Схемы замещения линий электропередачи

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Принципиально расчёты электрических сетей базируются на тех же законах, что и расчёты любой иной цепи переменного тока. Однако специфика электрических сетей в энергетических системах такова, что непосредственное использование приёмов расчёта электрических цепей, известных из электротехники, является весьма затруднительным.

Следовательно, возникает объективная необходимость применить замещение реальных электрических сетей их расчётными схемами. В схемах замещения как собственно линии электропередачи, так и трансформаторы (автотрансформаторы) заменяют набором активных и реактивных сопротивлений и проводимостей. Величины этих сопротивлений и проводимостей, очевидно, должны быть такими, чтобы обеспечивать достоверные результаты расчёта режимов электрических сетей и систем.

Кроме того, введение любого элемента в схему замещения должно быть убедительно обосновано, исходя из физических процессов, сопровождающих передачу и преобразование электрической энергии. Наряду с очевидным различием между линиями электропередачи, предназначенными лишь для транспортировки электроэнергии, и трансформаторами, которые помимо передачи электроэнергии ещё обеспечивают преобразование её параметров, можно обнаружить достаточно признаков, общих для обеих категорий. Это последнее обстоятельство в известной степени обеспечивает унифицированный подход при замещении в расчётных схемах электрических сетей как собственно линий электропередачи, так и трансформаторов (автотрансформаторов), являющихся непременными звеньями на пути транспортировки электроэнергии от её производителя к потребителю.

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи или, иными словами, активные и реактивные сопротивления и проводимости равномерно распределены по её длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределённость параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное r_л и реактивное х_л сопротивления линии, активную g_л и реактивную b_л – проводимости линии.

Здесь появляется феномен, если рассматривать электрическую сеть с позиции теории электрических цепей, когда в последовательных участках формально

неразветвлённой цепи протекают разные по величине токи. Однако это кажущееся противоречие исчезает, когда в схему замещения вводится ёмкостная проводимость(рис. 2.4).

На рис. 2.4,а ёмкостная проводимость линии представлена разнесённой по её концам. Дальнейшее упрощение схемы замещения представлено на рис. 2.4,б, где вместо ёмкостной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая ёмкостью линий. При решении вопроса, какие сети следует рассчитывать с учётом ёмкости и ёмкостных токов, кроме протяжённости сетей надо принимать ещё во внимание соизмеримость ёмкостного и рабочего токов. В местных сетях при небольшой протяжённости их рабочие токи могут достигать значительных величин.

Половина ёмкостной мощности линии

Q_c = 3·I_c·U_ф = 3 · , (2.12)

где U_ф и U – фазное и междуфазное напряжения (кВ);

I_c – ёмкостный ток на землю, .

Из (2.12) следует, что мощность Q_с сильно (квадратично) зависит от напряжения. Для ЛЭП 35 кВ и ниже ёмкостную мощность можно не учитывать (рис. 2.4,в). Для линий U_ном ≥ 330 кВ при длине (300…400) км для определения параметров П-образной схемы замещения учитывают равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

РЕЖИМНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИИ

 

ВЛИЯНИЕ ЗАРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

Из предыдущего рассмотрения ясно, что кроме соотношения r_л и x_л размеры треугольников, пропорциональных Р_1,2 и Q_1,2 (рис. 2.9) определяются составляющими тока I_1,2, протекающего в продольной ветви схемы замещения линии. Так как , то его величина и положение на комплексной плоскости определяются как соотношением активной и реактивной мощностей нагрузки (Р₂ и Q₂), так и относительным значением зарядного тока в ветви, связанной с узлом 2 (рис. 2.5), отвечающей примерно половине общей зарядной мощности Q_c. Величина последней, в свою очередь, определяется номинальным напряжением, типом линии и ее длиной.

Как было ранее отмечено, учет зарядной мощности для ВЛ производится при U_ном ³ 110 кВ, а для КЛ - при U_ном ³ 35 кВ. Степень влияния зарядной мощности на параметры режима линии зависит от того, какова нагрузка в конце линии (). Чем меньше эта мощность, тем большее влияние оказывает зарядная мощность на положение векторов и на комплексной плоскости.

