Введение к работе
Актуальность темы. Создание и эксплуатация электрических сетей (ЭС) в современных условиях является важной научно-технической проблемой и требует решения большого числа разнообразных задач проектирования и диспетчерского управления режимами.
Важное место среди них занимают научные, технические, экономические и организационные задачи повышения надежности таких специфичных электроустановок, как двухцепныевоздушные линии (ДВЛ) электропередачи.
В современных условиях при растущем повышении требований к точности моделирования стационарных и переходных режимов работы ЭС, в том числе содержащих ДВЛ, определяет необходимость научных исследований, подробного изучения и практических рекомендаций по учету влияний характерной несимметрии этих электроустановок. Наиболее существенно в установившихся режимах несимметрия ДВЛ проявляется при раздельной работе цепей ДВЛ, когда они питаются от различных источников и доставляют электроэнергию различным потребителям, особенно при противоположных направлениях потоков мощности по цепям.
Не менее важен учет взаимной связи между цепями при управлениистатическими режимами и анализе потерь электроэнергии с точки зрения энергосбережения и энергоэффективностии организации эксплуатации, а такжеанализе электромагнитной совместимости(ЭМС)и надежности ДВЛ в процессах, связанных с атмосферными и внутренними перенапряжениями.
Анализ происхождения, распространения и последствий воздействий перенапряжений - это ключевые проблемы ЭМС ответственных ДВЛ, которые требуют тщательного физического и технико-экономического анализа. Он основан на определении характеристик работоспособности и надёжности ДВЛ в условиях разнообразных электромагнитных процессов и воздействий. При этом используются государственные стандарты, нормативные документы, результаты экспериментальных исследований, математического и, прежде всего компьютерного моделирования, данные эксплуатации, а также результаты прогнозирования названных характеристик для вновь создаваемых и реконструируемых объектов.
Совершенствование методов анализа установившихся и переходных режимовДВЛ с учетом их физических особенностей (в частности, реальной несимметрии) диктуются необходимостью принятия обоснованных решенийпри проектировании, модернизации, стратегии и тактикикапитальных ремонтах и, наконец, при выводе из эксплуатации. Это определяеттехнические и схемные мероприятия, позволяющие снизить уровни эксплуатационных физических воздействий (ЭФВ), опасныхе точки зрения нарушения ЭМС и, соответственно, повысить надёжность работы ДВЛ.
Сказанное выше определяет актуалъностыпемы и проблемы диссертации, а также основные направления практического примененияее результатов.
Цель работы и задачи исследований -развитие методологии решения комплекса научных и технических проблем в области теории и практики использования двухцепных воздушных линий электропередачи в электрических систе-мах.При этом направление исследования определяется как устранение имеющихся в настоящее время недостатков в решении задач анализа, планирования режимов и снижение аварийности ДВЛ.
Научные задачи:
-
Обоснованней разработка уточненных математических моделей ДВЛ, учитывающих несимметрию и электромагнитное взаимовлияние цепей линии.
-
Развитие и разработкамногопроводной схемы замещениядля анализа установившихся режимов ДВЛ.
-
Разработка уточненных математических моделей и определение начальных условий при внешних и внутренних перенапряжениях.
-
Разработка и применение нетрадиционных безтросовыхсхемгрозозащи-ты ДВЛ 35-220 кВ с использованием подвесных ОПН.
-
Математическое моделирование опор ДВЛ, устройств грозозащиты и комплексов «провод — подвесной ОПН - опора», для оценки показателей надежности ДВЛ.
-
Анализ влияния особенностей конструкции ДВЛ на характер и величины внутренних перенапряжений.
Практические задачи:
-
Разработка модели и программы расчета установившихся режимов ДВЛ ЭС, учитывающей взаимное влияние цепей друг на друга
-
Определение статистических характеристик грозовых и коммутационных перенапряжений ДВЛ и разработка рекомендаций для их уменьшения.
3. Усовершенствование схем защиты от перенапряжений ДВЛ 35-220 кВ.
Научная новизна работы заключается в разработке методологии решения
задач повышения надежности и энергоэффективностиЭС, возникающих в процессе эксплуатации и проектирования. К числу результатов, обладающих новизной, относятся:
Уточненные математические моделиДВЛ, учитывающиенесимметрию и элекгромагнитное взаимовлияние цепей линии.
Математические модели стационарных и переходных процессов с учетом конкретных видов исполнения ДВЛ.
Моделирование специфических электромагнитных процессов, возникающих при ударах молнии в систему провода - тросы ДВЛ.
Моделирование и исследование комплекса мер защиты электрических сетей высокого напряжения с ДВЛ от перенапряжений с помощью подвесных ОПН, а также выработка рекомендаций по их применению и обеспечению надёжной эксплуатации.
Практическая ценность работы.
Разработаны алгоритм и компьютерная модель расчета установившихся и переходных режимов работы ДВЛ ЭС, учитывающая иесимметрию и электромагнитное взаимовлияние цепей друг на друга и земли.
