CC BY
31
УДК 621.311.011.716
ПРЕДЕЛЫ ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ Ш ¡1 УСТОЙЧИВОСТЬ ДАЛЬНИХ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ■ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Б,Б. Утегулов, В.О. Гребенникова Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
¡¡I Бул жумыста бер/'ктшют жащсарту ушш шаралар, сонымен кртар
!||| айнымалы токтагы алые жерден электрбершешщ вттзу цабшттЫШн
¡g||i арттыру тэс1лдер1 мен гиаралары ^арастырылган. Ко л с) с пен
||| царымталауыштьщ pemmesiutmi цурылгысымен алые жерден эжктр бершЫ
ШШ жумысыньщ турацтылыгьт зерттеу adici царастырылган.
Рассмотрены мероприятия для улучшения устойчивости, а также средства и способы повышения пропускной способности дальних электропередач переменного тока. Рассмотрены методы исследования устойчивости работы дальних электропередач с регулируемыми устройствами поперечной компенсации.
The article deals with measures in improving the stability, as well as the means and methods of increasing the carrying capacity of long distance alternating current electric mains. The author considered also methods of analysis for stability of work of long distance electric transfer with regulable devices of transverse compensation.
При обеспечении нормальных режимов работы дальних электропередач переменного тока возникают ограничения пропускной способности, связанные как со свойствами самой передачи переменного тока, которая обладает некоторой предельной мощностью, Так и в связи с необходимостью обеспечения статической и динамической устойчивости электропередачи в нормальном и пошеаварийном режимах.
В [1] была предложена сводка мероприятий, направленных на увеличение предела пропускной способности электропередач и увеличение их статической и динамической устойчивости. Данная сводка представлена на рис. 1.
Одним из способов повышения пропускной способности в линиях электропередачи является компенсация реактивной мощности. В практике эксплуа-
тации электроэнергетических систем применяются различные индуктивные и емкостные устройства для управления реактивной мощностью.
Мероприятия, направленные на увеличение предела пропускной способности электропередач и увеличение их статической и динамической устойчивости
Мероприятия для улучшения статической, диниамической и результирующей устойчивости
И
Улучшение параметров генератора 1
Увеличение скорости отключения КЗ генераторов 2
Увеличение механической инерции генераторов 3
Электрическое и механическое торможение 4
Заземление нейтрали трансформаторов через активное и реактивное сопротивления 5
Устройства для синхронизации и ресинхронизации генераторов 6
Автоматическое повторное включение 7
Регуляторы возбуждения сильного действия и комплексные регуляторы возбуждения и скорости 8
Демпферные обмотки на гидрогенераторах 9
Отключение части генераторов 10
Автоматические разгрузки, деление системы на 'асги 11
Средства, предназначенные для повышения пропускной способности иулучшения статической и динамической устойчивости передачи
Способы повышения пропускной способности всей передачи
Переключательные пункты
Промежуточные синхронные компенсаторы,
управляемые конденсаторы и реакторы
Продольная и поперечная компенсация сопротивления и реактивной мощности линии
Повышение напряжения линии
Изменение конструкции линии, расщепление проводов, применение разомкнутых пиний
Настройка линии на полуволну, на нулевую _длину__
Компенсация линии электропередачи
П родолъная компенсация
4.1
Поперечная компенсация с помощью реакторов и конденсаторов
4.2-
Поперечная компенсация с помощью синхронных компенсаторов или управляемых реакторов
4.3"
Рисунок 1 Мердариигшя зшфзвдегаше на увеличение предела пропускной способности электропередач и уи&гвЕчеиие их етаюгческой к динамической устойчивости
В качестве устройств для управления реактивной мощностью в дальних элекг-[ опередачах переменного тока используются регулируемые и нерегулируемые ре-
акторы, а также синхронные компенсаторы. Реакторы применяются либо как самостоятельные компенсирующие устройства в виде, например, поперечных элементов, либо как элементы, входящие в состав статических компенсаторов [2].
В [2] рассмотрены статические индуктивные устройства, предназначенные для работы в сетях высокого и сверхвысокого напряжения в качестве регулирующих и компенсирующих устройств. Одним из таких устройств, применяемых в электрических системах для компенсации реактивной мощности, являются шун тирующие реакторы - статические электромагнитные устройства, предназкд,-ченные для использования их индуктивности в электрической цепи. Но шунтирующие реакторы можно рассматривать как регулирующие напряжение и реаь гив-ную мощность лишь с определенной долей условности, так как прог.ые шунтирующие реакторы характеризуются лишь двумя дискретными состояниями:
- "включено" - при этом устройство потребляет номинальную или близкую к ней реактивную мощность;
- "отключено" - при этом (2р=0 [3],
Учитывая вышеизложенное, было признано, что регулирование нормальных режимов путем коммутации нерегулируемых реакторов практически не получило распространения [4]. Для регулирования степени компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения О целесообразно использовать управляемые реакторы. Управление реактором понимается как целенаправленное изменение его параметров с помощью подмагничивания.
