CC BY
87
УДК 621.311
Н.И.Гумерова, Б.В.Ефимов
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГРОЗОВЫХ ВОЛН В МНОГОПРОВОДНОЙ КОРОНИРУЮЩЕЙ ЛИНИИ,
ПОДВЕШЕННОЙ НАД ИДЕАЛЬНО ПРОВОДЯЩЕЙ ЗЕМЛЕЙ
Аннотация
Подробно рассмотрена физика распространения волн в трехпроводной коронирующей линии. Результаты обобщены на случай произвольного числа проводов и грозозащитных тросов. Приведены расчеты деформации фронтов волн для характерных расположений проводов и тросов линий электропередачи 110-330 кВ.
Ключевые слова:
грозовые волны, многопроводная линия электропередачи, импульсная корона. N.I.Gumerova, B.V.Efimov
PROPAGATION OF LIGHTNING SURGE IN THE MULTIWIRE LINE WITH CORONA ABOVE AN IDEALLY CONDUCTING EARTH
Abstract
The physics of waves propagation in the three-wire line with corona is examined in detail. Results are generalized for the case of an arbitrary number of wires. The calculations of wave front deformations for the typical wire arrangement of the 110330 kV transmission lines are given.
Keywords:
lightning surge, multiwire transmission line, impulse corona.
Физика распространения грозовых волн в простейшей двухпроводной линии при отсутствии активных потерь в проводах и земле подробно рассмотрена в работе [1]. Данная статья является продолжением и развитием той работы, ее результаты обобщены на линии с произвольным числом проводов и грозозащитных тросов.
Обозначения геометрических размеров линии, электрических
параметров и матриц коэффициентов полностью соответствуют начальной части [1] и здесь заново не вводятся.
Начнем рассмотрение с трехпроводной линии без грозозащитных тросов с горизонтальным расположением проводов. Нумерация проводов следующая: первый и третий провода - крайние, второй провод - средний. Для численных оценок получаемых формульных результатов примем радиусы проводов 1 см, высоту подвеса проводов 10 м, а расстояние между ближайшими проводами по 4 м, то есть bi2=4 м, b23=4 м, bi3=8 м. Это примерно соответствует линии электропередачи класса 110 кВ.
Рассмотрим задачу распространения грозовой волны по одному из проводов. Это может быть или один из крайних проводов (например, для определенности первый), или средний провод. Этот провод коронирует. На остальных проводах существуют наводки от пораженного молнией провода. Пока предположим, что на них корона отсутствует при любых напряжениях и зарядах.
"«и «12 «13 " "7.60 1.63 0.99"
N = «21 «22 «23 = 1.63 7.60 1.63
«31 «32 «33 _ 0.99 1.63 7.60_
Пусть грозовая волна распространяется по первому проводу. Принципиальных отличий от двухпроводной линии нет и можно рассмотреть линейную модель, описанную в статье [1]. Матрица логарифмов теперь будет:
(1)
Предположим, что первый провод интенсивно коронирует -Пд 11 = Д1 = 0.5п11 = 3.80, что, как уже отмечено [1], для одиночного провода
соответствует превышению критических значений: по напряжению - в 3.09 раза; по заряду - в 4.35 раза.
Матрица, для которой нужно найти СЗ и СВ при расчете напряжений на проводах имеет вид:
р = N • N д1 =
Р11 Р12 Р12 "2.119 - 0.219 - 0.099"
0 1 0 = 0 1 0
0 0 1 0 0 1
(2)
В отличие от двухпроводной линии теперь видна общая структура этой матрицы в «-проводном случае. Кроме первой строки это единичная матрица. Коэффициенты первой строки можно вычислить без обращения и перемножения матриц для каждого Д1 по формулам [2]:
Р11 =
1
Ри =
517 • Д1 1 - 511 • Д1
7=2...« ,
где 511 и 511 - коэффициенты матрицы, обратной N.
Далее относительные скорости можно найти как нули определителя
ёй(Р - Л,Е) = ёе^Р---21— Е) = о
(3)
(4)
или в развернутом виде (р11-Л1) • (1 -Л) • (1 - Лз) = 0 .
