Maßnahmen zur Verbesserung der Stabilität und des Dauerbetriebs von Stromleitungen über große Entfernungen

Bei der Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen spielt die Stabilität des Parallelbetriebs der Stromleitung die wichtigste Rolle. Abhängig von den Stabilitätsbedingungen steigt die Übertragungskapazität der Leitung proportional zum Quadrat der Spannung. Daher ist die Erhöhung der Übertragungsspannung eine der effektivsten Möglichkeiten, die Belastung eines Stromkreises zu erhöhen und somit die Anzahl paralleler Stromkreise zu verringern .

In Fällen, in denen es technisch und wirtschaftlich nicht möglich ist, sehr große Leistungen in der Größenordnung von 1 Million kW oder mehr über große Entfernungen zu übertragen, ist eine sehr deutliche Spannungserhöhung erforderlich. Gleichzeitig nehmen jedoch die Größe der Geräte, ihr Gewicht und ihre Kosten sowie die Schwierigkeiten bei ihrer Herstellung und Entwicklung erheblich zu. In diesem Zusammenhang wurden in den letzten Jahren Maßnahmen zur Erhöhung der Kapazität von Übertragungsleitungen entwickelt, die kostengünstig und gleichzeitig recht effektiv wären.

Unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit der Kraftübertragung kommt es darauf an, wie statisch und dynamisch die Stabilität des Parallelbetriebs ist. Einige der im Folgenden besprochenen Aktivitäten sind für beide Arten der Stabilität relevant, während andere in erster Linie für eine davon gelten, die diskutiert wird in -unten.

Geschwindigkeit abseits der Geschwindigkeit

Der allgemein akzeptierte und kostengünstigste Weg, die übertragene Leistung zu erhöhen, besteht darin, die Zeit zum Ausschalten des beschädigten Elements (Leitung, separater Abschnitt, Transformator usw.) zu verkürzen, die aus der Aktionszeit besteht Relaisschutz und die Betriebszeit des Schalters selbst. Diese Maßnahme wird häufig auf bestehende Stromleitungen angewendet. Was die Geschwindigkeit betrifft, wurden in den letzten Jahren sowohl beim Relaisschutz als auch bei den Leistungsschaltern viele große Fortschritte erzielt.

Die Bremsgeschwindigkeit ist nur für die dynamische Stabilität und vor allem für Verbundleitungen im Falle von Fehlern auf der Übertragungsleitung selbst wichtig. Bei Blockübertragungen von Energie, bei denen ein Fehler auf der Leitung zum Abschalten des Blocks führt, ist die dynamische Stabilität bei Fehlern im empfangenden (sekundären) Netz wichtig und daher muss für eine möglichst schnelle Beseitigung des Fehlers gesorgt werden in diesem Netzwerk.

Anwendung von Hochgeschwindigkeitsspannungsreglern

Bei Kurzschlüssen im Netz kommt es aufgrund des Flusses großer Ströme immer zu der einen oder anderen Spannungsreduzierung. Spannungseinbrüche können auch aus anderen Gründen auftreten, beispielsweise bei schnellem Lastanstieg oder beim Abschalten des Generatorstroms, was zu einer Leistungsumverteilung zwischen einzelnen Stationen führt.

Ein Spannungsabfall führt zu einer starken Verschlechterung der Stabilität des Parallelbetriebs... Um dies zu verhindern, ist ein schneller Spannungsanstieg an den Enden der Leistungsübertragung erforderlich, der durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Spannungsreglern erreicht wird, die Einfluss nehmen die Erregung der Generatoren und erhöhen deren Spannung.

Diese Aktivität ist eine der günstigsten und effektivsten. Es ist jedoch erforderlich, dass die Spannungsregler Trägheit aufweisen, und außerdem muss das Erregungssystem der Maschine die erforderliche Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung und ihre Größe (Multiplizität) im Vergleich zum Normalzustand bereitstellen, d. h. die sogenannte Decke ".

