Содержание материала

НЕСИММЕТРИЧНЫЕ И НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ РЕЖИМЫ

  1. 1. Общие сведения

Практически все рабочие режимы электрических сетей являются несколько несимметричными и несинусоидальными. В то же время часто отклонения от нормальных условий являются незначительными и их не учитывают при практическом анализе работы сети (см. гл. 2). Однако в настоящее время в ряде случаев возникают условия, при которых несимметрия и несину- соидальность кривых токов и напряжений могут быть достаточно значительными. Эти условия являются вынужденными или создаются преднамеренно. Устранение их может быть нежелательным или нецелесообразным с экономической точки зрения.
При анализе установившихся режимов работы электрических сетей практическое значение имеют следующие виды несимметрии:

  1. Несимметричная нагрузка фаз. В наибольшей степени она имеет место при однофазных нагрузках значительной мощности. К числу таких нагрузок относятся — дуговые электрические печи, сварочные аппараты, электровозы однофазного переменного тока и-т. п. Мощность однофазных нагрузок питающих сетей в настоящее время может достигать десятков мегаватт.
  2. Неполнофазные режимы работы ВЛ, а иногда и трансформаторов практически используются в послеаварийных режимах на период ремонта поврежденного элемента. Например, известно, что наибольшее число (80—90%) устойчивых повреждений ВЛ являются однофазными. Поэтому в случае питания потребителей одиночной линией напряжением 110—220 кВ, работающей с заземленной нейтралью, целесообразно оборудовать ее пофазным управлением. При повреждении одного фазного провода он отключается, а потребитель получает питание по двум фазам. Это существенно повышает надежность электроснабжения потребителей и не требует сооружения дорогой резервной линии. То же относится и к группам из однофазных трансформаторов.
  3. Различие параметров фаз отдельных элементов сети. В основном это касается ВЛ. Для выравнивания параметров фаз ВЛ применяют транспозицию проводов (см. гл. 1). Однако транспозиционные опоры имеют более сложную и дорогую конструкцию. Вероятность повреждений на этих опорах значительно выше, чем на опорах обычных типов. С целью снижения общего числа транспозиционных опор линии длиной до 100 км сооружаются без транспозиции, на линиях большей длины применяются удлиненные циклы транспозиции.

Необходимость учета различия параметров фаз ВЛ зависит от типа линии и характера задачи. Для одиночной воздушной линии относительно небольшой длины и невысокого напряжения, например для линии 35 кВ длиной 20 км, различие в параметрах фаз сравнительно мало и им можно пренебречь. В то же время при наличии протяженной воздушной сети 35 кВ, питающейся от общего трансформатора, различие параметров фаз сказывается на значениях суммарных емкостных токов фаз. Это может быть весьма существенным, например, при настройке дугогасящей катушки в нейтрали трансформатора или мри выборе уставок соответствующей релейной защиты.
Некоторые типы релейной защиты должны быть отстроены от токов, возникающих вследствие различия параметров фаз, например, для линий напряжением 330 кВ и выше с удлиненными циклами транспозиции.
Определение параметров ВЛ при различии их по фазам относится к числу специальных вопросов. Они рассматриваются, например, в [Л. 25, 27].
Несинусоидальность формы кривой напряжений и токов вызывается главным образом наличием нагрузки от вентильных выпрямителей. В случае однофазных вентильных выпрямителей система токов и напряжений каждой частоты одновременно является несимметричной.

Несимметричные и иесинусоидальные режимы работы электрических сетей имеют определенные недостатки (см. § 4-1). В ряде случаев при этом могут существенно ухудшиться или даже оказаться неприемлемыми технические и экономические показатели работы ЭП и электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. В связи с этим приходится принимать специальные меры для снижения несимметрии и уменьшения токов высших гармоник. ГОСТ установлены определенные допустимые показатели несимметрии и несииусоидальности токов и напряжений в электрических сетях и у ЭП (см. § 4-1). Для проверки соответствия фактических показателей допустимым приходится производить расчеты несимметричных и иесинусоидальных режимов.

Рис. 3-1. Наложение на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности.
Ниже рассматриваются основные положения расчетов несимметричных режимов. Расчеты несинусоидальных режимов могут быть произведены аналогично, при этом должны составляться соответствующие схемы замещения для каждой гармоники. Следует иметь в виду, что рассмотренные ниже методы являются в определенной степени приближенными. Это связано в первую очередь с тем, что изменение нагрузок предполагается заранее известным или, как говорят, детерминированным. Такое предположение является практически более обоснованным при расчетах симметричных режимов (см. [Л. 25]). При несимметричных и несинусоидальных режимах изменение нагрузок отдельных фаз может быть взаимно независимым и иметь случайный характер, как это имеет место, например, в случае электротяговых нагрузок. Более обоснованным в этих случаях является применение вероятностно-статистических методов расчета. Подробно эти методы изучаются в специальных курсах (см., например, [Л. 37]).

Известно [Л. 16], что несимметричная трехфазная система напряжений и токов может быть разложена на системы симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательностей. При этом составляющие обратной и нулевой последовательностей обычно значительно меньше по величине соответствующих составляющих прямой последовательности. На рис. 3-1 на систему напряжений прямой последовательности наложена система напряжений обратной последовательности, а на рис. 3-2 —система нулевой последовательности. В первом случае несимметричными являются системы фазных и междуфазных напряжений. Во втором случае несимметрична только система фазных напряжений, а система междуфазных напряжений является симметричной.

Рис. 3-2. Наложение на систему прямой последовательности системы нулевой последовательности.
В зависимости от назначения и характера расчеты несимметричных режимов могут производиться в системе фазных координат или в системе симметричных координат.