Отсюда Л2=Л3= 1, Уотн 2 = Уотн 3 = 1, v2 = у3 = с, т.е. вторая и третья моды не
зависят от наличия короны и соответствующие волны напряжений, токов и зарядов распространяются так же, как и в обычной однородной линии без потерь. Для первой моды:
Л1= Р1
1
=1 - 511 •Д1:
н 1 = л/1 - 511 Л ,
(5)
что совпадает с двухпроводной линией. Отсюда изменение скорости распространения волн в трехпроводной линии (по сравнению с двухпроводной) определяется только изменением коэффициента 511, который зависит от числа и расположения всех проводов. Для заданного Д1 относительная скорость получается уотн 1 = 0.686. Для двух проводов было 0.689. Различие не
существенно даже для самых точных расчетов грозозащиты.
отн I
V
Так же как и в 2-проводном случае, матрица собственных векторов будет:
W =
“1 к 21 к31 “1 0.19537 0.08844"
0 1 0 = 0 1 0
0 0 1 0 0 1
(6)
Теперь существенно, что коэффициенты связи со второго и третьего провода на первый надо вычислять через отношения соответствующих
коэффициентов матрицы S, а не N. Так, вычисление первой строки W через Hjl
пи
дает: [1; 0.214; 0.130], что отличается от выражения (6). И система Mathcad и стандартные программы библиотеки IMSL Visual Fortran нормируют СВ по модулю. Поэтому численные результаты несколько отличаются от выражения
(6). В данном случае Mathcad дает следующую матрицу:
“1 0.19487 0.08812"
W == 0 0.98007 0.00011
0 0.03844 0.99611
что очень близко к формуле (6).
Расчеты по изложенному выше алгоритму деформации волн после пробега 3000 м по первому проводу линии, состоящей только из первого и второго проводов, и для трехпроводной линии дают результаты, совпадающие с точностью ширины линий на графиках. Такое совпадение получено как для изолированных стальных проводов, так и при их заземлении при х=0. Поэтому с большой степенью точности можно считать, что для высоковольтных линий обычного исполнения с горизонтальным расположением проводов влиянием дальней фазы при поражении молнией одной из крайних можно пренебречь.
В качестве еще одного модельного варианта можно рассмотреть маловероятный удар молнии в средний провод линии без тросов. На рис.1 приведена исходная стандартная волна (1.5/40 мкс отрицательной полярности) и деформированный фронт после пробега 3000 м по участку линии с описанными выше параметрами. При наложении кривых в начале и конце участка линии запаздывание сигнала со скоростью распространения электромагнитной волны в вакууме (300 м/мкс) вычтено. Амплитуда волны в начале линии задана равной Um = -1200 кВ, что намного выше вольт-секундной характеристики изоляции обычных линий с расстоянием между фазами по 4 м. Однако для методических целей считалось, что изоляция линии не перекрывается при любых напряжениях и срез волны отсутствует. Такое большое напряжение задано только для того, чтобы сильнее выявить влияние параллельных проводов. По отношению к среднему проводу оба крайних расположены симметрично, и здесь влияние второго и третьего провода заметно, особенно при заземлении обоих крайних проводов. Однако последний случай является чисто расчетным и не может реализоваться в эксплуатации линий.
Значительно более вероятны двух- и трехфазные перекрытия в месте удара молнии. Во всяком случае, такие факты отмечены и на Кольском п-ове, и в Карелии. С точки зрения грозозащиты подстанционного оборудования, приход волн по всем трем фазам - наиболее тяжелый случай. Рассмотрим физику деформации волн в этом случае. На рис.2, а, приведены кривые напряжений на
проводах после пробега 3 км при подаче на входе линии одинаковой стандартной волны ит = -1200 кВ на все 3 фазы. Линия та же, что и рассматриваемая ранее. Возможность перекрытия линейной изоляции по-прежнему не учитывалась.
Рис.1. Влияние третьего провода на интенсивность короны при горизонтальном расположении проводов и коронировании одного из них: а - некоронирующие провода заземлены; б - некоронирующие провода изолированы; 1 - двухпроводная линия; 2 - трехпроводная линия со средним коронирующим проводом
Рис.2. Волны в трехпроводной линии с горизонтальным расположением проводов при включении при х=0 одинаковых источников э.д.с. На все три фазы:
а - стандартная форма грозовой волны; б - волна косоугольной формы с длительностью фронта 1 мкс
Как и следовало ожидать, деформация волн на крайних фазах не вызывает особых вопросов. Она значительно ослаблена из-за взаимного влияния проводов по сравнению с поражением молнией одного провода (рис.1). Действительно, трехпроводную линию в этом случае можно рассматривать как одну фазу с очень глубоким расщеплением. Это же относится и к каналу «все провода - земля», который рассмотрен ниже.
