Трехфазная воздушная линия электропередачи высокого напряжения

 

Использование: на линиях межсистемной связи напряжением 110 кВ и выше. Сущность изобретения: транспозиционные опоры на линии имеют местоположение, определяемое на основании вновь полученных математических зависимостей, учитывающих параметры сети, к которой подключена линия, электрическую нагрузку и конструкцию самой линии. Использование настоящего технического решения позволит улучшить условия работы релейной защиты при сохранении высокочастотных каналов передачи информации, в результате чего повышается надежность электроснабжения . 1 ил, 6 табл.

СОЮЗ СОВ ЕTCКИХ

СОЦИ АЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 G 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4757356/07 (22) 09.11.89 (46) 23.08.92. Бюл. М 31 (71) Киевский отдел комплексного проектирования Украинского отделения

Всесоюзного государственного проектноизыскательского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей "Э нергосетьпроект" (72) Л.Г.Погорелый и В.Ф,Скрыль (56) Справочник по проектированию линий электропередачи /Под ред. М.А,Реута и

С.С,Рокотяна. — M. Энергия, 1980, с, 192. (54) ТРЕХФАЗНАЯ ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к энергетике, в частности к высоковольтным воздушным линиям (ВЛ).

Неодинаковость параметров фаз высоковольтных ВЛ (продольных сопротивлений и поперечных проводимостей) является причиной несимметрии токов и напряжений в электрической сети. В основном несимметрия определяется током и напряжением обратной последовательности. Наиболее существенным фактором, характеризующим допустимое значение несимметрии токов, является условие надежной работы релейной защиты, Для снижения несимметрии токов и напряжений при нормальных режимах работы электропередачи выполняется транспозиция фазных проводов ВЛ.

Известна трехфазная воздушная линия электропередачи, по фазным проводам которой организованы высокочастотные (ВЧ) 0,, 1757ОО4А1 (57) Использование; на линиях межсистемной связи напряжением 110 кВ и выше.

Сущность изобретения: транспозиционные опоры на линии имеют местоположение, определяемое на основании вновь полученных математических зависимостей, учитывающих параметры сети, к которой подключена линия, электрическую нагрузку и конструкцию самой линии. Использование настоящего технического решения позволит улучшить условия работы релейной защиты при сохранении высокочастотных каналов передачи информации, в результате чего повышается надежность электроснабжения. 1 ил, 6 табл. каналы передачи информации и допустимая несимметрия на которой не может быть обеспечена путем выполнения одного идеального цикла транспозиции фаз, При этом под идеальным циклом транспозиции понимается цикл в равными длинами шагов.

Однако на каждом из шагов транспозиции на линии могут быть установлены различные типы опор (т.е. будут разными высоты подвеса проводов и расстояния между фазами), трасса ВЛ может проходить по местности с различными значениями пррводимости грунта, линия может достигать значительной длины, в связи с чем требуется учет распределенности ее параметров. По этим причинам выполнение одного идеального цикла транспозиции может не обеспечить допустимого уровня несимметрии. В этом случае необходимо загрубление органов защит, реагирующих

1757004 на симметричные составляющие токов и напряжений. Однако загрубление защит снижает надежность функционирования ВЛ.

Указанные недостатки устранены в 5 трехфэзной ВЛ высокого напряжения, на которой с целью снижения несимметрии на рассматриваемой линии выполняется несколько идеальных циклов трэнспозиции, 10

Однако каждая транспозиционная опора ВЛ является ее слабым местом, усложняет выполнение профилактических испытаний и ремонтных работ, а также снижает надежность работы линии в целом и 15 вызывает усложнение конструкции опор и увеличение количества гирлянд изоляторов и общего веса опор, Кроме того, транспозиция фаз оказывает существенное влияние на характеристики затухания и неравномер- 20 ности высокочастотного (ВЧ) линейного тракта. Поэтому организовать достаточное число надежных ВЧ-каналов передачи информации по фазным проводам такой ВЛ затруднительно. В этом случае связь между 25 энергосистемами осуществляется либо по общегосударственным каналам, арендованным для круглосуточного использования, либо по каналам ведомственной связи (кабельные или радиорелейные линии свя- 30 зи).

