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

Следует иметь в виду, что в современных энергосистемах большой протяженности при использовании настроенных на по­ луволну электропередач требуется применение трансформато­ ров различных групп соединений обмоток. Это обусловлено рез­ ким различием углов сдвига по фазе между напряжениями в связанных сетях разных принципов действия. Наивыгоднейшее решение в таких случаях требует дополнительного исследова­ ния. По-видимому, потребуется и соответствующее регулиро­ вание с помощью продольно-поперечных э. д. с.

В некоторых случаях автоматическое управление регулируе­ мыми трансформаторами с поперечной э. д. с. может несколько улучшить условия устойчивости электрической системы в процес­ се динамических переходов, так как позволяет достаточно быст­ ро изменить угол сдвига (приведенный) между напряжениями по концам сети.

Синхронные компенсаторы как источники реактивной мощно­ сти обладают определенными преимуществами. Так, они допус­ кают сравнительно простое автоматическое регулирование с при­ емлемо малой постоянной времени (при сильном регулирова­ нии). Они позволяют не только генерировать, но и потреблять реактивную мощность, что важно в сетях сверхвысоких номи­ нальных напряжений. Таким образом, в сетях сверхвысоких на­ пряжений синхронные компенсаторы дают возможность сущест­ венно повысить технико-экономические показатели.

Их недостатками (по сравнению, например, с батареями кон­ денсаторов) являются: сравнительно меньшая надежность в условиях эксплуатации, достаточно большие потери активной мощности, особенно — холостого хода, сравнительная сложность эксплуатации (как всякой вращающейся машины), возмож­ ность выхода из синхронизма, большая чувствительность к на­ пряжению обратной последовательности.

По существующим представлениям в сетях сверхвысоких на­ пряжений применение синхронных компенсаторов, несмотря на все перечисленные недостатки их, вполне оправдывается. Одна­ ко синхронные компенсаторы (при существующих условиях их производства) должны быть достаточно мощными — не менее 50 Мвар в единице. При улучшении качественных показателей мощность в единице может быть повышена, так как мощность отдельных районов современных отечественных энергетических систем в настоящее время резко возрастает. Следует, однако, иметь в виду, что аварийное выпадение синхронного компенса­ тора большой мощности может приводить к нежелательному

ские устройства, относительно дешевые и принципиально доста­ точно надежные. Они обладают существенными преимущества­ ми: просты в эксплуатации, имеют достаточно малые потери ак­

358

тивной мощности. Но одновременно с этим они обладают и существенными недостатками: весьма чувствительны к высшим гармоническим напряжения, обладают значительным отрица­ тельным регулирующим эффектом (генерируемая ими реактив­ ная мощность пропорциональна квадрату напряжения), вызы­ вают резкое увеличение ударного тока короткого замыкания близ места их установки, требуют специальных мер защиты.

Батареи конденсаторов можно сделать регулируемыми, точ­ нее — управляемыми. Однако для этого их надо разделять на секции и снабжать соответствующим количеством коммутацион­ ных устройств, что связано с большим удорожанием установки. В настоящее время батарей суммарной мощностью выше 150 Мвар в одном месте еще нет в электрических системах и целесообразность их применения пока не установлена.

Батареи поперечной компенсации получили применение в се­ тях меньших номинальных напряжений. В сетях сверхвысоких номинальных напряжений их применение до настоящего времени не вызывалось необходимостью. Их применение может быть связано с появлением электропередач с настройкой на полу­ волну. Необходимость их отключения для изменения условий работы электропередачи требует дополнительных исследований.

Установки продольно-емкостной компенсации в настоящее время экономически оправдываются и находят применение. Ос­ новная причина их применения — улучшение условий устойчи­ вости и повышение пропускной способности электропередач. Одновременно в некоторых случаях их применение позволяет снизить неоднородность замкнутых сетей, если сети сверхвысо­ ких напряжений оказываются параллельно работающими с се­ тями меньших напряжений (НО и 220 кВ). Достигаемым тех­ нико-экономическим эффектом во многих случаях такие установ­ ки могут быть оправданы.

