CC BY
48
Список литературы
1. Nikolayev M. U., Nikolayeva E. V., Lyashkov A. A. Data measuring channels calibration procedure // 2016 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) 2016. Р. 1-4. DOI: 10.1109/Dynamics.2016.7819052.
2. Николаев М. Ю., Николаева Е. В., Лесков И. А., Бирюков С. В., Лариошкин В. А., Варварский А. В. Calibration algorithm automation for data measuring channels of electrical power systems // 2017 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics) 2017. P. 1-6. DOI: 10.1109/Dynamics.2017.8239489.
3. Макаров В. В., Кузнецова О. П., Николаев М. Ю. Влияние электрического воздействия на эффективность работы фильтров систем газоочистки // XII International Conference Radiation-thermal Effects and Processes in Inorganic Materials; Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 168. DOI: 10.1088/1757-899X/168/1/012005.
УДК 621.315.1
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАЗОМКНУТЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ANALYSIS ELECTRIC REGIMES OF OPEN OVERHEAD TRANSMISSION LINES
А. В. Проничев1, Е. О. Солдусова1, Е. М. Шишков2
'Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия 2Филиал Самарского государственного технического университета, г. Новокуйбышевск, Россия
А. V. Pronichev1, E. O. Soldusova1, E. M. Shishkov2
'Samara state technical university, Samara, Russia 2Branch of Samara state technical university, Novokuibyshevsk, Russia
Аннотация. Для целей организации продольной компенсации на сверхдальних воздушных линиях электропередачи в предыдущих работах авторов предложен способ использования собственной распределённой ёмкости - построение разомкнутой линии электропередачи с расщепленной фазой, составляющие которой электрически изолированы друг от друга таким образом, что часть составляющих подключена только к шинам источника питания, а часть - только к шинам потребителя. В настоящей работе произведена оценка предела передаваемой мощности разомкнутых воздушных линий при различных значениях нагрузки. Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи использовались методы математического моделирования в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки элементов SimScape SimPowerSystems. Исходными данными для анализа являлись геометрические конфигурации опор воздушных линий и параметры сталеалюминиевых проводов. Составлена математическая модель для анализа режимов нагрузки и холостого хода разомкнутой линии. Проведен расчёт некоторых аварийных режимов работы разомкнутой линии. С использованием данной модели проведена оценка некоторых видов замыканий. Результаты первичного анализа аварийных режимов РВЛ позволяют утверждать о возможности использования традиционных принципов организации защит линий. В режимах с шунтированием внутрифазной ёмкости не происходит нарушения устойчивости работы линии, однако, для обнаружения внутрифазных повреждений необходимо предусматривать нетоковые виды релейных защит: дистанционные, высокочастотные.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, продольная компенсация, самокомпенсированная линия.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-3-72-77
I. Введение
Установки продольной компенсации являются неотъемлемым элементом сверхдальних передач переменного тока [1]. Одним из способов достижения цели продольной компенсации - уменьшения продольной индуктивности воздушной линии (ВЛ) - является настройка линии на резонанс напряжений или резонанс токов. Эта идея была предложена в работах И.И. Соловьёва и А.А. Вульфа [2] в первой половине XX века. Позднее профессором Н.Ф. Ракушевым в работе [3] был предложен способ реализации данной идеи - разомкнутая линия электропередачи, каждая фаза которой состоит из двух изолированных друг от друга проводников, один из которых (прямая составляющая) подключен к шинам передающей подстанции, а второй (встречная составляющая) - к шинам приёмной. При достаточной длине линии взаимная емкостная проводимость, созданная между прямой и обратной составляющий, могла бы полностью скомпенсировать собственную индуктивность линии.
В работе [4] авторами предложена усовершенствованная конструкция разомкнутой ВЛ выполненная по принципу расщепления фазы. В такой линии прямая и встречная составляющая расщеплённой фазы подвешены на одной траверсе и отделены друг от друга диэлектрическими распорками. При этом на одной опоре могут располагаться все три фазы разомкнутой ВЛ. В работе [5] авторами предложена математическая модель в фазных координатах, учитывающая принципиальную несимметрию разомкнутой ВЛ как трёхфазной системы, а в работе [6] - способ реализации этой модели в виде методик расчёта установившегося режима линии.
В работе [7] рассматривался вопрос определения оптимальной конструкции расщепленной фазы разомкнутой воздушной линии, однако расчеты производились на однофазной модели.
Целью данного исследования является расчет и анализ режимов нагрузки предложенной в [4] конструкции трехфазной разомкнутой ВЛ.
II. Постановка задачи
Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи используются методы математического моделирования в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки элементов SimScape SimPowerSys-tems. Выполнен анализ режимов работы линий двух классов напряжения (500 и 750 кВ) и трех вариантов конструкций расщепленной фазы (рис. 1). Сведения об анализируемых линиях представлены в табл. 1.
ТАБЛИЦА 1 СВЕДЕНИЯ ОБ АНАЛИЗИРУЕМЫХ ЛИНИЯХ
Конфигурация пролёта
Класс напряжения, кВ Тип промежуточных Высота подвеса фазы, м Марка про-
опор вода в фазе
500 Промежуточные опоры на оттяжках ПБ1 27.2 АС-700/86
750 Промежуточные опоры на оттяжках ПП750-1 35 АС-500/64
¿¿7 СМ
п В
а) 6) в)
Рис. 1. Схема конструкции расщепленной фазы общего участка разомкнутой ВЛ: а - расщепление на 2 провода в фазе (класс напряжения 500 кВ); б - расщепление на 4 провода в фазе (класс напряжения 500 и 750 кВ); в - расщепление на 6 проводов в фазе (класс напряжения 750 кВ)
C учётом полученных ранее результатов анализа установившихся режимов РВЛ [8] в настоящей работе проведен расчёт некоторых аварийных режимов работы разомкнутой линии. Для этого модель общего участка линии представлена в виде четырёх последовательно соединённых блоков многопроводной схемы замещения, каждый из которых моделирует участок равной длины (рис. 2).
