Способ передачи электроэнергии Советский патент 1985 года по МПК H02J3/00 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в электротехнике при передаче электроэнергии по одноцепным трехфазным или двухфазным воздушным линиям элект ропередачи.

Известен способ передачи электроэнергии с помощью электропередачи переменного тока, содержащей одноцепную трехфазную линию электропередачи, к которой приложена симметричная система напряжений.

Недостаток таких способа и электропередачи заключается в отсутствии возможности изменения фазового сдвига между векторами напряжений отдельных фаз линии электропередачи, в результате чего электропередача обладает недостаточной пропускной способностью Кроме того, в ней не имеется возможности оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности.

Известен способ передачи электроэнергии по электропередаче переменного тока, содержащей одноцепную трехфазную линию электропередачи, в которой провода расщепленных фаз расположены по концентрическим поверхностям и к которой приложена симметричная система напряжений (jlj .

Однако такая электропередача не позволяет изменять фазовый сдвиг между векторами напряжений различных фаз и, в частности, создавать сдвиг, равный 180 С, в результате чего злектропередача обладает ограниченной пропускной способностью.

Известна электропередача переменного тока, содержащая двухцепную линию электропередачи, В начале ив конце каждой цепи линии электропередачи установлены фазосдвигающие устройства. На линии электропередачи провода одноименных фаз разных цепей сближены j/fj .

Способ, реализуемый с помощью такой электропередачи, заключается в том, что на линии электропередачи создается фазовый сдвиг векторов напряжений одновременно всех фаз од- . ной цепи на одинаковый угол относительно векторов напряжений соответствующих фаз другой цепи. Путем воздействия на фазосдвигающие устройства можно добиться между напряжениями сближенных проводов всех фаз разных цепей угла, равного 180 . В этом случае электропередача обладает наибольшей пропускной способностью. Изменяя фазовьй сдвиг между напряжениями сближенных проводов каждой пары фаз, можно оптимизировать режим электропередачи по напряжению и реактивной мощности при изменении нагрузки электропередачи.

Однако недостаток известных способа и электропередачи заключается в том, что фазосдвигающие устройства данной цепи линии воздействуют одновременно на векторы напряжения всех трех фаз этой цепи линии, создавая одновременно сдвиг векторов напряжений всех ваз на один и тот же угол. При этом углы между векторами напря жений каждой пары фаз данной цепи остаются неизменными. В результате недостаточно используется фазовьй сдвиг между векторами напряжений для повышения пропускной способности и оптимизации электропередачи. Поэтому такая электропередача обладает повышенной пропускной способностью только в случае выполнения ее двухцепной

Целью изобретения является повышение пропускной способности одноцепной линии электропередачи.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу передачи электроэнергии, осуществляемому при помощи фазового сдвига векторов напряжений на трехфазной линии электропередачи, осуществляют фазовьй сдвиг в пределах 180 векторов напряжений каждой из двух фаз относительно вектора напряжения третьей фазы.

На фиг. 1-4 изображены принципиальные электрические схемы электропередачи переменного тока, реализующей предлагаемый способ; на фиг.5-1варианты опор и изоляции проводов друг относительно друга и относительно земли; на фиг, 11 и 12 - векторны диаграммы, поясняющие работу электропередачи.

