Электропередача переменного тока Советский патент 1977 года по МПК H02J3/00 

(54) ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Предлагаемая электропередача переменного тока относится к области электроэнер гетики. Известна электропередача переменного тока, содержащая линию электропередачи (ЛЭП), связывающую трехфазные сети и выполненную из нескольких много проводных цепей, размещенных на одной опоре и прикрепленных к траверсе через изолятор, а также коммутирующие аппараты и компенсирующие устройства. Недостаток известной электропередачи переменного тока - отсутствие фазового сдвига между векторами напряжения трехфазных систем. Кроме того, у известных овухцепных ЛЭП взаимное влияние цепей друг на друга, несмотря на то, что цепи разнесены между собой на достаточно бол шое расстояние, приводит к ухудшению параметров фаз линии, уменьшению пропускно способности электропередачи и снижению технико-экономических показателей. К тому же известные линии электропередачи оказывают сильное экологическое влияние. Предлагаемое изобретение предназначено для ликвидации указанных недостатков двухцепных ЛЭП и увеличения их пропускной способности, а также повышения технико-экономических показателей путем сближения одноименных фаз, принадлежащих различнЬ1М цепям и, следовательно, самих трехфазных цепей линии до минимально допустимого расстояния за счет устранения между ними конструктивных; элементов опор и подключения цепей линии к трехфазным системам напряжений, между которыми устанавливают регулируемый ( в пределах 0-18О ) или фиксированный (120, 180°) фазовый сдвиг. .. ;. Это достигается благодаря тому, что провода одноименных фаз указанных многопроводных цепей сближены между собой и подсоединены к трехфазным сетям и между векторами их напряжений обеспечен фазовый сдвиг. Цепи линий электропередачи могут размешаться на опорах и могут выполняться воздушными или кабельными. Лля обеспечения оптимального режима электропередача может быть снабжена фазорегуляторами и устройствами глубокого регулирования натфяжения и частоты, поцключенными к началу и концу линии ив точках промежуточного отбора мощности. Электропередача может быть снабжена устройствами плавного регулирования угла фазового сдвига между векторами напряжений систем, напряжений линий и частоты ил устройствами дискретного регулирования уг ла фанзового сдвига между векторами напр жений систем, напряжений линий и частоты Для обеспечения высокой динамической устойчивости, электроперадача может быть снабжена источниками реактивной мощности, подключенными к линии электропередачи в промежуточных точках, и тормозными сопротивлениями, подключенными через выклю чатели и искровые промежутки в начале, и в конде линии. Электропередачи для увеличения предела передаваемой мощности и диапазона регулирования может быть снабжена конденсаторны ми батареями, установленными вдоль линии между одноименными фазами цепей, и реакторами, установленными между каждой из фаз и одной из разноименных фаз другой цепи. Для контроля параметров режима электропередача может быть снабжена измерителыю-информационными датчиками от системы автоматического управления, подключенными к каждой фазе в начале, в конце линии и в промежуточных ее точках. Промежуточные потребители электропередачи подсоединяют к многопроводным цепям посредством коммутирующих аппаратов. Для обеспечения фиксированного угла сдвига между трехфазными системами- векто ров напряжений, равного 120 , провода указанной линии электропередачи могут быть подсоедине 1ы к шинам трехфазных сетей следующим образом: первые два сближенные провода линии - один к шине А, а второй к шине В; вторые два провода - один к ши, не В, второй - к шине С; третьи два провода - один к шине С, а второй - к шине Л. Для дискретного изменения фазового сдвига напряжений между трехфазными системами с шагом 12О° электропередача может быть снабжена в начале, в ковде и в точках промежуточного отбора мощности дополнительными трехфазными переключателями кругового переключения фаз на одной из цепей, Для дискретного изменения фазового сдви га напряжений между трехфазными системами с шaгo, равным .U элоктропероаача может быть снабжена.7рсх)};азиыми трансформаторами с переключателями групп соединений, включеннымив начале, в конце линии и в точках присоединения промежуточных энергосистем. Трансформаторы электропередачи могут быть выполнены с различными коэффициентами трансформации. Для установления наименьшего расстоя-. ния между фазами каждой пары проводов линии электропередачи, фазы, составляющие каждую пару, могут располагаться по одну сторону коиструктивнЬ1Х частей опоры (стойки, траверсы), Для фиксации расстояния между фазами каждой пары проводов линии между ними могут устанавливаться изолирующие рас7 порки. Для уменьшения габаритов опоры провода каждой фазы линии с помощью изоляционных элементов могут быть зафиксированы относительно конструктивных элементов опоры. Для предотвращения пляски проводов Между парами проводов могут быть установлены стягивающие изоляционные элементы. Для симметрирования параметров всех фаз может быть осуществлена транспозиция фаз линии, составляющих пары, и транспозиция цепей. Для максимально возможного увеличения пропускной способности электропередачи все ее фазы морут быть расположены по одну сторону конструктивных элементов опоры и сближены между собой до минимально допустимого расстояния. Для эффективного использования пространства, отведенного для линии, и полосы отчуждения в каждой группе сближенных двух фаз, принадлежащих разным цепям, на минимально допустимое расстояние может быть приближена одна из фаз третьей цепи, причем подключение к передающей системе вначале линии и к приемной системе в KOfme линии, а также в точках промежуточного отбора мощности осуществляется через фазосдвигающпе устройства так, .