С использованием данной модели проведена оценка следующих видов замыканий:
• внутрифазное КЗ (замыкание между прямой и обратной составляющей);
• внутрифазное КЗ с участием земли;
• замыкание прямой или обратной составляющей на землю.
III. Результаты экспериментов
Режим внутрифазного КЗ - аварийный режим, характерный только для линии с продольной компенсацией. Опасность данного режима заключается в шунтировании внутрифазной ёмкости, которое может привести к нарушению устойчивости работы линий.
Рис. 2. Математическая модель в среде МАТЬАБ^тиИпк для расчета некоторых аварийных режимов работы
трехфазной разомкнутой ВЛ
Однако результаты моделирования (рис. 3) кратковременно возникающего внутрифазного КЗ позволяют говорить лишь о незначительных изменениях напряжения в повреждённой фазе.
Рис. 3. Результаты моделирования кратковременно возникающего внутрифазного КЗ
При этом ток в месте установки защиты изменяется незначительно (рис. 4), что вынуждает использовать дистанционные либо высокочастотные защиты для обнаружения данного вида замыканий.
Удаленность места замыкания от начала линии, км Ток КЗ • Ток нагрузки
Рис. 4. Внутрифазное КЗ
Как и следовало ожидать, в режиме внутрифазного замыкания с участием земли наблюдается значительная несимметрия напряжений (рис. 5).
Рис. 5. Результаты моделирования однофазного КЗ
Характер изменения тока в месте установки защит позволяет использовать для защиты от замыканий на землю те же виды защит, что и для традиционных линий (рис. 6).
Рис. 6. Однофазное КЗ
Последний вывод подтверждается и при анализе режима замыкания на землю только одной из составляющих расщеплённой фазы (рис. 7).
Рис. 7. Замыкание прямой составляющей расщепленной фазы на землю
Характерной особенностью замыкания на землю обратной составляющей расщеплённой фазы является отсутствие гальванической связи между шинами источника питания и местом короткого замыкания.
Поскольку мощность передаётся в точку КЗ через внутрифазное емкостное сопротивление, наибольшее значение тока в месте КЗ и в месте установки защит наблюдается при КЗ в середине линии (рис. 8).
3000
| 2500
о
н
CJ
я 2000
о 3"
ш
" 1500
ts
о
0
1 1000 —
s
а
о я я
н
о >.
500
О
______ *--i *------
0
240 480 720 960
Удаленность места замыкания от начала линии, км Ток КЗ и Ток нагрузки Рис. 8. Замыкание обратной составляющей расщепленной фазы на землю
IV. Выводы и заключение
В работе построена математическая модель трехфазной разомкнутой ВЛ для расчёта некоторых аварийных режимов работы разомкнутой линии. С использованием данной модели проведена оценка следующих видов замыканий:
• внутрифазное КЗ (замыкание между прямой и обратной составляющей);
• внутрифазное КЗ с участием земли;
• замыкание прямой или обратной составляющей на землю.
Результаты первичного анализа аварийных режимов РВЛ позволяют утверждать о возможности использования традиционных принципов организации защит линий. В режимах с шунтированием внутрифазной ёмкости не происходит нарушения устойчивости работы линии, однако для обнаружения внутрифазных повреждений необходимо предусматривать нетоковые виды релейных защит: дистанционные, высокочастотные.
Список литературы
1. Готман В. И., Глазачев А. В., Бацева Н. В. Продольная компенсация дальних электропередач с промежуточными системами // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319, № 4. С. 68-75.
2. Вульф А. А. Проблема передачи электрической энергии на сверхдальние расстояния по компенсированным линиям. М.: Госэнергоиздат, 1945. 83 с.
3. Ракушев Н. Ф. Сверхдальняя передача энергии переменным током по разомкнутым линиям. М.: Госэнергоиздат, 1957. 160 с.
4. Пат. 130458 РФ, МПК 8 H 02 J 3/20. Разомкнутая трёхфазная воздушная линия электропередачи переменного тока / Гольдштейн В. Г., Шишков Е. М. № 2013103649/07; заявл. 28.01.13; опубл. 20.07.13, Бюл. № 20.
5. Шишков Е. М., Гольдштейн В. Г., Кривихин И. Н. Математическая модель самокомпенсированной воздушной линии электропередачи // Электроэнергетика глазами молодёжи: сборник докладов VI Междунар. науч.-техн. конф. Иваново, 2015. С. 620-623.
6. Shishkov E., Goldstein V., Krivihin I. Open Overhead Transmission Lines // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 792. Р. 293-299.
7. Проничев А. В., Кривихин И. Н., Шишков Е. М., Гольдштейн В. Г. Определение оптимальной конфигурации расщепленной фазы для самокомпенсированных разомкнутых линий электропередачи // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VII Международной научно-технической конференции, 19-23 сентября 2016, Казань. В 3 т. Т 1. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. С. 198-201.
8. Проничев А. В., Солдусова Е. О., Шишков Е. М. Оценка предела передаваемой мощности разомкнутой воздушной линии электропередачи // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки. 2017. № 2 (54). С. 139-145.
