[Разделы] [Оглавление раздела] [Главная страница СПЭТ] [Назад] [Дальше]

Линии электропередачи напряжением 500—750 кВ предназначаются как для передачи больших количеств электрической энергии в районы ее потребления от крупных тепловых и гидравлических электростанций, удаленных от промышленных центров, так и для взаимного обмена мощностями между энергосистемами. В зависимости от передаваемой мощности и назначения электропередачи 500—750 кВ строятся одно-цепными, двух-цепными и с большим количеством цепей (как, например, электропередача 735 кВ Маникуаган — Монреаль в Канаде). Линии передачи этих напряжений сооружаются преимущественно на одно-цепных опорах. Двухцепные опоры для линий 500 кВ применяются в Японии и частично в США, из-за ограниченности места и большой стоимости отчуждаемой земли. Межсистемные связи, как правило, выполняются одно-цепными; вторая цепь предусматривается в том случае, если имеются перспективы передачи по ним большой мощности.

Рис. 13-1. Электропередача 500 кВ

Двухцепные (и трех-цепные) электропередачи выполняются только по связанной схеме, с рядом промежуточных подстанций или переключательных пунктов, расположенных друг от друга на расстоянии 250—350 км. Примером такой электропередачи может служить представленная на рис. 13-1 (с небольшими упрощениями) электропередача 500 кВ Волгоград — Москва.

Переключательные пункты на двух-цепных электропередачах сооружаются в том случае, когда строительство промежуточных подстанций в данное время экономически не оправдывается из-за отсутствия достаточной нагрузки. С развитием экономики этих районов переключательные пункты переоборудуются в промежуточные подстанции. Так, например, было при строительстве первой электропередачи 500 кВ Куйбышев — Москва, на трассе протяженностью 850 км были построены три переключательных пункта. В настоящее время все переключательные пункты переоборудованы в подстанции.

Назначение переключательных пунктов — повышение пропускной способности электропередачи. Как известно, предельная передаваемая мощность по условиям устойчивости параллельной работы электростанции с приемной системой (идеальный предел передаваемой мощности) определяется формулой:

где Р — активная мощность, передаваемая приемной системой; Е и U — э. д. с. генераторов передающей станции и напряжение приемной системы, приведенные к расчетному напряжению; ХS — результирующее сопротивление всей системы электропередачи (рис. 13-1), приведенное к тому же напряжению.

При связанной схеме электропередачи повреждение на линии выводит из работы не всю, а только часть линии (на рис. 13-1 при мерно 1/4 ее). Сопротивление электропередачи при этом изменится не столь значительно, как это имело бы место при выходе из работы всей линии; пропускная способность линии, как это видно из формулы (14-1), сохранится на высоком уровне. Для примера укажем, что при наличии двух —трех переключательных пунктов на двухцепной электропередаче 500 кВ протяженностью 800—1000 км пропускная способность ее повышается на 45—60%.

Расщепление проводов, применяемое на всех линиях напряжением 500—750 кВ, существенно снижает общее реактивное сопротивление линий. На линиях 500 кВ расщепление фазы производится на 3 провода с шагом расщепления 400 мм, что дает снижение Х_Л на 33% по сравнению с тем, которое было бы в линии с одним проводом в фазе. В линиях 750 кВ расщепление фазы производится на 4 провода с шагом 600 мм (линия Донбасс — Днепр — Винница) или на 5 проводов с шагом 300 мм (Ленинград — Конаково).

Продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления линии служит средством дальнейшего повышения пропускной способности электропередачи. Компенсируется около 40—50% индуктивного сопротивления линии. Большая степень компенсации может вызвать параметрическую неустойчивость — самовозбуждение генераторов. При компенсации реактивного сопротивления на 25% пропускная способность электропередачи увеличивается на 30— 40%, а при 50% —в 1,7— 2 раза.

Установки продольной компенсации (УПК) размещаются на промежуточных подстанциях или на переключательных пунктах.

