SU1138881A1

SU1138881A1 - Process of transmission of electric power

Info

Publication number: SU1138881A1
Application number: SU833626663A
Authority: SU
Inventors: Виктор Тимофеевич Федин; Георгий Иванович Селиверстов
Original assignee: Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1985-02-07

Description

Изобретение относитс к электроэнергетике и может быть использовано в электротехнике при передаче электроэнергии по одноцепным трехфазным или двухфазным воздушным лини м элект ропередачи.The invention relates to electric power industry and can be used in electrical engineering when transmitting electric power over single-circuit three-phase or two-phase aerial power transmission lines.

Известен способ передачи электроэнергии с помощью электропередачи переменного тока, содержащей одноцепную трехфазную линию электропередачи, к которой приложена симметрична система напр жений.A known method of transmitting electricity by means of an alternating current transmission comprising a single-circuit three-phase transmission line, to which a symmetrical voltage system is applied.

Недостаток таких способа и электропередачи заключаетс в отсутствии возможности изменени фазового сдвига между векторами напр жений отдельных фаз линии электропередачи, в результате чего электропередача обладает недостаточной пропускной способностью Кроме того, в ней не имеетс возможности оптимизации режима по напр жению и реактивной мощности.The disadvantage of such a method and power transmission is the absence of the possibility of changing the phase shift between the voltage vectors of the individual phases of the power line, resulting in the power transmission having insufficient bandwidth. Moreover, it does not have the possibility of optimizing the voltage mode and reactive power.

Известен способ передачи электроэнергии по электропередаче переменного тока, содержащей одноцепную трехфазную линию электропередачи, в которой провода расщепленных фаз расположены по концентрическим поверхност м и к которой приложена симметрична система напр жений (jlj .A known method of transmitting electricity via an alternating current transmission comprising a single-circuit three-phase transmission line, in which the wires of the split phases are located along concentric surfaces and to which a symmetrical voltage system is applied (jlj.

Однако така электропередача не позвол ет измен ть фазовый сдвиг между векторами напр жений различных фаз и, в частности, создавать сдвиг, равный 180 С, в результате чего злектропередача обладает ограниченной пропускной способностью.However, such transmission does not allow a change in the phase shift between the voltage vectors of the various phases and, in particular, to create a shift of 180 ° C, with the result that the electrical transmission has a limited bandwidth.

Известна электропередача переменного тока, содержаща двухцепную линию электропередачи, В начале ив конце каждой цепи линии электропередачи установлены фазосдвигающие устройства . На линии электропередачи провода одноименных фаз разных цепей сближены j/fj .The alternating current power transmission is known, having a double-chain power line. Phase shifters are installed at the beginning of the end of each power line chain. On the power line, the wires of the same phases of different circuits are j / fj.

Способ, реализуемый с помощью такой электропередачи, заключаетс в том, что на линии электропередачи создаетс фазовый сдвиг векторов напр жений одновременно всех фаз од- . ной цепи на одинаковый угол относительно векторов напр жений соответствующих фаз другой цепи. Путем воздействи на фазосдвигающие устройства можно добитьс между напр жени ми сближенных проводов всех фаз разных цепей угла, равного 180 . В этом случае электропередача обладает наибольшей пропускной способностью . Измен фазовьй сдвиг между напр жени ми сближенных проводов каждой пары фаз, можно оптимизировать режим электропередачи по напр жению и реактивной мощности при изменении нагрузки электропередачи.The method implemented by such power transmission is that a phase shift of the voltage vectors of all the phases of one phase simultaneously is created on the power line. circuit at the same angle relative to the voltage vectors of the corresponding phases of the other circuit. By acting on phase shifters, one can achieve between the voltages of contiguous wires of all the phases of different circuits of an angle of 180. In this case, the transmission has the highest throughput. By changing the phase shift between the voltages of the adjacent wires of each pair of phases, it is possible to optimize the power transmission mode for voltage and reactive power when the power transmission load changes.

