Влияние учета сопротивления взаимоиндукции на расчет режима воздушной линии электропередач сверхвысокого напряжения

Размещено на http://allbest.ru

ФГАОУ ВО "Северо-Кавказский федеральный университет",

Влияние учета сопротивления взаимоиндукции на расчет режима воздушной линии электропередач сверхвысокого напряжения

А.В. Старченко, О.С. Рыбасова,

Д.С. Тучина, С.С. Костюкова

Ставрополь, Россия

Введение

Развитие энергосистем и их объединение тесно связано с освоением более высоких ступеней напряжения электропередач. Воздушные линии электропередачи номинальным напряжением 330 кВ и выше называют линии сверхвысоких напряжений. Такие воздушные линии предназначены для осуществления связи между электростанциями и потребителями электроэнергии.

Воздушные линии электропередачи сверхвысокого напряжения являются протяженным токопроводом, создающим электрическое и магнитное поля. При этом, электрическое поле линии мало изменяется при изменении работы линии. Магнитное же поле изменяется в широких пределах в соответствии с изменением тока в линии. В связи с этим встает вопрос определения взаимной индукции воздушной линии электропередач.

В данной работе проведена оценка влияния сопротивления взаимной индукции в воздушных линиях электропередач сверхвысокого напряжения.

Изложение основного материала

Расчет установившегося режима работы ВЛ Л-701 без учета индивидуального влияния сопротивления взаимоиндукции

Значения токов и напряжений в начале рассматриваемой воздушной линии электропередач были получены путем векторного измерения, с помощью PMU устройств и размещены в Таблице I.

Таблица 1. - Значения токов и напряжений в начале ВЛ Л-701 в начальный момент времени

Также из паспортных данных воздушной линии электропередач Л-701 (Марка и сечения провода в фазе АС - 240/56, количество проводов в фазе равно 5) были получены её геометрические параметры, которые сведены вТаблице 2 [1].

Таблица 2 - Геометрические параметры ВЛ Л-701

В результате анализа исходных данных был проведен расчет удельных сопротивлений и удельных проводимостей по формуламприведенным в [2], результаты расчета приведены в таблице 3. Так же в таблицу сведены сопротивления и проводимости воздушной линии электропередачи, которые определялись по формулам (1) - (4). Так как провода мы принимаем полностью одинаковыми, то сопротивления и проводимости фаз будут равны друг другу, т.е. ZA = ZB = ZC.

(1)

(2)

(3)

(4)

Таблица 3 - Рассчитанные удельные сопротивления ВЛ Л-701

Рис. 1. Расчетная электрическая схема замещения воздушной ЛЭП

На основании схемы замещения воздушной ЛЭП можно записать систему уравнений, без учета взаимной индукции, для определения токов и напряжений в фазе на конце рассматриваемой воздушной ЛЭП [3].

Расчет системы уравнений (5) проводился в программном комплексе Mathcad и результаты расчетов тока фазы Апредставлены на “Рис. 3”.

(5)

где ZA = RA + jXA,

ZB = RB + jXB

ZC = RC + jXC - полные сопротивления соответствующих фаз воздушной линии электропередачи;

YA0 = GA + jBA,

YB0 = GB + jYB

YC0 = GC + jBC - проводимость линии электропередач между проводом и землей.

Расчет установившегося режима работы ВЛ Л-701 с учетом индивидуального влияния сопротивления взаимоиндукции

Значение взаимной индуктивности определется по формуле:

(6)

где hi - средняя высота подвеса влияющего провода, м;

hj - высота подвеса провода, подверженного влиянию, м;

Dij - расстояние между проводами по горизонтали, м;

с - удельное сопротивление грунта, Ом;

f - стрела провеса, м [5].

Сопротивление взаимной индуктивности рассчитывалось по формуле:

(7)

где щ - циклическая частота, равная 2рf;

Mij - удельное значение взаимной индукции, Гн/км;

l - длин линии, км [4].

На основании схемы замещения воздушной ЛЭП можно записать систему уравнений, с учетом взаимной индукции, для определения токов и напряжений в фазе на конце рассматриваемой воздушной ЛЭП.

Рис. 2. Расчетная электрическая схема замещения воздушной ЛЭП с учетом взаимной индукции

(8)

Расчет системы уравнений (8) проводился в программном комплексе Mathcad и результаты расчетов тока фазы Апредставлены на “Рис. 3”.

Сравнение результатов расчета установившегося режима работы ВЛ Л-701

В качестве анализа рассчитанных токов и напряжений, в конце рассматриваемых воздушных линий электропередач, был проведен расчет потери напряжения и относительной погрешности.

Для наглядного сравнения полученных результатов на рисунке 3 представлены графики токов и на рисунке 4 графики напряжений по данным PMU устройств, с учетом и без учета индивидуального влияния взаимной индукции.

