Несимметричные режимы работы электропередачи

Несимметричные режимы возникают вследствие несимметричных коротких замыканий или обрыва одной-двух фаз линии. В первом случае в электрической сети появляется поперечная несимметрия, во втором - продольная. Замена координатных осей А, В, С на систему d, q, 0 не освобождает дифференциальные уравнения от периодических коэффициентов. Несимметричные режимы в электрических сетях могут являться следствием различия либо сопротивлений в цепях отдельных фаз, либо заданных фазных токов нагрузки. Первый случай имеет место в неполнофазных режимах, а также при сооружении линий без транспозиции, с неполным или удлиненным циклом транспозиции. Длительные неполнофазные режимы осуществляются для повышения надежности электроснабжения и уменьшения ущерба от недоотпуска энергии в тех случаях, когда недоотпуск вызван повреждением одной или двух фаз сети. Использование удлиненных циклов транспозиции позволяет также повысить надежность работы электрической сети. Объясняется это тем, что значительная часть из общего числа аварий на воздушных линиях (ВЛ) связана с повреждениями на транспозиционных опорах, поэтому осуществление транспозиции в ограниченном числе точек линии снижает количество аварийных выходов линии из работы. Несимметричные режимы, в том числе короткие замыкания, при всех расчетах приводятся с помощью комплексной схемы замещения к симметричным. Предполагается, что изменения движения ротора вызваны моментами, создаваемыми только токами прямой последовательности. При этом, пренебрегая влияниями момента, обусловленного токами обратной последовательности, учитывают потери, связанные с протеканием этих токов, вводя в комплексную схему замещения активные сопротивления обратной и нулевой последовательностейНесимметричные режимы, возникающие в электроустановках при повреждении или ухудшении изоляции, распространяются; как правило, на всю сеть, особенно в условиях высокой взаимосвязи между электрооборудованием, наблюдающейся на промышленных предприятиях. Поэтому возникает необходимость в тщательном выборе входного сигнала, так как это основной путь создания селективных схем. Несимметричный режим является причиной ухудшения качества напряжения в сети, появления несимметрии в сети. При этом возникает дополнительный нагрев обмоток генераторов и конструктивных элементов статора и ротора. ПТЭ разрешают длительную работу генераторов с номинальной мощностью при несимметрии токов в статоре, не превышающей 10 % номинального значения. При несимметричных режимах напряжения в разных фазах не равны.Несимметричные режимы в электрических сетях возникают по следующим причинам:

1) неодинаковые нагрузки в различных фазах,

2) неполнофазная работа линий или других элементов в сети,

3) различные параметры линий в разных фазах.

Наиболее часто несимметрия напряжений возникает из-за неравенства нагрузок фаз. В городских и сельских сетях 0,38 кВ несимметрия напряжений вызывается в основном подключением однофазных осветительных и бытовых электроприемников малой мощности. Количество таких однофазных ЭП велико, и их нужно равномерно распределять по фазам для уменьшения несимметрии.

В сетях высокого напряжения несимметрия вызывается, как правило, наличием мощных однофазных электроприемников, а в ряде случаев и трехфазных электроприемников с неодинаковым потреблением в фазах. К последним относятся дуговые сталеплавильные печи. Основные источники несимметрии в промышленных сетях 0,38—10 кВ — это однофазные термические установки, руднотермические печи, индукционные плавильные печи, печи сопротивления и различные нагревательные установки. Кроме того, несимметричные электроприемники — это сварочные аппараты различной мощности. Тяговые подстанции электрифицированного на переменном токе железнодорожного транспорта являются мощным источником несимметрии, так как электровозы — однофазные электроприемники. Мощность отдельных однофазных электроприемников в настоящее время достигает нескольких мегаватт.

