CC BY
39УДК 621.311.1
ОЦЕНКА ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ДВУХЦЕПНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
А.А. Альмендеев1
Самарский государственный технический университет 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Рассматривается взаимовлияние двухцепных воздушных линий электропередачи, приведена методика определения активных и индуктивных сопротивлений линии, показана зависимость изменения удельных параметров линии от режима работы электроэнергетической системы.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, активное сопротивление, индуктивное сопротивление, фазировка
Как показывает опыт эксплуатации, при уменьшении расстояний между осями параллельных воздушных линий электропередачи (ВЛ) становится заметным влияние цепей друг на друга через взаимную индуктивность и емкость. Такое взаимовлияние наиболее значительно на двухцепных ВЛ, когда расстояние между цепями соизмеримо с междуфазными расстояниями. Двухцепные линии находят широкое применение в распределительных и транзитных сетях 35, 110 и 220 кВ и оказывают существенное влияние на режим работы электроэнергетических систем (ЭЭС). Это влияние необходимо учитывать при оперативном ведении и корректировке текущих режимов энергосистем, при производстве ремонтных работ, а также при выборе уставок релейной защиты и расчете противоаварийной автоматики [1].
Исследование и учет взаимовлияния линий электропередачи при эксплуатации и проектировании электроэнергетических систем, разработка методики для расчета режимов ЭЭС являются актуальными задачами, стоящими перед современной электроэнергетикой. Актуальность таких задач обусловлена еще и тем, что в последние годы наметился постоянный рост потребления мощности, а наиболее эффективное использование взаимовлияния ВЛ ведет к повышению пропускной способности линий и снижению в них потерь мощности и напряжения.
В проектной практике известны различные предложения по использованию взаимовлияния линий с целью увеличения пропускной способности двухцепных ВЛ благодаря рациональному размещению проводов [2, 3]. При этом снижение эквивалентного индуктивного сопротивления достигается за счет рационального использования взаимного влияния между цепями. При расположении фазных проводов двухцепных ВЛ на опорах соответствующим образом может быть снижена несимметрия фазных величин [4].
Согласно [2-4], имеется шесть вариантов расположения проводов на двухцепной опоре (рис.1). Во всех шести вариантах влияние цепей друг на друга неодинаково, вследствие чего может меняться активное и индуктивное сопротивление линии, а также пропускная способность и потери электроэнергии.
1 Альмендеев Андрей Аркадьевич, аспирант в-таИ: Л1те^ееуаа@гатЫег. ги
Следует заметить, что в приведенных ранее работах не уделяется достаточного внимания режиму работы энергосистемы, в соответствии с которым цепи линии могут быть неравномерно нагружены и может меняться характер передаваемой по линии мощности.
Р и с. 1. Варианты фазировки двухцепной ВЛ
Целью данной работы является анализ изменения удельных активных и индуктивных сопротивлений цепей линии в результате изменения фазировки на ВЛ. В статье приводится анализ изменения параметров ВЛ с учетом режима работы энергосистемы.
При определении индуктивных сопротивлений трехфазной линии исходным параметром является сопротивление линии «провод-земля». Индуктивное сопротивление такой линии может быть с достаточной для практики точностью определено как сопротивление двухпроводной линии [1]:
^ = 0,1451в —,
Р э.п.
где Dз - эквивалентная глубина расположения обратного провода в земле; рэп -эквивалентный радиус провода, учитывающий наличие внутреннего магнитного поля провода.
Активное сопротивление линии в схеме замещения нулевой последовательности равно сумме активного сопротивления провода гп и сопротивления гз , учитывающего потери активной мощности в земле от протекающего в ней тока.
Таким образом, сопротивление линии «провод-земля» ZL вычисляется по фор-
муле
ZL = гп + гз + /0,145^
Р э.п.
Сопротивление взаимоиндукции проводов двух линий «провод-земля»
ZМ = Г3 + ;0,1451в ^ ,
где D - расстояния между двумя линиями «провод-земля».
Сопротивление прямой последовательности одной цепи трехфазной двухцепной линии (рис. 2) можно определить исходя из схемы рис. 3. При этом падение напряжения на участке АА/ (фаза А)
ли АЛ = ZL IА + Zм ІВ + Zм іс + Zм Іа + Zм ІЬ + Zм іс .
