11 УДК 621.315 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОМПЕНСАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ Засл. деятель науки и техн. РБ, докт. техн. наук, проф. ПОСПЕЛОВ Г. Е. Белорусский национальный технический университет Развитие электрических сетей осуществляется не только за счет повы- шения их номинального напряжения, но также благодаря применению раз- личных средств компенсации параметров линий электропередачи и средств управления ими. В данной статье ставится цель дать оценку этим средствам и системати- зировать различные принципы и способы повышения пропускной способ- ности и управляемости линий электропередачи в электрических сетях энергосистем. Наиболее полно впервые эти принципы представлены в [1], где значительное внимание было уделено видам компенсации парамет- ров ЛЭП. В значительной мере положения теории компенсации параметров линии передачи электрической энергии разработаны А. А. Вульфом [2]. 12 В качестве основных способов компенсации он указал два – компенсацию к натуральному режиму и компенсацию волновой длины линии. При заданном напряжении натуральная мощность определяется волно- вым сопротивлением 0 0 в в в 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 _ (cos sin ) 1 exp arctg , 2 jr jxz z z j g jb r j L l L g C rj g j C r g L C − ξ= = ε = ξ − ξ = −   + ω ω −ω = −  + ω + ω    (1) где 0 0 0 0, ,r g L C – удельные параметры ЛЭП; ω – угловая частота. Следовательно, при U U= .jI I − ξ= ε В любой точке линии отношение комплексов ,U I равны волновому сопротивлению в . Uz z I = = ∠− ξ Активная мощность в начале линии на фазу 2 1нат ф1 1 ф2 2 натcos cos , l lP U I U I Pβ β= ξ = ε ξ = ε где β – коэффициент затухания амплитуды волны. КПД линии 22нат 1нат .l P Р βη = = ε (2) Перепад напряжений 1 2 1 1 .l Uk U −β = = = ε η (3) Падение напряжения в натуральном режиме от емкости тока нагрузки в индуктивном сопротивлении линии компенсирует падение напряжения в активном сопротивлении. Это определяет неизменность модуля напря- жения вдоль линии, а волновое сопротивление линии – натуральную мощ- ность. Поэтому А. А. Вульф [2] компенсацию к натуральному режиму называет компенсацией волнового сопротивления. Компенсацию к нату- ральному режиму в свое время рекомендовал профессор Р. Рюденберг [1]. Однако для реальной системы передачи, несущей переменную нагрузку, для работы в натуральном режиме потребовались бы регулируемые ком- пенсирующие устройства. Наряду с этим А. А. Вульф указал ряд недостат- ков настройки к натуральному режиму [2] и рекомендовал второй способ компенсации – компенсацию волновой длины линии. Однако линия элек- тропередачи при этом рассматривается изолированно от генераторов. Если же рассматривать ее совместно с генератором, то получатся несколько иные результаты. Действительно, из выражения эквивалентного сопротив- ления системы передачи э г вcos sinx х l z l= α + α (4) 13 видно, что при уменьшении волновой длины линии параллельно с умень- шением второго слагаемого будет увеличиваться первое слагаемое. Так, согласно зависимости (рис. 1) передаваемой мощности от дальности в ин- тервале от 1500 до 750 км эквивалентное сопротивление системы передачи увеличивается и только с 750 км начинает уменьшаться. В этом смысле, как впервые отмечено [3] и следует из выражения (4), более эффективной оказывается компенсация волнового сопротивления, которая приводит к более быстрому уменьшению, эквивалентному системе передачи. Поэто- му в соответствии с [3] следует указать три основных принципа или спосо- ба компенсации параметров линии передачи: 1) компенсация к натуральному режиму; 2) компенсация волновой длины ЛЭП; 3) компенсация волнового сопротивления ЛЭП. Рис. 1. Зависимость систем предела передаваемой мощности от дальности С данной А. А. Вульфом [2] оценкой компенсации к натуральному ре- жиму следует согласиться. Компенсация волновой длины, как показывают изложенные выше рассуждения, оказывается менее эффективным принци- пом уменьшения индуктивного сопротивления, чем дает результат изоли- рованного сопротивления [2] линии электропередачи. Наиболее эффективным принципом компенсации, повышающим про- пускную способность системы передачи, является компенсация волнового сопротивления линии. Поэтому сравнительно простое мероприятие – рас- щепление фаз, которое уменьшает волновое сопротивление линии, можно считать весьма целесообразным средством повышения пропускной спо- собности систем электропередачи. Этот принцип используется в [4–6 и др.], показывающих широкие возможности для уменьшения волнового сопротивления линии за счет оптимизации конструктивных параметров воздушных линий электропередачи. По существу здесь используется соб- ственная естественная емкость линии как равномерно распределенное компенсирующее устройство. Двум возможным направлениям (видам компенсации индуктивного со- противления линии) посредством сосредоточенных устройств и равномер- но распределенной емкостной проводимости будут соответствовать свои технико-экономические показатели. Важно каждому выбранному варианту дать экономическую оценку. Система передачи с установкой продольной компенсации (УПК) традиционного типа по капитальным затратам будет уступать воздушной линии повышенной натуральной мощности (ПНМ) с увеличенным числом проводов в фазе при выполнении неравенства [3] 0 400 l, км 1 2 3 4 5 800 1200 1600 2000 2400 2800 м ,P′ o. е. 14 2 3 12 нат sin (1 ) 10 , cos c p a K l р λ − ν ⋅ > β ϕ (5) где р – удельная передаваемая мощность; λ – волновая длина линии пере- дачи; 1 в в z z ν = – отношение волновых сопротивлений линии с увеличенным числом и традиционным числом проводов в фазе; ас – стоимость 1 кВ·А установки продольной компенсации; β – коэффициент, показывающий во сколько раз 1 км линии ПНМ дороже, чем К1 – стоимость 1 км традицион- ной линии; l – длина линии. Полезно сослаться на пример оценки [3, 7] мероприятий повышения пропускной способности по проекту системы передачи Куйбышев – Москва в ценах того периода – 1965 г. Самым экономичным из рассматриваемых мероприятий оказалась про- дольная конденсаторная компенсация. Сравнительно с уменьшением со- противления генераторов экономически оправданным оказалось уменьше- ние сопротивления трансформаторов до 11 %. Расщепление проводов обходится дороже, чем продольная компенсация и уменьшение сопротив- ления трансформаторов, но оно необходимо как мероприятие против коро- нирования проводов. При этом, как отмечается в [6], в мировой практике в течение 100 лет используются только линии с минимальным числом про- водов в фазе по условиям короны и только в прошлом веке появились ли- нии ПНМ с увеличенным числом проводов в фазе. В соответствии с этим (наряду с технологией гибких электропередач FACTS) технология настройки электропередач на передаваемую мощность заслуживает внима- ния. Проведенная журналом «Электричество» по этим технологиям дис- куссия [8] позволила лучше выявить особенности данных технологий. Они не должны противопоставляться. Настройка электропередачи на передава- емую мощность с помощью УШРТ [6] заслуживает внимания и примене- ния в определенных условиях. Технология гибких электропередач развива- ется, требует внимания и нуждается в дальнейших исследованиях с учетом ранее проведенных разработок в области систем электропередачи и опыта развития и эксплуатации электроэнергетических систем. Пример [9] сопоставления системы ПНМ с настройкой на передавае- мую мощность посредством УШРТ в составе компактной линии, в которой благодаря дополнительному расщеплению фаз повышаются натуральная мощность и пропускная способность с системами передачи, снабженными статическими компенсирующими устройствами FACTS, показал следую- щее. Наилучшие технико-экономические показатели получились у вариан- та с УПК, затем – у варианта ПНМ с настройкой на передаваемую мощ- ность. Поэтому рекомендуется при реконструкции обычных ЛЭП для повышения их пропускной способности применять УПК, а при проектиро- вании новых – проводить технико-экономическое сравнение компактной ВЛ с УШР и обычной – с УПК [9]. Этот результат хорошо согласуется с результатом оценки мероприятий повышения пропускной способности электропередачи Куйбышев – Москва [3, 7, 8]. 15 В Ы В О Д Ы 1. Следует назвать два направления компенсации параметров электро- передачи: во-первых, с помощью устройств компенсации или настройки и, во-вторых, за счет равномерно распределенной собственной емкостной проводимости линий электропередачи соответственно оптимизации пара- метров воздушных линий электропередачи; по существу здесь использует- ся собственная естественная емкость линии как равномерно распределен- ное компенсирующее устройство. 2. Целесообразно различать три основных принципа компенсации па- раметров линии передачи: а) компенсация к натуральному режиму; б) ком- пенсация волновой длины ЛЭП; в) компенсация волнового сопротивления ЛЭП. Наиболее эффективным принципом компенсации, повышающим пропускную способность системы электропередачи, является компенсация волнового сопротивления линии. 3. Электропередачи, настроенные на передаваемую мощность и рабо- тающие в натуральном режиме, заслуживают внимания и практического применения в определенных условиях. Технология гибких электропередач будет развиваться, требует внима- ния и нуждается в дальнейших исследованиях с учетом всех ранее прове- денных разработок в области систем электропередачи. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Э л е к т р и ч е с к а я передача больших мощностей на далекие расстояния / под ред. Р. Рюденберга. – М.; Л.: Энергоиздат, 1934. 2. В у л ь ф, А. А. Проблема передачи электрической энергии на сверхдальние расстоя- ния по компенсированным линиям / А. А. Вульф. – М.: Госэнергоиздат, 1941. 3. П о с п е л о в, Г. Е. Элементы технико-экономических расчетов систем электропере- дач / Г. Е. Поспелов. – Минск: Вышэйш. шк., 1967. 4. П р о е к т и р о в а н и е линий электропередачи сверхвысокого напряжения / под ред. Г. Н. Александрова. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. 5. П о с п е л о в, Г. Е. Электрические системы и сети. Проектирование / Г. Е. Поспелов, В. Т. Федин. – Минск: Вышэйш. шк., 1988. 6. А л е к с а н д р о в, Г. Н. Об эффективности применения компенсирующих устройств на линиях электропередачи / Г. Н. Александров // Электричество. – 2005. – № 4. – С. 62–67. 7. П о с п е л о в, Е. Г. О целесообразной степени уменьшения индуктивного сопро- тивления электропередачи / Е. Г. Поспелов, Г. Е. Поспелов // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2006. – № 2. – С. 20–28. 8. Т е х н о л о г и я гибких линий электропередачи и электропередач, настроенных на передаваемую мощность: дискуссия // Электричество. – 2007. – № 4. – С. 5–76. 9. Д е м е н т ь е в, Ю. А. Применение управляемых статических компенсирующих устройств в электрических сетях / Ю. А. Дементьев, В. Л. Кочкин, А. Г. Мельников // Элек- тричество. – 2003. – № 9. Представлена кафедрой электрических систем Поступила 14.04.2009 4