Кроме увеличения токов короткого замыкания, установки продольно-емкостной компенсации имеют и еще один сущест­ венный недостаток: они могут вызывать различные резонансные явления в электрической системе (самовозбуждение, самораскачивание, субгармонические колебания и т. д.). Обнаружение этих явлений требует выполнения специальных расчетов. Борь­ ба с этими явлениями требует применения специальных меро­ приятий.

Степень продольно-емкостной компенсации ограничивается требованиями надежной работы релейной защиты электропере­ дачи и указанными выше резонансными явлениями. Это прихо­ дится иметь в виду при выборе параметров таких установок в процессе составления конкурентноспособных вариантов, наме­ чаемых для более полного технико-экономического сравнения.

Реакторы для поперечного включения достаточно дешевы и надежны в эксплуатации. Их можно использовать для элек­ троснабжения потребителей малой мощности (для этого их надо

359

снабжать дополнительными обмотками). Так же, как и конден­ саторы, эти ветви электрической сети можно считать линейны­ ми, так как реакторы выполняются с зазорами.

Для включения и отключения по мере надобности или для повышения экономичности режима реакторы должны снабжать­ ся выключателями, которые удорожают установку и снижают ее надежность. По мере увеличения номинального напряжения удельная стоимость реакторов значительно увеличивается. Тем не менее в сетях сверхвысоких напряжений (особенно в сетях 750 кВ и выше) реакторы должны устанавливаться для компен­ сации генерируемой линией реактивной мощности.

Существенным общим недостатком батарей конденсаторов поперечной компенсации и реакторов является ступенчатый ха­ рактер изменения параметров при сравнительно большом вре­ мени коммутации с помощью выключателей. Если с позиций повышения экономичности работы сети это не имеет существен­ ного значения, то для повышения устойчивости электрической системы является решающим.

В последнее время ведутся работы по созданию статических устройств, позволяющих генерировать или потреблять реактив­ ную мощность, но вместе с тем и дающих возможность автома­ тически с малыми постоянными времени регулировать парамет­ ры соответствующих ветвей. Это приводит к созданию практи­ чески безынерционных регуляторов реактивной мощности, по свойствам более полноценных по сравнению с синхронными ком­ пенсаторами.

В частности, разработан реактор с подмагничиванием посто­ янным током, не вызывающий появления значительных высших гармонических в сети (в связи с применением поперечного подмагничивания), но позволяющий автоматически регулировать потребляемую реактивную мощность в достаточно широких пре­ делах с постоянной времени порядка десятых долей секунды.

Если такой реактор совместить с батареей конденсаторов, то по свойствам он должен заменить синхронный компенсатор. Однако по имеющимся в настоящее время сведениям такое уст­ ройство должно иметь несколько большую стоимость при равно­ великой мощности. Поэтому целесообразность его применения нуждается в дополнительных исследованиях с уточнением всех параметров, а также с учетом его преимуществ как автоматиче­ ски регулируемого устройства.

Вторым устройством такого типа является вентильная уста­ новка с искусственной коммутацией. Она дает возможность ге­ нерировать или потреблять реактивную мощность, величина ко­ торой автоматически регулируется с постоянной времени такого же порядка (сотых долей секунды). В связи со сложностью схе­ мы в настоящее время эта установка имеет сравнительно боль­ шую стоимость (больше стоимости синхронного компенсатора). Однако она обладает лучшими свойствами в связи с практиче­

360

ской безынерционностью регулирования. Поэтому целесообраз­ ность ее применения в дальнейшем требует достаточно тщатель­ ного исследования.

В частности, такая установка может хорошо сочетаться с электропередачей постоянного тока у приемного конца, где она может быть вмонтирована в схему инвертора, т. е. не требо­ вать дополнительной установки вентилей. При этом стоимость всего устройства значительно сократится, а следовательно, мо­ жет оказаться приемлемой и даже меньшей, чем установка до­ полнительного компенсирующего устройства.

