Работа №5. Режим холостого хода линий электропередач с установками поперечной компенсации
Цель: Изучение 1) особенностей режима холостого хода линий дальних электропередач; 2) расчета мощности реакторов, обеспечивающих предельно допустимое отклонение напряжения по длине линии.
Программное обеспечение: MathCAD (части 1 и 2), Lepsnv3.exe (часть 2).
Время выполнения: 4 часа (часть 1 – 2 часа; часть 2 – 2 часа).
Теоретические сведения
Особенности дальних электропередачи – см. раздел теоретические сведения к Работе №3 в первой части виртуального лабораторного практикума.
Основной особенностью режима холостого хода ЛЭП высокого напряжения является наличие большой избыточной реактивной зарядной мощности, генерируемой линией, и как следствие, повышение напряжения.
Наиболее тяжелые условия создаются при односторонних включениях и отключениях линии. Зарядная мощность линии может значительно превышать номинальную мощность генератора, что приводит к его недопустимой перегрузке. С наличием большой зарядной мощности связано и повышение напряжения ЛЭП – напряжение в конце линии, работающей на холостом ходу, при неполной компенсации ее зарядной мощности значительно превышает напряжение в начале. Следовательно, для осуществления синхронизации удаленной станции и приемника необходимо понижать напряжение в начале передачи или устанавливать компенсирующие устройства на ее конце.
Снижение напряжения в начале дальней электропередачи может затрудняться самовозбуждением генераторов, а желательная, с точки зрения устранения перегрузки и предотвращения самовозбуждения параллельная работа нескольких мало загруженных генераторов, несущих емкостную нагрузку, может затрудняться их неустойчивостью.
Для обеспечения нормальных условий работы передачи в режимах холостого хода и малых нагрузок используется частичная компенсация суммарной емкостной проводимости длинной линии при помощи шунтирующих реакторов. Она необходима также при подъеме напряжения с нуля и, в некоторой мере, для повышения пропускной способности передачи.
Мощность реакторов на линиях передач переменного тока определяется из условий работы в режимах холостого хода. Для обеспечения желаемого распределения напряжения вдоль линии их целесообразно размещать равномерно. Однако единичная стоимость компенсирующих устройств резко увеличивается при уменьшении их мощности, кроме того, компенсирующие устройства требуют использования дорогостоящего оборудования для присоединения. Это обычно исключает возможность равномерно распределенной компенсации и реакторы устанавливаются на подстанциях или переключательных пунктах.
Рассмотрим режим холостого хода ЛЭП при одностороннем включении. Напряжения начала и конца некомпенсированной ЛЭП связаны через ее волновую длину l отношением:
 .
| (94) |
Из уравнения (94) следует, что напряжение на открытом конце линии больше, чем в ее начале, причем разница зависит от длины ЛЭП. Если учесть, что для ЛЭП длительно допустимое превышение номинального напряжения составляет 5% от Uном, то из (94) также следует, что режим одностороннего включения некомпенсированной ЛЭП допустим лишь при длине линии не более 300 км (l = 18°).
Мощность реакторов, необходимая для поддержания номинального напряжения на открытом конце передачи, имеет значительную величину и растет с увеличением длины линии. Увеличивать мощность реакторов сверх величин, определяемых экономической целесообразностью и требованиями эксплуатации в нормальном режима, нежелательно. Напротив, с целью повышения надежности ЛЭП следует по возможности снижать число дополнительно включаемых на линии устройств.
Мощность реакторов, присоединенных к разомкнутому концу линии и обеспечивающих в режиме холостого хода равенство напряжений по концам линии, может быть определена при неучете активных потерь в линии по формуле:
где bР – проводимость реакторов:
.
При установке шунтирующих реакторов в конце ЛЭП максимум напряжения имеет место в середине линии. Для того чтобы в режимах холостого хода и малых нагрузок напряжение в середине линии не превысило допустимого значения создают промежуточные реакторные пункты [5, 9, 23, 26].
Ход выполнения работы
Дано: номинальное напряжение ЛЭП Uном, марка провода; длина ЛЭП l (см. Варианты индивидуальных заданий).
Расчеты по части 1 хода выполнения работы выполняются в MathCAD или любом другом математическом пакете. Расчеты по части 2 хода выполнения работы выполняются в MathCAD и программе моделирования режима холостого хода линии электропередач с установками поперечной компенсации Lepsnv3.exe.
Часть 1
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 zВ. Для этого пункта хода выполнения работы и далее необходимые для расчета формулы приведены в разделе Практические рекомендации по выполнению работы.
2.Рассчитать и построить распределение напряжения, считая, что напряжение в начале передачи равно номинальному (U1 = Uном). Найти максимальное напряжение Umax, сравнить с допустимым, сделать вывод о допустимости данного режима.
3.Определить потери активной мощности в ЛЭП как сумму потерь на корону и потерь от протекания зарядного тока.
4.Найти предельную длину передачи lдоп, при которой напряжение не превышает допустимого значения.
5.Определить желаемую мощность реакторного пункта 
при его установке в конце линии электропередачи (случай компенсации половины зарядной мощности). Рассчитать и построить распределение напряжения для этого случая. Выбрать тип и число реакторов, устанавливаемых на подстанции. Рассчитать действительную мощность выбранных реакторов 
, сравнить ее с желаемой. Найти максимальное напряжение и сравнить его с допустимым. Рассчитать и построить действительное распределение напряжения вдоль компенсированной линии. Сделать выводы о характеристиках режима.
6.Повторить расчет компенсирующих устройств для случая использования двух реакторных пунктов из условия компенсации каждой из них трети длины электропередачи. Сделать выводы о характеристиках режима.
7.Результаты выполнения работы по пунктам 1–6 и выводы занести в отчет. Правила оформления отчета – см. Введение в курс.
Часть 2
8.Ввести исходные данные в программе Lepsnv3.exe для моделирования ЛЭП в режиме холостого хода без компенсации. Построить распределение напряжения по длине линии и сравнить результаты моделирования с результатами выполнения п.2 хода работы.
9.Построить распределение напряжения для длины линии, равной предельной длине передачи lдоп, найденной в результате выполнения п.4 хода работы. Определить напряжение на открытом конце линии для этого случая, сравнить с максимально допустимым.
10.Построить распределение напряжения по длине линии для случая компенсации половины зарядной мощности при подключении в конце линии одного реакторного пункта. Тип и количество реакторных групп принять в соответствии с результатами выполнения п.5 хода работы. Сравнить действительные значения параметров режима с расчетными значениями, найденными в результате выполнения п.5 хода работы. Сделать выводы.
11.Экспериментально получить зависимость величины максимума напряжения от координаты подключения одного реакторного пункта, выполнив расчет параметров режима для 10 точек подключения по длине ЛЭП. Построить график, сделать вывод о характере зависимости.
12.Построить распределение напряжения по длине линии для случая подключения двух реакторных пунктов – в середине и конце ЛЭП. Тип и количество реакторных групп принять в соответствии с результатами выполнения п.6 хода работы. Выполнить расчет параметров режима. Сравнить результаты с результатами п.10. хода выполнения работы. Сделать выводы.
13.Экспериментально исследовать зависимость параметров режима от мощности реакторов и координат подключения двух реакторных пунктов.
14.Результаты выполнения работы по пунктам 8–12 и выводы занести в отчет. Правила оформления отчета – см. Введение в курс.