Однако арендованные каналы передачи информации в ряде случаев не отвечают требованиям, предъявляемым к каналам противоаварийной автоматики и релейной 35 защиты и, кроме тсго, аренда каналов передачи информации требует значительных ежегодных издержек, Целью изобретения является повышение надежности и экономичности функцио- 40 нирования ВЛ путем снижения несимметрии токов линии, Указанная цель достигается тем, что в известной трехфазной воздушной линии электропередачи высокого напряжения, со- 45 стоящей из участков с опорами различных конструкций и содержащей три шага транспозиции, пронумерованные от начала к концу линии, длина первого шага транспозицил принимается равной 50

Х1 -( (1) 55 а длина второго шага — равной аЯ—

Хг — (где

Й вЂ” Re

QZmI ImI

m — — 1 х(" (1 (3)

Zml — УДЕЛЬНОЕ ВЗаИМНОЕ ПРОДОЛЬНОЕ СОпротивление в схемах обратной и прямой последовательностей участка линии m-й конструкции на шаге транспоэиции х;

fmI — ДЛИНа УЧаСтКа ЛИНИИ m-й КОНСтРУКции на шаге транспозиции х;; (- длина ВЛ;

kmI — КОЭффИЦИЕНт, УЧИтЫВаЮЩИй РЭС.пределенность сопротивления zml в П-образной схеме замещения обратной последовательности участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции xI; х — длина I-го шага транспозиции в первом приближении, определяемая по формулам (1} и (2), в которые вместо

cq и Р одставляются соответственно а и bl, равные;

P Zml tml kml fg ZrnI lml kml ) (n . km — то же, что z(. Imi, k соответственно для шагов транспозиции с длинами 1/3.

Известны трехфазные воздушные линии электропередачи высокого напряжения, допустимая несимметрия на которь,х не может быть обеспечена путем выполнения одного идеального цикла транспоэиции, При этом либо загрубляется релейная защита и сохраняется работоспособность

ВЧ-каналов, либо вь.полняется несколько идеальных циклов транспозиции фаз, при этом удовлетворяется требование отстройки релейной защиты (РЗ), но нет возможности организовать надежные ВЧ-каналы, Предлагаемое техническое решениие, в отличие от известных, позволяет одновременно обеспечить надежность функционирования релейной защиты и высокочастотной связи на рассматриваемой

ВЛ, что особенно важно для бесперебойной работы линий межсистемной связи.

Расчет несимметрии токов и напряжений, обусловленной неодинаковостью парэметров фаз ВЛ высокого напряжения, как правило, производится по методике, в соответствии с которой несимметрия, вносимая линией, в схеме замещения обратной последовательности характеризуется продольной ЭДС (г) (1) (г1) или, с учетом того, что Р )=- $ 7 XI, f.

1757004 где

А В

= AD — В

Л=

В 0

С В

= CD — BE, E 0

g ZmI fmIkm!

1 1

Х(773 )х

А С

= AE-ВС, или

В Е

E()) )() У,()(((4)

t где погонное сопротивление Zl определяетI ся по известной методике. величина ZI зависит от взаимного расположения фаз и от конструкции ВЛ, Сопротивление Zl íà i-м шаге идеального цикла транспозиции определяется по формуле

g ZmI ImI)(mI ! !

17з (5) где коэффициент k определяется по форму(2) „(г))

k = — ((+ @PE ó ch )

+2 1- — У) —, (6)

1 ZP Y(@ sh

Y Z«Z Y Р) у (г) (г1), Y z1) „20 по известной методике.

Таким образом,- схема замещения ВЛ представляется в виде каскадного соединения П-образных звеньев однородных по конструкции участков.