Как уже отмечалось выше одной из основных задач при проектировании и эксплуатации энергетических объектов, их элементов и систем регулирования является задача исследования статической устойчивости.
Весьма актуальной является задача исследования и выявления характерных свойств электропередачи с промежуточными управляемыми шунтирующими реакторами (УШР),
При рассмотрении различных методов исследования работы дальних электропередач с регулируемыми устройствами поперечной компенсации построена следующая классификация (рис.2).
Проанализированы исследования работы дальних электропередач, в которых в качестве устройств поперечной компенсации используются только управляемые шунтирующие реакторы и которые проводились без учета переходных процессов и активных сопротивлений в статорных (первичных) цепях элементов системы, а также демпферных обмотках генераторов, линиях электропередач и управляемых шунтирующих реакторах (пункт 1.1).
В разделе классификации 1,1.1 выполнено аналитическое решение задачи предельно допустимых режимов дальних линий электропередач с примене-
нием управляемых шунтирующих реакторов, размещаемых вдоль трассы линии, по условиям статической устойчивости в обобщенном виде [5]. Данная работа выполнена на основе анализа многочлена (характеристического уравнения маловозмущенного движения системы).
Классификация методов исследования устойчивости работы дальних электропередач с регулируемыми устройствами поперечной
компенсации
у
Исследования работы дальних электропередач, в которых в качестве устройств поперечной компенсации используются только управляемые шунтирующие реакторы
1.1
1.2
Исследования, проводимые без учета переходных процессов и
активных сопротивлений в статорных (первичных) цепях элементов системы, а также демпферных обмотках генераторов, пиниях электропередач и управляемых шунтирующих реакторах
Исследования, в которых учтены переходные процессы в статорных цепях генераторов, линии электропередачи, управляемых шунтирующих реакторах и демпферных контуров генераторов
Исследования работы дальних электропереда7!, снабженных в качестве компенсирующих устройств управляемыми шунтирующими реакторами и синхронными компенсаторами одновременно
2.1
м/
Двухэтапныс сравнительные исследования по моделированию
типовых элементов дальних электропередач переменного тока: снабженных только управляемыми шунтирующими реакторами и при совместной работе синхронных компенсаторов и управляемых шунтирующих реакторов в одном __узле_
ш
Аналитическое решение задачи предельно допустимых режимов по условиям статической устойчивости
1.1.2
Физическая интерпретация результатов анализа условий статической устойчивости
4.1,3
Исследования динамической устойчивости и внутренних перенапряжений
Рисунок 2 Классификации методов исследования устойчивости работы дальних электропередач с регул даруемыми устройствами попере-шой компенсации
Физическая тстерпретацня (п.3.1.2) результатов упрощенного анализа условии статической усдойчизости длинных линий электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами представлена в работе [6]. Показано, что это кг итериальное условие есть условие проявления асинхронного самовозбуждения г жератора, преодолеть которое практически не представляется возможным.
Проведены исследования динамической устойчивости и внутренних перенш ряжений дш хьних линий, электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами (п 1,1.3). Результаты приведены в работе [7]. Здесь же определены пределы передаваемой мощно-стигаусловишдишмшесюйустойчивослиидо^
жений Рассмотрена возможность ограничения внутренних перешпряжвнийза счетуправ-ленш шунгируюпщмиреакгорамииоиенив^^ науровень
динамическойустойчивосш электропередачи. Наоснове анализа полученных резупыагов определен возможный диапазон длин эффективного ишеиьзования таких элекпроперед я.
Наряду с вышеупомянутыми проведены исследования, в которых учтены пг ре-ходные процессы в статорных цепях генераторов, линии электропередачи, упр вля-емых шунтирующих реакторах и демпферных контуров генераторов (п 1,2 классификации). В работе [8] аналитически и расчетным путем исследогййы условия са-
рами, с учетом переходных процессов з статорных цепях генераторов, линии электропередачи, управляемых шунтирующих реакторах и демпферных контуров генераторов, на условия статической устогщивосш дальних электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами. Также в [8] доказано, что условия самовозбуждения ограничивают дальность электропередачи с управляемой поперечной компенсацией еще до предела, определяемого условиями колебательной электромеханической устойчивости, поэтому являются определяющими с точки зрения статической устойчивости.
