Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПО РАЗОМКНУТЫМ ВОЗДУШНЫМ ЛИНИЯМ С ПРОДОЛЬНОЙ САМОКОМПЕНСАЦИЕЙ

Шишков Е.М. 1 Проничев А.В. 2 Солдусова Е.О. 2
1 Филиал ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»
2 ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»
Для целей организации продольной компенсации на сверхдальних воздушных линиях электропередачи в предыдущих работах авторов предложен способ использования собственной распределённой ёмкости – построение разомкнутой линии электропередачи с расщепленной 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. В настоящей работе произведена оценка предела передаваемой мощности разомкнутых воздушных линий при различных значениях нагрузки. Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи использовались методы математического моделирования в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки элементов SimScape SimPowerSystems. Исходными данными для анализа являлись геометрические конфигурации опор воздушных линий и параметры сталеалюминиевых проводов. Составлена математическая модель для анализа режимов нагрузки и холостого хода разомкнутой линии. Проведен расчёт некоторых аварийных режимов работы разомкнутой линии. С использованием данной модели проведена оценка некоторых видов замыканий. Результаты первичного анализа аварийных режимов РВЛ позволяют утверждать о возможности использования традиционных принципов организации защит линий. В режимах с шунтированием внутрифазной ёмкости не происходит нарушения устойчивости работы линии, однако для обнаружения внутрифазных повреждений необходимо предусматривать нетоковые виды релейных защит: дистанционные, высокочастотные.
воздушная линия электропередачи
продольная компенсация
самокомпенсированная линия
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. Гольдштейн В.Г., Шишков Е.М. Разомкнутая трёхфазная воздушная линия электропередачи переменного тока // Пат. 130458 РФ, МПК8 H 02 J 3/20 / 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 молодёжи». Иваново, 2015. С. 620–623.
6. Shishkov E., Goldstein V., Krivihin I. Open Overhead Transmission Lines. Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 792. Р. 293–299.
7. Фролов А.Л., Гольдштейн В.Г., Мадениятов А.Б. Анализ пропускной способности разомкнутых самокомпенсирующихся ЛЭП, использующих стандартные конструкции проводов и опор // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VIII Международной научно-технической конференции (2–6 октября 2017, Самара). В 3 т. Т. 1. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. С. 144–145.
8. Ведерников А.С., Гольдштейн В.Г., Фролов А.Л. Развитие теории анализа установившихся режимов многопроводных несимметричных воздушных ЛЭП // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VIII Международной научно-технической конференции (2–6 октября 2017, Самара). В 3 т. Т. 1. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. С. 144–145.
9. Фролов А.Л., Гольдштейн В.Г. Физические процессы в самокомпенсирующихся линиях электропередачи, использующих стандартные конструкции проводов и опор // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. Казань, 2016. Т. 1. С. 231–233.

Устройства продольной компенсации традиционно используются на дальних линиях электропередачи для снижения их величины продольного индуктивного сопротивления [1]. В работах И.И. Соловьева и А.А. Вульфа [2] выдвинута идея использования для этих целей настройки линии электропередачи на нулевое сопротивление путём достижения резонанса напряжений или резонанса токов. В работе профессором Н.Ф. Ракушевым [3] эта идея воплощена при помощи оригинальной двухпроводной схемы однофазной разомкнутой линии, в которой электрическая мощность передаётся через емкостное сопротивление между двумя электрически изолированными друг от друга проводами, каждый из которых электрически соединен только с одним из узлов, между которыми происходит передача энергии.

Трёхфазная реализация схемы разомкнутой линии предложена авторами в работе [4]. Эта схема предполагает использование в качестве фазных проводников составляющих расщеплённой фазы, в результате чего разомкнутая линия может быть переоборудована из традиционной трёхфазной высоковольтной линии электропередачи.

С использованием разработанной [5] математической модели, а также описанных в работе [6] методик расчёта установившегося режима разомкнутой линии авторами выполнен анализ эффективности использования внутрифазной ёмкости разомкнутой линии для регулирования напряжения в прилегающей к её концевым узлам электрической сети. При этом непосредственным управляющим воздействием является шунтирование или дешунтирование внутрифазной ёмкости разомкнутой линии путём коммутации выключателей на её концах.

Оценка выполнена на примере воздушной линии 500 кВ Ростовская АЭС – Шахты. Для определения конфигурации расщеплённой фазы использованы результаты работы [7].

Цель исследования: расчет и анализ режимов нагрузки предложенной в [4] конструкции трехфазной разомкнутой ВЛ, а также анализ эффективности применения предложенной в [4] конструкции трехфазной разомкнутой ВЛ как средства регулирования напряжения.

Материалы и методы исследования

Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи используются методы математического моделирования в среде MATLAB/Simulink с использованием библиотеки элементов SimScape SimPowerSystems. Выполнен анализ режимов работы линий двух классов напряжения (500 и 750 кВ) и трех вариантов конструкций расщепленной фазы. Сведения об анализируемых линиях представлены в табл. 1.