Verbesserung der Hardwareparameter

Wie oben erwähnt, der Gesamtwert Übertragungswiderstand umfasst den Widerstand von Generatoren und Transformatoren. Aus Sicht der Stabilität des Parallelbetriebs kommt es auf die Reaktanz an (der Wirkwiderstand beeinflusst, wie oben erwähnt, die Leistung und den Energieverlust).

Der Spannungsabfall an der Reaktanz eines Generators oder Transformators bei seinem Nennstrom (Strom, der der Nennleistung entspricht), bezogen auf die Normalspannung und ausgedrückt als Prozentsatz (oder Teile einer Einheit), ist eine der wichtigen Eigenschaften eines Generator oder Transformator.

Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen werden Generatoren und Transformatoren auf ein spezifisches Verhalten ausgelegt und hergestellt, das für den jeweiligen Maschinentyp optimal ist. Reaktanzen können innerhalb gewisser Grenzen schwanken und eine Verringerung der Reaktanz geht in der Regel mit einem Anstieg der Größe und des Gewichts und damit der Kosten einher.Allerdings ist der Preisanstieg bei Generatoren und Transformatoren relativ gering und wirtschaftlich durchaus gerechtfertigt.

Einige der bestehenden Übertragungsleitungen verwenden Geräte mit verbesserten Parametern. Es ist auch zu beachten, dass in der Praxis teilweise Geräte mit Standard-(typischen) Reaktanten verwendet werden, jedoch mit einer etwas höheren Leistung, insbesondere berechnet für einen Leistungsfaktor von 0,8, tatsächlich jedoch entsprechend der Art der Leistungsübertragung , sollte voraussichtlich 0,9 bis 0,95 betragen.

In Fällen, in denen die Leistung vom Wasserkraftwerk übertragen wird und die Turbine eine Leistung entwickeln kann, die um 10 % und manchmal sogar mehr über der Nennleistung liegt, kommt es bei Drücken, die den berechneten Wert überschreiten, zu einer Erhöhung der vom Generator abgegebenen Wirkleistung ist möglich.

Änderung der Beiträge

Im Falle eines Unfalls fällt eine der beiden parallelen Leitungen, die in einem verbundenen Schema und ohne Zwischenauswahl betrieben werden, vollständig aus und daher verdoppelt sich der Widerstand der Stromleitung. Bei relativ kurzer Länge der verbleibenden Arbeitsleitung ist eine Übertragung der doppelten Leistung möglich.

Bei Leitungen größerer Länge werden besondere Maßnahmen ergriffen, um den Spannungsabfall in der Leitung auszugleichen und ihn auf der Empfangsseite der Energieübertragung konstant zu halten. Zu diesem Zweck kraftvoll Synchronkompensatorendie Blindleistung an die Leitung senden, die teilweise die nacheilende Blindleistung kompensiert, die durch die Reaktanz der Leitung selbst und der Transformatoren verursacht wird.

Allerdings können solche Synchronkompensatoren die Betriebsstabilität einer langen Kraftübertragung nicht garantieren.Um bei langen Leitungen eine Reduzierung der übertragenen Leistung im Falle einer Notabschaltung eines Stromkreises zu vermeiden, können Schaltpole eingesetzt werden, die die Leitung in mehrere Abschnitte unterteilen.

An den Schaltstellen sind Sammelschienen angeordnet, an die einzelne Abschnitte der Leitungen mit Hilfe von Schaltern angeschlossen werden. Bei Vorhandensein von Polen wird im Falle eines Unfalls nur der beschädigte Abschnitt abgeschaltet, und daher erhöht sich der Gesamtwiderstand der Leitung geringfügig, beispielsweise bei 2 Schaltpolen nur um 30 % und nicht um das Doppelte. wie es bei fehlenden Schaltstellen der Fall wäre.

Bezogen auf den Gesamtwiderstand der gesamten Energieübertragung (einschließlich des Widerstands von Generatoren und Transformatoren) wird der Widerstandsanstieg noch geringer ausfallen.

