Анализ режима холостого хода линии электропередачи

Режим холостого хода линии электропередачи (ЛЭП) возникает при отключении электрической нагрузки, при включении линии под напряжение в первые часы после ее монтажа, а также в период синхронизации (включении на параллельную работу) электрических систем посредством объединяющей их ЛЭП.

Режим холостого хода является частным случаем рабочего режима ЛЭП, однако выделим его отдельно ввиду заслуживающей внимания особенности и практической значимости для линий напряжением 220 кВ и выше.

Воспользуемся рассмотренным алгоритмом расчета линии, выполним анализ данного режима применительно к П-образной схеме замещения (рис. 11.1), пренебрегая активной проводимостью, что соответствует отсутствию (неучету) потерь мощности на коронирование. Справедливость такого допущения можно установить на основе характерных соотношений между параметрами электрического режима ЛЭП различного номинального напряжения. Так, например, емкостная генерация на 100 км ВЛ 220 кВ составляет около 13 Мвар, а ВЛ 500 кВ – около 95 Мвар при потерях на корону до 0,1–0,8 МВт (при хорошей погоде), что на два порядка меньше емкостной генерации. В кабельных линиях преобладание зарядной мощности над потерями в изоляции еще значительней. Поэтому потери мощности на коронирование не оказывают заметного влияния на параметры электрического режима ЛЭП. Однако их учет необходим при плохой погоде и технико-экономическом анализе ВЛ, в частности, при расчете потерь электроэнергии.

Так как в режиме холостого хода нагрузка в конце линии S ₂ = 0, то ее электрическое состояние определяет наряду с напряжением U₁ только зарядная (емкостная) мощность, направленная от конца линии к началу:

Тогда потери мощности, вызванные потоком зарядной мощности

определяют поток мощности в начале звена:

Для наглядности анализа пренебрегаем потерями активной мощности по причине преобладания в рассматриваемых линиях реактивных сопротивлений над активными. Тогда поток мощности в начале звена запишем в виде

Заметим, что потери реактивной мощности соизмеримы с потоком зарядной

мощности конца ЛЭП (до 10–15 %), однако в отдельных случаях потерями

ΔQ также можно пренебречь.

Воспользуемся формулами (11.28) и (10.35) для напряжения в конце

линии, с учетом направления зарядной мощности имеем

При Р_н 0 получим

Найдем напряжение в начале линии по данным конца. С учетом направления зарядной мощности (P_к=0) получим

Модуль напряжения в конце линии

Учитывая соотношения X > R или X >> R, в данном случае справедливо

Векторная диаграмма напряжений, построенная в соответствии с выражением (11.30), приведена на рис. 11.2. Отсюда видно, что при холостом ходе емкостная зарядная мощность, протекая по ЛЭП, вызывает повышение напряжения в конце линии.

Найдем напряжение в начале линии по данным конца. С учетом на-

правления зарядной мощности (P_к=0) получим

откуда модуль напряжения в начале линии

Состояние электрических напряжений можно отобразить векторной диаграммой (рис. 11.3), из которой видно, что в режиме холостого хода напряжение в конце линии больше, чем в начале, и отстает от U₁ по фазе δ.

Можно дополнительно учесть, что при росте U2 происходит увеличение зарядной мощности ЛЭП, которое компенсирует её потери

Превышение напряжения δU_хх в конце ЛЭП относительно напряжения в начале можно приравнять (с допустимой погрешностью) к продольной составляющей падения напряжения

т. е. с увеличением длины напряжение в конце ЛЭП возрастает квадратично (рис. 11.4):

Дадим оценку возможного превышения напряжения. Для ВЛ 220 кВ средней длины, например равной 200 км, получим

а для ВЛ 500 кВ протяженностью 500 км имеем

Уточним значение δU_хх, ограничиваясь вторым приближением:

что превышает максимально допустимое значение 525 кВ по электрической прочности изоляции.

В итоге отметим, что в режиме холостого хода напряжение в конце протяженных ЛЭП напряжением свыше 220 кВ может достигнуть значений, на которые изоляция линий и электрооборудования не рассчитана.

Кабельные линии имеют значительно большие удельные ёмкостные генерации, чем воздушные. Однако, учитывая, что кабельные линии большой протяженности не прокладывают, значительные превышения напряжения в конце линий не ожидаются.