Анализ показывает, что средние значения относительной величины зарядной мощности у ВЛ 110 – 150 кВ не превосходят 7,2 % от активной нагрузки линии. Для ВЛ 220 – 330 кВ эта величина возрастает до (15 - 16)%, а для ВЛ 500 – 750 кВ близка к 30 %, т.е. Q_*,ср примерно удваивается при переходе к следующему большему номинальному напряжению в данной системе.

Максимальные значения Q_*,ср закономерно растут с увеличением предельной длины линии. Характерно здесь то, что для ВЛ сверхвысоких напряжений (330 – 750 кВ) достаточно большой протяженности зарядные мощности соизмеримы или превышают передаваемые мощности в режимах максимальных перетоков. Их абсолютные значения настолько велики, что в большинстве случаев требуется установка компенсирующих устройств (реакторов) для поглощения избытков реактивной мощности в режимах малых нагрузок и при работе линии на холостом ходу.

 

 

Рис. 2.15. К определению числа часов использования

Наибольшей нагрузки

 

Среднестатистические величины Т_нб для различных отраслей народного хозяйства значительно отличаются друг от друга, что определяется специфичными особенностями соответствующих технологических процессов. Так, непрерывное химическое и металлургическое производства имеют средние значения Т_нб = 8500 час, а сельскохозяйственное производство – 5000 час.

Графики нагрузки потребителей эксплуатируемых электрических сетей могут быть получены по непосредственным измерениям. Такие графики будут точно соответствовать потреблению мощности именно в этот период, но не будут учитывать случайные факторы, которые могут исчезнуть в последующие периоды. Поэтому для суждения о типичном характере графика того или иного потребителя необходима обработка графиков.

Для работы потребителей электрической энергии необходима передача по сети не только активной, но и реактивной мощности. Поэтому наряду с графиками изменения активной мощности необходимо иметь также и графики реактивной мощности. Эти графики могут быть получены теми же методами, что и графики активной мощности. В общем случае эти графики не совпадают.

При проектировании требующаяся потребителю реактивная мощность учитывается приближенно. При этом для характеристики величины необходимой реактивной мощности используется коэффициент мощности (cos j_н), значение которого принимается неизменным, либо задается применительно к периодам наибольшей и наименьшей активной мощности нагрузки. Указанные значения коэффициента мощности можно взять в справочной литературе.

При перспективном проектировании реактивную мощность узла нагрузки, т.е. группы потребителей, питающихся от общих шин, определяют перемножением максимальной расчетной активной нагрузки на усредненные значения tg j_н(нб), которые учитывают компенсирующие устройства, установленные у потребителей и потери реактивной мощности в сетях предшествующих ступеней напряжения.

 

СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Принципиально расчёты электрических сетей базируются на тех же законах, что и расчёты любой иной цепи переменного тока. Однако специфика электрических сетей в энергетических системах такова, что непосредственное использование приёмов расчёта электрических цепей, известных из электротехники, является весьма затруднительным.

Следовательно, возникает объективная необходимость применить замещение реальных электрических сетей их расчётными схемами. В схемах замещения как собственно линии электропередачи, так и трансформаторы (автотрансформаторы) заменяют набором активных и реактивных сопротивлений и проводимостей. Величины этих сопротивлений и проводимостей, очевидно, должны быть такими, чтобы обеспечивать достоверные результаты расчёта режимов электрических сетей и систем.

Кроме того, введение любого элемента в схему замещения должно быть убедительно обосновано, исходя из физических процессов, сопровождающих передачу и преобразование электрической энергии. Наряду с очевидным различием между линиями электропередачи, предназначенными лишь для транспортировки электроэнергии, и трансформаторами, которые помимо передачи электроэнергии ещё обеспечивают преобразование её параметров, можно обнаружить достаточно признаков, общих для обеих категорий. Это последнее обстоятельство в известной степени обеспечивает унифицированный подход при замещении в расчётных схемах электрических сетей как собственно линий электропередачи, так и трансформаторов (автотрансформаторов), являющихся непременными звеньями на пути транспортировки электроэнергии от её производителя к потребителю.

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи или, иными словами, активные и реактивные сопротивления и проводимости равномерно распределены по её длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределённость параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное r_л и реактивное х_л сопротивления линии, активную g_л и реактивную b_л – проводимости линии.