгоднейшее распределение заметно отличается от естественного, т. е. получаемого в замкнутой схеме. Это обстоятельство объ­ ясняется тем, что в некоторых случаях взаимное расположение пунктов пи­ тания и потребления при заданных значениях мощности оказывается доста­ точно благоприятным. Возможность работы сети с меньшим числом мест деления можно проверить детальными расчетами.

Все расчеты целесообразно выполнять для режима наибольших нагрузок, когда потери активной мощности оказываются наибольшими, т. е. наибольшим получается и экономический эффект от снижения влияния неоднородности. При этом учет эффекта, получаемого при других режимах, производится приближенно. Более точно места деления сети могут устанавливаться в про­ цессе текущей эксплуатации сети. С течением времени они могут и изме­

вольтодобавочных трансформаторов связан с более сложными расчетами. Причина этого заключается в том, что по меньшей мере нужно сравнить до­ полнительные затраты на вольтодобавочные трансформаторы и компенсирую­ щие устройства с эффектом снижения потерь энергии в сети. Определяющим является критерий минимума приведенных затрат. Строгое математическое решение этой задачи в общем виде представляет известные трудности.

Однако практически допустимым можно считать и некоторое упрощение расчета. Дело в том, что иаивыгоднейшее решение можно получить путем непосредственного сравнения нескольких целесообразных вариантов, составле­ ние которых является задачей опытного проектировщика. При этом могут быть учтены н другие условия — такие, как необходимость дополнительных мероприятий по повышению пропускной способности сети, дополнительные расходы, связанные с усилением коммутационной аппаратуры или повышением устойчивости электрической системы, и т. д.

Оптимизация решения в настоящее время обычно ведется при машинном счете опять же путем перебора возможных вариантов, число которых в дей­ ствительности получается довольно большим. С другой стороны, как правило, большинство этих вариантов является заведомо нецелесообразным. Прак­ тически это достаточно легко установить на основе имеющегося опыта и уче­ та дополнительных факторов.

Кроме того, упрощение решения можно получить еще и тем, что расчет выполнять опять же только для режима наибольших нагрузок. При этом по­ тери энергии можно определять приближенно, пользуясь значениями време­ ни наибольших потерь отдельно для значений активной и реактивной мощно­ сти. Несмотря на то что при этом получается известная ошибка, все же такой расчет можно считать допустимым. Более точное решение по выбору закона регулирования получается в дальнейшем — в процессе текущей эксплуата­ ции сети.

Вольтодобавочные трансформаторы целесообразно устанавливать во вто­ ричные цепи трансформаторов, связывающих сети разных номинальных на­ пряжений. Это обусловлено тем обстоятельством, что в указанных местах дей­ ствие вольтодобавочных трансформаторов получается наиболее эффективным даже при изменении схемы сети каждой ступени трансформации. Установка их в сети меньшего напряжения может показаться более выгодной, посколь­ ку в отдельных линиях может оказаться меньшей пропускная способность. Однако при этом могут возникать и некоторые нежелательные явления, такие, как появление уравнительных токов в контурах сети одного напряжения, имеющих сравнительно малую протяженность. Эти уравнительные токи могут вызвать дополнительные потери энергии в большей степени, чем снижаются потери энергии в неоднородном контуре.

Число вольтодобавочных трансформаторов при этом следует выбирать по числу трансформаторов, связывающих сети разных напряжений, независимо от числа замкнутых контуров в сети каждой ступени трансформации. Доста­ точно иметь вольтодобавочные трансформаторы на всех связях, кроме одной;

350

этого достаточно для желаемого перераспределения активной мощности меж­ ду связанными сетями. Установка вольтодобавочных трансформаторов на по­ следней связи может оказаться целесообразной только по условиям раздель­ ного регулирования уровня напряжения в сетях разных ступеней трансформа­ ции, что должно быть установлено дополнительными расчетами.

При этом предполагается, что в пределах сети каждой ступени трансфор­ мации в отдельности перераспределение активной мощности (по сравнению с естественным) не требуется, так как ее неоднородность сказывается срав­ нительно слабо. Действительно, сеть высшего напряжения достаточно одно­ родна, а в сети низшего напряжения не должно быть транзита большой мощ­ ности после того, как достигнуто перераспределение мощности между сетями разных ступеней трансформации.

В данном случае расчет опять же может производиться по схеме, приве­ денной к одному базисному напряжению. Требуемые различия в коэффициен­ тах трансформации при этом определяются в результате расчета — в виде добавочных э. д. с. Однако в случае надобности существующее различие в коэффициентах трансформации можно учесть с помощью добавочных актив­

не требуется, если решается проектная задача. Найденные из расчета э. д. с. при этом являются лишь ориентировочными, так как параметры выполняемых вольтодобавочных трансформаторов изменяются дискретно и выбираются с большими округлениями. Важно только установить целесообразность приме­ нения этих устройств в тех или иных местах сети.

Поэтому практически можно допустить еще одно упрощение, которое яв­ ляется чисто расчетным; значения задающих токов предполагаются неизмен­ ными, т. е. схема предполагается линейной. В случае надобности это допуще­ ние может быть снято, т. е. может быть учтено изменение задающих токов в зависимости от получаемых значений напряжений в узлах. Как уже было указано ранее, это легко выполняется обычным итеративным путем, т. е. повторным расчетом при других исходных значениях напряжений.