Проведены также исследования работы дальних электропередач, снабженных: в качестве компенсирующих устройств управляемыми шунтирующими реакторами и. синхронными компенсаторами одновременно.
В работе [9] приведена методика моделирования типовых элементов дальних электропередач переменного тока снабженных компенсирующими устройствами (п.2.1). На первом этапе исследования в [9] в качестве компенсирующих устройств были использованы только управляемые шунтирующие реакторы. Показано, что длина линий, снабженных только управляемыми шунтирующими реакторами ограничивается по предельному полному углу по передаче, равного 180°. Далее рассмотрены особенности параллельной работы синхронных компенсаторов и управляемых шунтирующих реакторов в одном узле, совместный анализ работоспособности каналов регулятора управляемых шунтирующих реакторов и автоматического регулятора возбуждения синхронных компенсаторов. Получен вывод, что схема, выполненная на основе двух стандартных силовых устройств, при сравнительно низких затратах и малой установленной мощности синхронных компенсаторов, обладает всеми достоинствами обоих устройств и частично устраняет недостатки каждого в отдельности.
Как уже отмечалось выше, в работах [5, 6, 9] анализировались режимы работы электропередач с применением управляемых шунтирующих реакторов, в частности, были выполнены исследования устойчивости их работы. Причем в этих работах обнаружено особое свойство электропередач с управляемыми реакторами: потеря устойчивости при угле между векторами напряжений по концам таких линий 5 = 180°. Этот результат противоречит общеизвестному свойству полуволновых линий; обеспечивать устойчивую передачу мощности не только вплоть до натуральной мощности линий, но и до значительно большей [10]. На этом замечательном свойстве полуволновых линий основаны известные проработки настроенных электропередач, когда электропередача с волновой длиной, сггличной от 180°, искусственно настраивается на полуволновую длину.
Мотивировка авторов [5, 6, 9] сводится к тому, что полуволновые линии и линии с УШР имеют существенное отличие - полуволновые линии не имеют присоединений в промежуточных точках, поддерживающих в них заданное напряжение, а линии с УШР имеют присоединения с регуляторами напряжения (УП1Р). Хотя в режиме передачи натуральной мощности реакторы не потребляют избыточную реактивную мощность линии, так как в этом режиме их ток равен нулю, регулирующий эффект УШР сохраняется, поскольку-' наличие фильтров высших гармонических обеспечивает возможность протекания по сетевой обмотке реактора емкостного тока [11].
Учитывая проведенный анализ, целесообразно рассмотреть причину потери устойчивости линий с управляющими шунтирующими реакторами (УП1Р) при £> =180°.
ЛИТЕРАТУРА
1. Веников В.А., Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока,- М.: Энергоатомиздат, 1985,- 272 с.
2. Крайз А.Г., Мастрюков JI.A. Регулирующие и компенсирующие устройства для оптимизации работы сетей сверхвысокого напряжения // Электричество,- 1981,-№4.
3. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216с.
4. Соколов С.Е. Регулирование реактивной мощности и напряжения в электрических Cf-хях.- Алма-Ата: Анатш, 1991. - 136с.
5. Евдокунин Г.А., Рагозин A.A. Исследование статической устойчивости ре ,кимов дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими ре-з сторами // Электричество. -1996. - №8.
6. Рагозин A.A. Условия статической устойчивости дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами // Электричество. -1997.-№5.
7. Рагозин A.A.. Таланов С.Б, Пределы передаваемой мощности дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами // Электричество. - 1999. - №4.
8. Рагозин A.A., Таланов С.Б. Условия самовозбуждения систем, содержащих дальние линии'электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами // Электричество. - 1999. -№11.
9. Кашин И.В., Смолвик C.B. Устойчивость работы протяженных элек ро-передач переменного тока с регулируемыми устройствами поперечной ког .пен-сации // Электричество. - 2001. - №2,
10.Щербаков В.К., Лукашев Э.С., Ольшевский О.В., Пугил^а A T. Настроенные электропередачи. - Новосибирск: Издат-во Сиб.отд. АН СССР, 1963.-239с.
Н.Александров Г.Н. Подавление высших гармонических в управляемых шунтирующих реакторах трансформаторного типа // Изв. РАН. Энергетика. -1999.-№3.
