Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Особливості далеких електропередач змінного струму
• 1.1 Схеми далеких електропередач
• 1.2 Переваги та недоліки передачі електроенергії на далекі відстані
• 1.3 Вплив електромагнітних перехідних процесів на роботу релейного захисту
• 1.4 Завдання досліджень і методика їх проведення
• Перелік посилань

Вступ

При довжині лінії електропередачі понад 300 км уявлення її у вигляді чотириполюсника з зосередженими параметрами може призводити не тільки до великої похибки розрахунків, а й навіть до якісно невірних висновків. Тому аналіз і розрахунки режимів дальніх ЛЕП повинні виконуватися з урахуванням розподіленості параметрів уздовж лінії.

Математична модель електричної системи, що містить далекі електропередачі, виявляється досить складною. І хоча методи дослідження систем з розподіленими параметрами досить розроблені, стосовно навіть до типових схем електропередачі їх застосовують з низкою припущень. Дослідження режимів коротких замикань в протяжних ЛЕП необхідні для вдосконалення існуючих та розробки нових способів визначення місць пошкоджень на довгих лініях.

У звʼязку з цим є актуальним розробка віртуальних моделей ділянок електроенергетичної системи з далекими електропередач високої напруги в сучасних пакетах прикладних програм.

1 Особливості далеких електропередач змінного струму

Довгі лінії змінного струму, що використовуються для передачі електроенергії на великі відстані, мають свої особливості. З огляду на їх великої протяжності доводиться рахуватися з наявністю розподілених параметрів.

Розрізняють лінії з розподіленими і зосередженими параметрами. Якщо довжина лінії l набагато менше довжини електромагнітної хвилі напруги (струму) λ = V · T, то розподіл параметрів уздовж лінії не враховують. Лінією з розподіленими параметрами або довгою лінією вважається лінія, в якій довжина l > 0,05…0,1λ.

Наприклад, для ліній електропередач промислової частоти f = 50 Гц:

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

(1)

Тобто при довжині l > 300…600 км лінію слід розглядати як ланцюг з розподіленими параметрами. Подання ЛЕП у вигляді чотириполюсника з зосередженими параметрами в цьому випадку може привести до значної похибки розрахунків [1].

На рис. 1 наведені можливі схеми заміщення лінії з зосередженими параметрами [2].

1.1 Схеми далеких електропередач

Для збільшення пропускної здатності лінії далекої електропередачі і забезпечення допустимого рівня напруги по її довжині застосовують різні штучні заходи, спрямовані на поліпшення її параметрів [3].

Типова схема виконання довгої лінії показана на рис.2.

Шунтуючі реактори в схемі на рис. 2 необхідні для компенсації надлишкової зарядної реактивної потужності. Послідовно включені в лінію статичні конденсатори здійснюють компенсацію індуктивного опору до доцільного межі [4].

Існує три варіанти виконання дальніх ліній електропередачі: блоковий, повʼязаний і напівблоковий [3, 5]. Розглянемо більш детально кожен з них.

1. Блоковий варіант є найбільш простим і дешевим. Однак його застосування обмежене вимогами надійності живлення споживачів в приймальні системі. Ця вимога особливо актуально, при передачі великих потужностей (5–6 тыс. МВт), бо вихід лінії з роботи може істотно відіб'ється на роботі приймальної системи. При виконанні блокової схеми необхідно, щоб приймальна система мала достатній резерв потужності, інакше відключення блоку призвело б до припинення електропостачання великої кількості споживачів. Тому, не дивлячись на простоту виконання і мінімальні капітальні вкладення при побудові, даний варіант є економічно невиправданим. Схема передачі з блоковим варіантом показана на рис. 3.


Рисунок 3 – Блоковий варіант виконання дальньої електропередачі

Можливо розширення застосування блочного варіанту в тому випадку, якщо в якості робочих режимів будуть передбачені несиметричні режими з відключенням однієї фази. Так як, згідно зі статистикою, переважна більшість коротких замикань є однофазними, даний варіант є доцільним. У разі відключення однієї фази може бути збережена пропускна здатність до 2/3 потужності нормального режиму [5]. Однак в даному випадку необхідно приділяти особливу увагу питанням збереження стійкості паралельної роботи.

2. Повʼязаний варіант далекої електропередачі передбачає паралельне включення ланцюгів на передавальному кінці і в проміжних точках. При такому варіанті лінія ділиться перемикачів пунктами на ряд послідовних ділянок щодо невеликої довжини. Схема передачі зі зв'язаним варіантом представлена на рис. 4.

