74397

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Доклад

Энергетика

К таким ограничениям относятся: а предел передаваемой мощности предел линии учитывающий устойчивость параллельной работы электрических станций и узлов нагрузки...

Русский

2014-12-31

720 KB

55 чел.

113 - ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Под пропускной способностью линии электропередачи понимают активную или полную мощность, которая длительно может передаваться с учетом технических ограничений. К таким ограничениям относятся:

а)  предел передаваемой мощности (предел линии), учитывающий устойчивость параллельной работы электрических станций и узлов нагрузки;

б) допустимый ток по нагреву проводников;

в) допустимая потеря напряжения;

г)  пропускная способность концевых и промежуточных устройств (трансформаторов, выключателей, устройств продольной компенсации и т. п.);

д) вынужденные уставки релейной защиты.

Проектирование линий электропередачи проводят обычно таким образом, чтобы ограничения г) и д) не были решающими.

Ограничения а) и б) обычно проявляются в сетях высоких напряжений, при номинальных напряжениях 110—220 кВ и выше. Ограничение по допустимой потере напряжения характерно для распределительных линий и сетей напряжением 20—0,38 кВ, а иногда и для сетей напряжением 35 кВ. В таких сетях может также возникать ограничение по допустимому току нагрева проводов воздушных линий и жил кабелей.

При проектировании системообразующих сетей часто приходится рассматривать «сечение электрической сети», под которым понимают совокупность линий электропередачи, характеризующую суммарную пропускную способность определенного района электрической сети.

Рассмотрим кратко пути повышения пропускной способности при различных ограничивающих факторах.

По фактору статической устойчивости генераторов электростанций предельная передаваемая мощность в системе, состоящей из генераторов, трансформаторов и линии электропередачи (рис. 12.14, о) с соответствующими сопротивлениями Хг, Хт, Хл, для идеализированной электропередачи (без потерь) определяется по выражению [3]:

                                                                                      (12.65)

где Е - ЭДС генераторов; Uc —напряжение на шинах системы.

Если генераторы удаленной станции и работающие в системе оснащены регуляторами возбуждения сильного действия, позволяющими поддерживать постоянными заданные напряжения U1 и U2 по концам линии, то предел передаваемой мощности (предел линии) будет равен

(12.66)

Рис. 12.14. Схемы системы электропередачи (а), линии с продольной компенсацией (б), и с промежуточными подстанциями (в)

Из формулы (12.66) видны следующие проектные пути увеличения пропускной способности системы электропередачи за счет воздействия на ее часть — линию электропередачи:

1.  Повышение номинального напряжения линии. Здесь существенно то, что предельная мощность пропорциональна квадрату напряжения.

2.  Уменьшение индуктивного сопротивления линии. Оно может быть достигнуто за счет применения расщепленных фаз. Такой путь особенно целесообразен на линиях большой длины. Другой путь заключается в использовании различных вариантов конструктивного исполнения воздушных компактных линий электропередачи [3, 73, 74 ].

3.  Применение продольной компенсации реактивного сопротивления линии (рис. 12.14, 6). В этом случае эквивалентное сопротивление без учета распределенное™ параметров для линии без потерь будет равно:

4.  Применение управляемых источников реактивной мощности (ИРМ) на промежуточных подстанциях (рис. 12.14, в). Такими ИРМ могут быть статические тиристорные компенсаторы, синхронные компенсаторы и др. Если путем выбора соответствующей мощности ИРМ обеспечить поддержание заданного напряжения U3, U4 в промежуточных точках линий, то она разделится на несколько самостоятельных участков. В этом случае пропускная способность всей линии будет определяться участком линии, характеризующимся наименьшей предельной мощностью.

Пропускная способность линии, ограничиваемая допустимым током по нагреванию проводников, описывается формулой:

где U - напряжение линии; IДОП — допустимый ток по нагреву; cosφ — коэффициент мощности.

Отсюда можно сформулировать следующие пути повышения пропускной способности.

