Повышение предела пропускной способности линий электропередачи по углу. Улучшение потока распределения в сетях

В длинных линиях электропередачи последовательно включенные конденсаторы повышают устойчивость энергетической системы. Если пренебречь активным сопротивлением линии, то передаваемая по линии мощность составит:

где U₁ – напряжение в начале линии; U₂ – напряжение в конце линии; d − угол между векторами напряжения в начале и конце линии; хL – полное индуктивное сопротивление линий.

Максимальное значение теоретически передаваемой мощности (предел пропускной способности линии электропередачи по углу) имеет место при d=90°, т.е. sind=1 и

В нагрузке в обычных электрических сетях до 110 кВ, если они не слишком длинны, обычно не достигают этого предела.

Применение продольной компенсации позволяет при тех же допустимых потерях напряжения увеличить передаваемую мощность.

При установке продольной компенсации без замены сечения линии электропередачи потери активной мощности возрастают пропорционально квадрату повышения передаваемой мощности. Если вместо продольной компенсации построить новую линию электропередачи, то потери также увеличатся. В зависимости от разности потерь для обоих случаев может быть решен вопрос о применении продольной компенсации. Предел пропускной способности по углу во многих случаях достигается в линиях 220 кВ и выше.

При параллельной работе двух линий электропередачи различных конструкций, имеющих неодинаковые величины отношения x/r, нагрузка по линиям распределяется не наивыгоднейшим образом, т.е. не обратно пропорционально активным сопротивлениям.

Для улучшения потока распределения необходимо включить в линию последовательные конденсаторы с большим отношением x/r, что обеспечит более выгодное распределение нагрузки и, следовательно, снизит потери в электрической сети. Так, например, если для двух параллельных линий электропередачи то для наивыгоднейшего распределения нагрузок между ними необходимо, чтобы

откуда степень компенсации

Снижение потери напряжения

Потеря напряжения в линии при пренебрежении поперечной составляющей DU=U1-U2

,

где P и Q – активная и реактивная мощности, кВт и квар; U – линейное напряжение, кВ; r и x – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления линии электропередачи, Ом.

Индексы 1 и 2 относятся, соответственно, к началу и концу линии электропередачи.

Относительная потеря напряжения

Если принять, что при продольной компенсации напряжения U₁ и U₂ остаются равными напряжениям без компенсации, то из предыдущего выражения следует, что включение установки продольной компенсации снижает относительную потерю напряжения до значения

Разность DU* и DU’*, т.е. снижение относительной потери напряжения, равна:

где Р – расчетная нагрузка, квт;

l – длина линии, км;

х₀ – индуктивное сопротивление 1 км провода, ом/км;

U – номинальное линейное напряжение, кв.

Необходимая степень компенсации с определяется в зависимости от заданной величины снижения потери напряжения:

Выразив через относительные реактивные потери в линии, получим:

Предельное допустимое повышение уровня напряжения в конце линии DU_2макс определяет максимальную степень компенсации, что соответствует полной компенсации потери напряжения в линии (DU’=0):

Мощность конденсаторов на 1% повышения напряжения при заданном S возрастает при увеличении cosj, в особенности значительно при cosj, близком к 1 (рис. 68). Выбор мощности последовательно включенных конденсаторов может быть сделан на основании следующего.

Если обозначить полную мощность, протекающую в линии, до конденсаторов S₁, а после места включения их S₁, то

разделив S₁ на S₂, получим:

Мощности S₁ и S₁ могут быть выражены следующим образом:

Отсюда

Решая уравнение относительно Q_п.к, получаем:

или, обозначив выражение в фигурных скобках через a:

Значение a можно получить из рис. 69. величина отношения напряжения после конденсаторов U₂ к напряжению перед конденсаторами U₁ является заданной величиной, которую желательно получить при установке продольной компенсации.

Из рис. 69 видна зависимость регулирующего эффекта продольной компенсации от cosj₂.

Например, при cosj₂»1 можно повысить напряжение только на 5%. Установка продольной компенсации экономична при cosj₂<0,9. Мощность конденсаторов при продольной компенсации для повышения напряжения увеличивается с ростом значения коэффициента мощности. Минимальная мощность последовательных конденсаторов требуется при cosj₂»0,6.

На рис. 70 показано распределение напряжения вдоль компенсированной линии электропередачи в зависимости от нагрузки и cosj. Уменьшение напряжения от места питания до места установки конденсаторов зависит от мощности, протекающей через конденсаторы.