Различают два вида несимметрии: систематическую и вероятностную, или случайную. Систематическая несимметрия обусловлена неравномерной постоянной перегруз- кой одной из фаз, вероятностная несимметрия соответствует непостоянным нагрузкам, при которых в разное время пе- регружаются разные фазы в зависимости от случайных факторов (перемежающаяся несимметрия).

Неполнофазная работа элементов сети вызывается кратковременным отключением одной или двух фаз при коротких замыканиях либо более длительным отключением при пофазных ремонтах. Одиночную линию можно оборудовать устройствами пофазного управления, которые отключают поврежденную фазу линии в тех случаях, когда действие АПВ оказывается неуспешным из-за устойчивого короткого замыкания.

В подавляющем большинстве устойчивые короткие замыкания однофазные. При этом отключение поврежденной фазы приводит к со-хранению двух других фаз линии в работе.

В сети с заземленной нейтралью электроснабжение по неполнофазной линии может оказаться допустимым и позволяет отказаться от строительства второй цепи линии. Неполнофазные режимы могут возникать и при отключении трансформаторов.

В некоторых случаях для группы, составленной из однофазных трансформаторов, при аварийном отключении одной фазы может оказаться допустимым электроснабжение по двум фазам. В этом случае не требуется установка резервной фазы, особенно при наличии двух групп однофазных трансформаторов на подстанции.

Неравенство параметров линий по фазам имеет место, например, при отсутствии транспозиции на линиях или удлиненных ее циклах. Транспозиционные опоры ненадежны и являются источниками аварий. Уменьшение числа транспозиционных опор на линии уменьшает ее повреждаемость и повышает надежность. В этом случае ухудшается выравнивание параметров фаз линии, для которого обычно и при-меняется транспозиция.

Влияние несимметрии напряжений и токов.

Появление напряжений и токов обратной и нулевой последовательности U2, U0, I2, I0 приводит к дополнительным потерям мощности и энергии, а также потерям напряжения в сети, что ухудшает режимы и технико-экономические показатели ее работы. Токи обратной и нулевой последовательностей I2, I0 увеличивают потери в продольных ветвях сети, а напряжения и токи этих же последовательностей — в поперечных ветвях.

Наложение U2 и U0 приводит к разным дополнительным отклонениям напряжения в различных фазах. В результате напряжения могут выйти за допустимые пределы. Наложение I2 и I0 приводит к увеличению суммарных токов в отдельных фазах элементов сети. При этом ухудшаются ус- ловия их нагрева и уменьшается пропускная способность.

Несимметрия отрицательно сказывается на рабочих и технико-экономических характеристик вращающихся электрических машин. Ток прямой последовательности в статоре создает магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой в направлении вращения ротора. Токи обратной последовательности в статоре создают магнитное поле, вращающееся относительно ротора с двойной синхронной частотой в направлении, противоположном вращению. Из- за этих токов двойной частоты в электрической машине возникают тормозной электромагнитный момент и дополнительный нагрев, главным образом ротора, приводящие к сокращению срока службы изоляции.

В асинхронных двигателях возникают дополнительные потери в статоре. В ряде случаев приходится при проектировании увеличивать номинальную мощность электродвигателей, если не принимать специальные меры по симметрированию напряжения.

В синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации. Из-за несимметрии сокращается срок службы изоляции трансформаторов, синхронные двигатели и батарей конденсаоров уменьшают выработку реактивной мощности.

Суммарный ущерб, обусловленный несимметрией в промышленных сетях, включает стоимость дополнительных потерь электроэнергии, увеличение отчислений на реновацию от капитальных затрат, технологический ущерб, ущерб, обусловленный снижением светового потока ламп, установленных в фазах с пониженным напряжением, и сокращением срока службы ламп, установленных в фазах с повышенным напряжением, ущерб из-за уменьшения реактивной мощности, генерируемой БК и синхронными двигателями.

Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений и коэффициентом нулевой последовательности напряжений, нормальное и максимальное допустимые значения которых составляют 2 и 4 %.