1. Повышение номинального напряжения. При неизменном допустимом токе пропускная способность линейно зависит от номинального напряжения. Этот фактор в условиях проектирования имеет практическое значение в случае применения напряжения 380 В вместо 220 В, 10 кВ вместо 6 кВ, 20 кВ вместо 10 кВ, 110 кВ вместо 35 кВ. При этом пропускная способность увеличивается соответственно в

2.  Повышение режимного (рабочего) напряжения. В данном случае эффективность увеличения пропускной способности, естественно, ниже. Речь может идти о повышении напряжения лишь на 10—15 % и, соответственно, о таком же повышении пропускной способности.

3. Повышение соsφ за счет установки компенсирующих устройств. Пусть в линии при cosφ < 1 ток равен допустимому току по нагреванию. Для повышения передаваемой активной мощности без увеличения тока надо предварительно разгрузить линию (снизить ток) от реактивной мощности. Это можно сделать за счет установки компенсирующего устройства в конце линии такой мощности, при которой полная мощность оставалась бы неизменной (рис. 12.15, a). При этом треугольник SДОПQP соответствует мощностям в линии при отсутствии компенсирующего устройства (рис. 12.15, б). Если активную мощность надо увеличить с Р до Рк, то одновременно произойдет увеличение реактивной мощности, и полная мощность возрастет. При одинаковом cosφ прежней и вновь подключенной нагрузки треугольник мощностей займет положение S'Q'PК. При подключении компенсирующего устройства мощностью QKУ полная мощность должна быть снижена до прежней величины. Тогда треугольник мощностей будет иметь вид SДОПQKPK, где QК — реактивная мощность в линии после компенсации.

При неизменном токе линии до и после компенсации будет справедливо следующее уравнение:

или                                                     

(12.68)

Имея в виду, что QK =Q QКУКtgφ-Qку (см.рис.12.15,б),после подстановки QК в уравнение (12.68) можно получить мощность компенсирующего устройства, необходимую для повышения передаваемой активной мощности с Р до РК:

(12.69)

где РК может находиться в пределах Р < РК SДОП.

В случае полной компенсации реактивной мощности предельное значение активной мощности будет РК = РПР (см. рис. 12.15,6), а мощность компенсирующего устройства составит:                                                 

Рис. 12.15. Схема сети (а) и векторная диаграмма (6)

4.  Увеличение площади сечения проводов воздушных линий электропередачи. Допустимые токи по нагреванию, как известно, зависят от площади сечения проводов и устанавливаются в зависимости от допустимых температур проводов. Как уже отмечалось в параграфе 12.8, в условиях проектирования длительно допустимые токи и соответствующие им пропускные способности принимают, исходя из допустимой температуры нагревания проводов линии, равной 70°С, и температуры воздуха +25°С (рис. 12.12). Из этого рисунка видно, что зависимость допустимого тока от площади сечения провода не является линейной, и при увеличении площади сечения допустимая плотность тока снижается. Это объясняется тем, что при больших площадях сечения площадь поверхности провода, приходящаяся на 1 мм2 сечения, уменьшается и, как следствие, ухудшаются условия охлаждения провода.

Увеличение площади сечения проводов иногда может оказаться целесообразным не только при сооружении новых линий, но и при реконструкции существующих.

5.   Учет фактической температуры окружающей среды.  Очевидно, что при изменении температуры окружающей среды условия охлаждения проводов изменяются. Если наивысшие значения температуры воздуха для какого-то конкретного региона отличаются от расчетной температуры +25°С, то соответствующие ей допустимые токи It, могут быть изменены до Itдоп, с учетом поправочного коэффициента kt:

Значения kt для неизолированных проводов воздушных линий принимаются в соответствии с зависимостью, приведенной на рис. 12.16 и построенной по данным [6].

