Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ О ПАРАМЕТРАХ
ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, МЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОЖИДАЕМОГО ЧИСЛА ОТКЛЮЧЕНИЙ ПРИ УДАРАХ МОЛНИИ В ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, СПОСОБАХ
ПОВЫШЕНИЯ ГРОЗОУПОРИОСТИ 12
1.L Параметры грозового разряда 12
1ЛЛ. Основные стадии развития разряда молнии 12
1.1.2. Параметры главного разряда, используемые при расчете
грозоупорности ВЛЭП 17
-
Грозоупорпость воздушных линий электропередачи с тросовой защитой 23
-
Влияние конструктивных параметров ВЛЭП на ее грозоупорность 26
-
Мего/ім расчета главного разряда молпии 29
-
Постановка задачи исследований 38
2, РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ГЛАВНОЙ СТАДИИ
РАЗРЯДА МОЛНИИ 40
2, К Общие положения 40
2.2. Описание алгоритма расчета и а основе физических представлений о стадии нейтрализации объемного заряда лидера
молнии 41
23. Математическая модель расчета заряда, распространяемого
электромагнитной полной по каналу-молнии 46
-
Методика расчета длины зоны нейтрализации и скорости ее распрос гранения 51
-
Исследование параметров главного разряда молнии 55
-
Выводы .,' 60
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТОКА МОЛНИИ ПРИ
ПОРАЖЕНИИ ОБЪЕКТОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ
ПАРАМЕТРАМИ 62
3.L Методика расчета, 62
-
Результаты расчета тока в месте удара молнии при поражении объектов с распределенными параметрами 65
-
Выводы 69
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГРОЗ ОУПОРН ОСТИ
ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ТРОСОВОЙ
ЗАЩИТОЙ 70
4.1. Алгоритм и методика расчета токов и напряжений на
элементах ВЛЭП при ударе молнии в грозозащитный трос 70
4.2. Результаты расчета токов и напряжений на отдельных
элементах линии электропередачи 77
4.3. Методика и результаты расчета ірозоупорности ВЛЭП при
поражении молнией грозозащитного троса 33
4.4. Выводы 86
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРОЗОУПОРНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ТРОСОВОЙ ЗАЩИТОЙ 87
5 А. Грозоупорноеть воздушных линий электропередачи ПОкВ с
тросовой защитой 87
5.2. Анализ результатов расчетов удельного числа грозовых
отключений ВЛЭП 110-220 кВ на унифицированных и типовых опорах
при различных сопротивлениях заземления 96
5.3. Выводы 108
ЗАКЛЮЧЕНА. АЮ1
ЛИТЕРАТУРА 113
ПРИЛОЖЕНИЕ I Проверка математической модели расчета
волновых процессов в пролете меязду опорами 124
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Зависимости расчетного удельного числа грозовых отключений ВЛЭП 110-220 кВ на унифицированных и типовых
опорах от длины пролета 128
ПРИЛОЖЕІІИЕ 3 Справочные кривые по расчетному удельному числу грозовых отключений ВЛЭП 110-220 кВ на унифниироваиных и
типовых опорах „ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Акты внедрения результатов работы 142
ч 1
Введение к работе
Актуальность темы. В электрических сетях разряды молнии являются одной из основных причин аварийных отключений воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), а также повреждений изоляции электрооборудования линий и подстанций, приводящих к нарушениям нормального функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС) и элсктроснабжения потребителей. Число грозовых аварий на ВЛЭП зависит от номинального напряжения сети и сокращается при увеличении последнего- Однако при общем увеличении надежности работы оборудования сверхвысокого (CBIJ) и ультравысокого (УВН) напряжения доля грозовых отключений возрастает, т.к. при разрядах молнии в электрических сетях возникают перенапряжения, которые приводят к пробою изоляции даже установок УВН,
Проблемами оценки параметров молнии и грозоупорности ВЛЭП занимались Г.Н.Александров, Э.М.Базелян, В.В.Ьургсдорф, М.В.Костенко, В.II Ларионов, Д.В.Разевиг, И.ССтекольнлков, Н,Н. Тиходеев, Ф.Х.Халилов и другие отечественные и зарубежные исследователи. Известно, что наиболее опасные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в фазные провода и опоры ВЛЭП, а тросы, хотя и являются грозозатцитньтми, во многих случаях при ударах молнии своей функции не выполняют и даже иногда (при обрывах) вызывают серьезные аварии. Поэтому в некоторых энергосистемах в последнее время принято решение о демонтаже тросовой защиты по длине ВЛЭП за исключением участков линий при подходе к подстанциям. Такое решение обусловлено тем, что установка тросов на линии приводит к увеличению габаритов ВЛЭП, возрастанию механической нагрузки на опоры, возрастанию капитальных вложений за счет приобретения и установки тросов, а также изоляторов и искровых промежутков. Опоры ВЛЭП без тросов не требуюі устройства специального заземления. Таким образом, при установке тросовой эащигы возрастает число но}тажсний молнией ВЛЭП, возрастает стоимость ее сооружения, но уменьшается число отключений в грозовой период.