чтобы сдвиг напряжений между сближенными фазами находился. в пределах О-120 Для сохранения габаритов опор п каждой группе сближенных трех фаз, принадлежащих трем цепям, на минимально допустимое расстояние может быть приближена эдна из трех фаз четвертой цопи, причем пэдключеше в начае и в конце линии осуществляется через азосдвигаюшие устройства так, чтобы сдвиг между cближol rl. фазами нахолился в пределах О - 00°. Дпя упеличония комтическо цлины и увеичения диапалоиа регулирования зарядной ошпосги элоктроиереаама может Пытг. выполнена из трех двухжильных кабелей, подключенных в начале, в конце н в точках про межуточного отбора к фазосдвигающим устройствам, от которых к каждым двум жилам кабеля подведены напряжения с векторами, сдвинутыми между собой на угол О - 180 Электроперерача может быть вьтолнена «3 трех трехжильных кабелей, подключенных в начале , в конце и в промежуточных точках к фааос двигающим устройствам, обеспёчивакнаим фазовый сдвиг между напряжениям жил кабеля в пределах О - 120 , причем угол между системами трех векторов напряжений всех трех кабелей остается равным 120 . Для уменьшения емкостных токов в оболочках кабеля оболочки соединены между собой и заземлены. Для образования фильтра прямой последовательности из сопротивлений проводов линий электропередача может быть снабжена дополнительным комплектом разъединителей, присоединенных в начале н в конце линии ко всем ее фазам. На фиг 1-6 изображены принципиальные электрические схемы электропередачи; на фиг. 7-28 - опоры, элементы подвески проводов и фиксации их в пролете для предлагаемой электропередачи (различные вариант исполнения для разных классов напряжения) на фиг. 29-32 - электропередача с кабельной линией (различные варианты). Предлагаемые электропередачи переменно ГО тока названы управляемыми полуразрмкн тыми ЛЭП или автоматически управляемыми электропередачами повыщенной пропускной способности полуразомкнутого типа с кибернетическим управлением, или управляемыми электропередачами с усиленным и регул1фуе мьгм электромагнитным влиянием трехфазных цепей. На фиг. 1 показана схема предлагаемой электроперддачи. Каждая трехфазная цепь В начале и в конце линии электропередачи присиединена к трехфазным шинам А, В, С с помощью фазос двигающих устройств 1, осуществляющих регулирование фазового сдвига векторов напряжения и частоты. Со стороны передающей системы 2 устройства 1 обеспечивают фанзовый сдвиг систем векторов напряжений U.. .одной цепи относительно системы векторов напряжений другой цепи и д , Ug с угол -О- в пределах О - 180, причем подключение устройства 1 к линии осуществляе ся так:, чтобы к каждой паре сближенных фаз линии по.дводились напряжения от фазо- сдвигающих устройств 1, принадлежащих раз ным линиям, т.е. к паре проводов 3-6 подводились вектора напряжений Од и U , к 5 8.6 паре проводов 4-7 - вектора к паре проводов 5-8 - вектора 0 и О С помощью фазоповоротных устройств 1, установленных в конце линии электропередачи обеспечивается объединение обеих цепей линии на обшие трехфазные шины приемной системы 9.. . В качестве устройств 1 применяются устройства, обеспечивающие непрерывное или дискретное изменение фазового сдвига векторов напряжений. Непрерывное изменение угла сдвига систем напряжений осушествЛяетЬя с помощью различных фазорегуляторов трансформаторного типа с подмагничиванием, а также устройств, выполненных по схемам с использованием переключателей под на|„.. трузкой. Дискретное изменение угла фазового :сдвига систем векторов напряжений цепей ЛИНИИ можеТрбыть осуществлено, например, с шагом 30 путем переключения группы соединения трансформаторов, питающих линии, и с шагом О и 120° путем переключения фаз линии. С помощью схемы, изображенной аа фнг, 2 можно изменить фазовый СДВЕГ между системами векторов натяжений цепей ступенями О , 12О и 18О путем переклк чения группы соединения трансформаторов ца одной из цепей. Одна цепь включается в работу с тшмощыо выключателя 1О, Угол 6 О между системами векторов напряжений цепей обеспечивается при включении выключателей 11 и 12. Угол 0 12О обеспел. чивается при отключении выключателей 11, 12 И включении выключателей 13, 14. Угол 0 180 с еспечивается при отключении выключателей 14 и включении выключателя 15. Для указанных трех ступеней угла на фиг. 2 показаны .векторные янаграм- мы напряжений каждой пары фаз. На фиг. 3 изображена схема переключеаия фаз ЛИНИИ электропередачи, с помощью которой обеспечивается изменение угла сдвига систем векторов напряжений цепей с Шйгом в О и 12О . Одна из цепей подключе-. на к энергосистеме выключателями 16. Угол 0 я О обеспечивается путем включ&ния выключателей 17. .Угол ® 120° обеспечивается при отключении, выключателя 17 и включении выключателя; 18. На фиг. 4 изображена схема электропередачи, с помощью которой обеспечивается не регулируемый фиксированный сдвиг системы векторов напряжений одной цепи по отношению к другой на угол 0 12О путем кругового пересоединения фаз на одной из цепей, при этом сближенными фазами, составляющими napbi, являются фазы А-В, В-С, С-А, и показаны векторные диаграммы напряжений фаз. Обе цепи включаются в работу с помошью выключателей 19, 20.