Рис. 12.16. Зависимость поправочного коэффициента kt  от температуры воздуха для неизолированных проводов

6. Применение меньших площадей сечений одиночных проводов в расщепленной фазе при неизменной площади сечения фазы. В этом случае эффект от повышения допустимого тока достигается за счет увеличения поверхности охлаждения проводов данной фазы. Действительно, в общем случае при m проводах в фазе с диаметром dm поверхность проводов фазы на единицу длины линии составляет Fm=nπdn. Тогда увеличение поверхности проводов составит:

Так, при замене одиночного провода в фазе марки АС 240/39 с диаметром провода dm =21,6 мм на два провода марки 2АС 120/19 с диаметром провода dn = 15,2 мм получим:

7. Применение проводов с развитой поверхностью. При неизменной площади сечения провода его поверхность можно увеличить различными путями, например выполнив его полым либо многожильным с джутовым наполнителем в повивах. В этом случае допустимый ток на провод может быть увеличен за счет его лучшего охлаждения.

8. Применение изолированных (покрытых) проводов воздушных линий. Такие провода получают распространение в распределительных сетях напряжением 10 кВ и ниже. Наряду с известными достоинствами (предотвращение коротких замыканий при схлестывании проводов различных фаз, уменьшение индуктивного сопротивления линии и др.) такие провода имеют по сравнению с неизолированными проводами при одинаковой допустимой температуре провода пониженную пропускную способность по условию нагревания из-за ухудшения условий теплоотдачи от провода в окружающую среду. Допустимая температура изолированных проводов с изоляцией из термопластичного полиэтилена, так же как и для неизолированных проводов, не более 70°С. Расчеты показывают, что при этом условии допустимые токи линий с изолированными проводами составляют на 10 — 13% меньше токов линий с неизолированными проводами при температуре воздуха +25°С. Вместе с тем, изготовители покрытых проводов с изоляцией из сшитого полиэтилена указывают допустимую температуру не более 90°С, а допустимые токи при этом на 10—15% больше, чем для неизолированных проводов.

9.  Применение искусственного (форсированного) охлаждения проводников. Такой способ повышения нагрузочной способности пригоден для кабельных линий. Рассматривают различные виды искусственного охлаждения [75]:

а) косвенное охлаждение кабелей водой по проложенным параллельно им трубам;

б)  непосредственное внешнее охлаждение маслонаполненных кабелей путем их размещения в отдельных трубах с циркулирующей водой;

в)  непосредственное внутреннее охлаждение маслонаполненных кабелей путем прокачки охлаждающей воды или масла по центральному каналу в жиле кабеля;

г) охлаждение жил кабелей газом с высокой теплопроводностью в газоизолированных линиях. В таких линиях для электроизоляции применяется специальный сжатый газ (элегаз), который попутно улучшает условия охлаждения проводников линии.

10.  Применение криогенных линий. Различают криопроводящие и сверхпроводящие линии. В первых проводники охлаждают до температуры 80 ... 20 К, в результате чего активное сопротивление снижается в десятки раз. Вследствие этого появляется возможность существенно повысить пропускаемые по проводникам токи. В сверхпроводящих линиях активное сопротивление равно нулю, и рабочие токи по сравнению с обычными линиями могут быть увеличены в тысячи раз. Пропускная способность по току криопроводящих и сверхпроводящих линий ограничивается не нагревом проводников, а другими факторами [3, 73].

11. Прокладка дополнительных параллельных линий. Пояснения не требуются.

12.  Применение глубоких вводов. Под глубоким вводом понимают систему электроснабжения, позволяющую подвести наивысшее экономически целесообразное напряжение к центрам  нагрузки с наименьшим количеством ступеней промежуточной трансформации. Глубокие вводы применяют как при проектировании новых сетей, так и при развитии существующих. Так, если нагрузка 1 питалась по линии Л, от центра питания 2, то при се росте развитие сети можно произвести путем прокладки параллельной дополнительной линии Л2 того же напряжения (рис. 12.17). Вместо этого может оказаться экономически целесообразным сооружение глубокого ввода Л3 более высокого напряжения. В результате пропускная способность по току увеличится пропорционально повышению напряжения.