Вероятность поражения молнией фазных проводов к опор зависит от конструкции ВЛЭП. Выбор оптимальной конструкции ВЛЭП по условию і розоупорносіи Производится на стадии проектирования расчетным путем. Однако применяемые в настоящее время расчетные методы оценки грозоупорности ВЛЭП не всегда дают результаты, соответствующие данным эксплуатации. Основной причиной, ограничивающей точность расчетных методов опенки грозоупорности ВЛЭП, является трудность определения параметров молнии, прежде всего, в стадии нейтрализации объемного заряда лидера. Поэтому разработка новых математических моделей, позволяющих получить более точное описание физических процессов и параметров главного разряда молнии, совершенствование методой расчета грозоупорности и повышение на этой основе эффективности тросовой 'защиты ВЛЭП является актуальной проблемой,
Работа выполнена в Ивановском государственном энергетическом университете (ИГЭУ). Ее отдельные разделы выполнялись в рамках госбюджетной межвузовской научно-технической программы «Повышение надежности, экономичности и экологичности энергетической системы России», а также по договорам с предприятиями ряда энергосистем России.
Цель работы и задачи исследования. Целями диссертационной работы являются исследование параметров главного разряда молнии, разработка нового расчетного метода определения грозоупорности ВЛЭП и совершенствование на этой основе конструкции ВЛЭП с тросовой защитой.
Для достижения указанных целей в работе поставлены и решаются следующие основные задачи; L Анализ методов расчета грозовых перенапряжений на изоляции ВЛЭП и определение причин расхождения результатов расчете и числа грозовых отключений линий электропередачи с эксплуатационными данными,
Разработка математической модели стадии нейтрализации объемного заряда лидера молнии и определение параметров главного разряда мол пии .
Разработка метода расчета токов молнии при поражении объектов с распределёнными параметрами,
Разработка методики расчета грозовых перенапряжений на изоляции и числа откіпочений ВЛЭП при ударе молнии в тросовую защиту с использованием разработанного метода определения токов.
5. Исследование влияния элементов конструкции ВЛЭП с грозозащитными тросами на грозоуиорность и разработка рекомендаций по совершенствованию конструкции ВЛЭП с целью повышения грозоу п орности.
Методы исследовании. При выполнении исследований в диссертационной работе использовались методы теории электрических цепей, теории переменного электромагнитного поля, методы расчета электрических пепси, содержащих линии с распределенными параметрами, методы численною интегрирования.
Научная повита. Наиболее существенные научные результаты, полученные и представленные к защите, состоят' в следующем;
Г. і^азрагїотапьі математическая мидель и" метод раечепг прищляяг нейтрализации объемного заряда лидерной стадии молнии, учитывающие конечную скорость распространения стримеров и время распространения электромагнитной волны вдоль канала.
На основе разработанных модели и метода расчетным путем с достаточной для инженерных расчетов точностью определены размеры и скорость распространения зоны нейтрализации в процессе главного разряда молнии, что может быть использовано при оценке индуктироаанных перенапряжений на электроэнергетических объектах.
Разработана меюдика расчёта тока молнии при поражении объектов с распределёнными параметрами, позволяющая получить расчетные зависимости токов молнии, хорошо согласующиеся с данными экс перименга л ы і ых исследований.
Выявлены причины расхождения результатов расчётов грозоупорности ВЛЭП с эксплуатационными данными. Предложена уточнённая расчетная модель и разрабогана методика оценки грозоупорности линий электропередачи с тросовой защитой, позволяющая иол учить близкие к эксплуатационным данным результаты.
Практическая ценность предлагаемой работы заключается в следующем:
1, Разработанная методика оценки грозоупорности ВЛЭП, реализованная в виде расчетной программы для ЭВМ, может быть использована в проектных, расчетах и в эксплуатации для определения числа отключений линий электропередачи высокого напряжения с тросовой защитой.
2. На основе разработанной методики рассчитано число грозовых отключений ВЛЭП в зависимости от их конструктивных параметров, чго позволяет оценивать эффективность мероприятий, проводимых с целью повышения грозоупорности работающих линий. S, гТ^шедена- оцшка" simxmw игжлвдта' кижтру ктитїнбіХ' лгегслягппг на показатели грозоупорности ВЛЭП.