При относительно небольшой степени компенсации ограничиваются одной УПК на электропередачу. Для повышения надежности работы конденсаторы УПК разбиваются на две или три параллельных цепи (рис. 13-3). Применение продольной компенсации на первой электропередаче 500 кВ Куйбышев — Москва протяженностью 850 км со степенью компенсации 25% повысило ее пропускную способность с 1350 до 1800 МВт, а па электропередаче Братск — Иркутск (586км, X_К/X_Л, = 0,35) с 1150 до 1600МВт. Предусмотрено устройство продольной компенсации также на двух подстанциях электропередачи Волгоград — Москва и на других линиях.

Рис. 13-2. Электропередача, связывающая электростанцию с электрической системой:
а—принципиальная схема; б—схема замещения.

Поперечная и индуктивная к компенсация емкости линий предназначается для снижения избыточной реактивной мощности и выравнивания напряжения вдоль линий при работе их с нагрузками меньше натуральной мощности и при холостом ходе. Поперечная компенсация осуществляется с помощью шунтовых реакторов, подключенных к линиям в разных ее точках.

Генерируемая линиями передачи реактивная мощность зависит от рабочего напряжения в них. Потери же реактивной мощности в индуктивном сопротивлении линий зависят от величины и коэффициента мощности нагрузки линий. При нагрузке, равной натуральной мощности, генерируемая и теряемая в индуктивном сопротивлении реактивная мощность приблизительно компенсируют друг друга. При нагрузке свыше натуральной мощности потери реактивной мощности больше генерируемой и, следовательно, возникает недостаток реактивной мощности на приемном конце линии, а при нагрузке меньше натуральной мощности — обнаруживается ее избыток.

Рис. 13-3. Переключательный пункт с установкой продольной компенсации 500 кВ

При фиксированных равных напряжениях в начале и конце электропередачи напряжение в середине линии при нагрузках меньше натуральной мощности повышается из-за избытка реактивной мощности, генерируемой линией. При относительно малых нагрузках напряжение в середине линии может достигнуть значения выше допустимого по изоляции для данного класса напряжения. При холостом ходе линии, связанном, например, с подготовкой к синхронизации питающей станции с приемной системой, влияние емкости линии скажется значительным повышением напряжения на отключенном конце линии, тем большим, чем больше длина включаемого участка электропередачи.

При наличии шунтовых реакторов избыточная реактивная мощность, генерируемая линией, направляется в реакторы, чем и обеспечивается нормальный уровень напряжения в линии. Наличие реакторов приводит также к уменьшению потерь активной мощности в линиях и снижению уровня внутренних перенапряжений. Мощность реакторов обычно определяется условиями работы линий в режиме холостого хода. Степень компенсации зарядной мощности линий 500 кВ различна: от 42—64% в СССР до 100% за рубежом. Установка реакторов на приемных концах электропередач напряжением 500 кВ в СССР не применяется, а генерируемая частью приемного конца линии реактивная мощность используется в приемной системе. Размещение реакторов на передающем конце и в середине линии дает нужные результаты по улучшению распределения напряжения вдоль нее при малых нагрузках и холостом ходе линии.

ШВ — шунтирующий выключатель; ШР— шунтирующий разрядник; R—успокаивающее сопротивление

Реакторы могут включаться как непосредственно в линию электропередачи, так и на вторичном (110, 35 кВ) напряжении трансформаторов промежуточных подстанций. Наибольший эффект при равной мощности дают реакторы, включенные непосредственно в линию. На электропередаче Волгоград — Москва (рис, 13-1) и других принят смешанный способ включения: 70% суммарной мощности реакторов включают на высшем напряжении и 30% на вторичном. Реакторы на передающем конце линии включаются наглухо, остальные — через выключатели. При больших нагрузках в линии, когда создается недостаток реактивной мощности, эти реакторы могут быть выведены из работы.

Рис. 13-4. Одна из трех цепей электропередачи 735 кВ Маникуаган—Квебек—Монреаль (Канада)

Поперечная емкостная компенсация, осуществляемая на приемных подстанциях путем установки СК или У Б К, обеспечивает снабжение реактивной мощностью потребителей при больших нагрузках в электропередаче. Поперечная компенсация вместе с шунтовыми реакторами, присоединенными в начале и в середине линий, позволяют эффективно регулировать напряжение вдоль электропередачи при самых разнообразных режимах ее работы.