На средней фазе корона начинается позже. Это становится понятным, если учесть, что эта фаза экранируется от земли крайними проводами. Корона на средней фазе развивается также слабее, чем на крайних фазах.
Основной вопрос может вызвать заметное превышение напряжения на средней фазе по сравнению с амплитудой исходной волны. Такое превышение при ранних реализациях метода бегущих волн просто считалось погрешностью численного счета. Можно показать, что форма напряжения на средней фазе соответствует физике явления. Для ее выявления рассмотрим волну с косоугольным фронтом (рис.2, б). Как и двухпроводном случае, каждое приращение напряжения распространяется в независимых волновых каналах. Теперь таких каналов будет три. Они известны для линий с потерями в земле. Для коронирующих линий аналогия полная. Основные параметры каналов приведены в табл.1. Для упрощения анализа считаем, что волны в начале линии имеют положительную полярность.
Таблица 1
Независимые волновые каналы в трехпроводной линии
Номер и название канала Знаки напряжений на проводах
1 (правый) 2 (средний) 3 (левый)
1. Все фазы - земля + + +
2. Крайние фазы - средняя фаза + - +
3. Фаза - фаза крайние +(-) 0 - (+)
Существенно подчеркнуть, что не существует другого разложения на каналы, в которых приращения напряжения распространяются независимо (со своими скоростями). Первый и второй каналы симметричны относительно порядка нумерации проводов справа налево и наоборот. Третий канал несимметричен. Поэтому для линий с горизонтальным расположением проводов и одинаковыми напряжениями на них в точке х=0 этот канал не работает.
Остаются два первых канала. Пример разложения последнего приращения напряжений перед прекращением образования объемного заряда приведен в табл.2. При х=0 на всех проводах были заданы одинаковые напряжения с амплитудой 1200 кВ и косоугольным фронтом длительностью 1 мкс. Шаг по времени задавался равным Аґ=0.005 мкс, что соответствовало постоянному на каждом шаге приращению напряжения на фронте волны (при х=0) Аи=6.0 кВ. Число шагов по времени на фронте напряжений - 200.
Таблица 2
Разложение последнего приращения напряжения 6 кВ косоугольной волны 1200 кВ при подаче напряжения на три провода
Номер и название канала Дополнительное Запаздывание, мкс Напряжения на проводах, В
1. Все фазы - земля 2.55 5.27841 6.97208 5.27841
2. Две крайние - средняя 7.04 0.72159 -0.97208 0.72159
3. Фаза - фаза крайние 5.96 0 0 0
Сумма приращений - 6.0 6.0 6.0
напряжений в каналах
Из табл.2 видно, что формально сумма составляющих точно равна приращению напряжений на проводах в начале линии. Однако нужно учесть, что эти составляющие распространяются с разными скоростями и их нельзя просто суммировать для каждого момента времени или, что то же самое, для каждого расстояния от начала линии.
Поскольку данные табл.2 относятся к концу фронта, то есть к 199-му шагу по времени, то даже при отсутствии короны приращения волн во всех каналах при пробеге 3000 м запаздывают на 10+1=11 мкс. Здесь 10 мкс составляет запаздывание сигнала со скоростью света в вакууме (смещено на рис.3) и 1 мкс длина фронта волны. Кроме того, при коронировании линии они по-разному запаздывают в разных каналах. Минимальное дополнительное запаздывание происходит в канале с наименьшим искажением вследствие короны, это канал «все фазы - земля». Для последнего приращения это запаздывание составит 1+2.55=3.55 мкс. При прочих равных условиях наибольшая напряженность поля на поверхности проводов возникает при распространении двух одинаковых волн по крайним фазам и волны другого знака по среднему проводу, это канал «крайние фазы - средняя фаза». В нем дополнительное запаздывание максимально. Для последнего приращения это запаздывание составит 1+7.04=8.04 мкс. Отметим, что в третьем канале, который в данном случае не работает, запаздывание приращений напряжений имеет промежуточное значение.
