Estimating the transmission capacity of the open overhead power transmission LINE

Full Text

Введение Установки продольной компенсации являются неотъемлемым элементом сверхдальних передач переменного тока [1]. Одним из способов достижения цели продольной компенсации - уменьшения продольной индуктивности воздушной линии (ВЛ) - является настройка линии на резонанс напряжений, или резонанс токов. Эта идея была предложена в работах И.И. Соловьёва 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 приемной. При достаточной длине линии взаимная емкостная проводимость, созданная между прямой и обратной составляющими, 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 составляющие расщепленной фазы подвешены на одной траверсе и отделены друг от друга диэлектрическими распорками. При этом на одной опоре могут располагаться все три фазы разомкнутой ВЛ. В работе [5] авторами предложена математическая модель в фазных координатах, учитывающая принципиальную несимметрию разомкнутой ВЛ как трехфазной системы, а в работе [6] - способ реализации этой модели в виде методик расчета 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. 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 табл. 1. Таблица 1 Сведения об анализируемых линиях Класс напряжения, кВ Конфигурация пролета 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 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 которых в трехфазной разомкнутой ВЛ наблюдается явление полной самокомпенсации. На рис. 2 представлена математическая модель для анализа режима под нагрузкой. Общий участок представлен схемой замещения с распределенными параметрами: к ее входу 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 расчета режима принимаются значения установившегося отклонения напряжения на общем участке в процентах. Результаты В табл. 2 представлены результаты расчета длины общего участка для четырех рассматриваемых конфигураций, полученные с использованием модели, изображенной на рис. 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 трехфазной постановках, представлено на рис. 3. Таблица 2 Результаты расчета длины общего участка Класс напряжения, кВ Схема конструкции расщепленной фазы Длина участка самокомпенсации, км 500 а 932 б 705 750 б 697 в 602 Рис. 3. Сравнение длин общего участка однофазной и трехфазной моделей разомкнутой ВЛ для конфигурации 500 кВ с расщеплением на два провода В табл. 3 представлены рассчитанные значения передаваемой мощности четырех рассматриваемых конфигураций для двух значений установившегося отклонения напряжения |dU| в конце ВЛ - 5 и 10 %. Таблица 3 Значения передаваемой мощности Конфигурация Передаваемая мощность, МВт |dU| = 5 % |dU| = 10 % 500 кВ - расщепление на 2 провода 1200 1900 500 кВ - расщепление на 4 провода 5000 6600 750 кВ - расщепление на 4 провода 7700 10400 750 кВ - расщепление на 6 проводов 15000 19000 Рис. 4. График зависимости отклонения напряжения от передаваемой мощности На рис. 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. Выводы В работе построена математическая модель трехфазной разомкнутой ВЛ для расчета режимов нагрузки, учитывающая взаимное влияние фаз. При использовании трехфазной модели для определения длины общего участка, при которой наблюдается явление полной самокомпенсации, полученные результаты показывают необходимую длину до 8 % большую, чем при расчетах 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 четырех 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.

About the authors

Evgeny M Shishkov

Samara State Technical University

Email: vgg41@yandex.ru; e.m.shishkov@ieee.org
(Ph.D. (Techn.)), Deputy Director on Science, Informatization and Innovations 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Artem V Pronichev

Samara State Technical University

Email: teyoma@bk.ru; vgg41@yandex.ru
Student 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Elena O Soldusova

Samara State Technical University

Email: vgg41@yandex.ru; esoldusova@inbox.ru
Student 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files