Тогда выражение (4) с учетом (5) принимает вид а условие минимума тока обратной последовательности в линии можно записать в виде

Г

„ «ZmmI А!

1 1,

g (77 — — ) xi = m)n, (7)

I где для выполнения этого условия варьируем величинами х!

Длины участков, на которые линия делится транспоэиционными опорами, опре- 45 деляются местоположением этих опор, Две транспозиционные опоры делят ВЛ на три участка с длинами х1, хг и хз, т.е.

I i 1 з (=g х, 1=1

Величины xI будут соответствовать экстремуму функции при условии: дх1 с)хг (:) Х, 55

При установке двух транспозиционных опор с учетом того, что хз = )-х! -кг, можно

I () 1 записать:

-2(("-1-аз)х1 +(аг-aз)хг +азу(Э1Bf дХ

-аз)+2((Ь 1-Ьз)х +(Ьг-Ьз)хг +Ьзг)(Ь 1-Ьзг=О, (8)

Bf

ДХ

- = 2((э1-аз)х! +(эг-эз)хг +ЭЗЦ(агэз)+2((Ь1-Ьз)х1 +(Ьг-Ьз)хг +ЬзфЬг-Ьз)=0, (9) (10)

После некоторых преобразований (8) и (9) получим ((Э1-эз) +(Ь1-Ьз) )х1 +((аг-аз а!-аз)+(ЬгЬз)(Ь 1-Ьз)хг =-(аз(а! — aa)+bg(b1-ba)jf, (11) ((а1-аз) (аг - аЗ )+(b1-Üç)(Ü -Ь ))х1 +((агаз) +(Ьг-b3) ) xz = -(эз(эг — эз)+Ьз(Ьг-Ьз)) $ (12) уравнения (11) и (12) представим в виде системы

АУ1 +ВУг =С;

ВУ1 +0 «(z решение которой, согласно правилу Крамера (5), имеет вид ! h! I ha

x1 =-, хг=Выполнив дальнейшие преобразоваI ния, получим формулу для определения х!

) и хг

1 аг Ьз- аз bz

Х1 а1 Ьг -Ьз + az Ьз — Ь!) + Эз Ь1-Ьг (14)

ХЯ вЂ” Р аз Ь1- а! Ьз а1 Ьг -Ьз + az Ьз -Ь1) + аз Ь! — Ьг (15)

Для определения характера экстремума при полученных значениях ф и ф, определим знак второй производной функции Й г (8 Х1)г

=(a1-аз)г+(Ь 1-Ьз) >0, Э f г г

=(аг-аз) +(Ьг-Ьз) >О.

РФг

Поскольку вторые производные положительны, рассмотренная функция f npu

1757004 полученныхзначенияхЯ иЖ имеетмини1 i мум, Учет реальной конструкции ВЛ на различных длинах (шагов транспоэиции про1 изводится путем замены длины идеального шага 3/3 на длину реального шага ф в выражениях (10) для определения а bi, в результате чего получаем соответственно

aj и P<(3).

Таким образом, определены длины шагов транспоэиции х1 и х2 по формулам (1) и (2).

Пример. ВЛ 330 кВ протяженностью

600 км на участке длиной 400 км, начиная от начала линии, выполнена на портальных опорах с горизонтальным расположением фазных проводов (опора типа 1), а на последующих 200 км выполнена одной цепью на двухцеп ной одностоечной опоре с треугольным расположением проводов (вторая цепь используется для другой передачи) (опора типа 2). Конструкция обоих типов опор дана в (1, с.272), Удельное сопротивление z i для различных типов опор при различном чередовании фаз трехфазной ВЛ определено согласно и приведено в табл.1.

Значения коэффициента k для ВЛ 330 кВ различной длины приведены в табл.2.

Ток обратной последовательности ВЛ определяется по формуле: („) P (z iЬ км) или в процентах к току г

)gg Zm, Ь,um, 1 % — — — — 1О . (16)

Х где х ) — суммарное реактивное сопротив(2) ление PJl и примыкающих систем;

+0,32хб00=212 Ом.

k =k

Определим )21 % для различных схем выполнения транспозиции ВЛ, 1) Один идеальный цикл транспозиции.