Нерегулируемый фазовый сдвиг между системами векторов напряжений цепей, равный & а 180 , обеспечивается I с помощью трансформаторов, установленных в начале и в конце каждой цепи, причем трансформаторы 1-ой цепи должны иметь группу соединения, например, двенадцатую, а трансформа торы Ц-ой цепи- шестую. В общем случае трансформаторы, установленные на I -ой и П -ой цепях лийии, можно выбирать с одинаковыми или. с разными коэффициентами Трансформации, что обеспечивает работу цепей линий при одинаковых или разных классах напряжения. При этом одна из цепей может быть использована в качестве распределительной.

Описанные схемы позволяют при необхо- димЬсти осутаес Ьлять промежуточный отбор мощности от предлагаемой I линии или присое динять к ней промежуточные энергосистемы Все промежуточные присоединения осущест вл5пот или к обеим цепям, или к каждой из них в отдельности. На фиг, S показано присоединение к линии электропередачи промежуточной энергосистемы 21 с помощыю фа зосдвигающего устройства 1 и устройств 22 и 23 промежуточного 1отбора мощности, от первой и второй цепей раздельно. Для обеспечения надежного электроснабжения потребителей, подключенных к одной цепи, предусматривается автоматическое включение резервного питания от другой цепи с помощью выключателя 24, включаемого при отключении основного питания от первой цепи, j,

Для осуществления комплексного управления нормальными и переходными режимами предлагаемой электропередачи, кроме фазоповоротных устройств, между одноименным фазами устанавливаются, конденсаторные баФареи 25 (см. фиг. 1), между каждой из указанных фаз и разноименной фазой {фугой цепи - реакторы 26, расположенные вдоль линии, а также подключаются регулирующие и управляющие устройства {см. фиг. 6) быстродействующие источники 27 реактивной мощности, компенсирующие устройства 28, устанавливаемые вдоль линии, устройства 29, устанавливаемые по концам линии электропередачи и обеспечивающие глубокое регулирование напряжения и частоты элект. ропередачи.|В аварийных режимах предусмаривается подключение к линии тормозных сопротивлений 30 с помощью выключателей 31.

По концам линии предусматривается по - фазная защита :от коротких замыканий. Линейные выключатели имеют пофазное управленче. Для селективного действия защит устанавливаются различные установки на выключателях обоих цепей, а также предусматривается двукратное автоматическое пов торное включение.

На линии электропередачи осуществляется непрерывный контроль параметров с йомощью измеритепьно- нформационньпс датчиков 32 (см. фиг. 6). Информация о параметрах режима ЛЭП, а также о параметрах передающей 2 и приемной 9 систем пе редается в систему 33 автоматического управления, где эта информация перерабатывается и сопоставляется с установленными параметрами и характеристиками, а затем (в соответствии с критериями и алго ритмами управления) система автоматического управления начинает воздействовать ва все регулирующие и коммутирующие элементы электропередачи. Начальная установка заданных параметров и критериев, ,а так же коррекция алгоритмов управления элек-, тропередачей осуществляется по .каналу З (см. фиг. 6).

Предлагаемая конструкция линии электропередачи, схемы ее соединения и управле: ния обеспечивают болыдую пропускную спо собцость электропередачи иее высокие технико-экономические показатели, значительно превосходящие аналогичные показатели известных ЛЭП.

Пропускная способность предлагаемых линий электропередач определяется фо{5мулой:

U. и.

«,-2

-31Т1 У

2 3111(6

и.

где У, 2.- напряжение в,начале и в койце линии (соответственно);

(J - угол между векторами напряжевйй и и и ;

с-волновое сопротивление} g- - длина линии; волновая длина линии. Волновое сопротивление Z - одна из основных характеристик линии и определит ся формулой:

7

(2 с

L,

где эквивалентная индуктивность и рабочая емкость фаз линии (соответственно).