14-2 СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Баланс полной мощности (или отдельно активной и реактив­ ной) является свойством любой электрической цепи перемен­ ного тока. Отсюда следует, в частности, что в любых условиях суммарная генерируемая во всей электрической системе мощ­ ность равна суммарной потребляемой мощности (с учетом по­ терь в самой системе электроснабжения). Это условие оказы­ вается простым и полезным для практических целей, так как непосредственно относится к энергетической характеристике процесса электроснабжения.

Практически, однако, это условие приходится применять в другом виде, так как в действительности важно знать, доста­ точной ли является суммарная мощность источников питания для обеспечения нормальной работы рассматриваемой системы электроснабжения. При этом имеются в виду в основном тех­ нические условия работы всех ее элементов во всех возможных режимах энергетической системы. При такой проверке должны учитываться и все прочие условия работы оборудования — тем­ пературные, конструктивные, технического состояния и т. п.

Поэтому, в частности, необходимо считаться с возможной повреждаемостью оборудования и обеспечивать работу электри­ ческой системы в послеаварийных режимах с приемлемыми па­ раметрами. Это значит, что в любом рабочем режиме электри­ ческой системы источники питания должны сверх фактически генерируемой иметь некоторую резервную мощность, которая мобилизуется в случае надобности. Здесь, кроме того, прихо­ дится обратить внимание на необходимость в большинстве слу­ чаев передачи мощности по ряду промежуточных элементов электросети. В то же время обычно передача мощности огра­ ничена теми или иными пределами допустимых параметров ре­ жима в связи с условиями работы отдельных элементов сети — по нагреву, работе изоляции, требованиям устойчивости и т. д.

Отсюда следует, что практически следует различать такие понятия, как рабочая мощность и располагаемая мощность. Ес­ ли первая относится к самим источникам питания, то вторая определяется с учетом фактических условий ее получения. Ины­ ми словами, под первой понимается та мощность, которая мо­ жет быть получена непосредственно на зажимах источника пи­ тания, а под второй — мощность, которая может быть обеспече­ на в рассматриваемом месте электросети с учетом условий ее передачи.

Указанное обстоятельство особо остро проявляется примени­ тельно к реактивной мощности. Это связано с ее особенностями, наиболее резко проявляющимися в сетях сверхвысоких напря­ жений. Здесь передача даже сравнительно небольшой реактив­ ной мощности вызывает значительные потери напряжения. В то же время допустимые значения напряжения в таких сетях ока­ зываются обычно в достаточно узких пределах: их повышение ограничено условиями работы изоляции, а понижение — усло­ виями устойчивости и регулирования напряжения в сетях пони­ женного напряжения.

Отсюда следует практически важный вывод: условие балан­ са реактивной мощности в большей мере, чем активной, имеет локальный смысл. Рабочая мощность источников питания, как правило, не может быть использована полностью в других ме­ стах электросети, отдаленных от их зажимов некоторым реак­ тивным сопротивлением. Несмотря на то что источники питания допускают увеличение реактивной нагрузки, располагаемая ре­ активная мощность в других местах сети может оказаться недо­ статочной. Иными словами, резерв реактивной мощности на за­ жимах источников питания еще не означает резерва мощности в других местах электрической системы.

Практически в достаточно протяженных электрических сетях резерв реактивной мощности следует определять по отдельным узлам. В каждом узле сети резерв определяется как наибольшее значение реактивной мощности, которая может быть дополни­ тельно (сверх потребляемой в исходном режиме) получена в данном узле при допустимых параметрах режима. Естествен­ но, что это значение получается различным для разных узлов сети в одном и том же рабочем режиме. При этом предполагает­ ся наиболее полное использование располагаемой реактивной мощности любых источников питания.

Если желаемый рабочий режим с заданными нагрузками не может быть осуществлен с приемлемыми параметрами режима (в данном случае — допустимыми значениями напряжений), то вводится понятие о дефиците реактивной мощности. Под послед­ ним понимается то наименьшее значение реактивной мощности, которое должно дополнительно генерироваться в данном узле, чтобы параметры режима (значения напряжения) оказались в допустимых пределах.

362