книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

В технические исследования электрической сети входит проверка вариан­ тов схем сети с точки зрения загрузки ее отдельных элементов, балансов реак­

За последние годы значительно расширилось применение новых методов и использование ЦВМ при проектировании электрических сетей и анализе их режимов. В практике проектирования сетей энергосистем используются следу­ ющие программы расчета на ЦВМ:

1) серия программ для выполнения электрических расчетов установив­ шихся режимов работы, эти программы с помощью ряда приемов широко применяются также для получения потокораспределения активной мощности при первичных исследованиях схем электрической сети;

2) программа расчетов токов короткого замыкания;

3)і программа по эквивалентированию сложных схем сети, используемая при составлении расчетных схем для выполнения расчетов устойчивости;

4)программа оптимизации расстановки источников реактивной мощности

по условиям нормального режима.

Расчеты устойчивости при перспективном проектировании схем электриче­ ской сети выполняются до настоящего времени, в основном, на расчетных моделях переменного тока; несколько программ, разработанных для исследо­ вания устойчивости (в основном динамической), используются при проектиро­ вании ограниченно.

Для определения пределов передаваемой мощности по условиям статиче­ ской устойчивости используются программы расчета установившегося режима, разработанные Институтом электродинамики АН УССР. Эти программы позво­ ляют определять пределы последовательным утяжелением режима.

Создание и развитие оценочных моделей не исключает исследования также

1967—1968 гг. была направлена на создание первой оценочной модели. Эта модель состоит из основных блоков — сетевого, режимного и блока ущерба. Для каждого блока была составлена и отработана программа расчета на ЦВМ.

Институт Энергосетьпроект располагает опытом применения первой оце­

ночной модели.

Опыт работы с оценочной моделью показал, что при приемлемых затратах машинного времени может быть выполнена оценка большого количества ва­ риантов; затраты на получение и обработку исходных данных, анализ резуль­ татов расчета и выбор новых подвариантов также приемлемы. Так, для оценки S3 вариантов (13 основных и 70 подвариантов) понадобилась работа по под­ готовке данных и анализу результатов шести человек в течение примерно двух месяцев.

Полученные с помощью оценочной модели результаты дали некоторое представление об основных направлениях развития энергетического хозяйства до 2000 г., что является очень важным.

Дальнейшие исследования и разработки целесообразно вести по следую­

3) развивать структуру оценочных моделей для максимального прибли­ жения их к оптимизационным путем создания блоков, формирующих варианты развития электростанций по тем или иным принципам;

4)переводить имеющиеся программы на новые более совершенные ма­

шины;

5)увязывать оценочные модели с моделями оптимизации топливно-энерге­ тического баланса.

3-4 НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ МЕЖСИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ

Создание энергосистемы и развитие крупнейших энергетиче­ ских объединений выдвигает ряд сложных проблем, связанных с планированием, проектированием и эксплуатацией сверхмощ­ ных объединений.

По мере роста мощности энергообъединений большое значе­ ние приобретает проблема создания достаточного уровня надеж­ ности объединения. В первую очередь это относится к проблеме обеспечения устойчивости работы межсистемных связей при раз­ личного рода возмущениях в объединенной энергосистеме. Тео­ рия устойчивости параллельной работы энергосистемы в прош­ лом разрабатывалась, главным образом, как теория устойчиво­ сти электропередачи, работающей на мощную энергосистему. Для этого случая разработаны и с успехом применяются меры для повышения пропускной способности мощных электропередач (переход на более высокую ступень напряжения, регуляторы воз­ буждения «сильного действия», переключательные пункты, про­ дольная емкостная компенсация, мероприятия противоаварийной автоматики и т. д.).

Условия устойчивости энергообъединений с относительно сла­ быми межснстемными связями имеют специфические особенно­ сти по сравнению с условиями устойчивости отдельных электро­ передач, поскольку в состав объединения входит значительное число несамобалансирующнхся энергосистем, что вызвано нерав­ номерностью географического распределения энергоресурсоз,

энергосистемами, и, как указывалось, пропускная способность межсистемных связей должна быть увеличена на величину, определяемую реализацией межсистемного эффекта объедине­ ния. Тем не менее, суммарная пропускная способность межси­ стемных связей, как правило, заметно меньше мощности объ­ единенных энергосистем. Это обстоятельство приводит к тому, что как случайные колебания нагрузок отдельных энергосистем, так и аварии в отдельных системах вызывают значительные из­ менения нагрузок межсистемных связей, что в неблагоприятном случае может привести к нарушению устойчивости связи.