Разложение приращений на независимые каналы можно интерпретировать на графиках как продвижение горизонтальных «полосок» напряжений на каждом проводе. Можно просуммировать эти полоски и тем самым получить волны в каждом канале на каждом проводе. Поскольку все полоски распространяются независимо (нелинейность задачи проявляется только в определении скоростей распространения полосок, зависящих от суммарного напряжения (заряда) на проводе), то для каждого момента времени общее напряжение на каждом из проводов будет равно сумме напряжений в каналах.
Результаты численного расчета суммарных напряжений на проводах и напряжений в первых двух каналах с переменными скоростями распространения для всех 200 ступенек напряжения приведены на рис.2, б. В канале «все фазы -земля» напряжение на среднем проводе выше, чем амплитуда исходной волны, на крайних проводах ниже. Это видно и из табл.2. Исходное приращение равно
6 кВ на всех проводах. Последнее приращение на среднем проводе - 6.97208 кВ. На крайних проводах - 5.27841 кВ. Физический смысл этого явления состоит в том, что средний провод частично экранирован от земли. Напряженность поля на его поверхности и заряд на нем меньше, чем на крайних проводах. Корона развивается слабее не только по отношению к крайним проводам.
Как уже говорилось, если бы скорости распространения волн в обоих каналах были равны (например, линия без короны и все скорости равны с), то сумма приращений в каждый момент времени дала бы точно исходные 6 кВ. Однако волны во втором канале запаздывают относительно волн в первом канале. Поэтому некоторое время напряжение на проводах в основном определяется первым каналом с постепенным нарастанием влияния второго канала. Для последнего приращения это время составит 7.04-3.55=3.49 мкс.
Именно столько времени на рис.2, б продолжается спад напряжения на среднем проводе.
После окончания деформации фронтовых участков волн напряжения на всех фазах становятся равными заданным в начале. Для волн стандартной формы физика процесса та же, но все эффекты сглажены.
Если чисто теоретически поставить задачу выравнивания деформации напряжений на всех трех фазах, то нужно усилить корону на среднем проводе. Это достигается снижением высоты его подвеса. В данном случае с 10 м примерно до 7 м. Реально в линиях электропередачи, наоборот, при треугольном расположении фаз средний провод поднят над крайними, причем несимметрично относительно их расположения. Деформация волн в таких линиях рассмотрена далее.
Из вариантов многопроводных линий аналитически можно рассмотреть линию с одним коронирующим проводом при произвольном числе остальных проводов. Общее решение для этого случая получено в работе [2]. В связи с его важностью для анализа грозозащиты подстанций кратко приведем основные результаты.
При коронировании одного провода в «-проводной линии, имеющей п волновых каналов, появляется только одна составляющая (мода), бегущая по линии со скоростью, меньшей скорости света:
С использованием этого выражения можно получить составляющие, бегущие с разными скоростями по всем проводам:
Отсюда можно обобщить результаты, полученные для двух- и трехпроводной линии. При коронировании одного из проводов, составляющая напряжения, бегущая со скоростью v1 < с, появляется только на этом проводе
(7)
В дальнейшем обозначим составляющие и^ , ¡1, ^ и ис, 1с, для скоростей распространения волн VI и с соответственно.
Полная система собственных векторов будет:
1 к • • • к
1 СВ21 СВп1
СВп1
0 1 - 0
0
(8)
0 0
1
X -у X
Ли!( г, х) = [Ди!( г----------------) - ^ Асв ¡1 •Аи, (г----------------)] +£ кСВ ¡1 •Ли(г —);
VI ¡=2 V ¡=2 с
X
Ли2 (г, х) = Ли2 (г —);
Ли« (г, х) = Ли« (г - х).
(9)
с
независимо от числа проводов линии. Она равна суммарному приращению напряжения минус сумма электростатических наводок от остальных проводов. Последние распространяются по коронирующему проводу со скоростью света. По остальным проводам волны напряжений распространяются со скоростью света независимо от наличия или отсутствия короны. Их значения определяются только граничными условиями при x=0.
