Работа №6. Режим линий электропередач с продольной компенсацией

Цель: Изучение 1) влияние устройств продольной компенсации на параметры режима линий дальних электропередач; 2) расчета устройств продольной компенсации по заданной степени компенсации.

Программное обеспечение: MathCAD, Lepsnv4.exe.

Время выполнения: 2 часа.

Теоретические сведения

С экономической точки зрения целесообразно увеличивать передаваемую мощность, приходящуюся на одну цепь ЛЭП, чтобы сбалансировать возрастающую стоимость линии по мере увеличения ее длины и снизить удельную стоимость передачи энергии.

Предельная мощность линии может быть приближенно определена через напряжения в начале и конце линии по формуле:

,

(95)

где a₀ – коэффициент изменения фазы; l – длина линии; – волновая длина линии; В – постоянная, равная .

Из выражения (95) следует, что повысить предельную мощность линии можно путем увеличения номинального напряжения линии (переход на новый, более высокий класс номинального напряжения), снижения волнового сопротивления z_В или волновой длины λ = α_0·l.

Промежуточные подстанции делят линию электропередачи на участки, что способствует увеличению пропускной способности электропередачи, так как при повреждении на линии отключается только цепь этого участка, а не вся линия. Кроме этого, присоединение промежуточных систем в определенной мере стабилизирует напряжение на подстанциях, что также является косвенной мерой увеличения передаваемой по линии мощности. Если на начальном этапе сооружения электропередачи не предполагается строительство промежуточных подстанций, то на линии предусматривают переключательные пункты.

Наиболее важные мероприятия, направленные на увеличение пропускной способности линии, сводятся к компенсации ее электрической (волновой) длины. Для этого используются компенсирующие устройства (КУ) в составе батареи конденсаторов (продольная емкостная компенсация) и шунтирующие реакторы (поперечная индуктивная компенсация), показанные на рис. 134.

Рис. 134

Мощность реакторных пунктов, входящих в КУ, рассчитывается с учетом необходимости предотвращения опасного повышения напряжения в режимах малых нагрузок (см. работу №5). С ростом нагрузки, по мере приближения к натуральному режиму, дополнительные реакторы, за исключением входящих в КУ (см. рис. 134), отключаются. Далее, при превышении мощностью нагрузки значения натуральной мощности линии (Р_н > Р_нат), может потребоваться включение емкостной проводимости. В реальной схеме это выполняется отключением определенной части реакторов, входящих в КУ.

На рис. 135 приведены зависимости предельной мощности P_пр и постоянной В в формуле (95) от местоположения х устройства продольной компенсации (УПК). Из них следует, что максимальное значение предела по мощности обеспечивается при установке УПК в середине линии, а размещению УПК ближе к концу линии соответствуют бóльшие значения пропускной способности по сравнению с расположением УПК ближе к началу линии: для х₂ = l – x₁ предел мощности P_пр2 > P_пр1.

Рис. 135

Компенсация волновой длины линии является весьма эффектным средством повышения дальности и пропускной способности электропередачи. С ее помощью линии большой длины всегда можно придать свойства короткой линии (кроме потерь активной мощности). Однако мощности компенсирующих устройств с увеличением длины передачи и требуемой пропускной способности существенно возрастают.

Выбор параметров УПК осуществляется по результатам расчета номинальных значений тока и напряжения, позволяющих определить необходимое количество конденсаторных батарей.

Увеличение пропускной способности линии зависит от степени продольной компенсации k, равной отношению емкостного сопротивления батарей конденсаторов х_к к индуктивному сопротивлению линии х_L:

.

(96)

Ток электропередачи, соответствующий ее пропускной способности P_пр, определяется через номинальное напряжение линии и коэффициент мощности по формуле:

.

(97)

Для УПК обычно используют конденсаторы типа КПМ (конденсаторы продольные масляные). Их номинальный ток I_ном.к, напряжение U_ном.к, сопротивление x_c и мощность Q_ном.к, приводятся в паспортных данных. Если принять, что номинальный ток батареи конденсаторов УПК равен току передачи, то можно найти число параллельно (n) и последовательно (m) включенных конденсаторов (рис. 136):

.

(98)

Рис. 136

Номинальный ток и номинальное напряжение УПК составят, соответственно:

,

а установленная мощность конденсаторов УПК:

.

(99)

На рис. 137 показано как изменяется распределение напряжения на линии, в зависимости от числа и местоположения устройств продольной компенсации [2, 5, 23, 26].

Рис. 137

Ход выполнения работы

В работе исследуется режим передачи для линии в отсутствие
(рис. 138) и при наличии в ней установок продольной компенсации (см. рис. 137).

Рис. 138

Дано: номинальное напряжение ЛЭП U_ном, марка провода; длина ЛЭП l, коэффициент продольной компенсации k, нагрузка Р_н (см. Варианты индивидуальных заданий).

Во всех вариантах коэффициент реактивной мощности tg j cчитать равным 0,3.

Расчетная часть работы выполняется в MathCAD или любом другом математическом пакете с использованием формул, приведенных в разделах Теоретические сведения и Практические рекомендации по выполнению работы. Модельные эксперименты выполняются в программе моделирования режима линии электропередач с установками продольной компенсации Lepsnv4.exe.

1.По исходным данным индивидуального варианта определить погонные параметры провода и выполнить расчет волновых параметров линии без учета потерь: коэффициента изменения фазы a₀, волновой длины линии l, волнового сопротивления передачи z_В, натуральной мощности линии Р_нат.

2.Рассчитать емкостное сопротивление УПК х_к по заданной степени продольной компенсации k и предел пропускной способности некомпенсированной линии Р_пр. Выбрать параметры одного УПК: принять тип конденсаторов, их количество. Определить мощность устройства компенсации Q_{ном.УПК}.

3.Выбрать мощность Q_Р и количество реакторов, необходимых для компенсации реактивной мощности конденсаторов УПК. Выбранное количество реакторов округлить до ближайшего четного.

4.Ввести исходные данные в программе Lepsnv4.exe для моделирования режима ЛЭП без компенсации. Рассчитать в программе режим передачи и сравнить результат по предельной мощности с результатом выполнения п.2 хода работы.

5.Выполнить моделирование режима при наличии одного УПК, расположенного в середине передачи. Построить зависимость предельной мощности линии от местоположения УПК, выполнив расчет режима для 10 точек подключения по длине ЛЭП. Построить график, сделать вывод о характере зависимости.

6.Рассчитать режим передачи при наличии двух УПК при их расположении симметрично относительно середины. Сравнить значение предела мощности со значениями, найденными в п. 5 хода выполнения работы. Сделать выводы.

7.Результаты выполнения работы по пунктам 1–6 и выводы занести в отчет. Правила оформления отчета – см. Введение в курс.