Таблица 1

Сведения об анализируемых линиях

Класс напряжения, кВ

Конфигурация пролёта

Тип промежуточных опор

Высота подвеса фазы, м

Марка провода в фазе

500

Промежуточные опоры на оттяжках ПБ1

27,2

АС-700/86

750

Промежуточные опоры на оттяжках ПП750-1

35

АС-500/64

C учётом полученных ранее результатов анализа установившихся режимов РВЛ [7–9] в настоящей работе проведен расчёт некоторых аварийных режимов работы 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 (рис. 1).

hihkov1.tif

Рис. 1. Математическая модель в среде MATLAB/Simulink для расчета некоторых аварийных режимов работы трехфазной разомкнутой ВЛ

С использованием данной модели проведена оценка следующих видов замыканий:

- внутрифазное КЗ (замыкание между прямой и обратной составляющей);

- внутрифазное КЗ с участием земли;

- замыкание прямой или обратной составляющей на землю.

Для анализа эффективности применения разомкнутых линий электропередачи в решении задачи регулирования напряжения используются методы математического моделирования в среде RastrWin3. Выполнен анализ режимов работы сети 500 кВ на примере объединенной энергосистемы Юга (рис. 2).

hihkov2.tif

Рис. 2. ОЭС Юга

Регулирование напряжения в сети производилось путём шунтирования продольной ёмкости разомкнутой линии, описанной в [3] с целью снижения напряжения в узлах линии и дешунтирования – для увеличения напряжения. В работе представлены результата анализа напряжения в узлах сети при использовании описанного способа регулирования.

Результаты исследования и их обсуждение

Режим внутрифазного КЗ – аварийный режим, характерный только для линии с продольной компенсацией. Опасность данного режима заключается в шунтировании внутрифазной ёмкости, которое может привести к нарушению устойчивости работы линий.

Однако результаты моделирования кратковременно возникающего внутрифазного КЗ позволяют говорить лишь о незначительных изменениях напряжения в повреждённой фазе.

При этом ток в месте установки защиты изменяется незначительно, что вынуждает использовать дистанционные либо высокочастотные защиты для обнаружения данного вида замыканий (рис. 3).

hihkov3.wmf

Рис. 3. Внутрифазное КЗ – замыкание между прямой и встречной составляющей расщепленной фазы

hihkov4.wmf

Рис. 4. Однофазное короткое замыкание

Как и следовало ожидать, в режиме внутрифазного замыкания с участием земли наблюдается значительная несимметрия напряжений. Характер изменения тока в месте установки защит позволяет использовать для защиты от замыканий на землю те же виды защит, что и для традиционных линий (рис. 4).

На рис. 5 представлены результаты расчета режима сети с шунтированной продольной ёмкостью ВЛ 500 кВ Ростовская АЭС – Шахты. Узел «Ростовская АЭС» является базисным, напряжение на нем постоянное и составляет 525 кВ.

hihkov5.tif

Рис. 5. Результаты расчета режима до включения продольной емкости

hihkov6.tif

Рис. 6. Результаты расчета режима после включения продольной емкости

Далее было произведено включение продольной ёмкости и рассчитан соответствующий этому режим. Результаты расчета режима представлены на рис. 6.

По результатам расчета режима были определены значения напряжения во всех узлах сети до и после включения шунтируемой продольной ёмкости на ВЛ 500 кВ Ростовская АЭС – Шахты, величины угла между фазами напряжения d (табл. 2).

Таблица 2

Результаты расчета напряжений в узлах сети 500 кВ

Узел

Напряжение, кВ

δ,º

До компенсации

После компенсации

До компенсации

После компенсации

Ростовская АЭС

525

Шахты

496,24

522,92

–1,55

0,61

Тихорецк

516,72

517

0,42

0,83

Центральная

502,94

503,09

0,4

0,9

Кубанская

498,94

499,09

–4,35

-3,84

Ставропольская ГРЭС

503,32

503,46

8,51

8,98

Невинномысск

514,07

514,05

7,22

7,54

Буденновск

524,5

524,46

0,9

1,08

Расчеты показывают, что наибольшее увеличение напряжения наблюдается в узлах, непосредственно связанных с разомкнутой линией, и составляет порядка 27 кВ. Однако небольшое увеличение напряжения наблюдается практически во всех узлах сети.

Выводы

В работе построена математическая модель трехфазной разомкнутой ВЛ для расчёта некоторых аварийных режимов работы разомкнутой линии. С использованием данной модели проведена оценка следующих видов замыканий:

- внутрифазное КЗ (замыкание между прямой и обратной составляющей);

- внутрифазное КЗ с участием земли;

- замыкание прямой или обратной составляющей на землю.

Результаты первичного анализа аварийных режимов РВЛ позволяют утверждать о возможности использования традиционных принципов организации защит линий. В режимах с шунтированием внутрифазной ёмкости не происходит нарушения устойчивости работы линии, однако для обнаружения внутрифазных повреждений необходимо предусматривать нетоковые виды релейных защит: дистанционные, высокочастотные.

Также в работе проведен расчет режимов сети 500 кВ объединенной энергосистемы Юга. Рассмотрен эффект применения разомкнутых линий с шунтированной продольной ёмкостью на примере ВЛ 500 кВ Ростовская АЭС – Шахты. Определены значения напряжений в узлах сети до и после включения продольной емкости и построены соответствующие векторные диаграммы. Полученные в данной работе результаты позволяют говорить о разомкнутых линиях электропередачи с шунтируемой продольной ёмкостью как об эффективном способе регулирования напряжения.


Библиографическая ссылка

Шишков Е.М., Проничев А.В., Солдусова Е.О. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПО РАЗОМКНУТЫМ ВОЗДУШНЫМ ЛИНИЯМ С ПРОДОЛЬНОЙ САМОКОМПЕНСАЦИЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 12-1. – С. 168-173;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37281 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074