(1)
б
д
а
в
г
е
При делении полученного из выражения (1) значения падения напряжения в фазе А (участок АА) на протекающий в фазе ток 1а можно определить сопротивление фазы А на заданном участке.
Р и с. 2. Двухцепная ВЛ Р и с. 3. Исходная схема для двухцепной
линии без тросов
Аналогично определяются сопротивления остальных фаз двухцепной линии. Получив, таким образом, сопротивления в фазах А, В, С одной цепи и фазах а, b, с другой цепи, находим сопротивление прямой последовательности каждой из цепей:
Z 1(1) = 3(Za + Zb + Zc ); Z 1(її) = 3(Za + Zb + Zc ),
где Z 1(і), Z 1(ii) - сопротивления прямой последовательности первой и второй цепи.
В том случае, если грозозащитный трос воздушной линии разрезан на отдельные участки, каждый из которых заземлен с одного конца, а с другого конца установлен искровой промежуток, трос из-за отсутствия контура для протекания токов не оказывает влияния на сопротивление линии.
В случаях, когда грозозащитные тросы многократно заземляются, в тросах наводятся токи, которые, в свою очередь, влияют на протекание токов в линии. Сумма токов прямой последовательности, протекающих по линии, близка к нулю; соответственно, ток в тросе, который к тому же протекает через заземлитель опоры ВЛ, практически равен нулю. Следовательно, в случае многократного заземления грозозащитного троса его влиянием на сопротивление линии можно пренебречь.
Используя приведенную высшее методику, определим, каким образом может меняться удельное активное и индуктивное сопротивление цепей двухцепной линии электропередачи при изменении фазировки на опорах, как показано на рис. 1. Анализ изменения удельных сопротивлений проводится для линии 110 кВ с типом опор П110-2 и маркой провода АС 185/24; данная марка провода и тип опоры находят широкое применение в сетях 110 кВ.
В соответствии с режимом работы электроэнергетической системы по линии электропередачи могут передаваться как активная, так и реактивная мощности. В цепях отношения активной к реактивной мощности могут не совпадать, другими словами, каждой из цепей соответствует свой cos j (j является углом между векто-
рами напряжения и тока). Вектор напряжения в обеих цепях должен совпадать, так как это - необходимое условие для секционирования шин в распределительных устройствах на подстанциях. Следовательно, в зависимости от характера передаваемой по линии мощности меняется направление вектора тока, протекающего в цепи. Изменение направления векторов тока в цепях относительно друг друга отражается на взаимовлиянии цепей линии и вызывает изменение активного г0 и индуктивного х0 сопротивлений.
22
Ш :
и
т
ГЦ Щ/кп
____ >< у\.
5 В '■‘/Ї О £ 2 Лф
и 60 123 Ш Ш 300 360
а
ОМ
0.38
ОХ
Я? Ш/к» ^ 1 _
р п
60 120 180 240 300 360
в
&
т
и
/й Ом/км
с '
3 ' ё Е £ ' а 3
Ар
и 60 123 Ш 240 300 360
б
ш
йЩг
038
034
Лі? Ш/кН
Р % 5 а 3 3А Ар
60 120 180 240 300 360
г
Р и с. 4. Зависимости удельных активного и реактивного сопротивлений цепей ВЛ от А р при различных вариантах фазировки:
а, в - первая цепь линии; б, г - вторая цепь линии
На рис. 4 показана зависимость сопротивления цепей от А ф. Как видно на рисунке, активное и индуктивное сопротивления цепей изменяются, при этом суммарное активное сопротивление линии неизменно, а суммарное индуктивное сопротивление линии также меняется. Зависимости (см. рис. 4) позволяют определить значения угла Аф, при которых один из вариантов фазировки (см. рис. 1) может быть более предпочтительным с позиции пропускной способности и возникающих на линии потерь электроэнергии.
Следует сказать, что в большинстве случаев на двухцепных ВЛ угол Аф изменяется незначительно и находится в пределах от -50 до 50, при этом оптимальным по критерию пропускной способности является вариант е (см. рис. 1). Однако могут возникать режимы работы энергосистемы, при которых потоки мощности в цепях направлены встречно (Аф» 180 ); в этом случае предпочтительным является вариант а (см. рис. 1).
