Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ пропускной способности самокомпенсированных воздушных линий электропередачи

А.В. Проничев, Е.О. Солдусова,

Е.М. Шишков, В.Г. Гольдштейн

Аннотация

Анализ пропускной способности самокомпенсированных воздушных линий электропередачи

А.В. Проничев¹, Е.О. Солдусова¹, Е.М. Шишков², В.Г. Гольдштейн¹,

¹ ФГБОУ ВО "СамГТУ", Самара, Россия,

² филиал ФГБОУ ВО "СамГТУ" в г. Новокуйбышевске Новокуйбышевск, Россия,

e-mail: teyoma@bk.ru, esoldusova@inbox.ru, e.m.shishkov@ieee.org, vgg41@yandex.ru.

Состояние вопроса: 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.

Материалы и методы: 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 сталеалюминевых проводов.

Результаты: Составлена математическая модель для анализа режимов нагрузки и холостого хода разомкнутой линии. Определены длины трехфазной разомкнутой линии электропередачи, при которых наблюдается явление полной самокомпенсации. Проведён расчёт значений передаваемой мощности, соответствующих различным установившимся значениям отклонения напряжения.

Выводы: При использовании трёхфазной модели для определения длины общего участка, при которой наблюдается явление полной самокомпенсации, полученные результаты показывают необходимую длину до 8 % большую, чем при расчётах с использованием однолинейных моделей. Это объясняется появлением взаимной индуктивности между проводниками разных фаз. Величина предела передаваемой мощности может достигать 6600 МВт для разомкнутых ВЛ напряжением 500 кВ и 19000 МВт - для ВЛ напряжением 750 кВ, что является достаточным для использования разомкнутых ВЛ в качестве мощных межсистемных связей.

Ключевые слова: воздушная линия электропередачи; продольная компенсация; самокомпенсированная линия.

Abstract

Analysis of transmission capacity of self - compensated overhead transmission lines

A.V. Pronitchev¹, E.O. Soldusova¹, E.M. Shishkov², V.G. Goldstein¹

¹Samara State Technical University, Samara, Russian Federation,

²Novokuybyshevsk Branch of Samara State Technical University, Novokuybyshevsk, Russian Federation,

e-mail: teyoma@bk.ru, esoldusova@inbox.ru, e.m.shishkov@ieee.org, vgg41@yandex.ru.

Background: For the purpose of organizing longitudinal compensation for long-distance overhead power transmission lines, the authors proposed in previous works the method of using their own distributed capacitance - the construction of an open power line with a split phase, the components of which are electrically isolated from each other in such a way that one part of the components is connected only to the power supply buses, and other part only to the consumer's buses. In this paper, the limit of the transmission capacity of open overhead lines at different load values is estimated.

Materials and Methods: To analyze the efficiency of using open overhead transmission lines, mathematical modeling methods were used in the MATLAB / Simulink with using the SimScape SimPowerSystems element library. The initial data for the analysis were geometric configurations of overhead line supports and parameters of steel-aluminum wires.

Results: A mathematical model is developed for the analysis of load and off-load conditions of the open line. The lengths of a three-phase open transmission line are determined, under which the phenomenon of complete self-compensation is observed. The calculation of the transmission capacity values corresponding to different steady-state voltage deviations is carried out.

Conclusions: For a three-phase model to determine the length of a common area at which the phenomenon of complete self-compensation is observed, the results show a necessary length of 8 % greater than in calculations using single-line models. This is explained by the appearance of mutual inductance between the conductors of different phases. The power transmission limit can reach 6,600 MW for open lines with a voltage of 500 kV and 19,000 MW for a 750 kV overhead line, which is sufficient for the use of open overhead lines as powerful interconnections.

Keywords: overhead transmission line; longitude compensation; self-compensated line.

Введение

Установки продольной компенсации являются неотъемлемым элементов сверхдальних передач переменного тока [1]. Одним из способов достижения цели продольной компенсации - уменьшения продольной индуктивности воздушной линии (ВЛ) - является настройка линии на резонанс напряжении? или резонанс токов. Эта идея была предложена в работах И.И. Соловье?ва и А.А. Вульфа [2] в первой половине XX века. Позднее, профессором Н.Ф. Ракушевым в работе [3] был предложен способ реализации данной? идеи - разомкнутая линия электропередачи, каждая фаза которой состоит из двух изолированных друг от друга проводников, один из которых (прямая составляющая) подключен к шинам передающей подстанции, а второй (встречная составляющая) - к шинам приёмной. При достаточной длине линии взаимная емкостная проводимость, созданная между прямой и обратной составляющий, могла бы полностью скомпенсировать собственную индуктивность линии.

В работе [4] авторами предложена усовершенствованная конструкция разомкнутой ВЛ, выполненная по принципу расщепления фазы. В такой линии прямая и встречная составляющая расщеплённой фазы подвешены на одной траверсе и отделены друг от друга диэлектрическими распорками. При этом на однои? опоре могут располагаться все три фазы разомкнутой ВЛ. В работе [5] авторами предложена математическая модель в фазных координатах, учитывающая принципиальную несимметрию разомкнутой ВЛ, как трёхфазной системы, а в работе [6] - способ реализации этой модели в виде методик расчёта установившегося режима линии.

В работе [7] рассматривался вопрос определения оптимальной конструкции расщепленной фазы разомкнутой воздушной линии, однако расчеты производились на однофазной модели.

Целью данного исследования является расчет и анализ режимов нагрузки, предложенной в [4] конструкции трехфазной разомкнутой ВЛ.

