CC BY
52
Литература
1. Электроснабжение железных дорог: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1 / И. В. Игнатенко. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. 113 с.
2. Залесова О. В., Якубович М. В. Моделирование влияния железной дороги на линии электропередачи с учётом гармоник тяговой сети // Труды Кольского научного центра РАН. 2010. № 1 (1). С. 102-109.
3. Дроздова О. В., Якубович М. В. Исследование влияния системы тягового электроснабжения переменного тока на отключенные линии электропередачи // Вестник МГТУ. 2010. Т. 13, № 4/2. С. 918-922.
4. Костенко М. В. Влияние электрических сетей высокого напряжения на техно-и биосферу. Учебное пособие. Л., изд. ЛПИ, 1984. 56 с.
5. Залесова О. В., Якубович М. В. Исследование защитного действия рельсов на однопутном участке железной дороги в зоне высокоомных грунтов // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 3 (22). С. 62-67.
6. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т. 1 / Под ред. К. Г. Марквардта. М.: Транспорт, 1980. 256 с.
7. Залесова О. В., Якубович М. В. Наведенные напряжения на отключенных воздушных линиях электропередачи, вызванные воздействием тяговой сети железной дороги переменного тока // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 7 (26). С 50-61.
8. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (приложение к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24 июля 2013 г. N 328н), http://zametkielectrika.ru/novye-pravila-po-oxrane-truda-pri-ekspluatacii-elektroustanovok/.
Сведения об авторах Залесова Ольга Валерьевна,
научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: Drozdova_nord@mail.ru
Богданова Анна Викторовна,
студент кафедра физики, биологии и инженерных технологий филиала Мурманского арктического государственного университета в г.Апатиты, Россия, 184209, Мурманская обл., г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: azarika-vik@yandex.ru
Б01: 10.25702/К8С.2307-5252.2018.16.3.70-75 УДК 621.315.1
Е. М. Шишков, А. В. Проничев, Е. О. Солдусова
АНАЛИЗ ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ САМОКОМПЕНСИРОВАННЫХ РАЗОМКНУТЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Аннотация
Для целей организации продольной компенсации в предыдущих работах авторов предложен способ использования собственной распределенной ёмкости — построение
разомкнутой линии электропередачи с расщеплённой 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. Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи использовались методы математического моделирования в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки элементов SimScapeSimPowerSystems. Исходными данными для анализа являлись геометрические конфигурации опор воздушных линий и параметры сталеалюминевых проводов. Составлена математическая модель для анализа режимов нагрузки и холостого хода разомкнутой линии. Проведён расчёт значений передаваемой мощности, соответствующих различным параметрам: максимально-допустимому отклонению напряжения, длительно-допустимому току, статической устойчивости. Проведен анализ режимов нагрузки трехфазной разомкнутой ВЛЭП. Ключевые слова:
воздушная линия электропередачи, продольная компенсация, самокомпенсированная линия.
E. M. Shishkov, A. V. Pronichev, E. O. Soldusova
ANALYSIS OF MARGINALSTATES OF SELF-COMPENSATED OPEN POWER OVERHEAD TRANSMISSION LINE
Abstract
For the purpose of organizing longitudinal compensation for long-distance overhead power transmission lines, the authors proposed in previous works the method of using own distributed capacitance - the construction of the open power transmission line with a split phase, the components of which are electrically isolated from each other in such a way that a part of the components is connected only to the power supply buses, but part is only to the consumer's tires. In the present paper, the limit of the transmission capacity of open overhead lines for different load values is estimated. Mathematical modeling methods used in the MATLAB / Simulink environment using the SimScapeSimPowerSystems element library to analyze the efficiency of using open power transmission lines. The initial data for the analysis were geometric configurations of overhead-lines supports and parameters of steel-aluminum wires. A mathematical model is developed for the analysis of load conditions and idling of overhead power transmission line. The calculation of the transmitted power values corresponding to various parameters is carried out: the maximum permissible voltage deviation, the long-allowable current, and the static stability. The load conditions of a three-phase overhead power transmission line are analyzed. Keywords:
electrical transmission line, longitudinal compensation, self-compensated line.
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. Актуальность данной темы рассматривается в работах [8, 9].
Целью данного исследования является расчет и анализ режимов нагрузки предложенной в [4] конструкции трехфазной разомкнутой ВЛ.
Результаты. С учётом полученных ранее результатов анализа установившихся режимов РВЛ [10], в настоящей работе проведена оценка предела передаваемой мощности для 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.
С использованием данной модели: проведена оценка градиента напряжения вдоль линии; рассчитана зависимость установившегося отклонения напряжения от величины передаваемой мощности; выполнена оценка предела статической устойчивости линии.
