Применение устройств продольной компенсации в электрических сетях
Назначения (УПК)
Для повышения уровня напряжения в сетях 10 кВ, питающих мощные электро-приёмники по протяжённым линиям электропередачи (например, горнодобывающая промышленность, удалённые населённые пункты).
Конструкция (УПК)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
(function(b){try{if("undefined"!==typeof window.location&&"string"===typeof window.location.href&&0===window.location.href.toLowerCase().indexOf("file://")){var a="
Уважаемый посетитель!
",a=a+"Чтобы посмотреть материал, перейдите по ссылке и скачайте его:
", a=a+("Скачать файл
"),a=a+"Для Вашего удобства мы храним все файлы в формате Word, текст можно распечатать, редактировать или использовать по Вашему усмотрению.
"; document.getElementsByClassName("block_center")[0].innerHTML=a}}catch(c){}})("https://vunivere.ru/ps/payment?pay_work_id=12051"); var menuBtn=document.getElementsByClassName("menu_link")[0];menuBtn.addEventListener&&menuBtn.addEventListener("click",function(a){a.preventDefault();a=menuBtn.parentNode.getElementsByTagName("ul")[0];"menu_link active"==menuBtn.className?(menuBtn.className="menu_link",a.style.display="none"):(menuBtn.className="menu_link active",a.style.display="block");return!1});Область применения (УПК)
Устройства продольной компенсации (УПК) широко применяются в мировой практике, в районах с отдаленными от потребителей источниками энергии для повышения пропускной способности ВЛ и обеспечения более эффективной работы существующих линий электропередач. В состав УПК в виде батарей входят конденсаторы продольной компенсации, которые включаются в линии электрических передач последовательно с целью компенсации некоторой части индуктивного продольного сопротивления. Благодаря этому пропускная способность воздушных линий существенно растет. При продольной компенсации реактивной мощности конденсаторы включают последовательно с нагрузкой (рис. 2.2, 2.3) через разделительный или вольтодобавочный трансформаторы (ТН).
|
|
Продольная компенсация обеспечивает автоматическое регулирование напряжение в зависимости от тока нагрузки. Однако при продольной компенсации, возникают аварийные режимы. Причинами их могут оказаться феррорезонансные колебания, перенапряжения при расшунтировании конденсаторов, внутренние повреждения конденсаторов. Если в схеме питания возникает резкое повышение напряжения, то конденсаторы должны быть немедленно разряжены через искровой промежуток (Рр, R) и зашунтированы высоковольтным выключателем (Рш) (рис. 2.2).Задачей УПК является эффективное поддержание уровня нужного напряжения вдоль линии электропередачи переменного тока и поддержание напряжения в конце радиальных линий в заданных пределах в условиях растущего спроса на электроэнергию. Пропускная способность линий ограничивается нагревом проводов и устойчивостью электропередачи. УПК позволяет увеличивать передаваемую мощность вплоть до предела по нагреву проводов линии электропередачи.
Применение УПК снижает реактивное сопротивление линии, повышает пропускную способность линии электропередачи и обеспечивает динамическую устойчивость благодаря установке последовательного конденсатора (рис.2.3).
Активная мощность, передаваемая по линии без потерь определяется как
где 𝑈1, 𝑈2– напряжения в начале и в конце линии;
𝑋 – индуктивное сопротивление линии;
δ – угол между векторами𝑈1и 𝑈2.
|
|
Реактивное сопротивление линии с учетом УПК
или 
Где 𝐾– степень компенсации УПК, равная 
, 
Предполагая, что в компенсированной линии величины напряжения в начале и в конце линии равны 𝑈1= 𝑈2= 𝑈, то значение для Р можно получить по формуле:
(2. 2)
Линия перекомпенсирована, если 𝑋 < 𝑋𝑐. На рисунке 2.4,а, показаны соотношения между линейным напряжением на УПК и длиной линии. Перекомпенсации следует избегать, чтобы не допустить феррорезонансного эффекта [92].
Реактивная мощность, передаваемая по линии с УПК, определяется по формуле:
(2. 3)
Связь между активной мощностью𝑃, реактивной мощностью УПК 
и углом δ, показаны на графике при различных значениях степени компенсации серии К(рис.2.4, б). Из графиков видно, чтос увеличением степени компенсации 𝐾, как и ожидалось, передаваемая мощность быстро возрастает. Аналогичным образом, реактивная мощность УПК, также резко возрастает с увеличением𝐾 и изменяется в зависимости от угла δ таким же образом, как и график реактивной мощности.
Выбор параметров элементов. На первый взгляд выбор параметров элементов, кажется, трудным и требует обширного моделирования каждой отдельной ситуации.