В электроэнергетической системе могут существовать режимы работы ВЛ, при которых распределение нагрузки по цепям двухцепной линии может быть неравномерным. Такой вариант характерен для распределительных ВЛ с отпайками. На распределительных линиях часто встречаются участки, на которых одна из цепей более
нагружена, чем другая. На рис. 5 изображены зависимости активного г0 и реактивного х0 сопротивлений от относительной мощности цепи при различных вариантах фазировки. Относительная мощность цепи 8отн представляет собой отношение передаваемой по цепи мощности Sцепи к суммарной мощности 8линии, передаваемой по двухцепной ВЛ.
V = V / V
отн цепи линии
оз
06
ОА
02
о
ХоМ V і/км
.4 о и
^ - \д
а 2 0 і а 6 0. $12ж< 8 Ь
0.3
06
ОА
0.2
шш V і/км
.4 о и
^ - ■■■
а 2 0 і а 6 0. $12ж< 8 Ь
Р и с. 5. Зависимости удельных активного и реактивного сопротивлений ВЛ от относительной мощности 8отн при различных вариантах:
а, в - первая цепь линии; б, г - вторая цепь линии
Из анализа зависимостей (см. рис. 5) следует, что более нагруженная цепь оказывает существенное влияние на цепь с меньшей нагрузкой. Такое влияние не всегда учитывается в проектной практике и при эксплуатации электрических сетей, где в большинстве случаев при расчетах используют справочные значения сопротивлений. Так, например, при определенных соотношениях передаваемой мощности и соответствующем варианте фазировки удельные параметры цепи могут иметь и отрицательные значения. Это говорит о том, что более нагруженная цепь будет являться дополнительным источником ЭДС для цепи с меньшей нагрузкой. При равномерном распределении нагрузки по цепям линии суммарное активное сопротивление линии при всех вариантах расположения фаз на опоре остается неизменным, а суммарное индуктивное сопротивление изменяется в пределах десяти процентов.
в
г
Данные, полученные на основе приведенной в работе методики, позволяют сделать выводы о характере и степени взаимовлияния цепей двухцепной воздушной линии электропередачи при различных вариантах расположения фазных проводов на опоре и с учетом режима работы энергосистемы. В статье был рассмотрен режим работы энергосистемы, когда нагрузка, передаваемая по линии, была неравномерно распределена по цепям, а также режим, при котором каждой цепи соответствовал свой cos р .
Анализ результатов расчета показал, что наиболее рациональным вариантом размещения проводов является вариант, представленный на рис. 1, е. Однако на практике в подавляющем большинстве случаев используется вариант рис. 1, а. Исследования также показали, что индуктивное сопротивление как линии, так и каждой цепи в отдельности может значительно меняться в зависимости от варианта фа-зировки и режима работы энергосистемы, а суммарное активное сопротивление двухцепной линии практически не меняется.
Рассмотренная в работе методика по определению удельных параметров цепей линии с учетом их взаимовлияния может быть использована при корректировке существующих режимов в энергосистемах, при строительстве новых воздушных линий, а также при реконструкции действующих ВЛ с целью повышения их эксплуатационных характеристик. Данная методика позволяет определять параметры двухцепных линий различных классов напряжения с учетом типов опор и марки провода.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 кВ. - М.: Энергия, 1979.
2. Астахов Ю.Н., Веников В.А., Зуев Э.Н. Повышение пропускной способности за счет рационального размещения проводов двухцепных линий электропередачи // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1965. - №6.
3. Взаимовлияние двухцепных воздушных линий и их воздействие на режим электрических систем / М.Ш. Мисриханов, В.А. Попов, Н.Н. Якимчук, Р.В. Медов // Электрические станции. - 2001 - №2.
4. Евдокунин Г.А., Чуйков Ю.В., Щербачев О.В. О целесообразном расположении фаз двухцепных воздушных линий для снижения пофазной несимметрии // Электрические станции. - 1980. - №3.
Статья поступила в редакцию 4 июля 2008 г.
UDC 621.311.1
ESTIMATION OF INTERFERENCE BETWEEN DOUBLE-CIRCUIT AERIAL POWER LINES
А.А. Almendeev1
Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya str., Samara, 443100
Interference of double-circuit aerial power lines is considered, method to determine active and inductive resistances of lines is shown, dependence of modifying specific parameters of lines from power system operating mode is shown.
Key words: overhead transmission line, active resistance, inductive reactance, индуктивное сопротивление, phasing
1 А^пу А. Аlmendeev, Postgraduate student.