Для предлагаемой линии электропередачи при равенстве по величине токов, протекаю щих по I -ой и И -ой цепям, значения паpaNKvrpoii j , и GO li оСюГчцеипом rum« -чпписываютс/ КПК cod -1-п С г составляющие эквивалентной 5 cod индуктивности и рабочей емкости фаз (соот ветственно), обусловленные геометрическими раомерамп самих фаз (рапиусом проводов, шагом и числом растепления) и средне геометрическим расстоянием ( Т). ) межд двумя другими фазами цепей; 1-11 поставляющие эквивалентной индуктивности и рабочей емкости фаз (соответственно), обусловленные магнитным и электрическим влиянием цепей линии друг на друга, которое зависит от расстояния между цепями, т,е, от расстояния между сближенными фазами в каждой паре, обозначенными dg . При установке между одноименными фазами разных цепей конденсаторных батарей, а между разноименными фазами - разных цепей реакто роз, емкость и индуктивность последних учи тываются как составляющие и С.. & - угол между системами векторов напряжений цепей линии (между векторами напряжений каждой пары сближенных фаз). Лпя эквивалентной индуктивности обобще ная форкула 3, показывающая зависимость ее величины от указанных факторов, имеет вид: , - эквивалентный радиус прово да (фазы); Dj-p.- среднегеометрическое расст ние между рассматриваемой фазой 1 -ой цепи и двумя другими фазами, принадлежа щими И -ой цепи; q - расстояние между сближенны ми фазами, Из формулы 5 следует, что чем мень ше расстояние между сближенными фазами d - , т.е. чем меныне расстояние межд цепями, тем большее значение имеет вторая составляющая индуктивности, которая для минимально допустимых значений расстояний межггу сближенными фазами дости гает 30..: от величины первой составляющей. От геометрических расстояний зависит и составляющая рабочей емкости. J..J поэтому при изменении угла Q от О по 18О (как слсцует из формул 3. п 4) н ш роких препе.чах измоаиются Р.ОЛНЧИНЫ экиизалош ной инлуктирмюст L, ч рабочей мкости С.-о , а тпкже Fu jiHnuii i вппиомоО СОПрОТи/ЧЮНИЯ и ТфОПусКНОЙ СИОСПГ) ЛЭ11. При в- 180 ЛЭ11 обладает мннимпл -- ной ИI Jyктиниocтью, максимальной емкость, наименипим волновым сопротивлением и наиболыпей пропускной способностью, иревышаюшей пропускную способность обычных. двухцеп 1 11х ЛЭ11 в 1,2-1,5 рапа. При в S О ЛЭЧ обладает иаимеш шей рабочий емкостью и минимальной пропускной способностью, а также наименьшей зарядной мощностью (Q - 2( (.v С-а, поэтому для нее требуется небольшая мощность компенсирующих реакторов( Qp ), подключаемых к линии для выравнивания уровня напряжения при работе ее в режи--. ме холостого хода и при незначительных нагрузках В связи с этим в предлагаемой линии электропередачи возможно регулирование утла -в в пределах от О , когда линия мало нагружена, до 180 , когда пропускная способность Л11нии в 1,2-1,5 раза больще, чем обычных ЛЭП, при этом удельн ая мощность компенсирующих реакторов (киловар на киловатт передаваемой активной мощности) предложенной ЛЭП в 1,6-1,8 раза меньше, чем обычных авухцепных ЛЭП того же напряжения. В результате достигается существенное снижение капитальных затрат. Кроме того, регулирование угла между системами векторов напряжений цепей позволяет вести режим линии оптимально в процессе ее работы при изменении величины передаваемой мощности в пределах, составляющих i4045 о от максимальной величины. Это позволяет достичь существенного улучшения технико-экономических показателей электропередачи при изменении передаваемой мощности в пределах от максимальной величины Р, МАКС Д величины -О,55)Р Преимущество ЛЭП с фиксированным (нерегулируемым) значением угла сдвига между системами векторов напряжений цепей в пределах 180° в- 0° по сравнению с обычными ЛЭП заключается в пропускной способности. Для ЛЭП с регулируемым фазовым сдвигом между системами векторов напряжений цепей при изменении передаваемой моппюсти в пределах ниже (0,0-0,55)- норь альпые режимы иыпорживаютсп путем глубокого регулироиания напряжения с помощью устройств 20,- устапоплепнглх но концам линии, и с помощью комиоипирук щих устройств 28, устапор.лопи. ix вппль линчи. При установке на линии дополнительных конденсаторных батарей 25 и реакторов 26 (см. фиг, 1) последние можно регулироват в диапазоне от нулевого до номинального значения их реактивной мощности за счет изменения фазового сдвига в пределах О 120 . Для ЛЭП с нерегулируемым (фиксирова ным) значением угла между системами векторов напряжений цепей ведение режи мов при изменении величины передаваемой мощности можно осуществлять с помощью компенсирующих и регулирующих устройств установленных вдоль линии, и устройств глубокого регулиропангя напряжения, уста новленных по концам линии электропередач При выполнении электропередачи с дву мя воздушными линиями (сМ. фиг. ) каждая линия состоит из трех проводов: провода 3-5 составляют одну трехфазную цепь, а провода 6-8 - другую. Провода могут быть одиночные и растепленные, Ф аы электропередачи сгруппированы тремя парами проводов: 3-6, 4-7, 5-8, Между фазами каждой пары исключены конструктивные элементы опоры, их разделяет тол ко воздушный промежуток. Все три пары .проводов располагаются в горизонтальной :(см, фиг. 7-14) или в вертикальной плоскости (см. фиг. 25) по вершинам треугольника - неравностороннего (см. фиг. 15-18 и 24) или равностороннего( см. фиг. 19 и 20). В качестве опор для предлагаемых ЛЭП предусматриваются портальные П-образные (см.фиг.7-13 и 25) опоры тппарюмка (см. фиг. 1.4 и 24), одностоечные (см. фиг. 15-20) и портальные с оттяжками (см. фиг, 23), с траверсами обычными (см. фиг. 7-12, 14-18, 20 и 25) или изолирующими (см. фиг. 13, 19, 23 и 24 Провода каждой пары сближены между собой. Расстояние между ними (см. фиг. 7 должно быть минимально допустимым по условию диэлектрической прочности воздуха при длительном действии наиболыпого рабочего напряжения, достигающего меж;;у сближенными фазами величины авойного фазного напряжения, а также с учетом по действия коммутационных перенапряжений. Значения минимально цопустимых расхтояний межг.у сближс.ииыми фазпмн с учото.1 указанных условий, полученные pacicTm JM путем, состаплякгг приблизител1, 0,20,3 м длл ЛЭП 35 кВ, 0,75-О,8 м Ш1я ЛЭП НО кВ, 1.5-1,6 м лля ЛЭП 22С1кИ 2,1-2,4 м для ЛЭП 330 кВ, 3,5-3,8 м для ЛЭП 500 кВ, 5,3-0,0 м luiv, ЛЭП 75О кВ, 9,5-1.0,0 м для ЛЭП 1 1 5О кВ. Расстояние (см.) между отдельными парами фаз определяется с учетом наличия между этими парами консттруктиввых элементов стойки опор 35 (см.фш. 7 и 14) или траверсы 36 (см. фиг. 15), а также горизонтальным смещением L (см,ф1п. 15) одной пары фаз относительно другой по условиям работы проводов в пролете. Расстояние t (см, фиг.7) должно практически равняться величине межфазного расстояния известных ЛЭП, взятых за прототип. Конструкции опор, показанных на фиг. 11, 12 и 23 Т1ОЗВОЛЯЮТ принять расстояние и за минимально возможное путем исключения конструктивных элементов не .только между цепями, но и между фазами цепей. По условиям работы сближенных фаз |:аждой пары в пролете предусматривается установка между этими фазами изоляционных фиксирующих распорок 37 (см. фиг. 22) в вице стержневых изоляторов, гирлянд изоляторов и других изоляционных конструкций. ЕСЛИ необходимая длина изоляционных распорок превы1иает рассто5шие между проводами, то распорки крепят под некоторым к проводам, при этом для исключения возможного складывания проводов при продольном смещении одного из них угол наклона распорок, следующих друг за другэм, поочередно меняют (по отнсяиению к одному или другому проводу) или же распорки выполняют V -образными. Подвеска каждой пары фаз на опоре осуществляется следующим образом. Обе фазы каждой пары с помощью гирляпд изоляторов или штыревых изоляторов крепят непосредственно к траверсе. Подвеска проводов с помощью V -образных гирлянд изоляторов 38 (см.фиг.Ю) позволяет устранять в месте подвески возможные смешения проводов от их первоначального положения, обусловленные ветровыми нагрузками. При подвеске фаз к траверсам с помощью обычных гирлянд изоляторов 39 между сближенными фазами на опоре необходима установка изоляционных фиксирующих распорок 40 (или растяжек). Предусматривается также подвеска, при которой фаг(ы, 1гри11а( описи цепи, с помошью об()1чных п.чи V -образных гирлянд изоляторо попг ешивают к траверсе, фазы Mopoii ноли с помошио итюляторов по шипи ива ют к afjMaryjie ruiinsiim изолятоов, чоа.юрживающих про1М)|щ первой цепи (см. .7). Мл |})иг. 13 пропопа оппой цепи ;.)акреп- .ньг nenocptHicTiMMUio на ичолирук-ниих траBef.-ica.x, а прп/1о;;а ivr-orio-i пп прикреплеы к ГЧТИМ Ж ГР..Г 1 (. llON.OIilIO Т-И 1лянп изоляторов. На фиг. 23 показано крепление фаз как одной, так и второй цепи с помощью гирлянд изоляторов, выпол- КЯК1ШИХ роль изоляционных траверс. На фиг. 24 дана конструкция опоры типа рюмка. Подвеска фаз средней пары осуществляется с помощью гирлянд изоляторов, одна из которых выполняет роль изолирующей траверсы.

