Диссертация (1144140), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Аварии,спровоцированные погодными условиями в зимний период, происходят как вРоссии, так и за рубежом. В 2001 году оледенение проводов привело кповреждению 2500 км ВЛ в Сочинских электрических сетях. В 2008 годуснежная буря в Китае привела к выводу из строя более 7541 ВЛ.Один из методов предотвращения подобных случаев – нагрев проводови тросов ВЛ электрическим током. Это приводит к плавке ужеобразовавшегося льда или предотвращению появления новой наледи.Поскольку ГТ в нормальном режиме работы соединены с опорами черезискровые промежутки, контур плавки не замыкается на ЗУ опор.Оледенение ГТ более вероятно, чем оледенение проводов.
Поддействием электрического тока провода ВЛ нагреваются. Если выделяемойтепловой мощности недостаточно, зачастую имеется возможность изменитьрежим работы ЭЭС так, чтобы ток в данной линии вырос. Поэтому следуетоценивать необходимость электрообогрева ГТ даже в тех случаях, когдаобогрев проводов ВЛ не требуется.Согласно [1], определение допустимого значения тока плавкипроизводится по формуле:I допdTдоп 4Tв 4вNu Tдоп1/2TвQсолRт,(1)9где Rт – электрическое сопротивление троса при температуре Tдоп; Qсол – нагревот солнечного излучения (Вт/м); σ = 5,67⋅10-8 Вт/(м2К4) – постоянная СтефанаБольцмана; d – диаметр троса (м);– коэффициент излучения троса поотношению к абсолютно черному телу; Tв – температура окружающей среды(К); Tдоп – максимально допустимая температура троса (К); λв – коэффициенттеплопроводности воздуха (Вт/(м⋅К)); Nu – число Нуссельта; Re – числоРейнольдса; v – скорость ветра (м/с).1.2 Актуальность задачи учета наведенных напряжений прирасчете режимов плавки льдаПрофилактический нагрев провода рекомендуется производить притемпературе воздуха около 0 0C и скорости ветра 1–2 м/с [2].
Существуютметодики плавки льда как переменным, так и постоянным током. Как правило,нагрев проводов и тросов производится постоянным током, поскольку вданном случае возможно широкое регулирование тока плавки путемизменения угла зажигания управляемых тиристоров выпрямителя [1], чтоособенно актуально при плавке льда на ГТ со встроенным оптоволоконнымкабелем. Простейшей схемой цепи для плавки льда является «ГТ-земля»,изображенная на рисунке 1. Основными элементами контура плавки являютсявысоковольтный выпрямитель, провод и ГТ ВЛ, а также ЗУ, если в качествеобратного провода используется земля. Типичные схемы плавки гололеда напроводах и ГТ представлены в таблице 1.ВыпрямительКонтур плавки гололеда Выпрямитель+-ABCГТ-ABC+ОпораОпораРисунок 1 – Схема плавки гололеда «ГТ – земля»10Таблица 1 – Схема плавки гололеда на проводах и ГТНазваниеСхемаГТГТ – земляГТ1ГТ1 – 2ГТ2ГТ1ГТ2ГТ1,2 – земляГТГТ – три фазыABCГТ1ГТ2ГТ1,2 – трифазыABC11Для непрерывности работы ЭЭС желательно иметь возможностьпроизводить плавку льда без отключения ВЛ.
Однако, провода ВЛ,находящиеся на одной опоре с тросом, а также соседние линии наводят ЭДС вконтуре плавки. При КЗ наведенные напряжения могут достигать величины,достаточной для вывода выпрямителя из строя. Одними из задач работыявляются оценка величины наведенной ЭДС в контуре плавки при различныхконфигурациях контура плавки и оценка оказываемого влияния на работувыпрямителя.1.3 Актуальность проблемы учета ЧХ проводов и грозозащитныхтросов ВЛВкачествепроводниковвВЛчащевсегоиспользуютсясталеалюминиевые провода марки АС, конструкция и характеристикикоторых регламентируются ГОСТ [3]. ГОСТ регламентирует максимальноесопротивление постоянному току при температуре 20 °C. Удельноеиндуктивное сопротивление прямой последовательности воздушных линийпри разном среднегеометрическом расстоянии между проводами приведено в[4].Тросы подвешивают над фазными проводами на ВЛ напряжением 35 кВи выше в зависимости от района по грозовой деятельности и материала опор,что регламентируется ПУЭ [5].Согласно стандарту организации ОАО «ФСК ЕЭС» [6], в качестве ГТпринимаются стальные канаты по ГОСТ 3062, ГОСТ 3063, ГОСТ 3064 и ГОСТ3065.
