CC BY
8
УДК 621.316.3
О. А. Филатов, Е.В. Петрова, Н.В. Кириченко, С. С. Гиршин, А. А. Бубенчиков,.А.Я. Бигун Омский государственный технический университет, г. Омск
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НЕИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ВАРИАЦИИ НАГРУЗКИ
При определении потерь электрической энергии в воздушных линиях электроэнергетических систем с учетом температуры токопроводящих жил используются различные методы расчета [1-6]. Эти методы используются в основном для расчета неизолированных проводов традиционного исполнения и отличаются коэффициентами теплоотдачи конвекцией (табл. 1) и рядом других особенностей. Представляет интерес сравнение методов [1-4] на основе расчетов превышения температуры провода 1;пр над температурой воздуха 1;в (Д1=1в-1;пр), потерь в проводе (ДР) и коэффициента теплоотдачи ( ак) для скорости ветра 0,6 м/с. Целесообразно плотности тока ] принять равной ] = 1 А/мм2 или ] = 3 А/мм2. Анализ можно проводить по величинам отклонения Д1;, ДР от средних значений этих величин найденных по всем семи методам расчета (табл. 1) согласно формулам:
А?
А? =
Аг,
- А?
ср
•100%
(1)
ср
АР - АР
отк
АР = 1
ср -100°/о
(2)
отк Р А
ср
где
А?
отк ?
АР
отк
- соответственно температура перегрева провода и потери активной мощности в проводе;
А?
ср ?
АР
соответственно среднее значение температуры перегрева про-
вода и среднее значение потерь активной мощности в проводе; 1 - номер метода.
В процессе исследования сравнивались методы, использующиеся для естественной конвекции (ак3, ак4, ак6) и методы, предназначенные для вынужденной конвекции (ак], ак2, ак5, ак7), учитывающие скорость ветра т.е. у^0. Расчеты проводились для традиционных неизолированных проводов марки АС разных диаметров при у=0.6 м/с, с использованием комплекса программ [7], в котором реализованы методы [1-4].
Различные варианты расчетов отклонений исследуемых величин от средних значений, полученных в результате проведенных численных экспериментов указаны в табл. 2.
202
Анализ данных табл. 2 и исследования [8, 9] показали, что отклонения потерь активной мощности во всем диапазоне сечений при плотности тока ] = 1 А/мм2 не превышают 1%.
Можно отметить также практически одинаковые значения
АР
отк
по различным формам усреднения. В этих условиях представляется возможным при плотности тока ] = 1 А/мм2 использовать для практических расчетов потерь активной мощности любой из рассматриваемых методов. Отклонение по превышению температуры (табл.2) достигает 60%. Значительные величины А^тк
объясняются в этом случае малым значением Аср . Она составляет 1.7
0С. Абсолютные же значения отклонений от среднего значения Аtср не превышают 0,9 0С.
Коэффициенты теплоотдачи конвекцией проводов воздушных линий Таблица 1
Г
_ НТ
ср
в в
ср
4
в
№ мето- Сформированная в [6] со- Тип конвек- Обозначение Организация,
да (под- использующая
вокупность уравнений, результатов
хода) ции подход в настоящее
Вт/м -К расчета
время
1 «к2 = 7,80836 (к^Г вынужденная V- скорость ветра а, Воротн Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» -ВНИИЭ (г. Москва)
2 V а = 1,7507 к1 а вынужденная а - диаметр провода а, Герасим с V Сибирский федеральный университет (г.Красноярск) Южно-Российский государственный технический университет (г. Новочеркасск)
(А/)0,3 ак3 = 1,61053 а 0,25 естественная А/нар а, Герасим
3 а, 4 = 4 83 А/ °,288к М56 к 4 0,274 0,316 т а естественная Тср=(Тпр+Тв)/2 а, МЭИ Московский энергетический институт (г. Москва)
к (Vкнт )0,6 а = 25,884 ” НТ к 5 т 0,298а 0,4 вынужденная Т =/ +273 а, МЭИ с V
4 Р А/ а = 0, 0749 • к6 т а естественная Р - атмосферное давление а, СИП Омский государственный технический университет (г. Омск)
ак 7 = 0,044 к ("Х (т.а) вынужденная а, СИП с V
Приведенный в таблице коэффициент кНТ учитывает изменение плотности воздуха от высоты.
