Оценка показателей эффективности работы двухцепных воздушных линий электропередачи с помощью многопроводных схем замещения

УДК 621.315.1

ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДВУХЦЕПНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ МНОГОПРОВОДНЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

А.С. ВЕДЕРНИКОВ, В.Г. ГОЛЬДШТЕЙН, Д.В. ИЛЮТКИН, Е.М. ШИШКОВ

Самарский государственный технический университет

Рассмотрены возможности оценки эффективности работы двухцепных воздушных линий в установившихся режимах с использованием многопроводных схем замещения. Проведён анализ результатов расчётов потерь в двухцепной линии с помощью метода фазных координат.

Ключевые слова: двухцепная воздушная линия (ДВЛ) электропередачи, установившийся режим, многопроводная схема замещения, метод фазных координат, электрические потери.

Расчеты установившихся режимов (УР) электрических сетей в настоящее время производятся по однопроводным схемам замещения без учета взаимного влияния соседних проводов, тросов и цепей (для двухцепных ЛЭП), а также земли и, самое главное, принципиальной несимметрии одноцепных и особенно двухцепных линий. Однако в современных условиях требования к точности расчетов УР стали намного жестче в связи с появлением ряда практических задач, связанных с учетом электроэнергии, повышением пропускной способности за счет использования внутренних свойств ДВЛ и прогнозирования режимов их работы при значительной разнице в их загрузке и др.

Общепризнанным подходом в решении практических задач анализа режимов в электрических сетях является использование в качестве основополагающей концепции математического описания соответствующих физических процессов с помощью уравнений Максвелла для электромагнитных полей. Возникающие при этом методические проблемы решаются с помощью рекомендаций, данных в фундаментальной работе Г.А. Гринберга [1]. В значительном большинстве случаев их общая идея - это переход от так называемой «полевой» постановки задачи к реализации соответствующих «эквивалентных» электрических схем. При этом определение параметров этих схем производится с помощью приближенных интегральных решений соответствующей части «полевой» задачи, а электростатические и электромагнитные процессы моделируются раздельно, что приводит, соответственно, к возникновению П- или Т-образных схем замещения [2,3].

Продольные собственные и взаимные активно-индуктивные сопротивления исходно моделируется в эквивалентной многопроводной схеме замещения (МСЗ) для расчета режима ДВЛ в естественном виде комплексных сопротивлений. Поперечная составляющая МСЗ исходно формируется из собственных и взаимных емкостей. Общая эквивалентная схема замещения включает в себя также источник питания и нагрузку, представленную постоянным сопротивлением.

Для оценки эффективности режима работы ЛЭП целесообразно применить такие показатели, как потери активной мощности и падение напряжения в фазном проводнике.

© А.С. Ведерников, В.Г. Гольштейн, Д.В. Илюткин, Е.М. Шишков Проблемы энергетики, 2011, № 7-8

В настоящее время в сетях ЕНЭС лишь часть линий электропередачи снабжена устройствами телемеханики и телеизмерений, а расчёт электрических режимов для них проводится исключительно с использованием ОСЗ.

В связи с этим возникает необходимость в оценке погрешностей, к которым приводит применение несовершенных методов расчёта. Такая оценка была проведена на примере габаритов линий Сызрань 1-11, классом напряжения 220 кВ, входящих в систему МЭС Волги.

Погрешность в результатах расчёта электрических режимов при использовании однопроводных схем замещения обусловлена, главным образом, пренебрежением принципиальной несимметричности первичных параметров ДВЛ. Строго говоря, несимметричным объектом является не только ДВЛ, но и любая трёхфазная одноцепная ВЛ, для которой не предусмотрена транспозиция. Существенный вклад в несимметрию первичных параметров ВЛ вносит взаимодействие электромагнитных полей, создаваемых фазными токами с землёй, особенно для сетей, работающих в режиме глухо-заземлённой нейтрали - 110 кВ и выше. Также значительную роль играет факт наличия и схема заземления грозозащитного троса.

Отметим, что при симметричной конструкции опор ДВЛ значения режимных параметров в каждой из цепей будут одинаковыми, в то время как для ДВЛ, выполненных на одноцепных опорах, они будут существенно различаться из-за отсутствия геометрической оси плоской симметрии.

Из рис. 1 можно видеть, что увеличение расстояния, на которое передаётся мощность при неизменном еозф приводит к синхронному возрастанию абсолютной погрешности в определении потерь активной мощности в каждой из цепей. Различия в определении падения напряжения в фазных проводах ДВЛ (рис. 2) зависят от положения провода на траверсе опоры, а именно, от расстояния траверсы до точки подвеса грозозащитного троса, до земли и до соседней траверсы.