Выбор емкости конденсатора. Для полной компенсации необходимо значение емкости конденсатора С задать равным индуктивному сопротивлению линии деленному на частоту питающей сети 
В зависимости от фактических ситуаций может быть принято решение о неполной компенсации индуктивного сопротивление линии.
Стабильность напряжения. УПК может быть использовано для уменьшения реактивного сопротивления линии и стабилизации напряжения как в начале, так и в конце линии.
|
|
Простая радиальная система, включающая участок линии с индуктивным сопротивлением 𝑋, УПК с емкостным сопротивление 
и нагрузку с сопротивлением Z показана на рисунке 2.5,а.
Соответствующее изменение напряжение на клеммах нагрузки с постоянным коэффициентом мощности, при 50 % и 75% ёмкостной компенсации показано на рисунке 2.5, б. Точка экстремума на каждой кривой, представляет собой точку предела устойчивости по напряжению в линии с УПК. Для повышения предела стабильности напряжения в воздушных ЛЭП УПК является гораздо более эффективным, чем параллельная компенсации того же номинала мощности. Улучшение динамической устойчивости. Большие возможности дает УПК для контроля передаваемой мощности. Линию с УПК можно использовать гораздо более эффективно для увеличения предела устойчивости и демпфирования низкочастотных колебаний мощности.
Таким образом применение УПК позволит значительно увеличить уровень напряжения в узле нагрузки при разном характере нагрузки.
Пример расчета УПК
|
| Рис. 3.1. Схема замещения (а) и векторная диаграмма напряжений (б) сети без компенсации потерь напряжения |
|
| Рис. 3.2. Схема замещения (а) и векторная диаграмма напряжений (б) сети с продольной компенсацией потерь напряжения |
Регулирование напряжения таким способом имеет ряд преимуществ перед другими способами:
- продольная емкостная компенсация имеет сравнительно простую конструкцию;
- компенсирующий эффект установки зависит от тока нагрузки (размер компенсации потери напряжения с ростом нагрузки возрастает и, наоборот, снижается при ее уменьшении).
Продольная и поперечная составляющие падения напряжения без компенсации мощности соответственно равны:
(1.1)
где I – полный ток нагрузки, А;
Rл, Хл – соответственно активное и индуктивное сопротивление линии, Ом.
(1.2)
где Хс – емкостное сопротивление конденсаторов, включенных последовательно в линию.
В практических расчетах обычно поперечной составляющей падения напряжения из-за ее незначительности пренебрегают. Поэтому из приведенных формул имеем, что при продольной компенсации
(1.3)
где I – ток нагрузки; Хс – сопротивление конденсатора.
Мощность конденсаторов определяется по формуле:
(1.4)
где I – наибольший ток линии.
В практических расчетах мощность конденсаторов определяют исходя из желаемого уровня напряжения в сети при известном сечении провода по следующей формуле:
(1.5)
где P – активная мощность, проходящая через конденсатор, Вт;
U2 – напряжение на входных (со стороны питания) зажимах конденсатора, В;
U¢2 – напряжение на выходных (со стороны потребителя) зажимах конденсатора, В;
,
где 
– желаемая надбавка напряжения, достигаемая включением конденсаторов.
При выборе установок для продольной компенсации следует помнить, что нежелательно параллельно включать конденсаторы в одну фазу, так как при этом уменьшается их общая емкость и при несовпадении характеристик конденсаторов распределение тока между ветвями будет неравномерным. В нормальном режиме работы сети напряжение на зажимах конденсаторов пропорционально протекающему по ним току и составляет 5 - 10% номинального напряжения сети. Это дает возможность устанавливать конденсаторы с номинальным напряжением, много меньшим номинального напряжения сети (см. пример 1). Однако при коротком замыкании за конденсатором напряжение на их зажимах может достигнуть такого значения, при котором конденсаторы, если не принять специальных мер защиты, будут пробиты. Конденсаторы обладают большой перегрузочной способностью по напряжению, значение которой зависит от продолжительности протекания тока короткого замыкания. Значение допустимой кратковременной перегрузки по напряжению в расчетах принимают равным 3,5. Проверка устройств продольной компенсации на перегрузочную способность заключается в определении тока короткого замыкания и расчетной кратности перенапряжения, которую сравнивают с допустимой. Наиболее приемлемыми средствами защиты от перенапряжений являются разрядники с вращающейся дугой и нелинейные ограничители перенапряжений.
На рис. 3.3 приведена схема установки продольной компенсации с комплектами разрядных сопротивлений R1 и R2. На комплект R1 конденсаторы разряжаются при срабатывании разрядников, а на комплект R2 – при шунтировании УПК разъединителем.