Рис. 12.17. Принципиальная схема глубокого ввода

13. Сооружение дополнительных питающих подстанций. При этом к ним за счет сооружения участков сети присоединяются ближайшие потребители. В результате к линиям от существовавших ранее подстанций могут быть подключены дополнительные нагрузки.

Перейдем теперь к рассмотрению путей повышения пропускной способности сети в случае ее ограничения по потере напряжения. Этот вопрос наиболее актуален для распределительных сетей напряжением 20 кВ и ниже.

Для одиночной линии связь между допустимой потерей напряжения ΔUДОП и предельной передаваемой активной мощностью РПР можно представить в виде:

Отсюда

Имея в виду, что                                      

получим

                                                                                                       (12.71)

Отсюда можно наметить пути повышения пропускной способности.

  1.  Повышение номинального напряжения. Из формулы (12.71) следует, что пропускная способность сети по условию допустимой потери напряжения пропорциональна квадрату напряжения. Так, при переходе с напряжения 6 кВ на 10 она увеличивается в 3 раза, а при переходе с 10 кВ на 20 кВ — в 4 раза.

     2.  Увеличение площади сечения проводов. При этом активное и в некоторой степени реактивное сопротивления снижаются, а РПР — увеличивается (формула (12.71.)).

     3. Применение проводов с развитой поверхностью. При неизменной площади сечения провода с развитой поверхностью (полые, с джутовым наполнителем) будут иметь больший диаметр, меньшее индуктивное сопротивление и, следовательно, большее значение РПР.

    4.  Сближение проводов фаз. Оно также приводит к уменьшению индуктивного сопротивления и, соответственно, к увеличению РПР. Сближение проводов фаз воздушных линий можно осуществить применением компактных конструкций [3, 73], покрытых проводов линий напряжением 6—20 кВ, изолированных проводов линий до 1 кВ, соединенных в пучки. Тот же эффект появляется при замене воздушных линий кабельными.

   5.  Применение устройств поперечной компенсации. Возможности увеличения передаваемой активной мощности по условию допустимой потери напряжения поясним из векторной диаграммы, приведенной на рис. 12.18. Пусть до компенсации были мощности S, P, Q. Установка компенсирующего устройства мощностью QКУ уменьшит реактивную мощность по сети до Q' и, соответственно, реактивную составляющую потери напряжения. За счет этого можно увеличить активную мощность до такой величины Рк, при которой общая потеря напряжения останется неизменной. Так как при подключении новой нагрузки возрастет также и потребляемая реактивная мощность, то при неизменном cosφ треугольник мощностей займет положение SKQKPK. Исходя из равенства потерь напряжения до и после компенсации, можно записать

Рис. 12.18. Векторная диаграмма для определения мощности компенсирующего устройства

Из диаграммы рис. 12.18 следует:

Тогда

Отсюда активная мощность, которую можно передать при установке устройства поперечной компенсации мощностью QKУ, (12.72)

Если требуется повысить предел передаваемой мощности, ограничиваемый допустимой потерей напряжения с Р до РК то необходимая мощность компенсирующего устройства

(12.73)

6. Применение устройств продольной компенсации. Как известно, устройства продольной (последовательной) компенсации выполняются в виде конденсаторных батарей, которые включаются в рассечку линий электропередач.

Если при заданной площади сечения проводов пропускная способность ограничивается допустимой потерей напряжения ΔUДОП, то ее можно повысить включением устройства продольной компенсации, которая позволяет уменьшить потерю напряжения. При исходной предельной мощности Р можно записать

Отсюда

Если после включения устройства продольной компенсации и увеличения передаваемой активной мощности cosφ остается прежним, то новое максимальное значение передаваемой мощности

где kС — степень продольной компенсации, определяемая отношением емкостного сопротивления конденсаторов к индуктивному сопротивлению линии

Относительное увеличение пропускной способности за счет устройства продольной компенсации составит

Таким образом, эффективность повышения пропускной способности зависит от параметров линии R и X, коэффициента мощности и степени продольной компенсации.