Провода 1-3 (фиг. 1) фаз трехфазной линии электропередачи в начале и конце присоединены к трехфазным шинам А, В и С с помощью независимых фазосдвигающих устройств 4-6 в каждой фазе, осуществляющих фазовый сдвиг векторов напряжений соответствующих фаз. Со стороны передающей системы 7 устройства 4-6 обеспечивают на линии сдвиг векторов напряжений и, Ug, Ug различных фаз друг относительно друга. В зависимости от режима нагрузки линии электропереда чи угол между любой парой векторов южет быть в пределах 0-180 . При этом с помощью устройств А-6 может одновременно изменяться также и вели чина векторов напряжений каждой из фаз линии. С помои;ью фазосдвигающих устройств А-б, установленных в конце линии электропередачи, обеспечивается сдвиг векто ров напряжений в обратную сторону, в ; результате чего на шины приемной системы 8 подается симметричная или несим.метричная система напряжений. При таких независимых фазосдвигающих устройствах.существенным являет ся то, что они обеспечивают изменение положения вектора напряжений каж дои фазы независимо от положения век торов напряжений других фаз. Электропередача может быть выполнена с фиксированными фазовыми сдвигами напряжений двух фаз относительно напряжений третьей фазы. Наибольшая пропускная способность электропередачи обеспечивается в том случае Kor}i,jL напряжения двух фаз сдвинуты относительно напряжения третьей фазы на 180 , т.е. по сравнению с симметричной трехфазной системой напряжений напряжение одной фазы сдвинуто на +60, а другой - на . Электропередача может быть выполнена также с регулирующими фазовыми сдвигами напряжений различных фаз, Изменение фазового сдвига напряжений различных фаз линии электропередачи может быть непрерывным, или ди кретным. Для независимого изменения фазового сдвига напряжений в каждой фазе линия снабжена системой автоматического управления , в которую входят измерительно-информационные датчики 9 о параметрах передающей 7 и приемной 8 систем, датчики 10 о па раметрах режима линии электропередачи, устройство 11 выработки управляющих воздействий и устройства 12-14 синхронного управления фазосдвигающими устройствами по концай линии электропередачи. Отличительным является то, что каждое из устройств 12-14 воздействует на фазосдвигающее устройство соответствующей одной фаяы. Так, например, устройство 12 синхронного управления воздействует на фазосдвигающие устройства 4 установленные по концам линии в- фазе А. На фиг. 2 показан вариант электропередачи, и которой фазосдвигающие устройства 4 и 6 установлены только в двух фазах А и С линии электропередачи и которая может связывать между собой как две разные системы (например, передающую 7 и приемную 8), так. и узлы нагрузок и источники питания одной системы. В систему автоматического управления режимом входят измерительно-информационные датчики 10 о параметрах режима линии электропередачи, - устройства: 15 и 16 выработки управляющих воздействий, установленные на каждом конце линии электропередачи, и устройства 17 и 18 индивидуального управления фазосдвигающими устройствами 4 и 6 на передающем конце и устройства 19 и 20 индивидуального управления фазосдвигающими устройствами 4 и 6 на приемном конце. YcTpoiiCTBa 15 и 16 работают по единым алгоритмам. На фиг. 3 изображен вариант электропередачи, у которойвыводы фазосдвигающих устройств 4 и 6 фаз А и С со стороны линии электропередачи объединены в общую точку и присоединены к проводу (или проводам) 1, 3. В этом случае изменение фазового сдвига между проводами 2 и 15 3 сближенных фаз В и А, С обеспечивается с помощью фазосдвигающих устройств 5. При фиксированном угле фазового сдвига между векторами напряжений сближенньк фазВ и А, С электропередача может быть выполнена без фазосдвигающих устройств 5, установленных в фазе В. Б электропередаче вместо фазосдвигающих устройств 4-6 одного из:концов линии электропередачи (другой конец линии электропередачи через фазосдвигающие устройства 4-6 присоединен к трехфазным шинам А, В, С питающей стороны) могутобыть присоединены обычные трансформаторы для питания мощной однофазной нагрузки, что в этом случае вообще исключает на приемном конце линии обратное преобразование несимметричной системы фазных напряжений в симметричную. Отмеченное относится и к схемам, показанным на фиг. 1 и 2. На,фиг. 4 показан вариант электро передачи с присоединением к линии лшуоопередачи в промежуточных точках мощных однофазных приемников: осветительной и двигательной нагрузок, тяговых подстанций электрифицированной железной дороги. Отбор мощности от линии осуществляется либо непосредственно, например, с помощью трансформаторов TV (питает осветительную и двигательную нагрузку) и Т2 (трансформатор тяговой подстанции либо с помощью отходящих линий с про водами 2 и 1, 3 и трансформаторов ТЗ (питает осветительную нагрузку). При чем питание промежуточных однофазных приемников может осуществляться как в случае передачи мощности от одних трехфазных шин А, В, С к другим, так одновременно и от двух трехфазных шин А, В, С, т.