В проекте рассматриваются характерные установившиеся режимы работы электропередачи. Среди нормальных представляют интерес два крайних режима: наибольшей и наименьшей передаваемой мощности. Помимо нормальных, подлежит рассмотрению наиболее тяжелый послеаварийный режим.
Для указанных рабочих режимов выполняются расчеты по оптимизации режимных параметров при соблюдении всех режимно-технических ограничений, целями которой являются:
- выбор экономически обоснованной установленной мощности компенсирующих устройств;
- обеспечение требований по регулированию напряжения у потребителей промежуточной подстанции.
Расчеты режимов проводятся с использованием схемы замещения электропередачи, в которую участки линий вводятся четырехполюсниками или П-образными схемами замещения с учетом распределенности параметров тех линий, длина которых превосходит 250 км. Все установленное силовое оборудование (трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы) учитывается соответствующими схемами замещения.
Исходная информация к расчетам задается в виде трех режимных параметров, одним из которых является передаваемая активная мощность, соответствующая данному режиму. Двумя другими параметрами могут быть напряжения на концах участка электропередачи или напряжение и реактивная мощность на одном из концов участка. При последнем сочетании параметров расчет ведется методом систематизированного подбора.
В проектных расчетах режимов ВЛ СВН принимаются следующие допущения: распределение напряжения по длине линии считается соответствующим идеализированной ВЛ; активные сопротивления проводов вычисляются с введением поправки на среднемесячные температуры воздуха; потери мощности при коронировании проводов учитываются как сосредоточенные отборы мощности на концах участков электропередачи; потерями активной мощности намагничивания трансформаторов и шунтирующих реакторов пренебрегают.
В результате последовательного рассмотрения рабочих режимов может происходить уточнение установленной мощности компенсирующих устройств, что делает возможным улучшение параметров ранее рассчитанных режимов.
4.1. Расчет режима наибольшей передаваемой мощности. Определение целесообразного перепада напряжения на концах головного участка электропередачи
Передаваемая мощность в рассматриваемом режиме может быть как больше, так и меньше натуральной для каждого участка электропередачи. Поэтому характер распределения напряжения по длине участков может получаться различным. С целью уменьшения потерь активной мощности желательным является обеспечение возможно более высоких значений напряжения в промежуточных и узловых точках электропередачи, ограниченных высшим длительно допустимым напряжением для проводов по условиям коронирования и наибольшим рабочим напряжением электрических аппаратов.
Задача расчетов состоит в отыскании экономически целесообразного отношения значений перепада напряжения в начале и конце головного участка электропередачи. Такому перепаду соответствуют минимальные затраты, приведенные к одному году срока окупаемости. В затратах учитываются капитальные вложения в дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства (КУ) на промежуточной подстанции, издержки на амортизацию, ремонт и обслуживание КУ, а также затраты на возмещение потерь электроэнергии при ее передаче потребителям и потерь в КУ.
Методика нахождения оптимального перепада напряжения на головном участке электропередачи заключается в задании ряда значений перепада напряжения (К) и расчете режимных параметров для каждого значения перепада. По балансу реактивной мощности находятся мощности компенсирующих устройств на промежуточной подстанции, потери энергии в линиях и компенсирующих устройствах и определяются приведенные затраты, соответствующие данному значению перепада напряжения. В случае, если передаваемая в режиме максимальных нагрузок мощность 
, то первый расчет делается при одинаковых напряжениях на концах первого участка
. Величина Uнбр принимается равной 1,05 Uном для напряжений 750 и 500 кВ и 1,1 Uном для 330 кВ.
Затем напряжение снижают ступенями примерно по 5 кВ, и для каждой ступени находят приведенные затраты. Одновременно строится зависимость 
и находится точка минимума этой кривой, после чего расчет можно прекратить.
Наименьшее возможное значение напряжения определяется нижней границей диапазона устройства регулирования под нагрузкой (РПН) автотрансформатора.
В случае, когда передаваемая мощность
, то начальный расчет целесообразно выполнять при несколько сниженных значениях напряжения по концам первого участка по сравнению с
вплоть до
(при увеличенной длине участка).
В дальнейшем расчеты ведутся аналогично. После нахождения оптимального значения U2 следует найти промежуточную точку, где установится максимальное значение напряжения; определив это значение, проводят проверку отсутствия общего коронирования проводов и недопустимых радиопомех.
Следует отметить, что не во всех случаях удается найти точку минимума кривой 
. Ее положение зависит от длины линии и передаваемой мощности, и она может быть расположена за границей допустимых значений напряжения. Поэтому в этих случаях значение напряжения U2 и мощность КУ определяются по найденным наименьшим затратам.