Для устранения нежелательного отклонения нижних проводов 6-8 от своего первоначального положения под действием ветровых нагрузок предусматривается установка изолирующих распорок или растяжек к отдельным элементам опоры, (см. фиг,11 14), а для уменынения пляски проводов установка в пролете изолирующих стяжек, с помощью которых соединены фазы, принадлежащие разным парам (см. фиг. 7-9, 15-17, 25).

Стяжки могут выполняться в виде стержневых изоляторов или гирлянд изоляторов, причем, если расстояние между отдельными парами фаз превосходит необходимую по диэлектрическим характеристикам длину гирлянд изоляторов, растяжки доводят до необходимой длины с помощью установки в средней ее части стержня или нити, выполненных из любого материала, обладающего достаточными механическими характеристиками.

Приведенное описание касается конструктивного и схемного исполнения предлагаемой линии в виде шестифазных проводов. При необходимости дальнейшего увеличения суммарной пропускной способности линтш электропередачи с сохранением неизменными полосы отчуждения и основных габаритов опор линии предусматривается добавление к каждой lEape сближенных фазных проводов третьего фазного провода, отстоящего от овух упомянутых проводов на том же расстоянии, т.е. все три сближенных провода будут расположены по вершинам равностороннего треугольника (см.фиг. 26). В этом случае линия будет состоять из трех групп сближенных между собой трех проводов 3-6-41, 4-7-42, , т.е. из девятифазных проводов, и будет эквивалентна трехцепной линии, у которой фазы (провода) 3,4,5 составляют первую цепь, провода 6,7,8 - вторую цепь, провода 41, 42, 43 - третью цепь. Фазоповоротные устройства, установленные по концам линии, предназначены для регулирования угла сдвига между векторами напряжений, приложенных к трем фазн1:.1м проводам каждой группы, в пределах 0-120 .

При необходимости еще большего увеличения пропуск1гой способности линии электроперепачп и сохранении чсоипмптюй nnnot-tотчуждения к каждой Г.)у1шо, состоящей и: трех сближенных фаз, npcniycMaTpvmaoTCH добавление четвертого провода, т.о. одной из фаз четвертой трехфазной цепи (см.фиг. 27). У этой линии сближенным будут следующие фазы (провода): 3 6-41- 14, 4--7-42-45, 5-8-43-46. Такая линия эквивалентна че- тырехцепной электропередаче. Фазы (про-

вода) 3,4,5 составляют первую цепь, фазы 6,7,8 - вторую цеп, фазы 41,42,43 третью цепь , фазы 44,45,46 - четвертую цепь. Необходимый диапазон регулирования между векторами напряжений, прило-

женных к фазам сближенных цепей, составляет О-9О .

В общем случае предлагаемая трехфазная линия электропередачи состоит из трех групп, содержащих И сближенных прово-

дов. Угол сдвига векторов напряжений, приложенных к сближенным фазам, равен

21Г

в О : и

На фиг. 28 изображена предлагаемая линия электропередачи со сближением всех фаз до минимального допустимого расстояния. Такая конструкция электропередачи обеспечивает наибольшую пропускную способность.

Распределение потенциалов в любой точке ттоскости поперечного сечения предлагаемой линии электропередачи определяется соотношением:

S.

3 Пг

4-tn

4р

Чп

Етт

- М 211

2-п;ее

а

3-m fe

4 пт

i.

8 W

е-п

+ ТП+2Tt

q,

Где f - потенциал в точке м, кВ;

q,. - заряд 1 го провода (t 3-8, где 3-8 - количество проводов ), который определяется для каждого фазного провода как произведение емкости на напряжение, т.е. GJ/. C:j ,

С( расстояние от i-го провода

( 1 3-8) до точки м;

bj- расстояние от зеркального

отображения i -го провода до точки м;

f - диэлектрическая npoHUfiaeMocTb воз(1уха.

Разность потенциалов двух точек, от- стойщих на некотором расстоянии друг от друга характеризует напряженность поля в точках, расположенных на этом отрезке (Е кВ/м).