Межсистемные связи в отличие от отдельной электропереда­ чи реагируют на все даже относительно небольшие возмущения в объединяемых энергосистемах. Поэтому проблема статической

74

устойчивости послеаварийного режима в объединениях резко от­ личается от такой же проблемы отдельной электропередачи, для которой обычно достаточно рассмотреть режим после отключе­ ния одной цепи или участка цепи многоцепной передачи.

В случае сложного объединения должны быть проанализиро­ ваны различные послеаварийные режимы, которые могут вы­ явить перегрузку межсистемной связи, в том числе наложение случайных колебаний нагрузки. Перегрузка межсистемных свя­ зей и ее отключение в результате нарушения статической или ди­ намической устойчивости могут привести к резкому и неблаго­ приятному нарушению режима других межсистемных связей данного объединения и вызвать их последующие отключения. Возникающая при этом «цепная реакция» может иметь тяжелые последствия для всего объединения и в особенности для тех ча­ стей энергосистемы, которые дефицитны по балансу мощности.

Проблема динамической устойчивости всего объединения также значительно отличается от проблемы исследования устой­ чивости отдельной передачи главным образом в связи с боль­ шой трудностью определения наиболее опасных возму­ щений.

Расчеты статической и динамической устойчивости в слож­ ном объединении также связаны со значительными трудностя­ ми. Устойчивость межсистемных связей сложной объединенной энергосистемы должна быть проверена для следующих расчет­ ных случаев:

1 ) потеря любой электростанции, в том числе и наиболее мощной;

2 ) потеря наиболее мощной электропередачи;

3)потеря нескольких параллельных передач, проложенных по общей трассе;

4)потеря мощного коммутационного узла или узла нагрузки. Важное значение имеет вопрос о структуре сложной энерго­

системы. Должен быть решен вопрос о том, целесообразно ли иметь мощные объединения со слабыми связями или выгодно усилить эти связи путем повышения пропускной способности за счет применения более высокого напряжения переменного тока или применения связей внутри энергосистемы в виде мощных пе­ редач постоянного тока, что снимает проблему устойчивости па­ раллельной работы отдельных частей энергетического объедине­ ния. Этот вопрос может быть решен только на базе глубоких научных исследований и экономического анализа их результа­ тов. Исследования должны разрешить вопросы структуры мощ­ ных энергетических объединений, оптимальной величины отдель­ ных энергосистем, способных надежно и устойчиво работать при внутрисистемных и межсистемных связях на переменном токе, найти условия работы системы и размеры объединений, когда становится необходимым задачу объединений систем возложить на сеть постоянного тока или на комбинацию сетей переменного

тока отдельных ОЭС, связанных друг с другом только через перемычкп постоянного тока.

Практика развития энергетики СССР показывает, что с рос­ том мощности объединений непрерывно растет целесообразный уровень напряжения межсистемных связей.

Для внутреннего объединения крупных объединенных энерго­ систем в настоящее время используются линии электропередачи напряжением 330 кВ с пропускной способностью до 350— 400 тыс. кВт на цепь длиной до 400 км и линии электропереда­

Электропередачи 330 кВ служат основой для Северо-Запад­ ной объединенной энергосистемы, для Южной объединенной энергосистемы, частично для объединенных энергосистем Север­ ного Кавказа и Закавказья. Большинство объединенных энерго­ систем СССР имеют в качестве системообразующих энергетиче­

дальнейшем Кавказа и Дальнего Востока. Линии 500 и 330 кВ обеспечивают также выдачу энергии современных электростан­ ций мощностью до 3—5 млн. кВт.

На первых этапах развития линий 330 и 500 кВ сооружались отдельные передачи, главным образом, для выдачи электроэнер­ гии от крупных тепловых и гидравлических электростанций. По мере роста объединенных энергосистем усложнились функции межсистемных электропередач 330 и 500 кВ, что требует посто­ янного наблюдения за режимом их работы и оснащения сетей 330 и 500 кВ разнообразной режимной и противоаварийной ав­ томатикой.