е. с двух сторон.. На фиг. 5-10 изображены опоры 21 и элементы подвески проводов .22 лиНИИ электропередачи. На фиг. 5-7 и 9 провода всех фаз на опорах расположены в одной плоскости, параллельной оси линии электропередачи, фазы могут быть выполнены расщепленными. На фиг. 8 изображена опора с проводами расщепленных фаз, расположенных по концентрическим поверхностям а на фиг. 10 - опора с расположением проводов 1, 3 и 2 фаз А, С и В друг под другом. Провода отдельных фаз приближены друг к другу. Для фиксации проводов различньш фаз в пролетах установлены электроизоляционные распорки (не показаны) . На линии электропередачи (фиг.510) сечения проводов 1-3 выполняются одинаковыми либо сечение провода 2 средней фазы (фиг. 5-т8) выполняется большим, чем сечения проводов 1, 3 крайних фаз. Электропередача при связи двух систем (фиг« 1) работает следующим образом. . Со стороны передающей системы 7 к фазосдвигающим устройствам 4-6 подается симметричная трехфазная система напряжений Пд, Ug, U (фиг.11 Для повышения пропускной способност электропередачи векторы напряжений двух фаз сдвигаются относительнр вектора напряжения третьей Аазы до Например, векторы Кд и U, сдвигаются до 180 относительно вектора tin (фиг. 12). При этом общая индуктивность линии становится наименьшей, емкость наибольшей, волновое сопротивление линии наименьшим, анатуральная мощность наибольшей, в результате чего достигается наибольшая пропускная способность. Сдвиг векторов напряжений двух фаз относительно вектора напряжения третьей фазы создается с помощью фазосдвигающих устройств 4 и 6 соответственно фаз А и С. Наибольший эффект от повьшения пропускной способности достигается в том случае, когда провода фазы В, напряжение которой сдвинуто относительно напряжений фаз А и С на 180°, расположены между проводами фаз А и С (фиг; 5-8, провода 2 фазы В расположены между проводами 1 фазы А и проводами 3 фазы С). Электропередача может быть выполнена с фиксированным фазовым сдвигом на напряжений двух фаз по отношению к напряжению третьей фазы. При выполнении электропередачи с регулируемым фазовым сдвигом управление фазосдвигающими устройствами в каждой фазе по концам линии осуществляется синхронно, в результате чего несимметрия напряжений по фазам, образованная фазосдвигающими устройствами на передающем конце, ликвидируется фазосдвигающими устройствами на приемном конце, и в приемную систему 8 поступает симметричная трехфазная система напряжений. При снижении нагрузки, передаваемой по линии электропередачи, для оптимизации ее режима фазовый сдвиг между напряжением Ug и напряжениями Од и U(; изменяется, s результате чего изменяются индуктивность и емкость линии, а тем самым и величина зарядной мощности линии, при этом установки специальньпс шунтирующих реакторов не требуется. При сдвиге векторов напряжений двух фаз относительно вектора нпряжения третьей фазы на 180 пропускная способность предлагаемой электропередачи в 1,6-4,0 раза вьш1е пропускной способности обычных одноцепных электропередач . Аналогично электропередаче по фиг, 1 работает электропередача, представленная на. фиг, 2, Особенностью работы электропередачи, показанной на фиг. 3, является то, что оптимизация режима ее работы осуществляется с помощью фазосдвига711ющих устройств 5, установленнвх в фазе В и работающих по единому алгоритму. При отсутствии в фазе В, фазосдвигающих устройств электропередача рабо тает с фиксированным .углом фазового сдвига между векторами напряжений про водов 2 и 1, 3 фаз В и А, С. Эффективность работы электропереда чи, представленной на фиг. 4 достигается при электрификации железных дорог (питания электровозов) и примыкающих мощных однофазных потребителей, например поселков городского и сельского типов, тепличных хозяйств и т.д. В этом случае исключается третий провод (фаза) продольной линии электропередачи, присоединенной через фазосдвигающие устройства 4-6 к трехфазным шинам.А, В, С. В рассмотренных вариантах электропередачи в качестве фазосдвигающих

ABC

АВд 8 . , 1 устройств, установленных на передающем и приемном концах электропередачи, могут быть использованы многие известные технические решения. При присоединении к приемному концу электропередачи мощной однофазной нагрузки необходимость в симметрирующих фазосдвигающих устройствах конца линии вообще отпадает. Предлагаемое, изобретение может быть использовано при создании одноцепных электропередач как при,сравни тельно невысоких напряжениях 6-220 кВ, так и при высоких и сверхвысоких напряжениях 330-1-150 кВ для связи различных систем, потребителей и источников одной системы , электрификации железных дорог , питания. мощных однофазньк потребите лей.

А8С

ABC

А RC

А ВС

Piff.4

Фиг.6

Фиг. 5

Фиг.7

Фиг.8 Фиг.9 Фиг.Ю У Фt/г.ffФиг.12