Разработка подхода к приближенному эквивалентированиюДВЛ представленной многопроводной схемой замещения, вместо традиционной однолинейной схемы замещения.
Разработка рекомендаций по выбору установки подвесных ОПН на опорах линии для определения характеристик грозовых и коммутационных перенапряжений ДВЛ.
Основные положения, выносимые на защиту.
Математические модели и методики расчета установившихся и переходных режимов ДВЛ.
Методика преобразования многопроводной схемы замещения к эквивалентной однолинейной схеме ДВЛ.
Математическая модель процессов воздействия грозовых и внутренних пе
ренапряжений и защитные средства от них на ДВЛ.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов исследований базируется на использовании фундаментальных основ теоретической электротехники, а также использовании теории установившихся и переходных процессов в электрических системах. Ряд выводов основан на корректном применении математических методов и подтверждается адекватным поведением моделей, а такжеудовлетворительным совпадениемрасчетных результатов спо-лученными на реальных объектах.
Связь работы с научными программами, планами, темами, грантами.
Настоящая диссертационная работа выполнялась в рамках научно-технической программы СамГТУ "Энергосбережение и управление энергоэффективностью" на 2005-2010 гг. (Решение ученого совета от 30.03.01, протокол №7) в рамках основных направлений программы "Энергосбережение" Минобразования России до 2010 г., а также в рамках тематических планов СамГТУ на 2011 и 2012 годы: работа на тему «Разработка математической модели трёхфазных несимметричных электротехнических систем высокого напряжения» (per. № 01201157430 от 22.04.2011) и «Разработка информационно-аналитической модели для оптимизации режимов работы систем управления уровнем потерь и организации энергосберегающих технологий в электротехнических комплексах и системах электроснабже-ния»(рег. № 7.797.2011 от 2012 года).
Объектом исследования является высоковольтная двухцепная воздушная линия электропередачи.
Основные методы научных исследований. При проведении данной работы использованы методы математического анализа, физического математического моделирования, теории матриц и методы решения уравнений математической физики, теория искусственных нейронных сетей, теории вероятности и математической статистики. Теоретические исследования послужили основой для разработки математических моделей и инженерных методик. Экспериментальные исследования проводились на реальных электроэнергетических объектах. Оценка корректности моделирования производилась путем сравнения с результатами, полученными по данным эксплуатации ЭС.
Реализация результатов работы.Результаты представленной диссертационной работы реализованы в ряде проектов, выполненных за последние 10 лет под руководством и при непосредственном участии автора на энергетических
предприятиях. Результаты внедрены в практику проектирования и эксплуатациив филиале ОАО «СО ЕЭС» - «ОДУ Средней Волги» (г. Самара), ЗАО «РОСПРОЕКТ» (г. Санкт-Петербург). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр «Электрические станции» и «Автоматизированные электроэнергетические системы» Самарского государственного технического университета, а также кафедр «Электрические сети и электротехника» и «Электроэнергетические системы» Томского политехнического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Международных научн.-техн. конференциях «Радиотехника, электротехника и энергетика», МЭИ(ТУ), (г. Москва, 1999, 2000, 2003, 2007, 2008, 2010, 2011 гг.); XXIII сессии Всероссийского научного семинара «Электроснабжение промышленных предприятий», (г. Новочеркасск, 2002 г.); международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пеігза, 2003 г.), на 13 межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2003 г.), на III международной научно-практической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование» (г. Екатеринбург, 2008 г.); на международной научно-практической конференции «Наука и производство 2009» (г. Брянск, 2009 г.);на международной научно-технической конференции «Экономика и управление: теория, методология, практика» (г. Самара, 2009 г.); на международной научно-технической конференции «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (г. Тольятти, 2009 г.); на 4 и 5 открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы» (г. Казань, 2009, 2010 гг.); на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.» (г. Новосибирск, 2010 г.); на международной конференции «Проблемы повышения эффективности и надежности электрических сетей и систем электроснабжения предприятий нефти и газа» (г. Самара, 2010 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи» (г. Екатеринбург, 2010 г.); на II международной научно-практической конференции «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (г. Пенза, 2011 г.);на международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи» (г. Самара, 2011 г.), на XIII международной конференции по электрическим машинам, устройствам и электрическим сетям (г. Варна, Болгария, 2011 г.), на международной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи» (г. Екатеринбург, 2012 г.).
Кроме этого, материалы диссертации обсуждались на научно-технических семинарах кафедрах «Автоматизировашше электроэнергетические системы» и «Электрические станции» ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет за период с 2005 по 2012 годы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 печатных работы из которых: одна монография в центральном издательстве, 13 в реферируемых ВАК изданиях, 30 -в трудах региональных, всероссийских и международных научно-технических конференций и семинаров.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 279 страниц. Библиография включает 272 наименования.