Однако недостаток известных способа и электропередачи заключаетс в том, что фазосдвигающие устройства данной цепи линии воздействуют одновременно на векторы напр жени всех трех фаз этой цепи линии, создава одновременно сдвиг векторов напр жений всех ваз на один и тот же угол. При этом углы между векторами напр жений каждой пары фаз данной цепи остаютс неизменными. В результате недостаточно используетс фазовьй сдвиг между векторами напр жений дл повышени пропускной способности и оптимизации электропередачи. Поэтому така электропередача обладает повышенной пропускной способностью только в случае выполнени ее двухцепнойHowever, a disadvantage of the known method and power transmission is that the phase-shifting devices of a given circuit of a line act simultaneously on the voltage vectors of all three phases of this circuit of a line, simultaneously creating a shift of the voltage vectors of all vases by the same angle. In this case, the angles between the voltage vectors of each pair of phases of a given circuit remain unchanged. As a result, the phase shift between voltage vectors is underutilized to increase throughput and optimize transmission. Therefore, such transmission has an increased throughput only in the case of its double-circuit

Целью изобретени вл етс повышение пропускной способности одноцепной линии электропередачи.The aim of the invention is to increase the capacity of a single-chain transmission line.

Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу передачи электроэнергии , осуществл емому при помощи фазового сдвига векторов напр жений на трехфазной линии электропередачи , осуществл ют фазовьй сдвиг в пределах 180 векторов напр жений каждой из двух фаз относительно вектора напр жени третьей фазы.This goal is achieved by the fact that according to the method of transmission of electricity carried out using the phase shift of the voltage vectors on the three-phase transmission line, the phase shift is performed within 180 voltage vectors of each of the two phases relative to the voltage vector of the third phase.

На фиг. 1-4 изображены принципиальные электрические схемы электропередачи переменного тока, реализующей предлагаемый способ; на фиг.5-1варианты опор и изол ции проводов друг относительно друга и относительно земли; на фиг, 11 и 12 - векторны диаграммы, по сн ющие работу электропередачи .FIG. 1-4 shows the electrical circuit diagrams of an alternating current that implements the proposed method; Figures 5-1 are embodiments of the supports and the insulation of wires relative to each other and relative to earth; FIGS. 11 and 12 are vector diagrams explaining the operation of the power transmission.