Рис. 3. Сравнение вариантов определения тока в ВЛ Л-701

ток напряжение электропередача индуктивность

Погрешность тока составила приблизительно 17%, что показывает обязательный учет взаимной индукции при определении токов в конце воздушных линий электропередачи 750 кВ. Погрешность напряжения составило более 7%, что означает обязательный учет взаимной индукции при расчете установившегося режима работы воздушной линии электропередач напряжением 750 кВ.

Рис. 4. Сравнение вариантов определения напряжения в ВЛ Л-701

Погрешность напряжения составило приблизительно 7 %, а потеря напряжения составило приблизительно на 17 кВ больше, чем при расчете режима работы с учетом взаимной индукции, что означает обязательный учет взаимной индукции при расчете установившегося режима работы воздушной линии электропередач напряжением 750 кВ.

Заключение

Составлены расчетные схемы замещения без учета и с учетом сопротивления взаимной индуктивности. Составлены системы уравнений без учета и с учетом сопротивления взаимной индуктивности. Произведен расчет установившегося режима работы воздушных линий электропередач сверхвысокого напряжения по данным PMU-устройств и построены графики токов и напряжений по данным конца.

Проведено сравнение рассчитанных режимов по каждой рассматриваемой линии электропередач, определена погрешность расчета и падение напряжения. Доказана необходимость расчета линий электропередач сверхвысокого напряжения с учетом взаимной индуктивности.

Список литературы

1. Справочник по электрическим сетям 35 - 1150 кВ. - М.: ОАО «Энергосетьпроект», 2004. - 110 с.

2. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. Учебник для вузов / В.И. Идельчик. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.

3. Гамм, А.З. Методы расчета нормальных режимов электроэнергетических систем на ЭВМ. / А.З. Гамм - Иркутск: ИПИ-СЭИ, 1972. - 186 с

4. Вайнштейн, Л.М., Мельников Н.А. О возможности замены схем со взаимной индукцией эквивалентными без взаимной индукции / Л.М. Вайнштейн, Н.А. Мельников // Электричество. - 1965. - № 5. - С. 16- 18.

5. Калантаров, П.Л. Расчет индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. и доп. / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение. 1986. - 488 с.: ил.

Аннотация

Влияние учета сопротивления взаимоиндукции на расчет режима воздушной линии электропередач сверхвысокого напряжения. А.В. Старченко, О.С. Рыбасова, Д.С. Тучина, С.С. Костюкова, ФГАОУ ВО "Северо-Кавказский федеральный университет", Ставрополь, Россия E-mail: alexej.starchenko2017@yandex.ru

При расчете режима работы воздушных линий сверхвысокого напряжения возникает проблема учета сопротивления взаимной индукции и ее влияние на расчет режима воздушной линии. В работе приведено сравнение расчетов режима работы ВЛ СВН с учетом и без учета взаимной индуктивности ВЛ. При проведении исследования была составлена модель воздушной линии электропередач с классом напряжения 750 кВ. Расчет режима работы ВЛ СВН производился по Т-образной схеме замещения. Представлена полнофазная схема замещения одноцепной воздушной линии электропередач с учетом электромагнитной связи между элементами ЛЭП. Определены параметры одноцепной ЛЭП и составлены уравнения, позволяющие рассчитать токи и напряжение в конце линии электропередачи, учитывающие сопротивления взаимоиндукции. Полученный расчет режима работы воздушной линии с учетом и без учета взаимоиндукции позволяет утверждать, что при расчете режима воздушной линии сверхвысокого напряжения нельзя пренебрегать электромагнитной связью между фазами воздушной линии.

Ключевые слова -- воздушная линия сверхвысокого напряжения, электромагнитная связь, взаимоиндукция, сопротивление взаимоиндукции.

Abstract

The influence of the mutual iductance on the mode calculation overhead line UHV. A.V. Starchenko, O.S. Rybasova, D.S. Tuchina, S.S. Kostyukova, North-Caucasus Federal University, Stavropol, Russian Federation, E-mail: alexei.starchenko2017@yandex.ru

When calculating the operating mode of over-high-voltage overhead lines, the problem of taking into account the mutual induction resistance and its effect on the calculation of the overhead - line. In this paper, a comparison is made of the calculation of the operation mode of an overhead line with a view to and without taking into account the mutual inductance of the overhead line. During the research, a model of an overhead transmission line with a voltage class of 750 kV was compiled. Calculation of the operating mode of the high-voltage line was performed according to the T-type scheme of substitution. A full-phase replacement scheme for a single-circuit overhead transmission line is presented, taking into account the electromagnetic coupling between the elements of the transmission line. The parameters of a single-circuit power line are determined and equations are constructed that allow calculating the currents and voltage at the end of the power line, taking into account the mutual inductance resistance. The calculation of the operating mode of an overhead line with and without allowance for mutual induction allows us to state that in the calculation of the super-high voltage air-line mode, the electromagnetic coupling between the phases of the overhead line can not be neglected.

Keywords -- ultrahigh voltage line, electromagnetic coupling, mutual induction, mutual inductance resistance.

Размещено на Allbest.ru