203
Таблица 2
Усредненные величины по методам Максимальное отклонение от среднего, %
А/ отк АР отк
] = 1 А/мм2 ] = 3 А/мм2 '] = 1 А/мм2 ] = 3 А/мм2
Естественная конвекция - 15 12 - 20 15 - 0,9 0,9 - 7 5
Вынужденная конвекция - 40 20 - 35 25 - 0,6 0,5 - 6 10
Вынужденная и естественная конвекции совместно - 60 60 - 50 40 - 0,6 1 - 14 15
Повышение плотности тока до ] = 3 А/мм2 значительно меняет картину графиков и величину отклонений
А/
отк
и АР
отк
при различных формах усреднения. Вместе с тем, значения
АРотк
отк
в диапазоне сечений от 16 мм2
до 240 мм2
находятся в пределах 5%. Исследования показали, что при ] = 3 А/мм2 и v=0,6 м/с для практических расчетов потерь активной мощности или электрической энергии в проводах сечением до 240 мм можно использовать любой из семи методов. В диапазоне сечений от 240 мм2 до 500 мм2 целесообразно рекомендовать методы с использование коэффициентов ак1, ак2, ак4, ак6, ак7 (табл.1) В указанном диапазоне все упомянутые методы характеризуются отклонениями, не превышающими также 5%. Предпочтение в этом диапазоне может быть отдано методу с использованием коэффициента ак4 специально разработанному для указанного диапазона сечений проводов и естественной конвекции. Удовлетворительной точностью характеризуются и усовершенствованный метод с использованием коэффициента ак2 и разработанные методы с использованием коэффициентов ак6, ак7. Особенностью последних методов, которая повышает точность расчета, являются учет, в отличие от всех других методов, величины атмосферного давления. Указанные три методы созданы и реализованы в программном комплексе в Омском государственном техническом университете. Кроме того, как показали результаты моделирования, для скоростей ветра больших 0,6 м/с, в частности для v=3 м/с, метод с использование ак7 положительно отличается наименьшими отклонениями (не более 1% для всех сечений) от всех рассматриваемых методов, применяемых при условиях вынужденной конвекции (ак¡, ак2, ак5, ак7). Несколько меньшую, но также удовлетворительную на практике точность в диапазоне скоростей от 3м/с до 5м/с показывает метод с использованием метод ак2.
Проведенный выше анализ, а также тепловизионные исследования температур проводов в реальных условиях эксплуатации показали, что в широком диапазоне скоростей ( 0.6 м/с < V < 5 м/с), нагрузок (1А/мм2 <] < 3А/мм2) и сечений проводов можно рекомендовать разработанные в Омском государственном техническом университете методы с использованием коэффициентов ак2, ак7 (табл. 2) и специально созданных математических моделей.
Библиографический список
1. Воротницкий, В. Э. Оценка погрешностей расчета потерь электроэнергии в ВЛ из-за неучёта метеоусловий / В.Э. Воротницкий, О. В. Туркина // Электрические станции. - 2008. -№ 10. - С. 42-49.
2. Зарудский, Г.К. Уточнение выражений для расчета температуры проводов воздушных линий электропередачи сверхвысокого напряжения / Г.К. Зарудский, С.Ю. Сыромятников // Вестник МЭИ. Электроэнергетика. - 2008. - № 2. - С.37-42.
204
3. Левченко, И. И. Нагрузочная способность воздушных линий электропередачи в экстремальных погодных условиях / И. И. Левченко, Е. И. Сацук // Электричество. - 2008. -№ 4. - С. 2-8.
4. Герасименко, А. А. Комплексной учет режимно - атмосферных факторов в расчете активного сопротивления и потерь электроэнергии в ЛЭП / А. А. Герасименко, И. В. Шульгин, Г. С. Тимофеев // Межвуз. сб-к научных трудов —Оптимизация режимов работы электрических системП. - Красноярск.- 2008.- С. 188-206.
5. Математическая модель расчета потерь мощности в изолированных проводах с учетом температуры / С.С. Гиршин [и др.] // Омский научный вестник. - 2009. - № 3(83). -С. 176-179.
6. Анализ выражений для коэффициентов теплоотдачи конвекцией используемых при тепловых расчетах воздушных линий электропередачи / А. А. Бубенчиков [и др.] // Энергоэффективность : материалы международ. научн.-практ. конф. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010.
- С. 4-9.
7. Моделирование нагрева проводов воздушных линий электропередачи с учетом режимных и атмосферных факторов / А. А. Бубенчиков [и др.] // Энергоэффективность / Материалы междунар. научн-практ. конф. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - С. 39-44.
8. Сравнение современных методов расчета потерь мощности в воздушных линий электропередачи с учетом погодных условий / В. Н. Горюнов [и др.] // Энергоэффективность
/ матер. международ. науч.- практ. конф.- Омск ; Изд-во ОмГТУ, 2G1G. - С. 79-84
9. Численное моделирование коэффициентов теплоотдачи конвекцией проводов воздушных линий с учетом токовой нагрузки и атмосферных факторов / А. А. Бубенчиков, С. С. Гиршин, Е. В. Петрова [и др.] // Энергоэффективность / Материалы междунар. научн-практ. конф. - Омск і Изд-во ОмГТУ, 2G1G. - С. 88-94.