Провода 1-3 (фиг. 1) фаз трехфазной линии электропередачи в начале и конце присоединены к трехфазным шинам А, В и С с помощью независимых фазосдвигающих устройств 4-6 в каждой фазе, осуществл ющих фазовый сдвиг векторов напр жений соответствующих фаз. Со стороны передающей системы 7 устройства 4-6 обеспечивают на линии сдвиг векторов напр жений и, Ug, Ug различных фаз друг относительно друга. В зависимости от режима нагрузки линии электропереда чи угол между любой парой векторов южет быть в пределах 0-180 . При этом с помощью устройств А-6 может одновременно измен тьс также и вели чина векторов напр жений каждой из фаз линии. С помои;ью фазосдвигающих устройств А-б, установленных в конце линии электропередачи , обеспечиваетс сдвиг векто ров напр жений в обратную сторону, в ; результате чего на шины приемной системы 8 подаетс симметрична или несим .метрична система напр жений. При таких независимых фазосдвигающих устройствах.существенным вл ет с то, что они обеспечивают изменение положени вектора напр жений каж дои фазы независимо от положени век торов напр жений других фаз. Электропередача может быть выполнена с фиксированными фазовыми сдвигами напр жений двух фаз относительно напр жений третьей фазы. Наибольша пропускна способность электропередачи обеспечиваетс в том случае Kor}i,jL напр жени двух фаз сдвинуты относительно напр жени третьей фазы на 180 , т.е. по сравнению с симметричной трехфазной системой напр жений напр жение одной фазы сдвинуто на +60, а другой - на . Электропередача может быть выполнена также с регулирующими фазовыми сдвигами напр жений различных фаз, Изменение фазового сдвига напр жений различных фаз линии электропередачи может быть непрерывным, или ди кретным. Дл независимого изменени фазового сдвига напр жений в каждой фазе лини снабжена системой автоматического управлени , в которую вход т измерительно-информационные датчики 9 о параметрах передающей 7 и приемной 8 систем, датчики 10 о па раметрах режима линии электропередачи , устройство 11 выработки управл ющих воздействий и устройства 12-14 синхронного управлени фазосдвигающими устройствами по концай линии электропередачи. Отличительным вл етс то, что каждое из устройств 12-14 воздействует на фазосдвигающее устройство соответствующей одной фа ы. Так, например, устройство 12 синхронного управлени воздействует на фазосдвигающие устройства 4 установленные по концам линии в- фазе А. На фиг. 2 показан вариант электропередачи , и которой фазосдвигающие устройства 4 и 6 установлены только в двух фазах А и С линии электропередачи и котора может св зывать между собой как две разные системы (например , передающую 7 и приемную 8), так. и узлы нагрузок и источники питани одной системы. В систему автоматического управлени режимом вход т измерительно-информационные датчики 10 о параметрах режима линии электропередачи, - устройства: 15 и 16 выработки управл ющих воздействий, установленные на каждом конце линии электропередачи, и устройства 17 и 18 индивидуального управлени фазосдвигающими устройствами 4 и 6 на передающем конце и устройства 19 и 20 индивидуального управлени фазосдвигающими устройствами 4 и 6 на приемном конце. YcTpoiiCTBa 15 и 16 работают по единым алгоритмам. На фиг. 3 изображен вариант электропередачи , у которойвыводы фазосдвигающих устройств 4 и 6 фаз А и С со стороны линии электропередачи объединены в общую точку и присоединены к проводу (или проводам) 1, 3. В этом случае изменение фазового сдвига между проводами 2 и 15 3 сближенных фаз В и А, С обеспечиваетс с помощью фазосдвигающих устройств 5. При фиксированном угле фазового сдвига между векторами напр жений сближенньк фазВ и А, С электропередача может быть выполнена без фазосдвигающих устройств 5, установленных в фазе В. Б электропередаче вместо фазосдвигающих устройств 4-6 одного из:концов линии электропередачи (другой конец линии электропередачи через фазосдвигающие устройства 4-6 присоединен к трехфазным шинам А, В, С питающей стороны) могутобыть присоединены обычные трансформаторы дл питани мощной однофазной нагрузки, что в этом случае вообще исключает на приемном конце линии обратное преобразование несимметричной системы фазных напр жений в симметричную. Отмеченное относитс и к схемам, показанным на фиг. 1 и 2. На,фиг. 4 показан вариант электро передачи с присоединением к линии лшуоопередачи в промежуточных точках мощных однофазных приемников: осветительной и двигательной нагрузок , т говых подстанций электрифицированной железной дороги. Отбор мощности от линии осуществл етс либо непосредственно, например, с помощью трансформаторов TV (питает осветительную и двигательную нагрузку) и Т2 (трансформатор т говой подстанции либо с помощью отход щих линий с про водами 2 и 1, 3 и трансформаторов ТЗ (питает осветительную нагрузку). При чем питание промежуточных однофазных приемников может осуществл тьс как в случае передачи мощности от одних трехфазных шин А, В, С к другим, так одновременно и от двух трехфазных шин А, В, С, т.е. с двух сторон.. На фиг. 5-10 изображены опоры 21 и элементы подвески проводов .22 лиНИИ электропередачи. На фиг. 5-7 и 9 провода всех фаз на опорах расположены в одной плоскости, параллельной оси линии электропередачи, фазы могут быть выполнены расщепленными. На фиг. 8 изображена опора с проводами расщепленных фаз, расположенных по концентрическим поверхност м а на фиг. 10 - опора с расположением проводов 1, 3 и 2 фаз А, С и В друг под другом. Провода отдельных фаз приближены друг к другу. Дл фиксации проводов различньш фаз в пролетах установлены электроизол ционные распорки (не показаны ) . На линии электропередачи (фиг.510 ) сечени проводов 1-3 выполн ютс одинаковыми либо сечение провода 2 средней фазы (фиг. 5-т8) выполн етс большим, чем сечени проводов 1, 3 крайних фаз. Электропередача при св зи двух систем (фиг« 1) работает следующим образом. . Со стороны передающей системы 7 к фазосдвигающим устройствам 4-6 подаетс