Рис. 1. Потери активной мощности в ДВЛ в зависимости от расстояния передачи, определённые с использованием однопроводных (ОМ) и многопроводных (ММ) схем замещения

Рис. 2. Падение напряжения в фазных проводах ДВЛ в зависимости от длины линии, определённые с использованием однопроводных (ОМ) и многопроводных (ММ) схем замещения

Для ДВЛ классом напряжения 35 кВ, выполненной на опорах марки П35-2, падения напряжения в фазных проводах A, B, и ^ полученные по результатам расчёта режима с использованием МСЗ, будут отличаться от значений, полученных с применением ОСЗ. Результаты расчёта при различных нагрузках ЗН и неизменном коэффициенте активной мощности, равном 0,91, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчётов падений напряжения в фазных проводниках для ДВЛ 35 кВ

ЗН, МВА Д^ОСЗ, В \иА, В \иВ, В \ис, В

2 634 679 565 614

4 1268 1317 1099 1205

6 1902 1919 1604 1774

8 2536 2488 2081 2321

10 3170 3028 2534 2845

Наиболее высокие значения относительной погрешности при определении падений напряжения возникают в проводах центральных траверс, особенно сильно воспринимающих электромагнитные и электростатические влияния близкорасположенных соседних проводов. Необходимо отметить, что в каждой из фаз значения относительных погрешностей отличаются по знаку, и при переходе от фазных величин к линейным возникает лишь небольшое искажение треугольника потерь.

Для ДВЛ класса напряжения 35 кВ протяжённостью 35 км, выполненной на промежуточных опорах марки П35-2, проводился расчёт УР с использованием ОСЗ и МСЗ для различных значений мощности нагрузки (Зд) при неизменном коэффициенте активной мощности, равном 0,91. Затем определялась относительная погрешность использования ОСЗ для потерь активной (еДр), реактивной (еД^) и

полной (еДз) мощности. Также, согласно ГОСТ 13109-97, проводился расчёт

коэффициентов несимметрии по напряжению в конце ДВЛ по обратной (К2и) и нулевой (Кои) последовательности. Результаты сведены в табл. 2.

Таблица 2

Относительные погрешности в определении потерь мощности и коэффициенты несимметрии по напряжению для ДВЛ 35 кВ

SH, МВА Едя, % Едр, % ЕдО, % K2u, % Kqu, %

2 5,18 5,65 4,75 0,221 0,419

4 10,73 11,24 10,34 0,431 0,811

6 16,52 16,99 16,06 0,630 1,190

8 22,43 22,92 21,97 0,819 1,563

10 28,47 29,00 28,00 0,999 1,935

Выводы

1. Разработаны уточненные математические модели двухцепных воздушных линий электропередач, позволяющие производить расчет установившихся режимов и учитывающие электромагнитное взаимовлияние параллельных цепей.

2. Установлены основные закономерности влияния взаимного расположения фаз двухцепных ВЛ на их удельные параметры.

3. Пренебрежение принципиальной несимметричностью ДЛ при расчёте электрических режимов приводит к появлению неучтённой несимметрии по напряжению, выражающейся в коэффициенте несимметрии по обратной последовательности, достигающем 0,5% на классе напряжения 220 кВ.

4. Пренебрежение взаимовлиянием цепей ДЛ и линий, находящихся в общем коридоре, приводит к возникновению погрешностей в оценке потерь мощности, достигающих, в среднем, 30% на классе напряжения 220 кВ.

5. Пренебрежение взаимовлиянием цепей ДЛ и линий, находящихся в общем коридоре, приводит к возникновению знакопеременных погрешностей в оценке падения напряжения в фазных проводах, достигающих, в среднем, 25% по абсолютному значению на классе напряжения 220 кВ.

Summary

The possibilities of evaluating the efficiency of double-circuit overhead power lines in the stationary regimes using multiconductor equivalent circuits are considered. Results of calculations of losses in double-circuit lines using the method of phase coordinates are analyzed.

Key words: double-circuit overhead power line, stationary regimes, multiconductor equivalent circuit, method of phase coordinates, electrical losses.

Литература

1. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1948. 727 с.

2. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.-Л.: «Энергия», 1964. 704 с.

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Изд. 4. Т.2. СПб.: «Питер», 2006. 575 с.

Поступила в редакцию 21 января 2011 г.

Ведерников Александр Сергеевич - канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Электрические станции» (ЭС) Самарского государственного технического университета (СГТУ). Тел.: 8-903-3032230. E-mail: vedernikovas@rambler.ru.

Гольдштейн Валерий Геннадьевич - д-р техн. наук, профессор кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» (АЭЭС) Самарского государственного технического университета (СГТУ). Тел.: 8-927-7009910. E-mail: aees@rambler.ru.

Илюткин Дмитрий Вениаминович - аспирант кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» (АЭЭС) Самарского государственного технического университета (СГТУ). Тел.: 8-927-2608165. E-mail: ilyutkin-dv@volga.fsk-ees.ru.

Шишков Евгений Михайлович - студент кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» (АЭЭС) Самарского государственного технического университета (СГТУ). Тел.: 8-9033094215. E-mail: shishkov@smtp.ru.