Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Особенности дальних электропередач переменного тока
• 1.1 Схемы дальних электропередач
• 1.2 Преимущества и недостатки передачи электроэнергии на дальние расстояния
• 1.3 Влияние электромагнитных переходных процессов на работу релейной защиты
• 1.4 Задачи исследований и методика их проведения
• Список источников

Введение

При длине линии электропередачи свыше 300 км представление ее в виде четырехполюсника с сосредоточенными параметрами может приводить не только к большой погрешности расчетов, но и даже к качественно неверным выводам. Поэтому анализ и расчеты режимов дальних ЛЭП должны выполняться с учетом распределенности параметров вдоль линии.

Математическая модель электрической системы, содержащей дальние электропередачи, оказывается достаточно сложной. И хотя методы исследования систем с распределенными параметрами достаточно разработаны, применительно даже к типовым схемам электропередачи их применяют с рядом допущений. Исследования режимов коротких замыканий в протяженных ЛЭП необходимы для совершенствования существующих и разработки новых способов определения мест повреждений на длинных линиях.

В связи с этим является актуальным разработка виртуальных моделей участков электроэнергетической системы с дальними электропередачами высокого напряжения в современных пакетах прикладных программ.

1 Особенности дальних электропередач переменного тока

Длинные линии переменного тока, использующиеся для передачи электроэнергии на большие расстояния, имеют свои особенности. Ввиду их большой протяженности приходится считаться с наличием распределенных параметров.

Различают линии с распределенными и сосредоточенными параметрами. Если длина линии l намного меньше длины электромагнитной волны напряжения (тока) λ = V · T, то распределение параметров вдоль линии не учитывают. Линией с распределенными параметрами или длинной линией считается линия, у которой длина l > 0,05…0,1λ.

Например, для линий электропередач промышленной частоты f = 50 Гц:

λ = V · T = 3 · 108 м / с · 0,02 с = 6 · 106 м = 6000 км

(1)

То есть при длине l > 300…600 км линию следует рассматривать как цепь с распределенными параметрами. Представление ЛЭП в виде четырехполюсника с сосредоточенными параметрами в этом случае может привести к значительной погрешности расчетов [1].

На рис. 1 приведены возможные схемы замещения линии с сосредоточенными параметрами [2].

1.1 Схемы дальних электропередач

Для увеличения пропускной способности линии дальней электропередачи и обеспечения допустимого уровня напряжения по ее длине применяют различные искусственные меры, направленные на улучшение ее параметров [3].

Типовая схема выполнения длинной линии показана на рис.2.

Шунтирующие реакторы в схеме на рис. 2 необходимы для компенсации избыточной зарядной реактивной мощности. Последовательно включенные в линию статические конденсаторы осуществляют компенсацию индуктивного сопротивления до целесообразного предела [4].

Существует три варианты исполнения дальних линий электропередачи: блочный, связанный и полублочный [3, 5]. Рассмотрим более подробно каждый из них.

1. Блочный вариант является наиболее простым и дешевым. Однако его применение ограничено требованиями надежности питания потребителей в приемной системе. Это требование особенно актуально, при передаче больших мощностей (5–6 тыс. МВт), так как выход линии из работы может существенно отразится на работе приемной системы. При выполнении блочной схемы необходимо, чтобы приемная система имела достаточный резерв мощности, иначе отключение блока привело бы к прекращению электроснабжения большого количества потребителей. Поэтому, не смотря на простоту исполнения и минимальные капитальные вложения при построении, данный вариант является экономически неоправданным. Схема передачи с блочным вариантом показана на рис. 3.


Рисунок 3 – Блочный вариант исполнения дальней электропередачи

Возможно расширение применения блочного варианта в том случае, если в качестве рабочих режимов будут предусмотрены несимметричные режимы с отключением одной фазы. Так как, согласно статистике, подавляющее большинство коротких замыканий являются однофазными, данный вариант является целесообразным. В случае отключения одной фазы может быть сохранена пропускная способность до 2/3 мощности нормального режима [5]. Однако в данном случае необходимо уделять особое внимание вопросам сохранения устойчивости параллельной работы.

2. Связанный вариант дальней электропередачи предполагает параллельное включение цепей на передающем конце и в промежуточных точках. При таком варианте линия делится переключательными пунктами на ряд последовательных участков относительно небольшой длины. Схема передачи со связанным вариантом представлена на рис. 4.

При разделении в связанном варианте линии электропередачи на 8 участков, в послеаварийном режиме, вызванном отключением одного из участков, обеспечивается передача мощности до 80% от предельной рабочей мощности [3].



Рисунок 4 – Связанный вариант исполнения дальней электропередачи

Трудности при использовании связанного варианта вызваны неблагоприятным режимом по напряжению при отключении участков, возможностью самовозбуждения, сложностью динамического перехода, а также повышенным уровнем токов короткого замыкания по сравнению с блочным вариантом.

3. При полублочном варианте исполнения дальней электропередачи генераторы электростанции передают мощность в приемную систему через двухцепную воздушную линию. Данный вариант представляет интерес для расчета переходных процессов при коротком замыкании вблизи приемной системы или передающей станции, так как в этом случае длина одного плеча короткого замыкания близка к волновой. Схема передачи с полублочным вариантом дана на рис. 5.