При поділі в повʼязаному варіанті лінії електропередачі на 8 ділянок, в післяаварійний режимі, викликаному відключенням одного з ділянок, забезпечується передача потужності до 80% від граничної робочої потужності [3].



Рисунок 4 – Повʼязаний варіант виконання дальньої електропередачі

Труднощі при використанні повʼязаного варіанти викликані несприятливим режимом по напрузі при відключенні ділянок, можливістю самозбудження, складністю динамічного переходу, а також підвищеним рівнем струмів короткого замикання в порівнянні з блоковим варіантом.

3. При напівблоковому варіанті виконання дальньої електропередачі генератори електростанції передають потужність в приймальню систему через дволанцюгову повітряну лінію. Даний варіант являє інтерес для розрахунку перехідних процесів при короткому замиканні поблизу приймальні системи або передавальної станції, так як в цьому випадку довжина одного плеча короткого замикання близька до хвильової. Схема передачі з полублочним варіантом дана на рис. 5.

У всіх трьох схемах присутні спеціальні розрядники, необхідні для захисту від перенапруг. Розрядники є іскровий проміжок і послідовно включене з ним активний опір. При досягненні напругою в точці підключення розрядника критичної напруги, відбувається пробій іскрового проміжку і наступний розряд через активний опір. Критичне напруження приймається в 1,8 раз більше амплітудного значення фазної напруги. У блоковій та напівблоковій схемах розрядники включають в семи рівновіддалених один від одного точках лінії, в повʼязаному варіанті – на кожному Переключательная пункті. В даний час великого поширення набули обмежувачі перенапруги (ОПН), які використовують замість розрядників. ОПН являє собою нелінійне опір: при збільшенні напруги опір знижується, що призводить до розряду через нього, таким чином, ОПН захищає дороге устаткування [6].

1.2 Переваги та недоліки передачі електроенергії на далекі відстані

Основними перевагами довгих ліній є:

можливість передачі електроенергії на великі відстані;

Такі лінії проектують на високих і надвисоких напругах, що дозволяє зменшити втрати потужності та електроенергії при передачі.

відносно невеликий активний опір;

Збільшення перетину дроту призводить до зменшення активного опору, що також сприяє зниженню втрат потужності та електроенергії.

створення звʼязку між розрізненими енергосистемами;

Довгі лінії електропередач використовуються для обʼєднання енергосистем на паралельну роботу. Обʼєднана енергосистема має низку переваг у порівнянні з ізольованими: підвищується можливість взаємного резервування, досягається зниження сумарних витрат на вироблення та передачу електроенергії. В обʼєднаній енергосистемі сумарна встановлена потужність виходить значно менше, ніж сума максимумів споживання електроенергії в окремих енергосистемах [7].

більш раціональне використання природних ресурсів.

Застосування далеких електропередач необхідно також у звʼязку з тим, що родовища дешевих видів палива і розташування гідроенергетичних ресурсів, як правило, значно віддалені від промислових центрів і великих споживачів електроенергії, а передача електроенергії економічно більш вигідна, ніж транспортування палива по залізниці і трубопроводах [8].

Разом з тим довгі лінії мають і свої недоліки, головними з яких є:

велика зарядна потужність;

Економічна передача енергії за такими лініях можлива лише при напружених 330 кВ і вище. Завдяки високим напруженням і значною ємнісний провідності (обумовленої, в тому числі великий довжиною) утворюється значна зарядна потужність.

Це видно з формули для розрахунку зарядної потужності [7]:

Qзар = U2 · B0 · l

(2)

где U – номінальна напруга лінії;

В₀ – питома місткість провідність;

l – довжина лінії.

Для поглинання надлишкової зарядної потужності лінії застосовують шунтуючі реактори, які включають на підстанціях паралельно лінії (поперечна компенсація). При відсутності компенсації можлива поява небезпечних перенапруг, особливо в режимі малих навантажень і на холостому ходу. Напруга в мережі може перевищити величину напруги, на яку розрахована ізоляція обладнання. Може виникнути режим, коли напруга на початку ЛЕП буде менше напруги в кінці. Потужність, що генерується ємностями ЛЕП, спрямована в бік генераторів і буде надавати подмагничивающего дію на їх магнітну систему. В результаті буде збільшуватися напруги на шинах генераторів і в мережі, яка живиться від цих шин [2, 7].