Приведенные затраты определяются по выражению

четная стоимость потерянной электроэнергии; т — время наибольших потерь, которое может быть принято общим для активной и реактивной нагрузок, ис­ ходя из преобладающего значения активной мощности нагрузок; Р А т — эко­

номия в потерях активной мощности в режиме наибольших нагрузок. Дополнительные капитальные затраты определяются по следующему вы­

ражению:

рицы экономически обоснованных величин э. д. с. соответственно продольного- и поперечного регулирования; іиі — транспонированная матрица номинальных токов вольтодобавочных агрегатов, определяемых условиями работы в послеаварийных режимах; k q — удельная стоимость дополнительных компенсирую­

щих устройств; AQAm— увеличение наибольших потерь реактивной мощности

в сети в результате достигаемого в ней перераспределения нагрузок.

Потери полной мощности в сети определяются следующим выражением;

А . .

SA = J t Z J.

Следует отметить, что при определении потерь мощности в сети не следу­ ет считаться с действием активных элементов, включенных в схему для уче­

351

та различия в коэффициентах трансформации, так как соответствующие зна­ чения мощности определяют лишь передачу ее из одной цепи в другую в про­ цессе трансформации, а не потери, приводящие к экономическому эффекту.

Изменение токов в ветвях схемы в результате действия э. д. с. вольтодобавочиых агрегатов можно определить путем наложения. Матрица добавочных токов определяется следующим образом:

где матрица Е пока что является неизвестной; она должна быть определена из условия наибольшей экономичности

Непосредственное решение задачи вызывает некоторые затруднения. По­ этому рекомендуется упрощенный путь решения, который по существу явля­ ется методом последовательных приближений. Прежде всего определяются

производные д З / д Е . и д З / д Е і для всех предполагаемых мест установки

вольтодобавочных трансформаторов при условии, что

É = Е== е" = 0.

Приближенное решение получается из системы уравнений

При найденных приближенных значениях э. д. с. вновь определяются зна­ чения производных и снова решается система уравнений (13-2). Таким обра­ зом, получаются уточненные значения э. д. с. Тот же путь расчета можно по­ вторить несколько раз до получения достаточно правильного ответа, когда по­ следующее уточнение дает сравнительно малое изменение искомых значений Предполагается, что итеративный процесс должен иметь достаточно быструю сходимость. Поэтому приемлемое решение, по-видимому, должно получаться после первого же приближения.

В тех случаях, когда найденная величина э. д. с. получается сравнительно малой (например, около 5%), следует сделать вывод о практической нецеле­ сообразности применения соответствующего вольтодобавочного трансформато­ ра. Это связано, в частности, с приближенным определением стоимости воль­ тодобавочного трансформатора. В действительности его стоимость не пропор­ циональна величине э. д. с., а имеет некоторую постоянную слагающую. По­ этому фактически вольтодобавочный трансформатор с малой э. д. с. должен стоить значительно дороже, чем это принято в расчете, и его установка мо­

брано правильно), так как при этом стоимость соответствующих вольтодобавочных трансформаторов автоматически принимается отрицательной. Это, конечно, не может соответствовать действительности и связано только с ус­ ловностью принятой математической зависимости. В таком случае получив­ шиеся отрицательными э. д. с. нужно принять равными нулю и тем же путем определить значения остальных э. д. с.

Естественно, что решение, полученное для какого-либо одного уровня нагрузок, может не соответствовать другим условиям. Поэтому правильнее получать решение в динамической постановке. Это значит, что надо рассмат­

352

ривать сеть в процессе ее развития по мере роста нагрузок. При этом полу­ чаются значения э. д. с. применяемых вольтодобавочиых трансформаторов и очередность их установки в процессе развития сети.

Для упрощения решения задачи целесообразно пользоваться готовой формулой для определения производных

Здесь р — сумма нормативного коэффициента эффективности капитальных

затрат и нормы годовых эксплуатационных отчислений; Сг — блок матрицы коэффициентов распределения, относящийся к ветвям с добавочными э. д. с.;

Jm — матрица задающих токов в режиме наибольших нагрузок;

Gri' — ReYpp >

где Yp.r — блок матрицы эквивалентных проводимостей ветвей схемы, относя­ щийся к ветвям с добавочными э. д. с.

При этом получается матрица производных для всех предполагаемых мест установки вольтодобавочных трансформаторов одновременно. По значе­ ниям этих производных уже можно сделать выводы о целесообразности изме­

Наивыгодиейшие значения э. д. с., которые должны быть установлены в заданном рабочем режиме в процессе эксплуатации сети, определяются по ус­ ловию минимума потерь активной мощности, так как никаких дополнительных затрат это не требует. Соответствующее условие получается из (13-3) и имеет следующий вид:

É = /G—1 (Im Cp) j ,

где J — матрица задающих токов в рассматриваемом рабочем режиме сети. Однако практически не всегда могут быть обеспечены полученные из рас­ чета значения э. д. с.; фактические значения э. д. с. только должны быть по возможности более близкими к найденным из расчета. Это обусловлено тем, что, во-первых, э. д. с. могут изменяться только дискретно, в соответствии с имеющимися возможностями (регулирование ведется ступенями), а во-вторых,

пени регулирования и только в пределах располагаемого диапазона регу­ лирования.

В действительности здесь нет никакого противоречия. Дело в том, что при решении задачи в условиях эксплуатации не учитываются дополнительные за­ траты, связанные с увеличением пределов регулирования. Расчет, выполнен­ ный для условий проектирования, является более полным по объему инфор­ мации, хотя и не учитывает условий работы в каждом режиме работы в от­ дельности. Увеличение пределов регулирования отдельных вольтодобавочных трансформаторов и установка их в других местах хотя и приводят к сниже­ нию потерь энергии в некоторых рабочих режимах, но не оправдываются в целом, так как дополнительные затраты не окупаются достигаемым эффектом.