Электропередачи постоянного тока (ППТ) предназначаются для транспорта больших количеств электроэнергии на дальние расстояния, передачи мощности через большие водные пространства по кабельным линиям и для связи между энергосистемами.

Связь отдельных электрических систем друг с другом посредством ППТ делает допустимой несинхронную совместную работу их на различных частотах. Направление потока мощности по линии передачи легко изменить автоматическим переключением в устройствах сеточного управления вентилей. Токи короткого замыкания в приемной системе переменного тока не могут возрастать при передаче электроэнергии постоянным током за счет передающей системы и наоборот, так как инвертор не подпитывает точку короткого замыкания. ППТ используются также для связи энергосистем в тех случаях, когда требуется иметь независимое регулирование частоты в каждой из объединенных систем.

Допустимая напряженность электрического поля для кабелей постоянного тока в 5— 6 раз выше, чем для кабелей переменного тока. Для примера можно сказать, что кабели, рассчитанные для работы с номинальным напряжением 35 кВ переменного тока, могут быть использованы для постоянного тока напряжением 200 кВ. Поэтому, несмотря на большую стоимость концевых устройств ППТ, передачи постоянного тока с кабельными линиями при длинах 30—40 км становятся соизмеримыми по стоимости с кабельными передачами переменного тока или даже выгоднее их ППТ с кабельными линиями высокого напряжения ±250 кВ эксплуатируются за рубежом (Англия, Новая Зеландия и др ).

Кратности внутренних перенапряжений на воздушных линиях постоянного тока ниже, чем для линий переменного тока. Это значит, что при одинаковых уровнях изоляции для ППТ можно применить более высокое напряжение. Конструкция линии ППТ много проще, чем линии переменного тока, меньше количество гирлянд изоляторов, меньше затрата металла Важно отметить также, что предел передаваемой мощности ППТ не зависит от длины электропередачи, как для переменного тока, поскольку устойчивость работы ППТ определяется в основном преобразователями (инверторами)

В СССР впервые в мировой практике в 1965 г была осуществлена передача энергии постоянным током при напряжении ±400 кВ по воздушной биполярной линии Волгоград — Донбасс, связывающей Центральною и Южную энергосистемы Пропускная способность электропередачи 720 МВт, протяженность линии 473 км, ППТ Волгоград — Донбасс в настоящее время успешно работает в реверсивном режиме.

Обладая значительными достоинствами, передача электроэнергии постоянным током не лишена и крупных недостатков. Появляется необходимость в возведении сложных концевых подстанций с большим количеством преобразователей высокого напряжения и вспомогательной аппаратуры, меньшая надежность в работе из-за пропусков и обратных зажиганий в ртутных вентилях, требуется большая мощность установок для компенсации реактивной мощности преобразователей. Усложняется и удорожается промежуточный отбор мощности для электроснабжения районов, расположенных вдоль трассы линии передачи постоянного тока.

В экономическом отношении применение электропередач постоянного тока с воздушными линиями оправдывается при транспорте больших количеств энергии на дальние расстояния. Экономическая граница между передачами переменного и постоянного тока по дальности транспорта энергии лежит в пределах 800—1000 км — для передач без промежуточного отбора мощности и 1000—1400 км — с промежуточным отбором 25—50% передаваемой мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем меньше граничное расстояние выгодности передачи мощности постоянным током.

На рис 13-5 представлена принципиальная схема ППТ. Вырабатываемый генераторами электростанции трехфазный переменный ток поступает в повысительный трансформатор 1, обмотки СН которого, работающие на выпрямительную установку, имеют различные соединения — звездой и треугольником. Переменный ток от каждой обмотки со сдвигом фаз в 30° поступает в выпрямительную установку, состоящую из вентилей (ртутных выпрямителей с сеточным управлением), включенных по мостовой схеме (рис. 13-6). Таким образом, вся установка состоит из четырех мостов, в каждой фазе которых включено по два вентиля. Все вентильные мосты соединены последовательно (каскадная схема) Средняя точка четырех-мостовой схемы заземлена наглухо, образуя две полуцепи “полюс - земля” биполярной передачи. Каждая из полуцепей может оставаться в работе при выведенной другой полуцепи в ремонт или по другой причине. В этом случае передача будет работать по униполярной схеме с возвратом тока через землю и со сниженной вдвое мощностью.