симметрична трехфазна система напр жений Пд, Ug, U (фиг.11 Дл повышени пропускной способност электропередачи векторы напр жений двух фаз сдвигаютс относительнр вектора напр жени третьей Аазы до Например, векторы Кд и U, сдвигаютс до 180 относительно вектора tin (фиг. 12). При этом обща индуктивность линии становитс наименьшей , емкость наибольшей, волновое сопротивление линии наименьшим, анатуральна мощность наибольшей, в результате чего достигаетс наибольша пропускна способность. Сдвиг векторов напр жений двух фаз относительно вектора напр жени третьей фазы создаетс с помощью фазосдвигающих устройств 4 и 6 соответственно фаз А и С. Наибольший эффект от повьшени пропускной способности достигаетс в том случае, когда провода фазы В, напр жение которой сдвинуто относительно напр жений фаз А и С на 180°, расположены между проводами фаз А и С (фиг; 5-8, провода 2 фазы В расположены между проводами 1 фазы А и проводами 3 фазы С). Электропередача может быть выполнена с фиксированным фазовым сдвигом на напр жений двух фаз по отношению к напр жению третьей фазы. При выполнении электропередачи с регулируемым фазовым сдвигом управление фазосдвигающими устройствами в каждой фазе по концам линии осуществл етс синхронно, в результате чего несимметри напр жений по фазам, образованна фазосдвигающими устройствами на передающем конце, ликвидируетс фазосдвигающими устройствами на приемном конце, и в приемную систему 8 поступает симметрична трехфазна система напр жений. При снижении нагрузки, передаваемой по линии электропередачи, дл оптимизации ее режима фазовый сдвиг между напр жением Ug и напр жени ми Од и U(; измен етс , s результате чего измен ютс индуктивность и емкость линии, а тем самым и величина зар дной мощности линии, при этом установки специальньпс шунтирующих реакторов не требуетс . При сдвиге векторов напр жений двух фаз относительно вектора нпр жени третьей фазы на 180 пропускна способность предлагаемой электропередачи в 1,6-4,0 раза вьш1е пропускной способности обычных одноцепных электропередач . Аналогично электропередаче по фиг, 1 работает электропередача, представленна на. фиг, 2, Особенностью работы электропередачи , показанной на фиг. 3, вл етс то, что оптимизаци режима ее работы осуществл етс с помощью фазосдвига711 ющих устройств 5, установленнвх в фазе В и работающих по единому алгоритму . При отсутствии в фазе В, фазосдвигающих устройств электропередача рабо тает с фиксированным .углом фазового сдвига между векторами напр жений про водов 2 и 1, 3 фаз В и А, С. Эффективность работы электропереда чи, представленной на фиг. 4 достигаетс при электрификации железных дорог (питани электровозов) и примыкающих мощных однофазных потребителей, например поселков городского и сельского типов, тепличных хоз йств и т.д. В этом случае исключаетс третий провод (фаза) продольной линии электропередачи, присоединенной через фазосдвигающие устройства 4-6 к трехфазным шинам.А, В, С. В рассмотренных вариантах электропередачи в качестве фазосдвигающихWires 1–3 (FIG. 1) of the phases of the three-phase transmission line at the beginning and end are connected to the three-phase buses A, B, and C with the help of independent phase shifters 4–6 in each phase, which phase-shift the voltage vector of the respective phases. From the side of the transmitter system 7, devices 4-6 provide on-line shift of the voltage vectors and, Ug, Ug of different phases relative to each other. Depending on the load mode of the transmission line, the angle between any pair of vectors is between 0–180. In this case, using the devices A-6, the magnitude of the voltage vectors of each of the line phases can also be changed simultaneously. With the help of phase shifters AB installed at the end of the transmission line, the vector of voltages is shifted in the opposite direction, in; As a result, a voltage system is supplied to the tires of the receiving system 8. With such independent phase shifters, it is essential that they provide a change in the position of the voltage vector of each phase, regardless of the position of the voltage vector of the other phases. The transmission can be performed with fixed phase shifts of the voltages of the two phases relative to the voltages of the third phase. The highest transmission capacity is ensured in that case Kor} i, jL of the voltage of the two phases is shifted relative to the voltage of the third phase by 180, i.e. compared to a symmetric three-phase voltage system, the voltage of one phase is shifted by +60, and the other - by. Transmission can also be performed with regulating phase shifts of voltages of different phases. The variation of the phase shift of voltages of different phases of a transmission line can be continuous or discrete. To independently change the phase shift of the voltages in each phase of the line, it is equipped with an automatic control system, which includes measurement and information sensors 9 about the parameters of the transmitting 7 and receiving 8 systems, sensors 10 about the parameters of the transmission line mode, the device 11 for generating control actions and devices 12-14 synchronous control of phase-shifting devices at the ends of the transmission line. It is distinctive that each of the devices 12-14 acts on a phase shifter corresponding to one phase. For example, the synchronous control device 12 acts on phase shifters 4 installed at the ends of the line in phase A. In FIG. Figure 2 shows a variant of transmission, and which phase shifters 4 and 6 are installed only in two phases A and C of the transmission line and which can interconnect as two different systems (for example, transmitting 7 and receiving 8), as well. and load nodes and power sources of one system. The automatic mode control system includes measuring and information sensors 10 about the parameters of the power line mode, devices: 15 and 16 generation of control actions