Trennung von Drähten

Die Reaktanz eines Leiters hängt vom Verhältnis des Abstands zwischen den Leitern zum Radius des Leiters ab. Mit zunehmender Spannung vergrößern sich in der Regel auch der Abstand der Drähte und deren Querschnitt und damit der Radius. Daher schwankt die Reaktanz in relativ engen Grenzen und wird in Näherungsberechnungen üblicherweise mit x = 0,4 Ohm/km angenommen.

Bei Leitungen mit einer Spannung von 220 kV und mehr wird das sogenannte Phänomen beobachtet. "Krone". Dieses Phänomen ist mit Energieverlusten verbunden, die insbesondere bei schlechtem Wetter erheblich sind. Um übermäßige Koronaverluste zu vermeiden, ist ein bestimmter Durchmesser des Leiters erforderlich. Bei Spannungen über 220 kV erhält man dichte Leiter mit einem so großen Querschnitt, dass dies wirtschaftlich nicht vertretbar ist.Aus diesen Gründen wurden hohle Kupferdrähte vorgeschlagen und haben einige Verwendung gefunden.

Aus Sicht der Korona ist die Verwendung von geteilten Drähten anstelle von Hohldrähten effizienter. Ein geteilter Draht besteht aus 2 bis 4 separaten Drähten, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.

Wenn sich der Draht spaltet, vergrößert sich sein Durchmesser und als Folge davon:

a) Energieverluste aufgrund der Korona werden deutlich reduziert,

b) sein Blind- und Wellenwiderstand nimmt ab und dementsprechend erhöht sich die Eigenleistung der Stromleitung. Die natürliche Kraft der Linie erhöht sich ungefähr bei der Teilung von zwei Strängen um 25–30 %, bei drei bis zu 40 %, bei vier um 50 %.

Längsausgleich

Mit zunehmender Länge der Leitung nimmt deren Reaktanz entsprechend zu und dadurch verschlechtert sich die Stabilität des Parallelbetriebs deutlich. Die Reduzierung der Reaktanz einer langen Übertragungsleitung erhöht deren Tragfähigkeit. Eine solche Reduzierung lässt sich am effektivsten dadurch erreichen, dass nacheinander statische Kondensatoren in die Leitung eingebunden werden.

Solche Kondensatoren wirken in ihrer Wirkung entgegengesetzt zur Wirkung der Selbstinduktivität der Leitung und kompensieren diese somit bis zu einem gewissen Grad. Daher trägt diese Methode den allgemeinen Namen Längskompensation... Je nach Anzahl und Größe der statischen Kondensatoren kann der induktive Widerstand für die eine oder andere Leitungslänge kompensiert werden. Das Verhältnis der Länge der kompensierten Leitung zu ihrer Gesamtlänge, ausgedrückt in Teilen oder in Prozent, wird als Kompensationsgrad bezeichnet.

Im Übertragungsleitungsabschnitt enthaltene statische Kondensatoren sind ungewöhnlichen Bedingungen ausgesetzt, die bei einem Kurzschluss sowohl auf der Übertragungsleitung selbst als auch außerhalb dieser, beispielsweise im Empfangsnetz, auftreten können. Am schwerwiegendsten sind Kurzschlüsse auf der Leitung selbst.

Wenn große Notströme durch die Kondensatoren fließen, steigt die Spannung in ihnen, wenn auch nur für kurze Zeit, erheblich an, was jedoch gefährlich für ihre Isolierung sein kann. Um dies zu vermeiden, wird den Kondensatoren ein Luftspalt parallel geschaltet. Wenn die Spannung an den Kondensatoren einen bestimmten, vorgewählten Wert überschreitet, wird die Lücke unterbrochen und so ein paralleler Pfad für den Fluss des Notstroms geschaffen. Der gesamte Vorgang erfolgt sehr schnell und nach Abschluss ist die Leistungsfähigkeit der Kondensatoren wieder wiederhergestellt.

Wenn der Kompensationsgrad 50 % nicht überschreitet, ist die Installation am besten geeignet statische Kondensatorbänke in der Mitte der Linie, während ihre Leistung etwas reduziert wird und die Arbeitsbedingungen erleichtert werden.