В краткой форме это запишется так:
Aul = Ди[ + Д^;
Дм2 = Ди2с;
Д^ =Д< . (10)
Для волн токов и зарядов даже в случае короны только на одном проводе волновой процесс оказывается сложнее, например, для приращений токов:
X
Д/'^, х) = Д/'^---);
х х х
Д/2 (^ х ) = —кСВ21 Д/1^ ) + [Д/2^ ) + кСВ21 Д/1^ )];
V с с
Д/п & х ) = -кСВп1Д/1^ - —) + [Д/п (* - %) + кСВп1Д/1^ - %)]. (11)
V с с
Или:
Д/1 = Д/7;
Д/*2 = Д/*2 + Д/*2;
Д/п =Д/П + Д/пС. (12)
Таким образом, по коронирующему проводу все приращение тока распространяется только со скоростью меньше скорости света. На остальных проводах существуют обе составляющие. Причем величина наведенных токов,
бегущих со скоростью V, определяется только геометрическими
коэффициентами связи между /-м и первым проводом и также не зависит от процесса коронирования.
Для зарядов, которые определяют интенсивность коронирования, можно воспользоваться известным соотношением из теории матриц. Для любой функции от матрицы справедливо:
/ (А) = W • / (д) • W-1, где W - матрица собственных векторов, а / (Г) та же функция, что и / (А), но
от диагональной матрицы собственных значений. Поскольку А ^ = (Ь-1А) 1,
то для зарядов из этого соотношения следует, что We = W/, а собственные
значения для токов и зарядов обратны друг другу. Поэтому все сказанное выше для СЗ и СВ, а также для составляющих волн токов выполняется и для зарядов.
Все сказанное вытекает из рассмотрения разделения зарядов в двухпроводной линии. Действительно, п-проводную с одним коронирующим
проводом можно представить как двухпроводную, объединив все
некоронирующие провода в эквивалентную однопроводную идеальную линию. Определение параметров такой линии здесь не рассматривается, поскольку в общем случае оно достаточно сложно, так как часть из них может быть изолирована по всей длине (фазные провода), а часть заземлена на опорах (1 или 2 грозозащитых троса).
Однако вопрос об упрощении схем замещения при поражении молнией одного из проводов качественно можно исследовать уже на стадии анализа процессов в коронирующей линии (без учета потерь в земле и проводах). Для количественного анализа погрешностей, возникающих из-за вводимых далее допущений, нужно проводить расчеты чувствительности конечных результатов - показателей надежности грозозащиты подстанций - к изменению схем замещения подходов.
Рассмотрим несколько конкретных примеров линий 110-330 кВ. Для целей качественных оценок влияния конструкции линий в данном разделе будем принимать наиболее распространенные типы опор и усредненные параметры взаимного расположения проводов в пролете. В первую очередь это относится к средней высоте подвеса провода над землей. Оценку этого параметра можно сделать исходя из следующих положений. Высоты траверс для всех стандартных опор имеются в справочниках. В частности, данные по расположению проводов здесь и далее взяты из справочника [3]. Длина гирлянды с арматурой принимается как 0.5 м плюс среднее для данного класса напряжения число изоляторов, умноженное на 17 см. Нижняя точка гирлянды принимается за высоту подвеса провода над землей. Минимальная высота подвеса провода в пролете неизвестна даже для линий, проходящих в равнинной местности. За неимением других данных считаем, что она равна минимальной по безопасности длине промежутка провод - земля (обычно 5-7 м). Теперь определяется стрела провеса. Средняя высота подвеса провода принимается как высота его подвеса на опоре минус 2/3 стрелы провеса. Результат округляется до целых метров.
Линия 110 кВ с горизонтальным расположением проводов без тросов. Обычно это линии на деревянных опорах. Выбрана промежуточная опора ПД110-1.
Высота траверсы 12 м.
Высота подвеса провода на опоре 11 м.
Минимальная высота в середине пролета 6 м.
Стрела провеса 5 м.
Средняя высота подвеса провода 8 м.
Поскольку деформация волн слабо зависит от высоты подвеса проводов, то все сказанное выше о процессах в трехпроводной линии при Н= 10 м относится и к рассматриваемому случаю.
На рис.3, а приведены результаты расчетов деформации волны 600 кВ (близко к горизонтальному участку вольт-секундной характеристики для линейной изоляции линий 110 кВ) после пробега 3 км по линии со средней высотой подвеса проводов 8 м, радиусом 1 см и расстоянием между ближайшими фазами 4 м.
Видно, что даже однопроводная постановка задачи в этом случае дает вполне удовлетворительные результаты. Третий провод практически не влияет на деформацию.
Линия 110 кВ с горизонтальным расположением проводов с двумя тросами. Принимаем, что опоры также деревянные. Варианты расчетов представлены на рис.3, б. Расположение фаз прежнее. Тросы заземлены только при х=0 и расположены на 2.5 м выше фазных проводов. По горизонтали тросы сдвинуты на ±2 м от оси симметрии опоры. Рассчитано влияние всех пяти проводников и варианты с последовательным их исключением по мере уменьшения номеров в схеме на рис.3, б. Видно, что даже в точных расчетах нужно учитывать только ближайший трос, то есть на уровне качественного анализа можно сделать вывод о необходимости и достаточности двухпроводной постановки задачи.
Рис.3. Влияние параллельных проводов на линии 110 кВ с горизонтальным расположением проводов:
а - линии без тросов; б - линия с двумя тросами
Рис.4. Влияние параллельных проводов на линии 110 кВ с треугольным расположением проводов: а - линия без троса; б - линия с тросом
Рис. 5. Влияние параллельных проводов на двухцепной линии 110 кВ: а - линии без троса; б - линия с тросом
и
б)
ВСЕ ОСТАЛЬНЬ ВАРИАНТЫ V о 2 о 4 (ИЯ ТРОСА ВОДОВ I
3 НУМЕРАЦ И ПРО
и
а) (^2)
ВСЕ ОСТАЛЬНЫ ВАРИАНТЫ V. 1 і НУМЕРАЦ 3 о > о 1 5 ИЯ ТРОСОВ
И ПРОВОДОВ I
О 2 4 6 8 мкс о 2 4 6 8 мкс
Рис. 6. Влияние параллельных проводов на линии 330 кВ:
а - линия с горизонтальным расположением проводов и двумя тросами; б - линия с треугольным расположением проводов и одним тросом
Линия 110 кВ с треугольным расположением проводов без троса и с одним грозозащитным тросом. В качестве типовой выбрана промежуточная стальная опора П110-1 (близкий аналог с несколько меньшими габаритами железобетонная опора ПБ110-1). Высота траверс 19 м и 23 м, удаление точки подвеса гирлянды от оси опоры на нижней траверсе 4 и 2 м, на верхней траверсе
2 м. Средняя высота подвеса расчетного (верхнего) провода 14 м. Трос подвешен на 2 м выше. Две остальные фазы на 4 м ниже расчетной. Результаты расчетов приведены на рис.4. Видно, что и при треугольном расположении проводов выводы о возможности сведения 3- и 4-проводных задач к однодвухпроводному случаю вполне правомерны.
Двухцепная линия 110 кВ без троса и с одним грозозащитным тросом. Особенности рапространения волн в 6- и 7-проводных линиях те же, что и в предыдущих случаях (рис.5). Все же можно отметить, что с увеличением числа проводов и более компактным их взаимным расположением влияние соседних фаз увеличивается, но всегда второй учитываемый провод вносит заметные уточнения в формы кривых. Учет всех остальных проводов носит характер поправок второго порядка малости.
Линии 150-220 кВ. С точки зрения развития короны принципиальных отличий этих линий от рассмотренных выше нет. Провода, используемые на этих линиях, схожие. С ростом рабочего напряжения увеличиваются расстояния между проводами, но одновременно растет и высота их подвеса. Приближенно можно считать, что соответствующие типы опор геометрически подобны. Основное отличие линий 150-220 кВ от линий 110 кВ заключается в повышении вольт-секундных характеристик по отношению к напряжению начала короны. В целом для волн, приближающихся по амплитуде к горизонтальному участку ВСХ, корона будет протекать интенсивнее и деформация фронтов наиболее опасных полных волн, не срезанных из-за перекрытия гирлянд на опорах, увеличится. Для решения вопроса о введении в расчетные схемы замещения подходов линий к подстанциям более двух проводов этот факт не является принципиальным.
Линии 330 кВ. Фазы линии расщеплены на две составляющие. Обычно расстояние между ними составляет 40 см. Типичными проводами для этих линий являются марки АС-300 или АС-400 с различным числом проволок в стальном сердечнике. Можно считать, что обычно диаметр провода близок к 24 мм. Эквивалентный радиус для расчета параметров линии примерно равен
7 см. Расщепление фазы существенно влияет на процесс коронирования. Теперь
икр=399 кВ (при средней высоте подвеса провода 12 м). Остальные размеры линии приняты по их расположению на опоре П330-9 (горизонтальное расположение фазных проводов) и на опоре П330-1 (треугольное расположение проводов). Эти опоры на оттяжках наиболее типичны для линий 330 кВ в северных регионах России.
При больших временах ВСХ линейной изоляции приближается сверху к 1400 кВ. Из-за большего эквивалентного радиуса при прочих равных условиях растут коэффициенты связи между проводами. Но и расстояния между фазами по горизонтали и вертикали существенно больше, чем на линиях более низких классов напряжения. В целом можно считать, что переход к линиям классов напряжения 330 кВ и выше от линий 110-220 кВ слабо влияет на относительную деформацию фронтов полных (не срезанных из-за перекрытия линейной изоляции) волн. На рис. 6 приведены расчеты деформации фронтов волн при пробеге 3000 м по линиям 330 кВ с горизонтальным и треугольным расположением фаз и грозозащитным тросом. Из этого рисунка видно, что введение в расчетные схемы более двух проводников (пораженного молнией провода и ближайшего троса) не имеет практического смысла.
Выводы
1. Разработана математическая модель, позволившая впервые подробно рассмотреть процессы распространения волн атмосферных перенапряжений в трехпроводной линии, при коронировании одного и трех проводов.
2. Показано, что приращения напряжений распространяются в трех независимых каналах, аналогичных волновым каналам трехфазной линии с потерями в земле и проводах.
3. Однако в противоположность линии с потерями в земле в трехпроводной коронирующей линии наименьшее искажение фронта происходит в канале «все провода земля», а наибольшее искажение происходит в канале «два крайних провода - средний провод».
4. Рассмотрена физика повышения напряжения на среднем проводе трехпроводной линии при коронировании всех проводов, и показано, что это повышение естественным образом объясняется различием скоростей волн в независимых каналах.
5. Выполнены расчеты влияния соседних фаз и грозозащитных тросов на форму фронтов волн на проводе, пораженном молнией, для типовых конструкций линий классов 110-330 кВ. На качественном уровне показано, что для точного расчета формы фронта грозовой волны достаточно учитывать только пораженный провод и ближайший грозозащитный трос. Более точные числовые оценки влияния параллельных проводов и тросов могут быть получены при сравнительных расчетах показателей надежности грозозащиты подстанций с различной степенью детализации конструкций линий на подходах.
Литература
1. Н.И.Гумерова, Б.В.Ефимов. Анализ влияния короны в двухпроводной линии, подвешенной над идеально проводящей землей // Моделирование переходных процессов и установившихся режимов высоковольтной сети. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2008. С.16-38.
2. Б.В.Ефимов. Грозовые волны в воздушных линиях. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2000. 134 с.
3. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / под ред. И.А.Баумштейна, С.А. Бажанова. М.: Энергоатомиздат, 1989. 768 с.
Сведения об авторах
Гумерова Натэлла Идрисовна,
доцент кафедры «Электроэнергетика, техника высоких напряжений» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, к.т.н., ст.н.с.
Россия, Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.29
Тел. 8-911-257 3809
эл. почта: nigumerova@mail.ru
Ефимов Борис Васильевич,
директор Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, д.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: efimov@ien.kolasc.net.ru
УДК 621.311
Ю.М.Невретдинов, Д.И.Власко
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ПОДСТАНЦИИ 150 кВ ОТ ГРОЗОВЫХ ВОЛН С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ ОПОР ЛЭП НА ПОДХОДАХ
Аннотация
В статье рассмотрены особенности молниезащиты подстанций в районах с низкой проводимостью грунта. На примере типовой подстанции с использованием показателя опасности ударов молнии показана опасность обратных перекрытий изоляции ВЛ на подходах. Обоснована эффективность дифференцированного подхода к выбору грозозащитных мероприятий и применения показателя опасности ударов молнии. Показана необходимость совершенствования защиты подстанций от грозовых волн, набегающих по ВЛ.
Ключевые слова:
грозозащита, подстанция, перенапряжение
Yu.M.Nevretdinov, D.I.Vlasko
RESEARCH OF 150 kV SUBSTATION PROTECTION FROM LIGHTNING WAVES WITH A GLANCE REAL POWER LINE POLE GROUNDING ELECTRODE AT TO APPROACHES
