Определение напряжения нулевой последовательности с учетом естественной несимметрии параметров воздушной линии электропередачи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.315.1

Д. Г. САФОНОВ В. А. ОЩЕПКОВ С. С. ГИРШИН

Омский государственный технический университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ С УЧЕТОМ ЕСТЕСТВЕННОЙ НЕСИММЕТРИИ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ_

Статья посвящена оценке влияния естественной несимметрии параметров воздушной линии электропередачи на величину напряжения нулевой последовательности в сетях с компенсированной нейтралью. В статье приводится расчет параметров воздушной линии напряжением 35 кВ, а также зависимость напряжения нулевой последовательности от сопротивления дугогасящего реактора.

Ключевые слова: емкость воздушной линии, напряжение нулевой последовательности, дугогасящий реактор, резонанс.

Доля работающих в России автоматических регуляторов настройки компенсации емкостного тока, использующих искусственное смещение нейтрали [1]. Создание искусственной несимметрии реализуется несколькими способами, одним из которых является подключение дополнительного конденсатора к фазе сети.

К недостаткам этого способа можно отнести необходимость использования дополнительной коммутационной аппаратуры, что увеличивает стоимость электрической сети.

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) обладают естественной несимметрией, что может быть использовано для настройки дугогасящего реактора.

1. Расчет параметров воздушной линии 35 кВ. Емкости ВЛ определяются методом зеркальных изображений на основе обращения матрицы потенциальных коэффициентов, которая имеет вид [2, 3]

(1)

Собственные потенциальные коэффициенты неизолированных ВЛ (фиагеналеные элементы) на единицу длины определяются по формуле:

«и «1'2 а1 3 ^ аа а-Ь а } с

а = «2,1 а о 2 «2'3 = аЬ- а- а-с

«3Д «3 ' 2 а3'3 ) «д а- а,

1 2]

ф 1 =-1п—-,

' 2пр, г

(2)

э л=ктричпс кая постоянная;

где е0 = 8,8540-12 ФИ h. — высота располкжения провода данной фазы над поверхностью земли; плр — радиус провода. Взаимные потенциарьные коэффициенты:

1 '

ф , = и,, =-1п —

2пр,д з д

(3)

где г.. — расстояние между пр овода ми фаз . и /; з' ы — расстояние от привода 1 до 2еркального отражения провода / относительноро вер хности земли.

Значение з'ы определяется из геометрических соотношений, с )фет=ф п=ипрнпнта теоремы косинусов по выражение:

з О + 4е„й

(4)

где hmax — наибольшая пыеота 5йа^положения провода фазы над по=ерхностью оемло; hm.n — наименьшая высота расположения офов ода фдзы над поверхносеью гнили.

Обращенная матрица нотенциальноэх коэффа-циентов представляет собой матри]цу коэффициентов электрост^тичб;с^^цо нн-унции:

(

С чн-1 =

\

Д РаЪ Ра Рд С- Р-

Л Сса НсЬ Сс а

(5)

Погонные фазные (С0а, С0Ь, Сд с) и междуфазные (С0 , СдЬс, Сд ) емкости ВЛ о]4]седемются с учетом полученных в (Ч>) соэффицсентсв пс формулам (6) и (7) соответстченнн:

Чо,а=Са +Сэ +Со' Соочфь+ф^+ф+с'

С„'с=фс + Д++И+.

Ч0'-- = ~Р-Ь'

Ч„0с = ~ фЬс ' Ч„'-с = _ф ас .

(6)

58

Рис. 2. Схема замещения электрической сети 35 кВ с компенсированной нейтралью

ной нейтралью, содержащей ВЛ на холостом ходу, без учета активных и индуктивных сопротивлений (рис. 2).

Параметры силового трансформатора (ТДН-25000/110) приводятся к низшему напряжению и определяются с учетом равных мощностей обмоток высшего и низшего напряжений по выражениям [5]:

eP.Ul

(8)

Рт — -

25,

и и2

V _ ^ к % нн — "

25 -100

(9)

%

номи-

Рис. 1. Стальная промежуточная одноцепная опора ВЛ-35 кВ

где АРк — потери коро1—крги замыкания, МВт; и напряжение короткого згмьнкания, %; ин нальное низшее напряжение, кВ; 5 — номинальная мощность трансфо—матора, МВА.

Активное сопротовление ]неактора можно определить через номинальные потери актив ной жощ-ности АР , номинальную мищиость 5 и номиналь-

р' 1 1 ном,р

ное напряжение и р —акто

^ ни л

РВ л=ЬРв

и;

'е2ЬЛ,

00-

Индуктивное соиро—ивление роактора настраивается на фазную емкость в- соответствует сумме емкостных сопротильижий не з е^л^оою еоодушной ли -нии (при резонансе):

X —-И-,

ГтЬ(Л0,а ИС 0,4И Со.)

(1ь )

где а — циклитеская чалк^оие, о к

3. Опрод—лрниь тал](5К2вюы1ая и^'п^во1в посл—до-вательности. Ио мелтдл узитвыи птелнцнaоов для схемы замещения (оиС; 2) запишем систему уравнений для узлов 1—0 [Р]:

ИВ ык1 К Л- ып и Ло Оо К И5- ыо — Ло (-

и ы-( и- Ы(о и, е ы2 к и( ы24 — е22, те ыз-00 в И К в <02ооК и ыъ- — 0во-И- ы-1 К т ы-0 К т ы-3 00 т- ао-- = 0-- ■

(12)

Представим результаты расчета емкостей ВЛ напряжением 35 кВ, выполненной на стальных опорах (рис. 1) [4], по выражениям (6, 7):

С0а = 4,78440-9 Ф/км, С01 = 4,27040-9 Ф/км, С0с = 4,51740-9 Ф/км, С'\ =1,307•Ю-9 Ф/км,

0,аС ' '

С0с = 1,76710-9 Ф/км,

0,Сс ' '

С0 =1,170 •Ю-9 Ф/км.