Когда номинальное напряжение ВЛ для первого участка выбрано более высоким, чем для второго, режимы работы участков могут рассчитываться и анализироваться независимо в предположении, что за счет РПН коэффициента трансформации автотрансформаторов промежуточной подстанции каждому значению напряжения в конце первого участка соответствует одно и то же напряжение в начале второго участка. В случае, если для двух участков приняты одинаковые номинальные напряжения, их режимы оказываются взаимосвязанными, так как создание перепада напряжения на первом участке (К > 1) приводит к возникновению перепада на втором участке (К < 1). Поэтому в расчетах мощности КУ учитывается изменение реактивной мощности в начале второго участка и контролируется величина cos φс в конце его, а в расчетах приведенных затрат - возмещение потерь энергии при ее передаче по двум участкам.
После нахождения минимальных приведенных затрат можно выделить диапазон равно экономичных перепадов напряжения, соответствующий увеличению затрат на 5% по сравнению с минимальными. Внутри этого диапазона выбирается целесообразное значение перепада на основании решения вопроса об установленной мощности КУ.
Число обычно применяемых синхронных компенсаторов (СК) принимается с учетом резервирования (не менее двух), а их установленная мощность согласуется с пропускной способностью обмоток низшего напряжения автотрансформаторов. При большой установленной мощности СК рассматриваются следующие варианты; увеличение установленной мощности автотрансформаторов; подключение части СК к дополнительному двухобмоточному трансформатору; применение в качестве КУ шунтовой конденсаторной батареи, включенной на среднем напряжении подстанции. Выбор одного из этих вариантов обосновывается техникоэкономическими расчетами.
Если при найденном оптимальном значении перепада напряжений реактивная мощность на отправном конце все же стекает с линии, делается проверка возможности потребления избыточной реактивной мощности генераторами станции и решается вопрос об установке шунтирующих реакторов в начале электропередачи.
Для найденного оптимального значения перепада напряжений находится коэффициент мощности генераторов передающей станции и делается вывод о его приемлемости.
В заключение выполняются расчеты, связанные с необходимостью отрегулировать уровни напряжения на шинах низшего и среднего напряжения промежуточной подстанции в соответствии с требованиями (5). Для получения желаемых значений напряжения выбираются коэффициенты трансформации с учетом применяемого типа РПН, способа и диапазона его регулирования. Выясняется, требуется ли установка линейных регулировочных трансформаторов и какой должна быть их схема включения. Определяются действительные значения напряжения и их отклонения от желаемых.
При наличии в конце электропередачи автотрансформаторов связи с шипами подстанции приемной системы для них также производится выбор ответвлений устройства РПН, чтобы обеспечить требуемый коэффициент трансформации.
Расчет режима малых нагрузок. Мероприятия по компенсации зарядной мощности электропередачи
В режиме малых нагрузок мощность, передаваемая по линии, меньше натуральной, поэтому в линии возникает избыточная реактивная мощность, которая стекает с линии, загружая генераторы передающей станции и приемную систему. Одновременно повышается напряжение в средней зоне наиболее длинного участка электропередачи, что может привести к возникновению короны в этой зоне и резкому увеличению радиопомех, генерируемых линией.
Отсюда предметом расчета режимов малых нагрузок является:
- определение величины реактивной мощности, стекающей с линии в ее начале и конце, и решение вопроса о необходимости полной или частичной ее компенсации;
- выбор мощности компенсирующих устройств, предназначенных для потребления реактивной мощности, стекающей с линии;
- определение напряжения в средней точке линии; в случае, если его значение оказывается больше допустимого, необходимо разработать мероприятия для снижения напряженности электрического поля на поверхности провода.
В режиме малых нагрузок напряжение по концам наиболее длинного участка может быть принято меньше номинального. При этом перепад напряжений для этого участка принимается, как правило, равным единице Величина напряжений по концам участка определяется со стороны питающей станции условиями работы системы автоматического регулирования возбуждения, со стороны промежуточной подстанции - возможным диапазоном регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой между шинами высшего и среднего напряжения. Необходимо, чтобы напряжение на шинах среднего напряжения, от которых питается нагрузка подстанции, было на 5 — 10% выше номинального. В случае, если нагрузка питается от шин высшего напряжения, необходимо учитывать возможный диапазон регулирования трансформаторов и автотрансформаторов, размещенных в сети, питаемой отходящими линиями.