Расчетами цля предлагаемой лин.;и установлена зависимость напряженности (F:) в раэлвчных точках плоскости поперечного с чеввя ЛИВИИ от иаменевия угла сдвига (О) систем веюгоров напряжеиий цепей линии. Эта-зависимость показывает, что при нзмевевии угла & т О до 180° напряжеввость электрического поля под провода MB ЛИВИИ уменьшается в весколько раз. Так, иапример, для линии напряжением 1150 кВ с проводами 12хАСО-ЗОО при горизовтальвой водвеске всех фаз иапряжеввость поля под средвей парой сближенвых проводов ЛИВИИ у опоры ва высоте 5 м от поверхности з§мли изменяется с 1О кВ/м пои О до 1,5 кВ/м при в 180 ,.т.е. уменьшается более, чем в 6 раз. Так как напряженность поля извествой линии практически раьна напряжен ности поля линии при в О , работа пре лагаемой ЛИВИИ при е- в 180 позволяет в даввом случае снизить экологическое (влиявие По сравнению с известной линией более, чём в 6 раз. Для ограничения аварийных влияний эвергосистем, связываемых предлагаемой атюктропередачей, друг на друга линия свабжева в начале и в коние рополнительвым комплектом выключателей и разъедивителей, с помощью которых провода линии соединяются так, что образуют фильтр 1ФЯМОЙ последовательности (см. фиг, 36). Фильтр прямой последовательности состоит из шести сопротивлений, которые в паввом случае образуются сопротивлениями шести проводов линии. Соединяя их в конце и в начале по схеме фильтра прямой последовательности, получают схему, обладаюи1ую всеми свойствами фильтра прямой последовательности, который при возникновении аварийных ситуаций или несимметрич ных нагрузок пропускает только симметрич ную составляющую прямой последовательно сти, что ограничивает передачу больших ав рийвых возмущений из системы в систему. Предложенная электропередача переменtroro тока может быть выполнена не только с воздушной линией электропередачи, но и с кабельной линией. При этом применяются двух- и трехжильные высоковольтные силовые кабели обычной конструкции, а также маслонаполненные, гозонаполноиные, сверхпроводящие, элегазовые и т.д. Особенность известных кабельных линий переMeHiiojx тока- их болыпая зарядная мощность. ( ), что ограничивает дальность передачи электроэнергии на переменном токе по игзпс-стным кабелыьым линиям. Характеристикой возможной протяженности кабельных линий переменного тока является величина критической длины( С .р) i-.a. ПЛ1ТНЫ, при которой зарядный ток кабеля при холостом ходе линии раг.ен величине предельного тока нагрузки. Эту величину тока и соответствуюихую ему зарядную мощность нааывакл- критическими. Для известных высоковольтных кабельных линий промьтшленной частоты критическая длина не превышает 40-80 км. Протяженность кабельных линий не должна превышать величину критической длины. Для ком- пенсации реактивной мощности протяженных кабельных линий переменного тока необходима установка компенсирующих устройств большой мощности. Предлагаемая электропередача (кабельный вариант) обеспечивает регулирование величины зарядной мощности в щироких пределах от максимальной и ниже. (Зна- чение максимальной зарядной мощности предлагаемой кабельной линии принимается. равным величине зарядной мощности извертной кабельной линии). Благодаря регулированию величины зарядной мощности при сохранении большой пропускной способности кабельной линии критическая длина кабельной линии во много раз возрастает. Это увеличивает протяженность кабельных линий и расширяет область их применения. Кроме того, регулирование зарядной мощности кабельной линии позволяет уменьшить потребляемую мощность устройств, устанавливаемых на концах кабельных линий для компенсации избытка реактивной мощности, что повышает экономичность кабельных линий. Для предлагаемой кабельной линии предусматривается применение двухжильных кабелей, к жилам которых подведены напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол, изменяемый в зависимости от режима в пределах 0-180° с помощью фазоповоротных устройств, присоединенных по кощам кабельной линии и в точках присоединений к промежуточным системам. На фиг. 29 показана электропередача с абельной линией в трехфазном исполнении. т шин /,В,С питающей подстанции трех-, азная.система векторов напряжений 0., с подведена к фазосдвигающему стройству 1, которое осуществляет преобазопание подведенной трехфазной системы екторов напряжений U А -В -С дпе трех(|«зпые системы г екторов напряенна , tjj . U4. , Of и Ой , Оу , Og . (где 3 - 8 - прэвода) и обеспечивает ежду этими системами угол сдвига, изеняемый в пре полах 0-180 . Подключение кабелей осуществляетсяак, что к кажп.ой из пвух жил кабеля личи попвоаят напряжение от разных систем напряжений: к жилам (проводам) 3 и 6 первого кабеля - напряжения U ч У г ; к жилам (проводам) 4 и 7 второго кабеля - напряжения д и (J ; к жилам (проводам) 5 и 8 третьего кабеля - напря жения Uy и о Аналогичное подключени осуществляется в конце кабельной линии на приемной подстанции. Фазоповоротное устройство приемной подстанции обеспечивает преобразование двух трехфазных систем напряжений кабельной линии Uj , 4- f. одну трехфазную б Г . систему напряжений U. -л с приемной подстанции , от которой осуществ ляется питание трехфазной нагрузки и передача мощности ь систему 9, Аналогично схеме концевой приемкой под станции выполняется схема промежуточных соединений (присоединения к промежуточным энергосистемам, осуществление промежуточного отбора мощности или подключение промежуточного трехфазного источника энергии). Предлагаемая кабельная линия способна обеспечить реверсивную работу, т.