Анализ результатов расчета емкостей ВЛ показывает:

— различие фазных емкостей составляет до 5,7 % относительно среднего значения по фазам;

— различие междуфазных емкостей составляет до 25 % относительно их среднего значения.

2. Определение параметров схемы замещения электрической сети. Для определения напряжения нулевой последовательности составим схему замещения электрической сети 35 кВ с компенсирован-

где С11, С22, С33, С— — сумма прооодимксоей ветвей, сходящихля в cлотьетслвзющлм ивлл с номером в индексе; С11, С13, М-4, 02, С,24, С31, С32 С34, С41, с42, С43 — суммы протопимoетей ветвлй, —епосред-ственно след—еяю щ мк —злы о номе рами в и ндексе, взятая со знактм минтс „

Определи— с^Мар—ью проворимости ветвей с учетом проводлмостей отдельлых велве2:

Ы[l=Щl0КЩl2КЩкКЩl--

ы ИВ "е щ20 "К <022 К щ20 Кщ2-,

М — 0г:0+,]Зз1+.Рз2К Зо--

ыз- — ЩЗ0 КЩ31 КЩЗ2 К З-0.

(13)

Определим у—ловые то мои ооотаезствующих узлов:

ег]l — 3М12 Щ12 К М13 Щ-З кМ-- Щ-Х 0 22 — М12 Щ12 -

(14)

59

333 - Т13В—'

3 44 - Е14 2£14.

ЭДС ветве й сз от—етствуют ЭДС трехфазной системы напряжением 35 кВ, которые определяются по выражениям:

Тз 1= 2„2„7В; Е14 - 2„2„7еч12„ В; Т12 — 2„2„7еы1°„ В.

(15)

Решением системы уравнений (12) является определение потенциалов узлов 1—4 схемы замещения (рис. 2), в том числе узла 1 ((ф1), являющимся напряжением смещения нейтрали ¡7М. Согласно [7], реактор должен настраиваться на фазную емкость с рассогласованием до 0,2. Величина напряжения нулевой последовательности определяется в зависимости от изменения индуктивного сопротивления дугогасящего реактора в интервале (0,8-1,2) Хр (рис. 3).

Из графика (рис. 3) видно, что при настройке дугогасящего реактора на резонанс (максимальное значение кривой напряжения ¡7М), напряжение нулевой последовательности может превышать 12 кВ.

Выводы.

1. Наличие естественной несимметрии воздушной линии, появляющейся ввиду различных значений фазных и междуфазных емкостей, приводит к появлению напряжения нулевой последовательности.

2. Максимальное значение напряжения нулевой последовательности достигается при настройке реактора в резонанс.

3. Максимальная величина напряжения смещения нейтрали в значительной степени зависит от добротности контура нулевой последовательности. В связи с тем, что добротность контура достаточно высокая, напряжение нулевой последовательности может превышать номинальное фазное напряжение, что необходимо учитывать при использовании дугогасящих реакторов.

Библиографический список

1. Миронов, И. А. Дугогасящие реакторы в сетях 6-35 кВ. Автоматическая компенсация емкостного тока / И. А. Миронов // Новости электротехники. — 2007. — № 5 (47). — Режим доступа : http://www.news.elteh.ru/arh/2007/47/06.php. (дата обращения: 21.12.2015).

2. Теоретические основы электротехники : учеб. для вузов. В 3 т. Т. 3 / К. С. Демирчан [и др.]. — СПб. : Питер, 2006. — 377 с.

3. Бессолицын, А. В. Разработка методики численного расчета продольных параметров воздушной линии на основе трех-

Рис. 3. Зависимость напряжения нулевой последовательности от сопротивления дугогасящего реактора

мерной краевой задачи / А. В. Бессолицын, О. А. Новоселова, М. Г. Попов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2010. — № 2. — С. 50 — 55.

4. Герасимов, В. Г. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. В. Г. Герасимова [и др.] ; гл. ред. А. И. Попов. — 9-е изд., стер. — М. : Изд-во МЭИ, 2004. — 964 с.

5. Идельчик, В. И. Электрические системы и сети : учеб. для вузов / В. И. Идельчик. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 592 с.

6. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Л. А. Бессонов. — М. : Высшая школа, 1996. — 580 с.

7. Сирота, И. М. Режимы нейтрали электрических сетей / И. М. Сирота, С. Н. Кисленко, А. М. Михайлов. — Киев : На-укова думка, 1985. — 264 с.

САФОНОВ Дмитрий Геннадьевич, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».

Адрес для переписки: SafonovDG@mail.ru ОЩЕПКОВ Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». Адрес для переписки: energoowa@mail.ru ГИРШИН Станислав Сергеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». Адрес для переписки: stansg@mail.ru

Статья поступила в редакцию 30.12.2015 г. © Д. Г. Сафонов, В. А. Ощепков, С. С. Гиршин