С увеличением мощности объединенных энергосистем и про­ тяженности межсистемных связей 330 или 500 кВ и усложнени­ ем пх коммутации увеличиваются трудности в эксплуатации объединенной энергосистемы в нормальных и в особенности в аварийных режимах. Пропускные способности межсистемных связей становятся недостаточными, возникает опасность разви­ тия общесистемных аварий, увеличиваются разрывные мощно­ сти выключателей и усложняются схемы коммутации важней­ ших узлов объединенной электросети.

Создание современной объединенной энергосистемы на со­ временном этапе ее развития может потребовать наложения на территорию, обслуживаемую объединенной энергосистемой, но­ вой сети линий электропередачи более высокого напряжения с большей пропускной способностью. Переход в свое время от напряжения ПО—150 кВ к 330 кВ в энергосистемах Северо-За­ пада и Юга и от напряжения 220 кВ к 500 кВ в энергосистемах Центра, Урала, Сибири и других подтверждает это положе­ ние. Такая же практика развития энергосистем в промыш­

‘76

ленных зарубежных странах — США, Англии, Франции, Швеции, ФРГ и др.

Таким образом, в ближайшие годы перед энергетиками Советского Союза возникает сложная технико-экономическая за­ дача — быть готовыми к созданию новых межсистемных энерге­ тических связей с повышенной пропускной способностью.

Для сети с высшим напряжением 330 кВ во многих случаях следует рекомендовать переход к следующему высшему напря­ жению класса 750 кВ, что дает увеличение натуральной мощно­ сти в 8 раз. Наложение на сети 330 кВ линии 500 кВ увеличива­ ет пропускную способность одной линии всего в 2,5—3 раза, что в общем случае недостаточно для интенсивно развивающейся системы с большими внутрисистемными перетоками.

В первую очередь необходимо подготовить переход от напря­ жения 330 кВ к 750 кВ для Южной объединенной энергосистемы. В 1970 г. ее мощность достигла 40 млн. .кВт, на западе объеди­ ненная энергосистема Юга смыкается с энергосистемой стран народной демократии «Мир», развивающейся на напряжении 400 кВ, на востоке — с объединенными энергосистемами Центра, Нижней Волги и Северного Кавказа, использующими напряже­ ние 500 кВ. Протяженность территории собственно Южной энер­ госистемы с востока на запад превышает 1 300 км. В этих усло­ виях уже в настоящее время в объединенной энергосистеме Юга необходим переход на напряжение 750 кВ в качестве системооб­ разующего и поручение линиям 330 кВ, главным образом, функ­ ций распределительных сетей.

Пропускная способность одной цепи линии 750 кВ равна 2— 3 млн. кВт на цепь при длине 1 000—1 200 км.

Строительство и освоение электропередачи напряжением 750 кВ позволяют поставить задачу освоения напряжения

выше натуральной мощности линии 500 кВ.

Развитие межсистемных связей в объединенной энергосисте­ ме, где высшее напряжение межсистемных связей электропере­ дачи в настоящее время равно 500 кВ, может пойти по принци­ пиально различным направлениям.

1. Дальнейшее развитие параллельной работы энергосистем на напряжении 500 кВ. Объединенная работа такой системы бу­ дет очень сложной и может быть осуществлена только при соот­ ветствующем развитии автоматизации энергосистем.

2. Создание на территории объединенной энергосистемы но­ вой сети переменного тока напряжением 1 000 или 1200 кВ

исекционирование сети 500 кВ.

3.Создание на территории крупнейших экономических райо­ нов изолированных сетей переменного тока напряжением 500

77

Глава четвертая

ПАРАМЕТРЫ

ВОЗДУШНЫХ

ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

4-1 ИНДУКТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Индуктивные сопротивления оп­ ределяют падения напряжения от токов в фазах, компенсирую­ щие наведенные э. д. с. Поскольку наведенные в фазах э. д. с. обусловлены действием явлений как самоиндукции, так и вза­ имной индуктивности, в общем случае приходится считаться с наличием не только собственных сопротивлений фаз, но и вза­ имных сопротивлений между фазами. На каждом участке ли­ нии с определенным расположением проводов индуктивные со­ противления фаз получаются различными.