е. передачу мощности как от передающей подстанции к приемной, так и наоборот. Для исключения протекания токов в обо лочках кабелей все они соединены и заземлены. Предлагаемая кабельная линия работает следующим образом. При передаче наибольших мощностей с помощью фазоповоротных устройств во все трех кабелях устанавливается максимальный сдвиг напряжений, приложенных к их жилам ( в 180 ). При этом кабели (кате и в известной линии ) обладают мак симальным значением рабочей емкости и, следовательно, наибольшей величиной зарядной мощности, расходуемой на покрыти потерь в продольной индуктивности жил ка беля, которые вследствие передачи максима ных активных мощностей достигают наибол щей величины. Таким образом, обеспечивается требуемый баланс по реактивной мощности кабельной линии и благоприятно распределение напряжения. Работа кабельной линии в максимальном режиме может осуществляться и при углах, меньших 180 , например при О 12 При уменьшении нагрузки, а также уменьшении передаваемой мощности в сист му 9 на кабельной линии появляется избыток реактивной мощности, и линия с по мощью фазосдвигающих устройств переводится в режим малых значений угла & , наименылее значение которого равно О . Е пагодаря этому зарядная мощность кабеля уменьшается и становится значительно меньше, чем у известных кабельЫХ линий. Зарядная мощность прямо проорциональна длине кабельной линии. У редлагаемой кабельной линии зарядная ощность может достигать величины, рапой зарядной мощности известной кабельой линии при болыией длине. Следовател1 о, критическая длина предлагаемой кабельой линии будет болыие , чем у обычной, оэтому протяженность предлагаемых каельных линий по сравнению с обычными удет больше. Это подтверждается следующими данными. Зарядная мощность кабельной линии в расчете на одну жилу равна: . (i -uluCpe, где и - напряжение, приложенное к жиле кабеля; (JU - угловая частота; Ср - рабочая емкость жилы кабеля на единицу длины; t - длина кабельной линии. Если значение U и ш постоянны, то изменить зарядную мощность линии можно путем воздействия на величину удельной рабочей емкости ( С р ), которая зависит от конструкции кабеля и угла сдвига приложенных напряжений. На фиг. ЗО схематически показан двухжильный кабель. ЕСЛИ жилы (провода) например провода 3 и 6, заключены в общую оболочку 47 vt разделены диэлектриком 48, при этом d - расстояние между жилами, Г - радиус жилы, Б - наружный диаметр кабеля. В общем случае для двухжильного кабеля (с учеток принятых обозначений), содержащего, например, жилы (провода) 3 и 6, имеют: а с -и, с. u.-u,) Г(, 6 о 6,3 о 3 где 0,0, иС, ,0л- электрический заряд и напряжение жил 3 и 6 (соответственно); --j С частичные емкости (собственные); частичные емкости (взаимные). Рабочая емкость каждой жилы кабеля представляет собой сумму собственной и взаимной частичных емкостей. Величина и знак взаимной емкости зависят от векторной разности напряжений, приложенных к жнпам. ЕСЛИ к обеим жилам кабеля приложены напряжения, одинаковые по волуршае и conпадающие друг с другом по фазе (в О то их разность -равна , а если они сдвинуты на О- s 18О , то их разность максимальна. Угол В- может принимать любое промежуточное значение в указанны пределах - О-180 . Емкость кабеля зависит от угла в ме ду векторами напряженки, приложенных к его жилам. Например, для двухжильного ка беля, у которого D 180 мм, f 20 мм cf 70 мм, величина Ср при в- «г 18О относится к величине С- р при -в- « О ка 1 : 0,26. Рабочая емксхзть кабеля фактически определяет его критическую длину, поэтому приведенное соотношение емк стей определяет и отношение критической длины предлагаемой линии (кр-предл) ,к величине критической длины известной линии ( Чризв. ). Сравнивая предлагаемую кабельную линию с известной по условию Q Kp-f ред.;. РпреАЛ. кр.изв получают кр.предл. Р предл. к р. и Э В . Подставляя в это выражение приведенное отнощение рабочих емкостей, получаю Р, : о ff кр.предл. . 1X58. Если для известных кабельных линий критическая длина не превышает 40-8 О к то предлагаемая линия позволяет отодвинуть этот ире-дел до 150-300 км. Следовательно, пе1редача электроэнергии переме ным током с помощью предлагаемой кабельной линии может осуществляться на значительно большее расстояние, чем с по мошью извествьзх кабельных линий. ЕСЛИ необходимо осуществить компенса цию зарядной мощности, для предлагаемой кабельной Й1ВИИ потребуется в 3,8 раза меньшая мкэшиость компенсирующих устройств, ч«м яля известной линии той же длины. На фиг. 31 изображена электропередач «с трехжильнсй кабельной линией. От ЩИН А,В,С передающей системы 2 исходная трехфазная система напряжений , , и- , W пэдвелепа к фазэсдвигающи „ в устройствам 1, к.эторые преобразуют исходную трехфази то систему в три вторичяыо систо,н и; ,и; .о;; о;;-и;,и в с А А В С причем каждая из них представляет собой симметричную тре фазную систему напряжеш.й. Система векторов напрк кений - д . совлалает пэ фазе систомаи первич 8 ных напряжений Ll U Система и С .0 сдвивекторов напряжений д гается относительно системы векторов О л i-iii ГП .. г, 1-1 1-, ч - Og , и Од . IJg , и в разные стороны на угол в пределах 0-120 с помощью фазопОБОРОТНЫХ устройств. В приемной системе 9 фазосдвигающими устройствами 1 обеспечивается преобразование трех систем векторов напряжений кабельной линии в одну трехфазную - йд . и , и, . Для уменьшения емкостных токов кабелей оболочки кабелей соединены и за- землены с помощью проводов 49. На фиг. 32 схематически изображен трехжильный кабель. Изменение фазового сдвига векторов напряжений, приложенных к жилам кабелей, осуществляется с помошью выключателей. Угол между напря-. жениями жил кабеля может принимать два е-- 0° или Q 120. О или значения: 9- 12О обеспечивается включенниеиым состоянием первой группы выключателей 50. Векторные диаграммы напряжений, приложенных к жилам кабелей, на фиг. 31 показаны сплошными линиями. Перевод кабельной линии в режим & О осуществляется частичным отключением выключателей 50 первой группы и включением выключателей 51 второй группы. Векторные диаграммы напряжений жил кабелей при & - О на фиг. 31 показаны пунктирными линиями. Передача электроэнергии переменным током осуществляется по врем трем кабелям, причем линия является реверсивной. В зависимости от режима устанавливается тот или иной угол сдвига напряжений между жилами каждого кабеля в пределах О- 12О , благодаря чему регулируется рабочая емкость кабелей, их зарядная мощность, устанавливаются наиболее экономичные режимы. Для трехжильных кабелей (см. фиг, 32) с диаметром оболочки кабеля D 1О см, расстоянием между жилами d 4,2 см, радиусом токоведущих жил 0,8 см и величиной рабочей емкости жилы кабеля в расчете на единицу длины при О -12О , равной 1, при величина рабочей емкости составляет 0,282, а отношение рабочих емкостей paiuio 3,55. В таком же соотношении и значения зарядных мощностей кабельной линии. Дня установления соотношений к)итической длины необходимо нредлааемую кабе.и.ную линн1п с ипростным ii|)oотинок ана;1огич1 0 TDMV, как это б1)ло делано пля npi,ii-i:i ;;:(-H ка ельной лннчи.