I. 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 (рис. 1). Сведения об анализируемых линиях представлены в Таблице I.

Таблица I

Рис. 1. Схема конструкции расщепленной фазы общего участка разомкнутой ВЛ: а - расщепление на 2 провода в фазе (класс напряжения 500 кВ); б - расщепление на 4 провода в фазе (класс напряжения 500 и 750 кВ); в - расщепление на 6 проводов в фазе (класс напряжения 750 кВ)

При помощи математической модели для анализа режима холостого хода [7] были рассчитаны длины общего участка, при которой в трехфазной разомкнутой ВЛ наблюдается явление полной самокомпенсации.

На рисунке 2 представлена математическая модель для анализа режима под нагрузкой. Общий участок представлен схемой замещения с распределёнными параметрами, ко входу которой подключен трехфазный источник синусоидального напряжения, а к выходу трехфазная активно-индуктивная нагрузка с коэффициентом мощности 0,95. Сигналы с вольтметров в начале и в конце линии преобразуются, и в качестве расчёта режима принимаются значения установившегося отклонения напряжения на общем участке в процентах.

II. Результаты

В таблице II представлены результаты расчета длины общего участка для 4-х рассматриваемых конфигураций, полученные с использованием модели, изображённой на Рисунке 2. Полученные результаты, отличаются от опубликованных ранее в [7], поскольку использованная в данной работе математическая модель представлена в многофазной постановке и поэтому учитывает процессы, связанные с влиянием на режим взаимной индуктивности между проводниками разных фаз, для компенсации которой требуется дополнительная емкость. Сравнение полученных результатов для линии 500 кВ, полученных с использованием математической модели в однофазной [7] и трёхфазной постановках представлено на Рис. 3.

Таблица II

Рис. 2. Математическая модель в среде MATLAB/Simulink для расчета режимов нагрузки трехфазной разомкнутой ВЛ

Рис. 3. Сравнение длин общего участка однофазной и трехфазной модели разомкнутой ВЛ для конфигурации 500 кВ с расщеплением на 2 провода

В таблице III представлены рассчитанные значения передаваемой мощности четырех рассматриваемых конфигураций для двух значений установившегося отклонения напряжения |U| в конце ВЛ - 5 и 10 %.

Таблица III

На Рисунке 4 представлена зависимость установившегося отклонения напряжения от передаваемой активной мощности для четырех рассматриваемых конфигураций фазы ВЛ. При начальных значениях передаваемой мощности наблюдается положительное отклонение напряжения. Это объясняется тем, что данные режимы характеризуются явлением перекомпенсации: продольное емкостное сопротивление незначительно превышает индуктивное. При постепенном росте нагрузки, а именно ее индуктивной составляющей, в линии достигается состояние полной самокомпенсации, в котором отклонение напряжения становится равным нулю. При дальнейшем увеличении нагрузки ВЛ отрицательное отклонение напряжения будет постепенно увеличиваться.

Рис. 4. График зависимости отклонения напряжения от передаваемой мощности

мощность воздушная электропередача самокомпенсация

Выводы

В работе построена математическая модель трехфазной разомкнутой ВЛ для расчета режимов нагрузки, учитывающая взаимное влияние фаз. При использовании трёхфазной модели для определения длины общего участка, при которой наблюдается явление полной самокомпенсации, полученные результаты показывают необходимую длину до 8 % большую, чем при расчётах с использованием однолинейных моделей. Это объясняется появлением взаимной индуктивности между проводниками разных фаз;

Проведен расчет зависимости величины установившегося отклонения напряжения в конце линии от передаваемой мощности для 4 конфигураций трехфазной разомкнутой ВЛ. Величина предела передаваемой мощности может достигать 6600 МВт для разомкнутых ВЛ напряжением 500 кВ и 19000 МВт - для ВЛ напряжением 750 кВ, что является достаточным для использования разомкнутых ВЛ в качестве мощных межсистемных связей.

Список литературы

[1] Готман В.И., Глазачев А.В., Бацева Н.В. Продольная компенсация дальних электропередач с промежуточными системами // Известия Томского политехнического университета. Т. 319, No4, 2011, С. 68-75.

[2] Вульф А.А. Проблема передачи электрическои? 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] Пат. 130458 РФ, МПК 8 H 02 J 3/20. Разомкнутая тре?хфазная воздушная линия электропередачи переменного тока / В.Г. Гольдштеи?н, Е.М. Шишков; ФГБОУ "Самарскии? государственныи? техническии? университет". No 2013103649/07; заявл. 28.01.2013; опубл. 20.07.2013, Бюл. No20.

[5] Шишков Е.М., Гольдштеи?н В.Г., Кривихин И.Н. Математическая модель самокомпенсированнои? воздушнои? линии электропередачи. // Сборник докладов VI Международнои? научно-техническои? конференции "Электроэнергетика глазами молоде?жи". - Иваново. - 2015. - С. 620-623.

[6] E. Shishkov, V. Goldstein, I. Krivihin, "Open Overhead Transmission Lines", Applied Mechanics and Materials, Vol. 792, pp. 293-299, 2015.

[7] Проничев А.В., Кривихин И.Н., Шишков Е.М., Гольдштеи?н В.Г. Определение оптимальнои? конфигурации расщепленнои? фазы для самокомпенсированных разомкнутых линии? электропередачи // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VII Международнои? научно-техническои? конференции, 19-23 сентября 2016, Казань. ? В 3 т. Т 1. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. - С. 198-201.

Размещено на Allbest.ru