installed at each end of the power line, and devices 17 and 18 for individual control of phase shifters 4 and 6 on the transmitting the end and the devices 19 and 20 of individually controlling the phase shifters 4 and 6 at the receiving end. YcTpoiiCTBa 15 and 16 work on the same algorithms. FIG. 3 shows a transmission variant in which the outputs of phase shifters 4 and 6 of phases A and C on the side of the transmission line are combined into a common point and connected to the wire (or wires) 1, 3. In this case, the change in the phase shift between wires 2 and 15 is 3 adjacent phases B and A, C are provided with phase shifters 5. With a fixed phase shift angle between the voltage vectors of close phase B and A, C, the transmission can be performed without phase shifters 5 installed in phase B. B transmission instead of phase 4-6 one of: the ends of the power line (the other end of the power line through phase shifters 4-6 is connected to the three-phase buses A, B, C of the supply side) conventional transformers can be connected to supply a powerful single-phase load, which in this case eliminates completely at the receiving end of the line, the inverse transformation of an asymmetric system of phase voltages into a symmetric one. The noted applies to the circuits shown in FIG. 1 and 2. In FIG. 4 shows a variant of electric transmission with connection to a line of long-distance transmission at intermediate points of high-power single-phase receivers: lighting and motor loads, traction substations of an electrified railway. Power is taken from the line either directly, for example, using transformers TV (supplying lighting and motor load) and T2 (transformer of a traction substation or using outgoing lines with conductors 2 and 1, 3 and transformers TZ (supplying lighting load In this case, the power supply of intermediate single-phase receivers can be realized both in the case of transfer of power from one three-phase bus A, B, C to the others, and simultaneously from two three-phase bus A, B, C, i.e. from two sides. In Fig. 5-10 shows the supports 21 and elements The wires of all phases on the supports are located in one plane parallel to the axis of the transmission line, the phases can be made split. In Figure 8 the support is shown with wires of split phases arranged along concentric lines. The surfaces in Fig. 10 are supported with the arrangement of wires 1, 3, and 2 of phases A, C, and B next to each other. The wires of individual phases are close to each other. To fix the wires of different phases in the spans, electrically insulating struts (not shown) are installed. . On the transmission line (Fig. 510), the sections of wires 1-3 are the same or the section of the middle phase wire 2 (Fig. 5-t8) is larger than the sections of the wires 1, 3 of the outer phases. The transmission during the connection of two systems (Fig. "1") operates as follows. . From the side of the transmitting system 7, a three-phase symmetric system of voltage Pg, Ug, U is supplied to phase shifters 4-6 (Fig.11 To increase the transmission capacity of the two phases, the voltage vectors of the two phases are shifted relative to the voltage of the third Aazy vector to are shifted to 180 relative to the vector tin (Fig. 12). In this case, the total inductance of the line becomes the smallest, the capacitance is greatest, the characteristic impedance of the line is smallest, the anatural power is greatest, with the result throughput. The displacement of the voltage vectors of the two phases relative to the voltage vector of the third phase is created with the help of phase shifters 4 and 6, respectively, of phases A and C. The greatest effect of increasing throughput is achieved when the wires of phase B, the voltage of which is shifted relative to voltage of phase A and C at 180 °, located between the wires of phases A and C (Fig; 5-8; wires 2 of phase B are located between wires 1 of phase A and wires 3 of phase C). Transmission can be performed with a fixed phase shift at the voltages of the two phases relative to the voltage of the third phase. When performing the phase-shift controlled transmission, the phase shifters in each phase are controlled synchronously at the ends of the line, as a result of which the voltage unbalance in phases formed by the phase shifters at the transmitting end is eliminated by the phase shifters at the receiving end, and the receiving system 8 goes symmetrically three phase voltage system. By reducing the load transmitted through the power line, to optimize its mode, the phase shift between the voltage Ug and the voltage Od and U (; changes, s resulting in the inductance and the capacitance of the line, and thus the magnitude of the charging power of the line , the installation of special shunt reactors is not required. When shifting the two phase voltage vectors relative to the third phase voltage vector by 180 the capacity of the proposed transmission is 1.6-4.0 times higher than the capacity of conventional single-circuit elec Similar to the transmission in FIG. 1, the transmission operates as shown in FIG. 2, A feature of the operation of transmission shown in Fig. 3 is that it is optimized using phase shift 711 devices installed in phase B In the absence of phase-shifting devices in phase B, the power transmission operates with a fixed angle of phase shift between the voltage vectors of wires 2 and 1, 3 phases B and A, C. The efficiency of power transmission is presented in FIG. 4 is achieved by electrifying railways (powering electric locomotives) and adjacent powerful single-phase consumers, for example, urban and rural settlements, greenhouses, etc. In this case, the third wire (phase) of the longitudinal transmission line connected through phase shifters 4-6 to three-phase buses is excluded. A, B, C. In the considered variants of transmission as phase shifters