В результате получают:

Р Ч R4 Р

кр.предА Kp.Mjb.

Таким образом, если для известных кабельных линий критическая длина ограничивается 4О-80 км, то у предлагаемой кабельной линии величина критической длины может достигать 140-280 км. Это значит, что передача электроэнергии переменным током с помощью предлагаемой кабельной линии может быть осуществлена на значительно большие расстояния, чем с помощью известных линий.

Кроме того, регулирование угла ( 6 ) при изменении передаваемой активной мощности по предлагаемой кабельной линии позволяет осуществлять оптимизацию режима.

Следовательно, предлагаемая кабельная линия переменного тока обладает следующими преимуществами по сравнению с известньгми: значительно большим значением критической длнны; применением компенсирующих устройств меньшей мощности; возможностью управления режимом с целью его оптимизации.

Предлагаемая кабельная линия электропередачи переменного тока может быть выполнена с применением кабелей с твердой, жидкой или газообразной изоляцией, а так- .:ie со сверхпроводящим кабелем.

Формула изобретения

из нескольких многопроводных цепей, коммтирующие аппараты и компенсирующие устройства, .отличающаяся тем что, с целью увеличения пропускной способности и снижения экологического влияния, провода одноименных фаз многопровоаных цепей сближены между собой и между векторами их напряжений обеспечен фазовый сдвиг.

жений систем, напряжений линий и частоты.

утла фазового сдвига векторами напряжений систем, напряжений линий и частоты.

обеспечения высокой динамической устойчивости, она снабжена источниками реактивной мощности, подключенными к линии электропередачи в промежуточных точках, и тормозными сопротивлениями, подключен)1ыми через выключатели и искровые промежутки в начале и в конце линии..

ности и увеличения диапазона регулирования, вдоль линии между одноименными фазами цепей установлены конденсаторные батареи, а между каждой из указанных фаз и одной из разноименных фаз другой

цепи установлены реакторы.

от системы автоматического управления, подключенными к каждой фазе в начале и в конце линии и в точках промежуточного отбора мощности.

личающаяся тем, что промежуточные потребители подсоединены к трехпроводным цепям посредством коммутирующих аппаратов.

трехфазных сетей следующим образом: первые два сближенные провода линии - один к щине А, а второй - ц щине В; вторые два провода - один к шине В, второй - к щине С; третьи два провода - одип к шине С, а второй - к шине Л.

в вачале и в конце линии и в точках присоединения промежуточных энергосистем,

принадлежащих разным цепям, на минимал но допустимое расстояние приближена одна из фаз третьей цепи, причем подключение к передающей системе в начале линии 5 и к приемной системе в Komie линии, а также в точках промежуточного отбора мощности осуществлено через фазосдвигающие устройства так, чтобы сдвиг напряжений между сближенными фазами находился В пределах О - 12О .

увеличения критической длины и увеличения диапазона регулирования зарядной мощности, она выполнена из трех двухжильных кабелей, подключенных в вачале и в коьще линии и в точках промежуточного отбора

мощности к фазосдвигающим устройствам, от которых к каждым двум жилам кабеля подведены напряжения с векторами, сдвинутыми между собой на угол в пределах 0-180°.

отличающаяся тем, что она выполнена из трех трехжильных кабелей, подключенных в. начале и в Koraie линии и в точках промежуточного отбора мощности

к фазосцвигающим устройствам, обеспечивающим фазовый сдвиг меж(.1у векторами напряжений жил кабеля в пределах 0-120 , причем угол между системами трех векторов напряжений всех трех кабелей равен

и 20°.

2G. Э;гектроиерецоча по пи. 1, 2, 3, 12, о т л и ч а ю щ а я г я TONr, что, с целт.ю образования фил1.зтра ui);-isioi последовательности из провоаов .П1ию, она снабжена дополггительиым KOMII/IC IOM рапъодииителей, пр1к;о(;аиис1 пых i. плчале н в конце линии ко вc ое (.

Припричст по пи. 23 и 2П - .12.00..

Ириоритп по п. 2ч - (У ,(ii.Л.

:

Р

:

О Ио

ю

о и

: §

Vi

2/

ti

§

t:§

:

.

/-tq /Ci

чэ

1

5

to

ю

к

О

«о

«00 D О

«о

PC,

/1

/

П

-:

:

Л

:S

«

5

«w

-:.

M

:

:

N

В

00

4

f

«) :у

H

«M

r

w

444-i

W

Фиг S

:: ; :5

( I I M I и I 11 t

6 1 Ъ

(риг. 11

W

7

5 5

Фиг.10

./

5 g

Ч

7

a 7

хТч

V

л.

г

,

35

, T-l-l-

5

J

3 5

5 8

г. /5

Фиг. W

7

40иг. /7

Фиг1д

7

U

3 б

11

фуг /5

5

Ри«.Л

фиг 20

Фиг. 22

ф(г.2

0iiZ 25

ад

:§

сь

.

N

« 51

-:

to