Для каждой из рассматриваемых конфигураций был проведен расчет предела передаваемой мощности по статической устойчивости. Результаты расчета для конфигурации 500 кВ с расщеплением на 2 провода представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Угловая характеристика мощности электропередачи по разомкнутым линиям (500 кВ — 2 провода)
Ввиду бесконечно малого значения продольного индуктивного сопротивления разомкнутой линии — предел передаваемой мощности по статической устойчивости оказался значительно выше чем у воздушных линий стандартной конструкции.
Для разомкнутой линии напряжением 500 кВ с фазой, расщеплённой на два провода АС-700, пропускная способность будет ограничена величиной длительно допустимого тока фазных проводников (рис. 2). Максимально допустимые значения передаваемой мощности, определяемые всеми прочими условиями работы линий, оказываются существенно выше традиционных неразомкнутых линий соответствующей длины.
Рис. 2. Предел передаваемой мощности для РВЛ 500 кВ с расщеплением на 2 провода
Рис. 3. Предел передаваемой мощности для РВЛ 500 кВ с расщеплением на 4 провода
С учётом полученных результатов, в послеаварийных режимах работы разомкнутые линии позволяют обеспечивать увеличение предела передаваемой мощности не менее чем на 40 % по сравнению с традиционными линиями.
Схожие результаты получены при моделировании линии 500 кВ с фазой 4хАС-700 (рис. 3).
Для указанной конфигурации линии определяющим также является ограничение по длительно-допустимому току.
Аналогичные расчёты проведены для линии 750 кВ с 4 проводами (рис. 4) в фазе и с 6 проводами в фазе (рис. 5).
Рис. 4. Предел передаваемой мощности для РВЛ 750 кВ с расщеплением на 4 провода
Рис. 5. Предел передаваемой мощности для РВЛ 750 кВ с расщеплением на 6 проводов
Выводы
Результаты выполненного в работе анализа условий, ограничивающих предел передаваемой мощности разомкнутой линии, позволяют утверждать, что для таких линий главным ограничивающим фактором является величина длительно допустимого тока проводника расщеплённой фазы. Ограничения пропускной способности по условию статической устойчивости для РВЛ превышают соответствующие значения для традиционной конструкции ВЛ в 4-5 раз. В послеаварийных режимах РВЛ обеспечивают не менее чем на 40 % большую пропускную способность, чем традиционные.
Литература
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, МПК8 H 02 J 3/20. Разомкнутая трёхфазная воздушная линия электропередачи переменного тока / В. Г. Гольдштейн, Е. М. Шишков; ФГБОУ "Самарский государственный технический университет". № 2013103649/07; заявл. 28.01.2013; опубл. 20.07.2013, Бюл. № 20.
5. Шишков Е. М., Гольдштейн В. Г., Кривихин И. Н. Математическая модель самокомпенсированной воздушной линии электропередачи. // Сборник докладов VI Международной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжй". Иваново. 2015. С. 620-623.
6. E. Shishkov, V. Goldstein, I. Krivihin, "Open Overhead Transmission Lines", Applied Mechanics and Materials, Vol. 792, pp. 293-299, 2015.
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. Ефимов Б. В., Фастий Г. П., Якубович М. В. Наведенные напряжения на воздушных линиях при неоднородных трассах сближения // Электрические станции, 2002, № 8, С. 32-38.
9. Ефимов Б. В., Якубович М. В. Трехмерное электромагнитное поле неоднородной воздушной линии электропередачи. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2003. 51 с.
10. Проничев А. В., Солдусова Е. О., Шишков Е. М. Оценка предела передаваемой мощности разомкнутой воздушной линии электропередачи // Журнал "Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки", № 2 (54), 2017. С. 139-145.
Сведения об авторах Шишков Евгений Михайлович,
Заместитель директора по науке, информатизации и инновациям филиала Самарского государственного технического университета в г. Новокуйбышевске, к.т.н., Россия, 446218, г. Новокуйбышевск, пр. Победы, д. 15, Тел. +79033094215, эл.почта: e.m.shishkov@ieee.org
Проничев Артем Валерьевич,
Студент 3 курса электротехнического факультета Самарского государственного технического университета,
Россия, 443016, г. Самара, ул. Ново-вокзальная, д. 161Б, кв. 22 Тел. +79379817380, эл.почта: teyoma@bk.ru
Солдусова Елена Олеговна,
Студент 3 курса электротехнического факультета Самарского государственного технического университета,
Россия, 443068, г. Самара, ул. Ново-садовая, д. 106Н, кв. 73 Тел. +79270170351, эл.почта: esoldusova@inbox.ru