4. Разработаны рекомендации по повышению грозоупорности ВЛЭП 110-3-220 кВ разной конструкции с тросовой защитой. Показано, что снижение грозовых отключений ВЛЭП может быть обеспечено как путем уменьшения индуктивности опор и сопротивления их заземления, усиления фазной изоляции, так и выбором оптимальной длины пролета,
Реализация результатов работы. В цеигральных межеистемиых электрических сетях РАО «ЕЭС России» и Ярославских электрических сетях АО «Ярэнерго» внедрены и используются методика и программа расчета грозоупорносхи ВЛЭП, разработанная по материалам диссертационной работы. Основные положения метода расчета парамегров главного разряда молнии и оценки числа отключений ВЛЭП при ударах молнии используются в учебном процессе ИГЭУ.
Акты внедрения расчетных методик прилагаются к диссертации.
Достоверность результатов в части разработанных моделей расчета параметров главной стадии разряда молнии и алгоритмов определения числа грозовых отключений ВЛЭП подтверждена сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными нолевых исследований молний и с данными опыта эксплуатации работающих линий электропередачи.
Автор защищает:
Математическую модель и метод расчета главного разряда, позволяющий определять ток молнии, размеры и скорость распространения зоны нейтрализации вдоль канала.
Методику расчёта главного разряда прн поражении молнией обьсктол с распределёнными параметрами, позволяющую получить форму тока на различном расстоянии от точки удара.
Методику расчета ожидаемого числа грозовых отключении ВЛЭП
4. Результаты исследования влияния конструктивных элементов ВЛЭП с тросовой защитой на их ірозоуоорность и рекомендации по повышению эффективности тросовой защиты линий электропередачи.
Апробация работы. Основные положения работы и се отдельные разделы докладывались и обсуждались па следующих научных конференциях и семинарах: семинаре "Управление режимами электроэнергетических систем" памяти Д.П. Ледяпкина, Иваново, ИГ ЭУ. 1995 г,; международных научно-технических конференциях "Ьенардоеовекие чтения", Иваново, ИГЭУ в 1997 г., 1999 г. и 2001 г.; 3-м международном симпозиуме по энергетике, Казань, КГЭУ, 2001 г.: научных семинарах на кафедрах "Электрические системы" и "Высоковольтная электроэнергетика, электротехника и электрофизика",
Публикации, По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять і-лав> заключение, список литературы из 102 наименований и приложения. Основной, материал изложен на 323 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 21 таблицу.
Б первой главе приведен анализ результатов исслелований, методов расчета параметров главного разряда молнии и существующих способов расчета грозоу норное ти воздушных линий электропередачи по литературным данным и нормативным документам, а также эксплуатационных данных о числе отключений ВЛЭП различных конструкций при воздействии разрядов молнии.
Во второй главе предложена математическая модель и метод расчета процесса нейтрализации объемного заряда лидер пой стадии молнии, учитывающий время распространения электромагнитной волны вдоль канала от пораженного объекта до зоны нейтрализации и конечную скорость развития стримеров. В основу метода положена математическая модель расчета процесса нейтрализации объемного заряда лидера, основанная на решении уравнения баланса энергий. Расчетный метод позволяет оценить ток, а также размеры и скорость продвижения зоны нейтрализации по каналу молнии в стадш главної о разряда.
В третьей главе рассматривается методика расчета стадии нейтрализации объемного заряда лидера и тока молнии при поражении объектов с распределенными параметрами. Рассчитаны зависимости тока молнии от времени, которые удовлетворительно согласуются с опубликованными экспериментальными результатами, поэтому предложено использовать разработанную методику для оценки параметров главного разряда при ударе молнии в тросы ВЛЭП.
Б четвертой главе предложена уточнённая модель и разработана методика расчета грозоу порпости воздушных линий электропередачи с тросовой зашитой, основанная на двух расчетных случаях поражения молнией линий: поражение фазных проводов, поражение іросоьой защиты. Проведен анализ влияния конструктивных параметров ВЛЭП на величину токов и напряжений в точке улара молнии и на опорах.
В пятой главе выполнены расчеты числа отключений воздушных линий электропередачи при воздейедъш разрядов молнии, представлена инженерная методика определения грозоупорности, проведен анализ влияния конструктивных параметров ВЛЭП на их грозоу і юрностъ. Показано, что изменением конструкции ВЛЭП можно реіулировать грозоу порность линии.
Похожие диссертации на Исследование параметров главного разряда молнии и грозоупорности воздушных линий электропередачи с тросовой защитой
