Введение к работе
Актуальность темы. Компенсация поперечных ёмкостных параметров линий сверхвысокого напряжения (СВН) осуществляется с помощью шунтирующих реакторов (ШР), устанавливаемых по концам линии. Шунтирующие реакторы, которыми оснащены электропередачи СВН, в общем случае выполняют три важнейшие функции, а именно, компенсацию зарядной мощности в нормальных режимах, ограничение внутренних перенапряжений при вводе линии в работу и в аварийных режимах, а также снижение токов дуги подпитки для осуществления успешного однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) при ликвидации наиболее вероятных однофазных дуговых коротких замыканий (КЗ). Для решения последней задачи ШР дополняется компенсационным реактором, устанавливаемым в нейтрали. В нормальных режимах этот реактор зашунтирован выключателем и вводится в работу в режиме паузы ОАПВ.
В существующих сетях 500 и 750 кВ в нашей стране и за рубежом степень поперечной компенсации недостаточна и, как правило, не превышает 70 %. Тогда как целесообразная степень компенсации в таких линиях должна приближаться к 100 %.
Традиционной поперечной компенсации присущи, по крайней мере, три недостатка. Первый недостаток состоит в возможности появления резонансных повышений напряжения в неполнофазных режимах, что накладывает ограничение на число подключенных к линии ШР при её плановых и аварийных коммутациях.
Второй недостаток связан с необходимостью коммутации реакторных выключателей для введения в работу всех шунтирующих реакторов в паузу ОАПВ для обеспечения условий гашения дуги подпитки, поскольку в нормальных режимах при передаче значительных мощностей шунтирующие реакторы, как правило, отключены от линии электропередачи реакторными выключателями по условиям режима напряжений. При этом отказ любой фазы одного из выключателей приводит к невозможности проведения ОАПВ, что усугубляет аварийную ситуацию и тем самым снижает надежность работы.
Третий недостаток состоит в том, что подключение шунтирующих реакторов при осуществлении ОАПВ приводит к понижению напряжения на шинах и, соответственно, снижает пропускную способность электропередачи по условию динамической устойчивости.
Устранить указанные недостатки традиционной схемы компенсации и тем самым повысить надёжность функционирования электропередач СВН предлагается за счёт комбинированной поперечной компенсации, суть которой состоит в использовании незаземлённых реакторов, подключаемых по концам линии по схеме звезды с незаземленной нейтралью.
Диссертация посвящена обоснованию эффективности использования комбинированной поперечной компенсации в линиях напряжением 500 и 750 кВ.
Объектом исследования являются трёхфазные электропередачи сверхвысокого напряжения, оснащённые комбинированной поперечной компенсацией ёмкостных параметров линии.
Предметом исследования являются аварийные режимы электропередач СВН и условия работы незаземлённых реакторов в составе комбинированной поперечной компенсации линий СВН.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и плановыми исследованиями. Тема диссертации совпадает с темой «Разработка компактных ЛЭП и ПС нового поколения» в составе комплексной научно-технической программы ОАО «ФСК ЕЭС» на 2008-2010гг, а также направлением «Развитие электрической сети ЕЭС России» в составе «Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2020 года», одобренной распоряжением правительства Российской Федерации от 22 февраля 2008 года.
Идея работы заключается в компенсации межфазовых ёмкостей ВЛ СВН путём установки по концам линии незаземлённых реакторов, что позволяет устранить недостатки, присущие традиционной поперечной компенсации, используемой в таких линиях.
Целью работы является обоснование повышения надёжности электропередач СВН при использовании комбинированной поперечной компенсации и разработке рекомендаций по выбору её параметров.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Создание математической модели трёхфазной электропередачи,
оснащённой комбинированной поперечной компенсацией, для анализа
аварийных режимов в фазных координатах при сложном характере
несимметрии.
Устранение резонансных перенапряжений в неполнофазных
режимах в линиях СВН за счёт комбинированной поперечной компенсации.
Обоснование повышения эффективности ОАПВ в линиях СВН, оснащённых комбинированной поперечной компенсацией.
Разработка технических требований к незаземлённым реакторам напряжением (500-750) кВ.
Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по теме исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических цепей с распределенными параметрами, а также методы общей теории функционирования электроэнергетических систем. На защиту выносятся:
1 Математическая модель трёхфазной электропередачи с
использованием фазных координат для анализа сложно несимметричных
режимов.
2 Результаты анализа неполнофазных режимов в линиях СВН,
оснащённых комбинированной поперечной компенсацией.
3 Технически обоснованные предложения по ликвидации однофазных коротких замыканий в линиях 500 и 750 кВ при использовании комбинированной поперечной компенсацией.
4 Технические требования к параметрам незаземлённых реакторов напряжением 500и750кВ.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность обеспечена: использованием математических моделей структурных элементов электропередачи сверхвысокого напряжения, обоснованность которых подтверждена многолетней практикой их использования во всём мире.
Научная новизна диссертации заключается в разработке методических основ для создания комбинированной поперечной компенсации в линиях СВН. К числу отдельных результатов, полученных впервые, относятся:
Создание математической модели трёхфазной электропередачи с использованием фазных координат для анализа сложно несимметричных режимов.
Разработка физически интерпретируемых упрощённых моделей трёхфазных линий для исследования резонансных перенапряжений и токов дуги подпитки в неполнофазных схемах.
Устройство нейтрали шунтирующих реакторов, оснащённое компенсационными батареями конденсаторов, шунтированными выключателями, что позволяет обеспечить длительность паузы ОАПВ в пределах 0,5 с для линий 750 кВ при длинах, превышающих 450 км.
Практическая ценность работы состоит в том, что внедрение комбинированной перечной компенсации в эксплуатационную практику позволяет повысить надёжность работы дальних электропередач СВН. К отдельным результатам, представляющим практическую ценность, следует отнести:
Рекомендации по использованию комбинированной поперечной
компенсации для исключения резонансных перенапряжений в линиях 500 и
750 кВ при возникновении неполнофазных режимов.
Предложения по применению комбинированной поперечной
компенсации, обеспечивающей ликвидацию наиболее вероятных
однофазных коротких замыканий в линиях 500 и 750 кВ при длительности
паузы ОАПВ не более 0,5 с.
Рекомендации по выбору основных параметров незаземлённых
реакторов напряжением 500 и 750 кВ, которые могут быть использованы при
проведении НИР и ОКР по созданию опытно-промышленных образцов
незаземлённых реакторов.
Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения внедрены: в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Сибири с
ожидаемой экономией капитальных затрат 170 млн. руб. (в ценах 2010 г.) применительно к линии 500 кВ; в филиале ОАО «Электросервис Единой национальной электрической сети» - Новосибирской специализированной производственной базе с ожидаемой экономией капитальных затрат 120 млн. руб. для линии 500 кВ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на совещаниях в ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Сибири и филиале ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» -Сибирском НИИ Энергетики; на международной конференции IEEE «Передовые технологии для развития энергосистем» (Advanced Technologies for Emerging Power Systems), г. Виннипег, Канада, 3-5 Октября 2011 г.
Личный вклад автор: автору принадлежит решение поставленных в диссертации задач, обоснование и разработка положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы; основные выводы и рекомендации по диссертации. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А к диссертации и составляет не менее 50 %.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в реферируемых российских журналах.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы из 96 наименований. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, который поясняется 106 рисунками и 24 таблицами.