Стальная проволока для высокопрочных канатов принимается по ГОСТ7372. Срок службы таких тросов составляет 25 лет.Для ГТ, на которых планируется осуществлять плавку гололедапеременным током, изготовитель должен дополнительно указать величинувнутреннего индуктивного сопротивления для каждого марко-размера ГТ,которая определяется расчетом. Величина сопротивления постоянному токупри 20 °C устанавливается заводом-изготовителем [6].12Поскольку ток плавки имеет сложный гармонический состав, длякорректного моделирования работы выпрямляющего устройства требуетсяучитывать ЧХ проводов и тросов для каждой рассматриваемой гармоники.1.4 Актуальность проблемы учета ЧХ ЗУВ ряде случаев, например, когда плавка производится на одном ГТ, илина двух тросах, соединенных параллельно (см.
схемы плавки «ГТ-земля» и«ГТ1,2 – земля» в таблице 1), в качестве обратного провода в контуре плавкииспользуется земля. В моделях по расчету работы выпрямителей в такихконтурах следует учитывать ЧХ ЗУ. Под ЗУ далее будем подразумеватьсовокупность заземлителя и заземляющих проводников.[7,8]являютсяосновнымидокументами,регламентирующимитребования к ЗУ.
Согласно этим документам, в перечень функций ЗУ входит-отвод в грунт токов молнии;-отвод рабочих токов (токов несимметрии и т.д.).Одним из основных параметров ЗУ является его сопротивление.Измерение сопротивления осуществляется методом «амперметра-вольтметра»с частотой измерительного тока 50 Гц [8]. Сопротивление ЗУ определяется какотношение напряжения у измеренному току.Вследствие действия на ЗУ окружающей среды (высокая влажность,грунтовые воды и атмосферные осадки), сопротивление ЗУ требуетпериодического контроля. Объем и нормы испытаний ЗУ установлены в [8, 9].Согласно [8, 9], проверка сопротивления ЗУ на ВЛ производится не режеодного раза в шесть лет, а на подстанциях напряжением 35 кВ и ниже – не режеодного раза в 12 лет.Контрольизмерениями.сопротивленияСопротивлениеЗУЗУпроводитсяизмеряетсянепосредственнымиметодомамперметра-вольтметра.
Для приведения результатов измерения к наихудшим условиям,которые могут быть в эксплуатации, применяется повышающий сезонныйкоэффициент для определения сопротивления заземляющего устройства.13Многочисленныеработыпоказываютиндуктивныйхарактерсопротивления ЗУ. В [10] была рассмотрена зависимость перенапряженийОПН от параметров ЗУ. Было установлено существенное увеличениеостающегося напряжения по сравнению с паспортными данными ОПН.В [11] была показана необходимость учета потерь в грунте с учетомскин-эффекта при расчетах грозовых перенапряжений.Достоверная расчетная модель необходима для получения приемлемыхрезультатовприоценкеэффективностиработыЗУ,приоценкегрозоупорности ВЛ, при выработке мер по минимизации ущерба отвоздействия ударов молнии в ВЛ, а также при решении ряда прикладныхзадач, из которых отметим оценку тока, создаваемого высоковольтнымивыпрямителями при плавке гололеда на тросах и проводах ВЛ [12, 13].Поскольку токплавкиимеет сложныйгармоническийсостав,использование в качестве эквивалентной схемы ЗУ активного сопротивленияповлечет за собой расчетную ошибку.