Рис 13 5 Схема электропередачи энергии постоянным током с биполярной линией.

1 — трехо-бмоточный трансформатор (группа) с расщепленными обмотками СН и НН 2 — вольтодобавочный трансформатор 3 — вентильный мост, 4 — шунтирующий вентиль, 5 — шунтирующий аппарат 6 — линейный реактор, 7 — токоограничивающий реактор, 8 — конденсаторная батарея фильтр, 9 — синхронный компенсатор.

Вентильный мост является основным агрегатом преобразовательной подстанции Подключенный к обмотке трехфазного трансформатора (рис. 13-6) он создает шестифазный режим выпрямления тока, а каскадное соединение двух мостов с подключением каждого моста к обмоткам трансформатора, имеющим сдвиг в 30° (соединенным звездой и треугольником), создает 12-фазный режим выпрямления. Выпрямленный ток поступает в двухпроводную линию и передается на приемную подстанцию. Для сглаживания пульсации выпрямленного тока в линии установлены реакторы с большим индуктивным сопротивлением, а для снижения амплитуды аварийного тока при обратном зажигании вентиля последовательно с обмотками трансформаторов, питающими выпрямительные мосты, установлены токоограничивающие реакторы. Параллельно каждому мосту включен шунтирующий вентиль и шунтирующий аппарат, назначение которых исключить из схемы мост в случае его повреждения.

Для инвертирования постоянного тока, т. е. преобразования его в трехфазный, на приемной подстанций используют такие же управляемые

ртутные вентили, как и для выпрямления переменного тока. Мостовая схема соединения инверторной установки такая же, как у выпрямительной, но с обратным включением полюсов. Инвертор работает как быстродействующий переключатель, включающий каждую фазу понизительного трансформатора дважды за один период изменения напряжения приемной системы — при прямом и обратном его направлениях, и тем самым обусловливает протекание в цепи трансформатора переменного тока. Реактивная мощность, необходимая для инвертирования тока (около 0,55 квар на 1 кВт передаваемой мощности) и для покрытия потребности нагрузки, получается от конденсаторных батарей-фильтров, включенных на приемные шины инверторной подстанции. Эти же установки служат и для фильтрации высших гармоник инвертированного переменного тока. В случае необходимости дополнительно устанавливают также СК с присоединением его к третичной обмотке трансформатора.

Рис. 13-6. Схема вентильного моста U_Н = 110 кВ
1 — вентиль; 2 — анодный реактор.

Современные мощные вентили изготавливаются на анодное испытательное напряжение 130 кВ и, следовательно, максимальное рабочее напряжение электропередачи, изображенной на рис. 13-5, составляет ±200 кВ. Чтобы получить в линии передачи более высокое напряжение, применяют последовательное включение большего количества мостов, а чтобы повысить надежность работы установки, вентили включают на половинное номинальное напряжение. Так, например, для линии передачи Волгоград—Донбасс напряжением ±400 кВ принято восемь вентильных мостов, включенных последовательно, с двумя вентилями в каждом плече моста, работающих при половинном номинальном напряжении.

При проектировании ППТ большой пропускной способности идут на параллельное включение вентилей в плече моста, что позволяет довести ток и мощности моста до требуемой величины. В настоящее время созданы полупроводниковые приборы (тиристоры), позволяющие построить выпрямительную аппаратуру на напряжение 1500 кВ. Так, например, преобразовательные подстанции электропередачи Экибастуз — Центр будут оборудованы уже не ртутными выпрямителями, а полупроводниковыми.

Эта электропередача, протяженностью 2400 км, напряжением 1500 кВ (±750 кВ) предназначается для передачи до 40 млрд. кВт -ч электрической энергии в год при мощности передачи до 6 млн. кВт. Электрическая энергия будет вырабатываться на пяти тепловых электростанциях мощностью по 4000- кВт, с энергоблоками по 500 МВт. Электростанции, первая из которых уже начата строительством, будут работать на местном буром угле.