Максимальная передаваемая мощность по условию допустимой потери напряжения при установке устройства продольной компенсации выразится формулой

                                                                                         (12.74)

При полной компенсации индуктивного сопротивления линии (kc = 1)

(12.75)

Принципиально возможна и перекомпенсация индуктивного сопротивления линии (кс > 1).

Из формул (12.74) и (12.75) видно, что продольная компенсация наиболее эффективна при больших отношениях X/R и малых значениях коэффициента мощности cosφ.

Если требуется повысить пропускную способность с Р до Рс, то из формулы (12.74) после преобразований можно получить необходимую степень компенсации индуктивного сопротивления линии:

(12.76)

7.  Увеличение числа параллельных линий.

8. Применение глубоких вводов.

9. Сооружение дополнительных питающих подстанций.

Специальные пояснения по пп. 7, 8, 9 не требуются.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14030. Руданський. «Козак і король», «Запорожці у короля» 30.5 KB
  УРОК № 20 Тема.С. Руданський. Козак і король Запорожці у короля. Мета:ознайомити учнів зі співомовками письменника допомогти їм побачити зв’язок гумористичного відображення дійсності із серйозними історичними фактами; розвивати навички виразного читання анал...
14031. Гамма-излучение 5.8 MB
  Однако для корректного проведения лучевой терапии необходимой является проверка качества облучения, иначе подведенная доза может оказаться завышенной или заниженной, что пагубно скажется на качестве облучения.
14032. «Окуляри» С. Руданський 28.5 KB
  УРОК № 21 Тема. С. Руданський. Окуляри. Мета: ознайомити учнів із твором письменника допомогти їм усвідомити його зміст; закріпити знання про гумор комічне; розвивати навички виразного читання аналізу співомовок співставлення головної думки твору з реальним життя...
14033. Понятие о закономерностях размещения 68.5 KB
  Развитые страны еще в доиндустриальную эпоху были культурно однородными и политически централизованными государствами с ориентацией общественного сознания на рационализм и научные факты. В отличие от них многие страны «Третьего мира» лишь недавно добились политической независимости
14034. Виразне читання напам’ять поезії Я. Щоголіва «Листопад» 71.5 KB
  УРОК № 22 Тема. Виразне читання напам’ять поезії Я. Щоголіва Листопад. Мета: розвивати пам’ять навички виразного читання коментування аналізу поетичних творів висловлення власної думки щодо прочитаного асоціативне мислення вміння робити словесне малювання по
14035. Учет и анализ основных средств на примере ООО «Меркурий» 45.36 KB
  Цель выпускной квалификационной работы - охарактеризовать основные средства, как экономическую категорию, рассмотреть принципы их бухгалтерского учета и проанализировать имеющиеся данные о составе и движении основных средств ООО «Меркурий», дать рекомендации, направленные на повышение эффективности использования основных средств.
14036. «Маленький горбань» С. Черкасенко 36 KB
  УРОК № 23 Тема. С. Черкасенко. Маленький горбань. Мета: ознайомити учнів із життям і творчістю письменника зі змістом його оповідання; розвивати навички виразного читання переказу епічних творів їх коментування висловлення своєї думки щодо прочитаного; виховуват
14037. Маленький горбань С. Черкасенко 31 KB
  УРОК № 24 Тема. С. Черкасенко. Маленький горбань. Мета: допомогти учням глибше усвідомити ідейнохудожній зміст оповідання; розвивати навички виразного читання переказу висловлення власної думки з приводу прочитаного; виховувати почуття милосердя доброти толера
14038. Багаторічна мінливість повторюваності та кількості опадів в місті Одеса 3.18 MB
  Мета дипломного проекту – розглянути статистичні характеристики кількості опадів, числа днів з дощем та числа днів зі снігом в місті Одеса за період 1973-2012 роки. Визначити динаміку кількості опадів та числа днів з дощем та снігом за останні сорок років. Виявити тенденцію притаманну кількості та повторюваності опадів.