Тогда в соответствии с формулой (16)

j(l% mm1,3%.

© 1 Предельно допустимая несимметрия по

I . при выборе длин циклов транспозиции составляет 0.7%. Следовательно, в рассматриваемом случае следует выполнять несколько идеальных циклов транспоэиции.

2) Два идеальных цикла транспозиции

Тогда в соответствии с формулой (16)

1((%=0,65%.

3) Выполнение транспоэиции в соответствии с предлагаемым техническим решением.

5 По формуле (10) с учетом данных табл, 3 определим параметры а и Ь|;

a1+Jb1mmz< ° k =2,924150 10 0,989вв (-2,501-)1,444).1 0

a2+jb2=z2 ° k =2,92190 10 °

10 0,989-(0+)2,888) 10 аз+)Ьз=гз ° з =2,921-30 ° 10 20,989=(1,319 )0,761).10 2.

Тогда в соответствии с формулами (14) и (15) получим

15 х1 =154 км, х2 =154 км.

В этом случае хз =g-х1 -х1 =600-1542

154=292 км.

Полученные данные сведем в табл. 5.

По формулам (3) с учетом данных табл. 5

20 определим параметры ai и Р

a> + ) /31=(-2,514-)1,451) 10, az + j Pz=(0+)2,902) 10, аз + j 4=(1,698-)0,980) 10

Тогда в соответствии с формулами (1) и

25 (2) получим х1=172 км, x2=172 км, хз=256 км.

Полученные данные сведем в табл.6.

Тогда в соответствии с формулой (16)

I 2)% =О, 1 7%

Расчеты затухания ВЧ-трактов показывают, что при наличии двух циклов транспозиции возможна органиэация ВЧ-каналов связи, Р3 и ПА в диапазоне частот 36-45 кГц. в то время как при одном цикле транспоэиции диапазон применимых частот составляет 36-70 кГц. Если диапазон частот занят дуплексными телефонными каналами (8 кГц на один канал), то в первом случае получаем

1 ВЧ-канал, а во втором — 4 ВЧ-канала. Та40 ким образом предложенное техническое решение позволяет получить существенный экономический эффект, Формула изобретения

45 Трехфазная воздушная линия электропередачи высокого напряжения, состоящая из участков с опорами различных конструкций и содержащая три шага транспозиции, пронумерованные от начала к концу линии, 50 о т л и ч à ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и экономичности функционирования воздушной линии путем снижения несимметрии токов линии. длина первого шага транспозиции принимается равной

1757004

xz — f где

Таблица 1 аз rp споло

ri a1}

С о

В о

А о

Таблица 2

Таблица 3 а длина второго шага — равной 1 — аз/Ь

Ю=РТ+Р=Ж а1 g5 - j5$+

, Ъп) Kl "mi g ml 6nl kmi

" (Х1 Х1

zmi — удельное взаимное продольное сопротивление в схемах обратной и прямой последовательностей участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции х2

1, (п(— длина участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции х)

1. (— длина воздушной линии;

kmi — коэффициент, учитыва)ощий распределенность сопротивления zmi B П-образной схеме замещения обратной последовательности участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции xz

xz — длина i-го шага транспозиции в первом приближении, определяемая по формулам 1 и 2, в которые вместо а» и Pi подставляется соответственно al и bi, равные

$7é,(/m) kml ГЯ,1„1 gni kmi

ai =- Re (— — 17 — — ), bt = Im (" -(; — ), ГдЕ Zmi, pi, kmi — тО жЕ, ЧтО Zmi, 1„1, kmi I 1 t соответственно для шагов транспозиции с длинами I/3.

1757004

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Редактор В. Бугренкова

Заказ 3094 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 (cl

Хсi (а)

Egg

Составитель Л. Погорелый

Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова