CC BY
78
Козлов В.А. КогО КЛ.
соискатель ученой степени к.т.н., инженер, кафедра «Электроэнергетика и электротехника» ФГБОУ ВО «Братский государственный университет», Россия, г. Братск
Большанин Г.А. Во^атп G.Л.
кандидат технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетика и электротехника» ФГБОУ ВО «Братский государственный университет», Россия, г. Братск
Козлова О.А. Kozlova O.A.
главный специалист отдела
фандрайзинга ФГБОУ ВО «Московский государственный университет экономики, статистики и информатики», Россия, г. Москва
УДК 621.311.004.12
УЧЕТ СТРЕЛ ПРОВЕСА ЛИНЕЙНЫХ ПРОВОДОВ ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЕЕ СОГЛАСОВАНИИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ
Передача электрической энергии удаленному потребителю выполняется обычно по воздушным линиям электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения трехфазного трехпроводного исполнения. Электрическая энергия в таких линиях должна соответствовать требованиям ГОСТа Р 54149-2010.
Одним из методов улучшения качества электроэнергии в высоковольтных линиях электрической передачи трехфазного трехпроводного исполнения является согласование линии электрической передачи с электрической нагрузкой. В этом случае из-за исключения отраженных волн электромагнитного поля заметно уменьшаются потери электроэнергии, улучшаются условия функционирования электротехнического оборудования.
Стабильное согласование трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электрической передачи достигается в результате выполнения соответствующих соотношений обобщенного сопротивления электрической нагрузки с вторичными параметрами линии (волновое сопротивление линии, постоянная распространения волн электромагнитного поля и т. д.). Вторичные параметры линии электропередачи определяются ее первичными параметрами (емкостная связь между линейным проводом и поверхностью земли, емкостная связь между двумя линейными проводами, резистивная составляющая электромагнитной связи между двумя линейными проводами и т. д.).
Определена зависимость первичных параметров линии от стрел провеса каждого линейного провода трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи и от расстояний между линейными проводами.
Стрелы провеса проводов изменяются в процессе эксплуатации линии электропередачи с изменением климатических и нагрузочных условий. Так возникает проблема оперативного учета стрел провеса линейных проводов трехфазной трехпроводной линии электропередачи в режиме реального времени с целью стабилизации согласованного режима передачи электрической энергии потребителю.
Известен метод оперативного контроля стрел провеса линейных проводов трехфазной трехпроводной высоковольтной линии, реализуемый при помощи дальномеров, устанавливаемых на каждом линейном проводе. Однако данный метод оперативного контроля стрел провеса линейных проводов не позволяет определить расстояния между линейными проводами.
Предлагается решение поставленной задачи одним дальномером. В результате выполнения предлагаемого алгоритма станут известны величины стрел провеса линейных проводов и величины расстояний
между линейными проводами, которые участвуют в работе алгоритма по непрерывной стабилизации согласованного режима работы трехфазной трехпроводной высоковольтной линии электропередачи.
Ключевые слова: линия электропередачи, согласованный режим, первичные параметры, вторичные параметры, линейный провод, стрела провеса, дальномер, электрическая нагрузка.
THE ACCOUNTING OF ARROWS OF PRO-WEIGHT OF LINEAR WIRES OF THE THREE-PHASE POWER LINE AT ITS COORDINATION WITH ELECTRIC LOADING
Transfer of electric energy to the removed consumer is carried out usually on air-lines of an electricity transmission of high and ultrahigh voltage of three-phase three-wire execution. Electric energy in such lines has to conform to requirements of state standard P 54149-2010.
One of methods of improvement of quality of the electric power in high-voltage lines of electric transfer of three-phase three-wire execution is coordination of the line of electric transfer with electric loading. In this case because of an exception of the reflected waves of an electromagnetic field losses of the electric power considerably decrease, operating conditions of the electrotechnical equipment improve.
Stable coordination of the three-phase three-wire high-voltage line of electric transfer is reached as a result of performance of the corresponding ratios of the generalized resistance of electric loading with secondary parameters of the line (wave resistance of the line, a constant of distribution of waves of an electromagnetic field and so further). Secondary parameters of a power line are defined by its primary parameters (a capacitive coupling between a linear wire and a surface of the earth, a capacitive coupling between two linear wires, a resistive component of electromagnetic communication between two linear wires and so further).
Dependence of primary parameters of the line on arrows of pro-weight of each linear wire of a three-phase three-wire high-voltage power line and on distances between linear wires is defined.
Arrows of pro-weight of wires change in use power lines with change of climatic and load conditions. So there is a problem of the operational accounting of arrows of pro-weight of linear wires of a three-phase three-wire power line in real time for the purpose of stabilization of the coordinated mode of transfer of electric energy to the consumer.
The method of an operating control of arrows of pro-weight of linear wires of the three-phase three-wire high-voltage line realized by means of the range finders established on each linear wire is known. However this method of an operating control of arrows of pro-weight of linear wires doesn't allow to define distance between linear wires.
The solution of an objective is proposed by one range finder. As a result of performance of the offered algorithm, sizes of arrows of pro-weight of linear wires and size of distances between linear wires which participate in work of algorithm on continuous stabilization of the coordinated operating mode of a three-phase three-wire high-voltage power line will become known.
Key words: the power line, the coordinated mode, primary parameters, secondary parameters, linear wire, pro-weight arrow, range finder, electric loading.
Электрическая энергия в сетях систем электроснабжения переменного трехфазного тока частотой 50 Гц должна соответствовать нормам ее качества (ГОСТ Р 54149-2010). Ухудшение качества электроэнергии в линиях электропередачи (ЛЭП) связано с наличием потребителей с нелинейными вольтам-перными характеристиками, а именно: вентильных преобразователей, индукционных печей и т. д. Они вызывают искажения форм токов и напряжений, что отрицательно сказывается на работе ЛЭП, систем релейной защиты, автоматики, телемеханики, связи и другого электротехнического оборудования.
Одним из методов повышения качества элек-
троэнергии в несимметричных высоковольтных линиях электропередачи трехфазного трехпроводного исполнения является согласование ЛЭП с электрической нагрузкой. В этом случае из-за исключения части отраженных волн электромагнитного поля заметно уменьшаются потери электроэнергии.
Известно условие согласования однопроводной ЛЭП с нагрузкой [1] и условия согласования несимметричной трехфазной трехпроводной ЛЭП [2-4] напряжением 35 кВ и выше. Они формируются на основании сопоставления вторичных параметров ЛЭП и параметров электрической нагрузки. Вторичные параметры ЛЭП определяются из первич-
ных [5, 6]. Но на величину первичных параметров существенное влияние оказывают величины стрел провеса каждого линейного провода ЛЭП, величины расстояний между каждым линейным проводом и землей и величины расстояний между линейными проводами [7].
Возникшая проблема оперативного учета стрелы провеса линейного провода трехфазной трехпро-водной ЛЭП и учета величины расстояний между каждым линейным проводом и землей дистанционно в режиме реального времени с учетом погодных и нагрузочных условий решается при помощи использования дальномеров [7]. Однако такой способ учета стрел провеса проводов, реализуемый при помощи трех дальномеров, установленных на трех линейных проводах, не позволяет фиксировать расстояния между линейными проводами. Здесь предлагается способ, в котором используется всего один
дальномер, но, тем не менее, он позволяет фиксировать указанные расстояния.
Пусть будет необходимо составить алгоритм дистанционного оперативного учета стрел провеса трех линейных проводов ЛЭП трехпроводного исполнения при ее согласовании с электрической нагрузкой.
Выбирается оптимальное место контроля стрел провеса линейных проводов по методике, изложенной в [8].
Контроль стрел провеса линейных проводов выполняется при помощи устройства, содержащего в своей конструкции дальномер, который подвешивается через треугольник изоляторов к трем линейным проводам, как это показано на рис. 1, 2 для одного пролета ЛЭП, и измеряет стрелы провеса всех линейных проводов.
У2
Ты]
"Ш
[Ч
и
0
Рис. 1. Схема алгоритма измерения стрел провеса линейных проводов трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП: 1 - опора ЛЭП; 2 - трехфазная трехпроводная высоковольтная ЛЭП; 3 - изолятор; 4 - линейный провод ЛЭП; 5 - место установки устройства 8; 6 - заземлитель; 7 - изоляторы, соединенные в треугольник; 8 - устройство [7], содержащее
в своем составе дальномер
На рис. 1 показано, что на расстоянии L/2 от опоры 1 на линейных проводах трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 2 расположено устройство 8, содержащее дальномер [9, 10]. Дальномер измеряет расстояние от точки своего расположения в пространстве до земли.
На рис. 2 показана схема установки на три линейных провода устройства, содержащего в своем составе дальномер.
Рис. 2. Схема установки устройства для трех линейных проводов одноцепной опоры: 3 - изолятор; 4 - линейный провод ЛЭП 2; 5 - место установки устройства 8; 9 - конструкция устройства; 8 - устройство; 10 - солнечная батарея; 11 - антенна; 12 - накидная гайка для прямого соединения; 13 - арматура с накидными гайками 12 по бокам; 14 - арматура с наружной резьбой на одном конце изолятора 3; 15 - точка начала луча 17, исходящего от лазера дальномера; 16 - конечная точка отраженного луча 18, находящаяся на фотоприемнике; 17 - луч, исходящий от лазера дальномера; 18 - отраженный от земли луч; 19 - земля; 20 - конечная точка на земле луча 17 и начальная точка на земле луча 18.
Устройство 8 устанавливается между двумя линейными проводами 4 при помощи изоляторов 3. Крепление устройства осуществляется накидными гайками 12. Все линейные провода соединены между собой через изоляторы.
Принцип работы устройства известен [7].
Стрелы провеса линейных проводов определяются с учетом величин, указанных на рис. 2:
L1 - расстояние между точкой 20 и 15 или 20 и
16;
L2 - расстояние между центром линейного провода 4 (С) и точкой 15 или 16, мм;
L3С - расстояние между точкой 20 и центром линейного провода 4 (С), мм;
L4 - расстояние между точкой 15 или 16 и центром линейного провода 4 (В), мм;
L5В - расстояние между точкой 20 и центром линейного провода 4 (В), мм;
L6 - расстояние между точкой 15 или 16 и центром линейного провода 4 (А), мм;
L7А - расстояние между точкой 20 и центром линейного провода 4 (А), мм.
Формулы, по которым определяются стрелы провеса линейных проводов А, В и С (рис. 1, 2) трех-
фазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП, предстанут в виде:
LA=L01-(L1+L6); ""1 LB=L02-(L1+L4); > (1)
LC=L03-(L1-L2), J
где L01, L02, L03 - расстояние, замеренное у опоры, от земли до провода, закрепленного на изоляторе, мм.
Стрелы провеса линейных проводов А, В и С (рис. 1, 2), расстояния между каждым линейным проводом и землей и расстояния между линейными проводами трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП участвуют в определении первичных параметров ЛЭП в программе LEP3 v.1.00 [5]. Это участие иллюстрируется следующими формулами [6] на примере линейного провода А .
1. Емкостная связь между линейным проводом и поверхностью земли определяется так:
Оып = Jj ' h (2)
clg — г
где H - расстояние между проводом 4 и его зеркальным отражением относительно поверхности земли, мм; c - постоянный коэффициент, равный 41.4 • 106; г - радиус линейного провода 4, мм; l - протяженность исследуемой ЛЭП 2, мм; п - гармоническая составляющая.
С учетом провеса линейного провода 4 трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 2 расстояние между линейным проводом А и его зеркальным отражением определяется по формуле:
Я = 2(Ь7А + ^), (3)
где LA - стрела провеса провода, мм.
2. Емкостная связь между двумя линейными проводами круглого сечения определяется так:
СоАВп = ' 1> (4)
41.4-106 ——
аАВ
где Ну - расстояние между первым проводом 4 и зеркальным отражением второго, мм, определяемое по формуле:
Нц=Н + йАВ, (5)
где <1 ¿в - расстояние между проводами, мм.
3. Резистивная составляющая электромагнитной связи между двумя линейными проводами 4 определяется по формуле [6]:
Оолвп = 2 ■ л1мо2(р+Г+ + Р-У.)2-106-{2л ■ и ■ /0 • С0АВп)2,
(6)
где р+ и р_ - объемная плотность положительных и отрицательных зарядов в пространстве от линейного провода 4 до поверхности земли; V и V_ - скорость перемещения этих зарядов; Ю-7 Гн/м - магнитная постоянная; / - частота основной гармоники.
Формулы (2)-(6) работают в программе LEP3 у.1.00 [5] и участвуют в определении первичных параметров трехфазной трехпроводной высоковольтной ЛЭП 2 (рис. 1) [11, 12]. На основании расчетных первичных параметров в этой программе определяются вторичные параметры рассматриваемой ЛЭП и формируются условия ее согласования с электрической нагрузкой.
Таким образом, используя один дальномер, установленный на фиксирующих положение линейных проводов изоляторах (треугольник изоляторов), с учетом изложенного алгоритма определяются первичные параметры ЛЭП и достигается стабильность согласованного режима работы трехфазной трех-проводной высоковольтной ЛЭП при посезонном изменении условий электроснабжения промышлен-
ных или иных объектов, в частности, при изменении величин линейных токов.
Выводы
1. Сформирован алгоритм оперативного учета стрел провеса высоковольтной трехфазной трехпро-водной ЛЭП для стабилизации ее согласованного режима работы.
2. Учет стрел провеса линейных проводов трехфазной трехпроводной ЛЭП основан на использовании одного дальномера и программы LEP3 v.1.00.
Список литературы
1. Большанин Г.А. Коррекция качества электрической энергии [Текст] / Г.А. Большанин. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - 120 с.
2. Козлов В.А. Согласованный режим работы однородной трехпроводной линии электропередачи [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Системы. Методы. Технологии. - 2011. - № 4. - С. 70-76.
3. Козлов В.А. Коэффициент полезного действия высоковольтной трехфазной трехпроводной линии электрической передачи с распределенными параметрами [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Системы. Методы. Технологии. - 2013. - № 1. -С.71-75.
4. Козлов В.А. Согласование трехфазной трех-проводной высоковольтной линии электропередачи с электрической нагрузкой [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Главный энергетик. - 2013. -№ 6. - С. 32-38.
5. Большанин Г.А. Расчет параметров трехфазной трехпроводной неизолированной линии электропередачи (LEP3 v. 1.00): программа для ЭВМ / Г.А. Большанин, Л.Ю. Большанина, № 2010611988 от 16.03.2010.
6. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем [Текст]: в 2 кн. - Кн. 1 / Г.А. Большанин. - Братск: БрГУ, 2006. - 807 с.
7. Козлов В.А. Учет стрелы провеса линейного провода трехфазной трехпроводной линии электропередачи при ее согласовании с электрической нагрузкой [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2014. - № 1. - С. 77-82.
8. Правила устройства электроустановок [Текст] / Министерство энергетики РФ. - 7-е изд. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 160 с.: ил.
9. Белицын И.В. Влияние стрелы провеса провода воздушной линии электропередач на параметры ЭМП [Текст] / И.В. Белицын, А.В. Макаров // Известия Томского политехнического университета. -2008. - Т. 312. - № 4. - С. 56-60.
10. Пат. 2340871 Российская Федерация, МПК G 01 C 3/08. Лазерные дальномеры (варианты) [Текст] / П.А. Санников, В.А. Бурский; заявитель и патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие «Минский механический завод им. С.И. Вавилова». № 2007109168/28; заявл. 12.03.2007; опубл. 10.12.2008.
11. Пат. 2490767 Российская Федерация, МПК H 02 J 3/00. Способ согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Братский государственный университет». № 2011144668/07; заявл. 03.11.2011; опубл. 20.08.2013.
12. Пат. 2488218 Российская Федерация, МПК H 03 K 3/00. Способ согласования трехпроводной линии электропередачи с электрической нагрузкой на частотах ярко выраженных гармонических составляющих токов и напряжений [Текст] / В.А. Козлов, Г.А. Большанин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Братский государственный университет». № 2012110296/08; заявл. 16.03.2012; опубл. 20.07.2013.
References
1. Bol'shanin G.A. Korrekcija kachestva jelektricheskoj jenergii [Tekst] / G.A. Bol'shanin. -Bratsk: GOU VPO «BrGU», 2007. - 120 s.
2. Kozlov V.A. Soglasovannyj rezhim raboty odnorodnoj trehprovodnoj linii jelektroperedachi [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin // Sistemy. Metody. Tehnologii. - 2011. - № 4. - S.70-76.
3. Kozlov V.A. Kojefficient poleznogo dejstvija vysokovol'tnoj trehfaznoj trehprovodnoj linii jelektricheskoj peredachi s raspredelennymi parametrami [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin // Sistemy. Metody. Tehnologii. - 2013. - № 1. - S. 71-75.
4. Kozlov V.A. Soglasovanie trehfaznoj trehpro-vodnoj vysokovol'tnoj linii jelektroperedachi s jelektricheskoj nagruzkoj [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin // Glavnyj jenergetik. - 2013. - № 6. -S.32-38.
5. Bol'shanin G.A. Raschet parametrov trehfaznoj
trehprovodnoj neizolirovannoj linii jelektroperedachi (LEP3 v. 1.00): programma dlja JeVM / G.A. Bol'shanin, L.Ju. Bol'shanina, № 2010611988 ot 16.03.2010.
6. Bol'shanin G.A. Raspredelenie jelektricheskoj jenergii ponizhennogo kachestva po uchastkam jelektrojenergeticheskih sistem [Tekst]. - V 2kn. Kn. 1 / G.A. Bol'shanin. - Bratsk: BrGU, 2006. - 807 s.
7. Kozlov V.A. Uchjot strely provesa linejnogo provoda trjohfaznoj trjohprovodnoj linii jelektroperedachi pri ejo soglasovanii s jelektricheskoj nagruzkoj [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin // Jelektrotehnicheskie kompleksy i sistemy upravlenija. -2014. - № 1. - S. 77-82.
8. Pravila ustrojstva jelektroustanovok [Tekst] / Ministerstvo jenergetiki RF. - 7-e izd. M.: Izd-vo NC JeNAS, 2003. - 160 s.: il.
9. Belicyn I.V Vlijanie strely provesa provoda vozdushnoj linii jelektroperedach na parametry JeMP [Tekst] / I.V. Belicyn, A.V. Makarov // Izvestija Tom-skogo politehnicheskogo universiteta. - 2008. - T. 312. - № 4. - S. 56-60.
10. Pat. 2340871 Rossijskaja Federacija, MPK G 01 C 3/08. Lazernye dal'nomery (varianty) [Tekst] / P.A. Sannikov, V.A. Burskij; zajavitel' i patentooblada-tel' Proizvodstvennoe respublikanskoe unitarnoe pred-prijatie «Minskij mehanicheskij zavod im. S.I. Vavilo-va». № 2007109168/28; zajavl. 12.03.2007; opubl. 10.12.2008.
11. Pat. 2490767 Rossijskaja Federacija, MPK H 02 J 3/00. Sposob soglasovanija trehprovod-noj linii jelektroperedachi s jelektricheskoj nagruz-koj [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin; zajavi-tel' i patentoobladatel' Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovanija «Bratskij gosudarstven-nyj universitet». № 2011144668/07; zajavl. 03.11.2011; opubl. 20.08.2013.
12. Pat. 2488218 Rossijskaja Federacija, MPK H 03 K 3/00. Sposob soglasovanija trehprovodnoj linii jelektroperedachi s jelektricheskoj nagruzkoj na chas-totah jarko vyrazhennyh garmonicheskih sostavljajush-hih tokov i naprjazhenij [Tekst] / V.A. Kozlov, G.A. Bol'shanin; zajavitel' i patentoobladatel' Federal'noe gos-udarstvennoe bjudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhde-nie vysshego professional'nogo obrazovanija «Bratskij gosudarstvennyj universitet». № 2012110296/08; zajavl. 16.03.2012; opubl. 20.07.2013.
