Методы повышения КПД дальних электропередач

 

Коэффициент полезного действия электропередачи

где — потери на нагрев, корону и в трансформаторах;  —передаваемая мощность.

Относительные потери на нагрев

где  — удельное активное сопротивление проводов;  —плотность тока; — ток в линии; — длина линии; — фазовое напряжение. Как видно, относительные потери на нагрев зависят от плотности тока, длины и напряжения воздушной линии.

Таким образом, к.п.д.

 (25.3)

При правильно выбранной конструкции фаз линии составляет на каждую тысячу километров линии [24] . Отношение  . Таким образом, удержать к.п.д. в приемлемых пределах при увеличении длины линии можно лишь путем увеличения номинального напряжения!

Например, пусть . Тогда при — кВ, при . и при

Для сверхдальних электропередач переменного тока, как будет видно из дальнейшего, расчетным является режим передачи мощности, близкой к натуральной. Таким образом, расчетная передаваемая мощность может быть оценена из известного соотношения

где — волновое сопротивление линии электропередачи, равное для традиционных конструкций ВЛ Ом. Для компактных ВЛ волновое сопротивление может быть ниже (см. гл. 9 этой части).

Увеличение к.п.д. в (25.3) за счет снижения потерь на нагрев может быть осуществлено как снижением плотности тока, так и повышением рабочего напряжения линии. Однако технически более целесообразным является повышение рабочего напряжения линии, т.к. при этом натуральная (передаваемая) мощность возрастает пропорционально квадрату напряжения. Снижением же плотности тока (увеличением числа проводов в фазе) можно в лучшем случае добиться увеличения натуральной мощности пропорционально увеличению числа составляющих (снижением волнового сопротивления).

Передача мощности, даже близкой к натуральной, по линиям больших длин наталкивается на ряд серьезных технических проблем. Одной из. таких проблем является снижение к.п.д. при передаче малых мощностей. Ниже будет показана перспективность построения схем дальних электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами, установленными в промежуточных точках линии. Покажем, что в таких схемах можно существенно повысить к.п.д. электропередачи в режимах нагрузок меньших натуральной мощности.

 

Рис. 25.1.

 

Рассмотрим схему электропередачи с одним промежуточным реактором (рис. 25.1). Будем считать модули напряжений по концам одинаковыми и угловой сдвиг равным нулю  (режим нулевой нагрузки). Кроме того, определим параметры схемы замещения, а также распределение тока и напряжения вдоль нее без учета активных потерь в линии. На первом этапе не будем также учитывать потери в реакторе.

При сделанных допущениях распределения тока и напряжения симметричны относительно средней точки, а ток в середине линии 1_ср равен половине тока реактора (см, рис. 3.4)

Напряжение и ток в любой точке линии могут быть выражены через напряжение и ток в середине из уравнений длинной линии

(25.4)

(25.5)

где  и отсчитывается от начала линии; — волновые длины участков линии соответственно; — волновое сопротивление линии без учета потерь.

Примем далее, что независимо от длины линии реактор выбирается такой мощности, чтобы напряжение в средней точке в режиме холостого хода было равно напряжениям по концам, т.е. . Тогда из условия следует, что  т.е.

Потери активной мощности на двух участках линии в режиме холостого хода равны

 (25.6)

где — погонное активное сопротивление фазы. Подставив в (25.6) выражение модуля тока из (25.5) с учетом .Получим

(25.7)

В режиме передачи натуральной мощности напряжение и ток вдоль линии по модулю одинаковы и равны , а потери активной мощности (при нулевой реактивной мощности, потребляемой реактором)

Таким образом, относительные потери мощности в режиме холостого хода на линии с реактором (по отношению к потерям на нагрев при передаче натуральной мощности) равны

 

(25.8)

Аналогично можно получить формулу для относительных потерь в линии без реактора, для чего в (25.5) положим a_p =0. В результате будем иметь

 

 (25.9)

Например, по формуле (25.9) имеем для  и 1200 км (без реактора)

 , а по формуле (25.8) (с реактором):

 . Для случая реактированной линии длиной 1200 км предполагается, что она составлена из двух участков вида рис. 3.4 каждый длиной по 600 км. Таким образом, потери холостого хода на нагрев для линии 1200 км без реакторов составляют 20% от потерь при передаче натуральной мощности, а при той же длине с двумя реакторами — на порядок меньше.

Наличие потерь активной мощности в реакторах, естественно, снижает их положительное влияние на уменьшение потерь мощности в линии при малых нагрузках электропередачи, однако, как будет видно из дальнейшего, это влияние остается существенным.

С учетом ненулевого активного сопротивления реактора или проводимости (рис. 3.4) формулы (25.4), (25.5) примут вид

 (25.10)

Аналогично (З.б) потери активной мощности в режиме холостого хода линии равны

 (25.11)

Подставив в (25.11) выражение модуля тока из (25.10), получим

 (25.12)

Модуль напряжения в середине линии найдем из первого уравнения (25.10) при

 (25.13)

Шунтирующие реакторы для воздушных линий высших классов напряжения имеют весьма высокую добротность  и поэтому влиянием  в (25.13) можно пренебречь. Тогда

 (25.14)

Примем, как и ранее (откуда следует а также отнесем потери  к потерям  в режиме натуральной мощности. В результате из (25.12, 3.14) получим

Слагаемое в фигурных скобках, зависящее от проводимости g_p мало, поэтому окончательно имеем

 (25.15)

где g_p зависит от мощности реактора Q_p , которая в свою очередь определяется емкостной проводимостью участка линии

 (25.16)