В расчетной модели, которая будетрассмотрена далее, ЗУ будет рассматриваться не как некоторое активноесопротивление,акаксхемазамещения,полученнаянаосновеэкспериментальных характеристик, полученных импульсным методом.Для получения схемы замещения ЗУ, отражающей ЧХ реальногообъекта, нужно решить задачи структурного и параметрического синтеза. Подзадачей структурного синтеза будем понимать выбор количества RLCэлементовиспособаихсоединениямеждусобой.Подзадачейпараметрического синтеза будем понимать выбор значений каждого изэлемента в схеме замещения.В то же время, весьма желательным является построение достовернойрасчетной модели ЗУ непосредственно при выполнении экспериментов поизмерению его характеристик, то есть в «полевых» условиях.
Т.к. именно вэтот момент обслуживающий персонал находится у опоры ВЛ, ЗУ может бытьдоработано или, в случае отсутствия такой возможности, ВЛ может бытьдополнительно защищена в этом месте. В [14] был рассмотрен метод подбора14схемы замещения при помощи генетического алгоритма. В качествеструктуры схемы замещения был выбран набор N одинаковых ветвей счетырьмя пассивными элементами R, L, C и G (см. рисунок 2).
Описанныйметод обладает хорошей сходимостью, но большое количество переменныхпри оптимизации делают процесс подбора долгим и неподходящим дляполевых условий.Рисунок 2 – Вид схемы замещения из [14]1.5 Выводы по главе1Оледенение проводов и тросов представляет большую угрозу длястабильной работы ЭЭС. Отсутствие превентивных мер в виде плавкигололеда может привести к перерывам в электроснабжении и финансовымубыткам. Существующие методики расчета тока плавки не учитывают егосложный гармонический состав.2Работавыпрямительныхустройстввбольшинствеслучаевпроисходит в зоне работы ВЛ, являющихся источниками электромагнитногоизлучения.
В контурах плавки наводятся напряжения, способные повлиять напроцедуру плавки гололеда и работу выпрямительного устройства.153Учитывая сложный гармонический состав тока плавки, в моделях поплавке гололеда следует учитывать ЧХ проводов и ГТ.4В схемах плавки, где используется ЗУ, следует учитывать его ЧХ.Ожидается, что выделяемое тепло от высших гармоник может составлятьсущественную часть от полного тепловыделения.162 Составление схем замещения ЗУ, проводов и тросов поэкспериментальным частотным характеристикамВ данной главе описана разработанная методика определения схемызамещения электротехнического устройства на примере синтеза схемызамещенияЗУпоэкспериментальнымхарактеристикам,полученныхимпульсным методом. Получены схемы замещения ЗУ, а также проводов и ГТВЛ.В диссертационной работе разработана компьютерная программа,реализованная на основе описанной методики, способная определять схемызамещения ЗУ в реальном времени в полевых условиях.2.1 Определение схемы замещения заземляющего устройства2.1.1 Получение и обработка экспериментальных данных,полученных при исследовании заземляющих устройствПоскольку одно из основных предназначений ЗУ связано с отводомтоков молнии в грунт, экспериментальное исследование его характеристикосуществляется, как правило, на частотах грозового импульса.
Далее в работебудем рассматривать именно такие характеристики.ЭкспериментальноеисследованиеЗУвыполняетсяимпульснымметодом. При этом идет измерение напряжения на потенциальном электродеи тока, стекающего через токовый электрод. Возможные схемы расстановкиизмерительных электродов представлены на рисунке 3 [15]. В настоящеевремя существуют методики, позволяющие получать экспериментальныехарактеристики ЗУ опоры ВЛ без отключения ГТ [16, 17, 18].17Па)б)П(Т)ТТ(П)Рисунок 3 – Схемы расстановки измерительных токового (Т) ипотенциального (П) электродов при измерениях сопротивления ЗУа) однолучевая; б) двухлучеваяПример экспериментальных кривых напряжения и тока, полученныхпри исследовании ЗУ, представлены на рисунке 4. Они получены приподключении ЗУ к генератору, создающего импульс напряжения 1,2/50 мкс самплитудой порядка 10 кВ. Схема разрядного контура представлена нарисунке 5 [19]. Напряжение измеряется с помощью омического делителя скоэффициентом деления 1:770 импульсным методом с помощью прибораЦФТПЭС с частотой дискретизации fs до 160 МГц.ПолучениезначениясопротивленияЗУпостоянномутокунепредставляет сложности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