значний індуктивний опір;

При збільшенні перерізу індуктивний опір знижується істотно менше, ніж активне. Тому в довгих лініях високої напруги, де застосовуються дроти великого перерізу, індуктивний опір значно більше активного.

Для зменшення індуктивного опору в лінію послідовно включають статичні компенсатори (поздовжня компенсація) [9].

можливість самозбудження синхронних машин;

Дане явище може статися при значній поздовжньої компенсації. Наприклад, при відсутності демпферних обмоток або контурів воно настає, коли реактивний опір компенсує ємності Х_c знаходиться в межах [10, 11]:

Х′dΣ < Хс < ХdΣ

(3)

де Х′_dΣ – сумарний перехідний індуктивний опір системи передачі;

Х_dΣ – її сумарний синхронний індуктивний опір.

наявність втрат на корону;

Для зменшення втрат на корону виконують розщеплення фазного проводу на кілька (2–7) паралельних проводів [12]. При розщепленні зменшується також індуктивний опір, проте незначно. Тому для істотного його зміни доводиться застосовувати поздовжню компенсація статичними конденсаторами.

шкода навколишньому середовищу і народному господарству.

Важливим є екологічний фактор. Довгі лінії проектують на напруги 330 кВ і вище, а зі збільшенням напруги зростають габарити опор, ширина просік, площа відчуження сільськогосподарських земель. Наявність коронного розряду робить лінії високої напруги потужним джерелом радіо- і телезавад, посилюється шум проводів. Також можна відзначити несприятливий вплив сильних електричних полів на людину і тварин [13].

1.3 Вплив електромагнітних перехідних процесів на роботу релейного захисту

Перехідні процеси в довгих лініях істотно впливають на роботу пристроїв релейного захисту в першу чергу через тривалість загасання перехідних процесів. За умовами забезпечення надійної роботи мереж напругою 500 кВ і вище необхідно, щоб час дії пускових органів основного захисту ЛЕП не виходило за межі 0,04 с [14, 15]. У лініях довжиною 1000 км і вище час загасання електромагнітних перехідних процесів становить 0,1…0,5 с, тому захистам доводиться працювати в умовах перехідного процесу.

На рис. 6, в якості прикладу наведені результати [3] розрахунку короткого замикання для блокового варіанту далекої ЛЕП.

Наявність в струмі КЗ вільних періодичних складових високої частоти також ускладнює роботу релейного захисту та автоматики. Застосування спеціальних частотних фільтрів дозволяє частково усунути вплив вільних складових. Але повністю проблему відбудови фільтри не вирішують, тому що при коротких замиканнях в певних місцях довгої лінії з'являються періодичні вільні складові з частотами, близькими до промислової [16]. Це змушує звужувати смугу пропускання фільтрів, що в підсумку призводить до збільшення часу дії пускових органів захисту.

1.4 Завдання досліджень і методика їх проведення

Можна виділити наступні основні завдання дослідження електромагнітних перехідних процесів в довгих лініях [17, 18]:

вибір і перевірка електричних апаратів і провідників за умовами термічної і електродинамічної стійкості;

оцінка виникаючих при короткому замиканні перенапруг для вибору характеристик розрядників [19];

проектування та налаштування пристроїв релейного захисту та автоматики, дослідження впливу періодичних вільних складових на дію захисту;

вибір схеми електричних з'єднань окремих електроустановок (станцій, підстанцій) і всієї енергосистеми;

визначення умов роботи споживачів при виникненні аварій;

оцінка впливу ЛЕП на лінії звʼязку і сигналізації;

визначення місць виникнення коротких замикань;

проведення випробувань і аналіз різних аварійних ситуацій.

В залежності від цілей розрахунку вимоги, що пред'являються до точності, можуть відрізнятися. Наприклад, точність при виборі електричних апаратів може бути невелика. Це пояснюється великим інтервалом між характеристиками випускаються промисловістю апаратів [20]. При розрахунках для цілей релейного захисту та автоматики точність повинна бути досить високою. А при розрахунках в довгих лініях, через наявність періодичних вільних складових доводиться виконувати частотне розкладання отриманих миттєвих значень.

Складність математичного апарату для дослідження електромагнітних перехідних процесів в довгих лініях призводить до необхідності використання ЕОМ. Використання спеціальних програм для моделювання (MATLAB, Power Factory) дозволяє істотно спростити завдання дослідження, однак в цьому випадку увагу слід приділяти особливостям введення вихідних даних.

Перелік посилань

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.