Известно, что минимальные потери активной мощности соответствуют режиму сети, в котором распределение мощности по ветвям пропорционально их активным сопротивлениям. Естественное же распределение мощности происходит в соответствии с полными сопротивлениями Z = R + j X. Ввиду того, что в сетях 220 кВ и выше R << X, распределение в соответствии с полными сопротивлениями в большей степени соответствует минимуму потерь реактивной мощности. Оба условия совпадают лишь в том случае, если сеть однородна, то есть когда отношение ξ = X/R на всех участках сети одинаково. В замкнутых контурах, образованных сетями различных номинальных напряжений (рис. 6.1), это условие не соблюдается.
Рис. 6.1. Замкнутый контур, образованный сетями различных номинальных напряжений
Величина ξ для сети высокого напряжения, как правило, больше, чем для сети низкого напряжения, что приводит к появлению уравнительного тока Ī ур = I ур + jI ур , увеличивающего загрузку сети низкого напряжения и снижающего загрузку сети высокого напряжения. Для компенсации уравнительного тока в контур необходимо ввести ЭДС Ē = E + j E , создающую ток, направленный противоположно: Īур = –E /Zк , где Zк = Rк + j Xк – сопротивление контура. Записывая отдельно действительную и мнимую части этого выражения, получим:
Учитывая, что Хк >> Rк, из уравнений (6.3) следует, что продольная составляющая ЭДС Е в основном влияет на перераспределение реактивного тока, а поперечная Е – активного. Поэтому в неоднородных контурах целесообразно внедрение устройств поперечного регулирования (продольное осуществляется существующими трансформаторами).
При отсутствии устройств поперечного регулирования снижение потерь возможно с помощью принудительного изменения потокораспределения путем размыкания сети низкого напряжения. В данном случае необходимо определить, в каком месте следует размыкать сеть, чтобы потери активной мощности были минимальными. В качестве оптимального распределения мощностей принимается их естественное распределение в однородной сети. Для его расчета исходную схему приводят к однородной, подбирая реактивные сопротивления ветвей таким образом, чтобы соблюдались два условия: отношения Хк /Rк для параллельных ветвей должны быть одинаковыми и потери реактивной мощности в преобразованной схеме должны быть равны потерям в исходной схеме. Размыкание сети производят в точках токораздела, полученных при расчете преобразованной схемы. Предварительно необходимо решить вопрос о допустимости такого размыкания с точки зрения надежности электроснабжения и режимов напряжения.
Иногда точки раздела получаются различными для активной и реактивной мощности. В этом случае необходимо сравнить потери при размыкании в каждой из них и выбрать наилучшую. Если элементы рассматриваемого контура не входят в другие контуры (например, две части системы связаны линиями 500 и 220 кВ, работающими параллельно), то можно обойтись без приведения сети к однородной. В этом случае проводят несколько расчетов при различных точках размыкания и выбирают вариант с минимальными потерями в сети в целом.
Оптимальные точки размыкания могут быть различными для режимов наибольших и наименьших нагрузок. Если отсутствует возможность оперативного изменения точек размыкания в течение суток, то выбирают точку, обеспечивающую минимум потерь электроэнергии за сутки:
