шунтуючі реактори
При роботі ліній електропередачі по ним передається як активна, так і реактивна потужність. Остання може бути індуктивною, що залежить від корисного навантаження лінії (електродвигуни, трансформатори), або ємнісний. Ємнісна потужність визначається, перш за все, ємністю ліній, а також ємністю конденсаторних батарей.
Для регулювання потоків реактивної потужності використовуються електричні шунтуючі реактори. Реактори включаються між фазами лінії і землею і компенсують ємності лінії.
Необхідна потужність підключаються реакторів залежить від довжини лінії і навантаження. В першу чергу реактори потрібні для далеких ліній високих і надвисоких напруг (СВН).
Режими роботи ліній і роль реакторів
Будь-яка лінія електропередачі може бути представлена схемою заміщення (рис. 1) з розподіленими параметрами - індуктивністю, яка визначається магнітним полем струму лінії, ємністю, що характеризує електричне иоле в ізоляції лінії, і активними опорами, які визначаються втратами енергії в проводах і в ізоляції (за рахунок струмів провідності і корони).
При видаленні від початку напругу і струм змінюються по амплітуді і по фазі, причому напруга зростає відповідно до рис. 2. У реальних лініях при наявності в кінці лінії активного навантаження напруги вздовж лінії знижуються, і при потужності навантаження, що дорівнює
Р = U2 / Z при U = U (0),
напруги у всіх точках лінії стають однаковими. Така потужність називається натуральної потужністю лінії.
Мал. 1. Схема заміщення довгої лінії. ІЛ - індуктивність лінії, С, - ємність лінії, RnpoB - опір проводу, Rm - опір ізоляції.
Мал. 2. Розподіл напруги уздовж холостий довгої лінії.
Мал. 3. Перенапруги в лінії 500 кВ:
а - напруга на реакторі при відключенні повітряним вимикачем, б - напруга на лінії при трифазному АПВ.
При передачі активної потужності менше натуральної та наявності індуктивного навантаження напруга в кінці лінії може бути одно по модулю напрузі на початку, але в проміжних точках воно буде підвищеним. Від обох кінців лінії до її середині будуть текти ємнісні струми. Підвищені напруги можуть бути небезпечні для ізоляції лінії і приєднаного обладнання, а ємнісні струми викликають додаткові втрати енергії, знижують пропускну здатність лінії і стійкість паралельної роботи енергосистем.
Включення шунтуючих реакторів усуває ці недоліки завдяки компенсації ємності лінії. При рівномірному розподілі індуктивності реакторів уздовж лінії їх сумарна потужність для повної компенсації визначається ємнісний провідністю всій лінії. Насправді реактори встановлюються в обмеженому числі точок, наприклад, по кінцях лінії і в середині довжини. Необхідна потужність буде тим більше, чим менше число точок підключення. Так, при підключенні до лінії довжиною 1000 км тільки на одному кінці необхідна потужність реакторів 1,73 натуральної, на двох кінцях (по 50%) - 1,16, а в трьох точках (по 25% по кінцях і 50% в середині) - 1,075 натуральної. Вибір точок підключення повинен визначатися техніко-економічним розрахунком, що враховує параметри лінії і режими її роботи. Для ліній 500 кВ оптимальним є відстань між точками підключення реакторів близько 400 км.
Крім підвищення робочих напруг, в енергосистемах виникають підвищені напруги, викликані різними 01клоненіямі від нормального режиму роботи. Так, відключення навантаження на кінці лінії призводить до підвищення напруги не тільки за рахунок ємнісних струмів, а й внаслідок виникає при цьому самозбудження генераторів. Іншою причиною може бути ферорезонансу, викликаний нелинейностью індуктивності намагнічування трансформаторів. Тривалість таких режимів може досягати десятків хвилин.
Різні комутації супроводжуються перенапруженнями при перехідних процесах, коли виникає вільна складова напруги, накладена на вимушену. Тривалість перенапруг визначається вільної складової, що має звичайно характер коливань частотою від кілогерц до десятків кілогерц з великою амплітудою на початку і швидким загасанням. Тривалість перехідного процесу зазвичай становить 0,12-0,15 с, а час впливу максимальних перенапруг - 0,01 - 0,03 с. Найбільш небезпечні комутаційні перенапруги виникають при відключенні несиметричних коротких замикань, відключенні ліній в режимі асинхронного ходу (після невдалого включення двох енергосистем на паралельну роботу або при втраті стійкості паралельної роботи) і неодружених ліній. У всіх цих випадках перенапруги на лініях СВН можуть досягати (3-3,5) с / ф, в той час як ізоляція розрахована на комутаційні перенапруги 2,5 с / ф для ліній 500 кВ, 2,1 с / ф для 750 кВ .
На рис. 3 показані найбільші комутаційні перенапруги, зареєстровані в лініях 500 кВ при відключеннях реакторів і при АПВ (за даними А. А. Акопяна - ВЕІ).
Для зниження комутаційних перенапруг в аварійній ситуації може знадобитися підключення додаткових реакторів. При цьому не можна використовувати звичайні вимикачі через занадто великого часу спрацьовування. Для таких випадків розроблена схема іскрового підключення, коли при перенапруженнях спрацьовує спеціальний іскровий проміжок, що відокремлює реактор від лінії. Після спрацьовування він шунтируется роз'єднувачем-віддільником, а після відновлення нормального режиму реактор відключається вимикачем.
Реактори є одним із засобів, що дозволяють знизити комутаційні перенапруги і підвищення робочих напруг. Реактори, приєднані на генераторних шинах, компенсують ємнісний струм лінії і перешкоджають самовозбуждению. Реактори зменшують амплітуду вимушеної складової і частоту власних коливань, знижують ймовірність повторних запалень в вимикачах при відключеннях неодружених ліній, полегшують умови гасіння дуги при КЗ на лінії. Все це дозволяє знизити впливу на ізоляцію ліній і устаткування і підвищити надійність енергосистем.