ABCABC

АВд 8 . , 1 устройств, установленных на передающем и приемном концах электропередачи , могут быть использованы многие известные технические решени . При присоединении к приемному концу электропередачи мощной однофазной нагрузки необходимость в симметрирующих фазосдвигающих устройствах конца линии вообще отпадает. Предлагаемое, изобретение может быть использовано при создании одноцепных электропередач как при,сравни тельно невысоких напр жени х 6-220 кВ, так и при высоких и сверхвысоких напр жени х 330-1-150 кВ дл св зи различных систем, потребителей и источников одной системы , электрификации железных дорог , питани . мощных однофазньк потребите лей .AVD 8. , 1 devices installed at the transmitting and receiving ends of the power transmission, many known technical solutions can be used. When connecting a powerful single-phase load to the receiving end of the power transmission, the need for balancing phase-shifting devices at the end of the line is completely eliminated. The proposed invention can be used to create single-circuit power transmissions at relatively low voltages of 6-220 kV, as well as at high and ultrahigh voltages of 330-1-150 kV for communication of various systems, consumers and sources of the same system , electrification of railways, power. powerful single-phase consumers.

А8СA8C

ABCABC

А RCA RC

А ВСA sun

Piff.4Piff.4

Фиг.66

Фиг. 5FIG. five

Фиг.77

Фиг.8 Фиг.9 Фиг.Ю У Фt/г.ffФиг.12Fig.8. Fig.9. U At FT / g.

Claims

(56) METHOD FOR TRANSMISSION OF ELECTRIC POWER, carried out by means of a phase shift of voltage vectors on a three-phase power line, characterized in that, in order to increase the throughput of a single-circuit power line, phase shift is carried out within 180 ° of the voltage vectors of each of the two phases relative to the voltage vector of the third .phases.