Во всех трех схемах присутствуют специальные разрядники, необходимые для защиты от перенапряжений. Разрядники представляют собой искровой промежуток и последовательно включенное с ним активное сопротивление. При достижении напряжением в точке подключения разрядника критического напряжения, происходит пробой искрового промежутка и последующий разряд через активное сопротивление. Критическое напряжение принимается в 1,8 раз больше амплитудного значения фазного напряжения. В блочной и полублочной схемах разрядники включают в семи равноудаленных друг от друга точках линии, в связанном варианте – на каждом переключательном пункте. В настоящее время большое распространение получили ограничители перенапряжения (ОПН), которые используют вместо разрядников. ОПН представляет собой нелинейное сопротивление: при увеличении напряжения сопротивление снижается, что приводит к разряду через него, таким образом, ОПН защищает дорогостоящее оборудование [6].

1.2 Преимущества и недостатки передачи электроэнергии на дальние расстояния

Основными достоинствами длинных линий являются:

возможность передачи электроэнергии на большие расстояния;

Такие линии проектируют на высоких и сверхвысоких напряжениях, что позволяет уменьшить потери мощности и электроэнергии при передаче.

относительно небольшое активное сопротивление;

Увеличение сечения провода приводит к уменьшению активного сопротивления, что также способствует снижению потерь мощности и электроэнергии.

создание связи между разрозненными энергосистемами;

Длинные линии электропередач используются для объединения энергосистем на параллельную работу. Объединенная энергосистема обладает рядом преимуществ по сравнению с изолированными: повышается возможность взаимного резервирования, достигается снижение суммарных затрат на выработку и передачу электроэнергии. В объединенной энергосистеме суммарная установленная мощность получается значительно меньше, чем сумма максимумов потребления электроэнергии в отдельных энергосистемах [7].

более рациональное использование природных ресурсов.

Применение дальних электропередач необходимо также в связи с тем, что месторождения дешевых видов топлива и расположение гидроэнергетических ресурсов, как правило, значительно удалены от промышленных центров и крупных потребителей электроэнергии, а передача электроэнергии экономически более выгодна, чем транспортировка топлива по железной дороге и трубопроводам [8].

Вместе с тем длинные линии имеют и свои недостатки, главными из которых являются:

большая зарядная мощность;

Экономичная передача энергии по таким линиям возможна лишь при напряжениях 330 кВ и выше. Благодаря высоким напряжениям и значительной емкостной проводимости (обусловленной, в том числе большой длиной) образуется значительная зарядная мощность.

Это видно из формулы для расчета зарядной мощности [7]:

Qзар = U2 · B0 · l

(2)

где U – номинальное напряжение линии;

В₀ – удельная емкостная проводимость;

l – длина линии.

Для поглощения избыточной зарядной мощности линии применяют шунтирующие реакторы, которые включают на подстанциях параллельно линии (поперечная компенсация). При отсутствии компенсации возможно появление опасных перенапряжений, особенно в режиме малых нагрузок и на холостом ходу. Напряжение в сети может превысить величину напряжения, на которую рассчитана изоляция оборудования. Может возникнуть режим, когда напряжение в начале ЛЭП будет меньше напряжения в конце. Мощность, генерируемая емкостями ЛЭП, направлена в сторону генераторов и будет оказывать подмагничивающее действие на их магнитную систему. В результате будет увеличиваться напряжения на шинах генераторов и в сети, которая питается от этих шин [2, 7].

значительное индуктивное сопротивление;

При увеличении сечения индуктивное сопротивление снижается существенно меньше, чем активное. Поэтому в длинных линиях высокого напряжения, где применяются провода больших сечений, индуктивное сопротивление значительно больше активного.

Для уменьшения индуктивного сопротивления в линию последовательно включают статические компенсаторы (продольная компенсация) [9].

возможность самовозбуждения синхронных машин;

Данное явление может произойти при значительной продольной компенсации. Например, при отсутствии демпферных обмоток или контуров оно наступает, когда реактивное сопротивление компенсирующей емкости Х_c находится в пределах [10, 11]:

Х′dΣ < Хс < ХdΣ

(3)

где Х′_dΣ – суммарное переходное индуктивное сопротивление системы передачи;

Х_dΣ – eё суммарное синхронное индуктивное сопротивление.

наличие потерь на корону;

Для уменьшения потерь на корону выполняют расщепление фазного провода на несколько (2–7) параллельных проводов [12]. При расщеплении уменьшается также индуктивное сопротивление, однако незначительно. Поэтому для существенного его изменения приходится применять продольную компенсация статическими конденсаторами.

ущерб окружающей среде и народному хозяйству.

Немаловажным является экологический фактор. Длинные линии проектируют на напряжения 330 кВ и выше, а с увеличением напряжения возрастают габариты опор, ширина просек, площадь отчуждения сельскохозяйственных земель. Наличие коронного разряда делает линии высокого напряжения мощным источником радио- и телепомех, усиливается шум проводов. Также можно отметить неблагоприятное воздействие сильных электрических полей на человека и животных [13].