Система погонных (на единицу длины) э. д. с., наведенных во всех трех проводах трехфазной линии с разземленными тросами (без тросов) в установившемся режиме при заданном располо­ жении проводов (в предположении параллельного их прохожде­ ния на всей длине линии), определяется по следующей формуле:

Ё = —/юІЛ = — /хІ,

где L — квадратная матрица погонных индуктивностей — собст­ венных L u (располагаются по главной диагонали матрицы)

и взаимных Ьц между фазами; I — матрица токов фаз (на срав­ нительно небольшой длине участка линии токи предполагаются неизменными по длине этого участка); х — квадратная матрица погонных индуктивных сопротивлений.

Матрица L симметричная

^-н ~ Ln-

Однако в общем случае

L ab 4= L bc Lc

79

Обычно принято считать, что собственная индуктивность фа­ зы является индуктивностью петли «провод—земля». При этом за исходное можно принять полное погонное сопротивление ли­ нии «провод—земля», определяемое по формуле Карсона

(Ом/км):

где га — погонное активное сопротивление провода; / — частота тока в линии; р — эквивалентный радиус провода в предположе­

щую формулу для определения полного погонного сопротивле­ ния эквивалентной двухпроводной линии

где D3— глубина прохождения эквивалентного тока земли при условии замены ее обратным проводом того же эквивалентного радиуса, м,

п_ 1,78-ІО -3

1Г/Ѵ. іо—9

Для некоторых средних условий при у=10~ 4 1/(Ом-см) по­ лучается:

Д, = 938 mss 103 м.

Вслучае сталеалюминиевых проводов обычно принимают р = 0,95рп,

где рп — внешний радиус поперечного сечения провода (имеет­ ся в виду радиус описанной окружности).

Поскольку прохождение тока в земле связано с потерей ак­ тивной мощности в ней, то вполне естественно, что наряду с до­ статочно большим индуктивным сопротивлением цепи обнару­ живается некоторое дополнительное активное сопротивление

(0,05 Ом/км).

Таким образом, матрица собственных погонных сопротивле­

Под взаимной индуктивностью между фазами линии обычно понимается величина взаимной индуктивности между двумя пет­

80

лями «провод—земля». При этом погонное сопротивление взаим­ ной индукции между фазами і и / определяется:

где D a — расстояние между проводами фаз і и }.

Следовательно, матрица погонных индуктивных сопротивле­

п =

индекс і обозначает транспонированную матрицу.

При этом предполагается, что в связи с прохождением тока в земле по-прежнему в земле возникают потери активной мощ­ ности, которые должны быть учтены таким же активным сопро­ тивлением, как и в цепи «провод—земля»:

%іі — 0,05 -j /Х(/.

Поэтому матрица полных сопротивлений фаз линии в целом получается:

Этими значениями сопротивлений приходится пользоваться при выполнении расчетов в системе фазных координат, когда применяются комплексные значения токов и напряжений всех фаз. Практически чаще приходится выполнять расчеты в систе­ ме симметричных координат, когда применяются симметричные составляющие токов и напряжений (результаты этих расчетов более показательны).

В общем случае система токов в фазах линии может быть не­ симметричной; ее можно считать состоящей из симметричных составляющих

Іh •

Іо

*Знак lg условно вынесен за знак матрицы (в целях упрощения записи).

81

При этом несимметричной можно считать и систему напря­ жений у любого конца данного участка линии

О,

Us = О,

о 0

Здесь индексом 1 отмечена система прямой последовательно­ сти, индексом 2 — система обратной последовательности и ин­ дексом 0 — система нулевой последовательности.

Соответствующие несимметричные системы напряжений и то­ ков в фазных координатах получаются соответственно:

где

1 1 1

а2 а 1

аа2 1

—система симметричных координат. Здесь

— оператор изменения фазы на — я (поворотный множитель). 3

Матрица несимметричной системы падений напряжения на сопротивлениях фаз участка линии сравнительно небольшой длины I в фазных координатах

ид = Z I,

где

Z = гі.

При замене матриц падений напряжения и токов их выраже­ ниями из (4-3) получается в системе симметричных координат:

sÜÄS = Z sis

или (после умножения слева на обратную матрицу s_1)

üAs = zsis,

где

— матрица полных сопротивлений данного участка линии в си­ стеме симметричных координат.

82