С учетом этих требований напряжение по концам головного участка обычно может быть принято в диапазоне (0,95-1,0)Uном. При этом необходимо найти напряжение в середине линии и проверить напряженность поля на поверхности проводов на возможность возникновения общего коронирования и радиопомех. Более точно величина напряжений по концам линии может быть найдена расчетным путем. Задаваясь напряжением в середине линии, равным длительно допустимому значению, и используя метод условного разделения линии на две части по точке потокораздела реактивных мощностей, находят высшие возможные значения напряжения по концам головного участка.
Зная напряжения по концам линии, можно найти реактивную мощность начала и конца линии. При этом для начала линии необходимо проверить загрузку генераторов передающей станции стекающей с линии реактивной мощностью с помощью "P-Q - диаграммы" для принятого типа генератора или, в случае ее отсутствия, задаваться коэффициентом мощности генераторов (в режиме потребления реактивной мощности) не ниже 0,97-0,98.
При расчете необходимо учитывать потери реактивной мощности на намагничивание и в обмотках повышающих трансформаторов станции. Следует также учитывать, что часть генераторов в этом режиме может быть отключена. При наличии других линий, отходящих от станции, необходимо учитывать реактивную мощность и этих линий.
Если вся стекающая с линий реактивная мощность не может быть потреблена генераторами, необходимо рассмотреть подключение шунтирующего реактора. Его мощность определяется по балансу реактивных мощностей данного узла.
Нагрузка промежуточной подстанции в этом режиме также снижается. Баланс реактивной мощности промежуточной подстанции должен учитывать реактивную мощность конца головного участка передачи, реактивную мощность нагрузки подстанции и реактивную мощность на входе линии связи с системой. Причем последняя составляющая должна определяться исходя из того, что напряжение на шинах системы принимается неизменным во всех режимах и равным номинальному. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициент мощности на шинах системы был не ниже заданного в случае, если система отдает реактивную мощность в линию. Если в рассматриваемом режиме система принимает реактивную мощность с линии, то необходимо принять меры к тому, чтобы эта мощность не превышала заданную величину.
В этом режиме на промежуточной подстанции может возникнуть избыток реактивной мощности, который должен поглощаться компенсирующими устройствами. При наличии на подстанции синхронных компенсаторов, мощность которых определена по режиму наибольших нагрузок, последние должны быть переведены в режим потребления реактивной мощности. При этом мощность, которая может быть потреблена синхронными компенсаторами, определяется с учетом их продольного синхронного реактивного сопротивления.
Если располагаемая мощность имеющихся синхронных компенсаторов окажется недостаточной для решения этой задачи, необходимо или увеличить их установленную мощность и выбирать ее по режиму потребления, или же устанавливать шунтирующие реакторы на стороне высшего или среднего напряжения. Окончательное решение должно приниматься на основе технико-экономических сопоставлений различных вариантов.
Расчет послеаварийного режима
В качестве послеаварийного рассматривается наиболее тяжелый режим передачи, возникающий при отключении линии или одной цепи на том участке передачи, по которому передается наибольшая мощность. При этом изменяются перетоки реактивных мощностей, возрастают фазные токи оставшихся в работе участков передачи, снижаются напряжения в ее узловых точках, уменьшается ее пропускная способность.
Задачей расчета в данном случае является определение допустимости такого режима и выбор средств, обеспечивающих работу передачи.
В курсовом проекте должны быть рассмотрены:
- Перетоки реактивных мощностей по линиям и уровни напряжения на шинах высшего и среднего напряжений промежуточной подстанции. Величина напряжения на шинах высшего напряжения может быть снижена по сравнению с нормальным режимом, но значения напряжения на шинах, от которых питается нагрузка, должны быть в пределах, обеспечивающих ее нормальную работу. При этом необходимо учесть возможность регулирования напряжения с помощью РПН автотрансформаторов подстанции и трансформаторов распределительной сети.
- Достаточность мощности компенсирующих устройств, выбранных по условиям нормальных режимов. При этом должна быть учтена возможность форсировки мощности синхронных компенсаторов примерно на 20% за счет увеличения давления водорода в системе охлаждения. В случае необходимости эта мощность должна быть скорректирована.
- Пропускная способность передачи в случае, когда сохраняется передача энергии от передающей станции в приемную систему. Если коэффициент запаса по статической устойчивости в послеаварийном режиме будет меньше нормативного, следует рассмотреть возможность снижения передаваемой мощности, сооружение переключательных пунктов, установок продольной компенсации и др.