1.3 Влияние электромагнитных переходных процессов на работу релейной защиты

Переходные процессы в длинных линиях оказывают существенное влияние на работу устройств релейной защиты в первую очередь из-за длительности затухания переходных процессов. По условиям обеспечения надежной работы сетей напряжением 500 кВ и выше необходимо, чтобы время действия пусковых органов основной защиты ЛЭП не выходило за пределы 0,04 с [14, 15]. В линиях длиной 1000 км и выше время затухания электромагнитных переходных процессов составляет 0,1…0,5 с, поэтому защитам приходится работать в условиях переходного процесса.

На рис. 6, в качестве примера приведены результаты [3] расчета короткого замыкания для блочного варианта дальней ЛЭП.

Наличие в токе КЗ свободных периодических составляющих высокой частоты также усложняет работу релейной защиты и автоматики. Применение специальных частотных фильтров позволяет частично устранить влияние свободных составляющих. Но полностью проблему отстройки фильтры не решают, так как при коротких замыканиях в определенных местах длинной линии появляются периодические свободные составляющие с частотами, близкими к промышленной [16]. Это вынуждает сужать полосу пропускания фильтров, что в итоге приводит к увеличению времени действия пусковых органов защиты.

1.4 Задачи исследований и методика их проведения

Можно выделить следующие основные задачи исследования электромагнитных переходных процессов в длинных линиях [17, 18]:

выбор и проверка электрических аппаратов и проводников по условиям термической и электродинамической стойкости;

оценка возникающих при коротком замыкании перенапряжений для выбора характеристик разрядников [19];

проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматики, исследование влияния периодических свободных составляющих на действие защиты;

выбор схемы электрических соединений отдельных электроустановок (станций, подстанций) и всей энергосистемы;

определение условий работы потребителей при возникновении аварий;

оценка влияния ЛЭП на линии связи и сигнализации;

определение мест возникновения коротких замыканий;

проведение испытаний и анализ различных аварийных ситуаций.

В зависимости от целей расчета требования, предъявляемые к точности, могут отличаться. Например, точность при выборе электрических аппаратов может быть невелика. Это объясняется большим интервалом между характеристиками выпускаемых промышленностью аппаратов [20]. При расчетах для целей релейной защиты и автоматики точность должна быть довольно высокой. А при расчетах в длинных линиях, из-за наличия периодических свободных составляющих приходится выполнять частотное разложение полученных мгновенных значений.

Сложность математического аппарата для исследования электромагнитных переходных процессов в длинных линиях приводит к необходимости использования ЭВМ. Использование специальных программ для моделирования (MATLAB, Power Factory) позволяет существенно упростить задачу исследования, однако в этом случае внимание следует уделять особенностям введения исходных данных.

Список источников

1. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 488 с.
2. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.
3. Куликов Ю. А. Переходные процессы в электроэнергетических системах: учеб. Пособие / Ю.А. Куликов. – Москва: Издательство Омега-Л. - 2013. – 384 с.
4. Веников В. А., Рыжов Ю. П. Дальние электропередачи переменного и постоянного тока: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энерrоатомиздат, 1985.–272 с.
5. Каганов З.Г. Электрические цепи с распределенными параметрами и цепные схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 248 с.
6. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них. – Новосибирск: НГТУ, 2004. – 319 с.
7. Лыкин А.В. Электроэнергетические системы и сети: учебник для вузов. – М.: Юрайт, 2018. – 360 с.
8. Ананичева С.С., Бартоломей П.И., Мызин А.Л. Передача электроэнергии на дальние расстояния – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993.–80 с.
9. Зарудский Г.К. Дальние электропередачи в примерах/ Г.К. Зарудский, Е.В. Путятин, Ю.П. Рыжов и др., под ред. Ю.П. Рыжова. – М.: Издательство МЭИ, 1994. – 278 с.
10. Эрнст А.Д. Электромеханические переходные процессы в электрических системах: Курс лекций. – Нижневартовск: Изд-во НВГУ, 2013. – 130 с.
11. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: учеб. для электроэнергетических вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 536 с.
12. Александров Г.Н. Коронный разряд на линиях электропередачи. – Л.: Энергия, 1964. – 228 с.
13. Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 360 с.
14. Киреева Э.А., Цырук С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 288 с.
15. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. Для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.
16. Лосев С.Б., Чернин А.Б. Расчет электромагнитных переходных процессов для релейной защиты на линиях большой протяженности. – М.: Энергия, 1972. – 144 с.
17. Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций/ Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 448 с.
18. Крючков И.П. Переходные процессы в электроэнергетических системах: учебник для вузов/ И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю.П. Гусев, М.В. Пираторов, под ред. И.П. Крючкова. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008 –416 с.
19. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. – М.: Энергия, 1968. – 464 с.
20. Короткие замыкания и выбор оборудования : учеб. пособие для вузов / И. П. Крючков, В. А. Старшинов, Ю. П. Гусев [и др.] ; под ред. И. П. Крючкова, В. А. Старщинова – М.: Изд. дом МЭИ, 2012. – 568 с.