Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих методов и средств мониторинга гололедообразования на проводах воздушных линий электропередачи 11
1.1 Физика процесса образования гололеда на проводах В Л 11
1.2 Негативные последствия ГИО и мероприятия по обеспечению надежной работы ВЛ в гололедных районах 17
1.3 Принципы действия и конструкции датчиков и приборов для определения начала, интенсивности и мест гололедообразования на ВЛ 22
1.4 Автоматизированные информационные системы контроля гололедной нагрузки 28
1.5 Особенности моделирования режимов и оперативного определения потерь на корону в ВЛ 330-750 кВ по
измеряемым по концам линии параметрам режима 37
Выводы по главе 1 46
Глава 2. Исследование взаимосвязи удельных потерь мощности на корону и емкостной проводимости ВЛ 330 кВ с интенсивностью ГИО на проводах 48
2.1 Постановка задачи исследований 48
2.2 Разработка алгоритма расчета удельных потерь мощности на корону и удельной емкостной проводимости на основе данных АИИС КУЭ и ОИУК 54
2.3 Исследование возможности оперативного определения потерь на корону по данным системы учета электроэнергии в голове линии 330 кВ, работающей в режиме холостого хода 62
2.4 Исследование возможности оперативного определения потерь на корону по данным систем учета электроэнергии, установленных по концам линии 330 кВ 72
Исследование взаимосвязи механической нагрузки, фиксируемой АИСКГН, и удельных потерь на корону и емкостной проводимости для ВЛ-330-30 в периоды
интенсивного гололедообразования 78
Исследование взаимосвязи механической нагрузки, фиксируемой АИСКГН, и удельных потерь на корону и емкостной проводимости для ВЛ-330-26/27 в периоды интенсивного гололедообразования 88
Исследование изменения удельных потерь на корону и емкостной проводимости ВЛ-330-26/27 во время дождя 94
Выводы по главе 2 97
Повышение точности оперативного определения составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП СВН по разности измеряемых потоков электроэнергии по концам линии 100
Постановка задачи 100
Исследование погрешности определения суммарных потерь электроэнергии в линии по разности измеренных потоков
электроэнергии по концам линии 102
Исследование погрешности определения потерь злекірознергии на корону по разности измеренных потоков
электроэнергии по концам линии 109
Применение обратной Ш-образной схемы замещения для повышения точности моделирования режимов ЛЭП СВН 116 Алгоритмические способы компенсации погрешностей систем учета электроэнергии 126
Разработка устройства размагничивания трансформаторов тока на основе создания остаточных колебаний 130
Выводы по главе 3 136
4. Опыт разработки, внедрения и совершенствования систем мониторинга гололедообразования на проводах ВЛ в
Ставропольэнерго и МЭС Юга 138
Комплексный подход к борьбе с гололедными нагрузками в ОАО Ставропольэнерго 138
Опыт внедрения и развития АИСКГН в МЭС Юга 149
Опыт интеграции АИИС в Ставропольэнерго и разработка концепции интеграции АИИС КУЭ, ОИУК, АИСКГН, ГИС
и других АИИС 160
Выводы по главе 4 164
Заключение 165
Литература
- Принципы действия и конструкции датчиков и приборов для определения начала, интенсивности и мест гололедообразования на ВЛ
- Исследование возможности оперативного определения потерь на корону по данным системы учета электроэнергии в голове линии 330 кВ, работающей в режиме холостого хода
- Повышение точности оперативного определения составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП СВН по разности измеряемых потоков электроэнергии по концам линии
- Комплексный подход к борьбе с гололедными нагрузками в ОАО Ставропольэнерго
Введение к работе
Актуальность работы. В районах с интенсивным гололедообразованием обеспечение надежного электроснабжения требует своевременного решения комплекса взаимосвязанных задач, направленных на выявление процесса начала образования по проводах и грозозащитных тросах воздушных линий (ВЛ) гололедно - изморозевых отложений (ГИО), обеспечение достоверного мониторинга изменения механических нагрузок во время гололедообразования и принятия мер по борьбе с ГИО на ВЛ.
Наибольшее распространение как в России, так и за рубежом, для решения задачи мониторинга гололедообразования на ВЛ в настоящее время получили автоматизированные информационные системы контроля гололедной нагрузки (АИСКГН), использующие датчики механической нагрузки, устанавливаемые на опорах контролируемых линий. Из-за высокой стоимости этих систем датчики АИСКГН выборочно устанавливаются только на отдельных опорах, что не позволяет осуществлять мониторинг гололедообразования по всем пролетам ВЛ и может приводить к тяжелым авариям при возникновении значительной гололедно-ветровой нагрузки. Таким образом, задача совершенствования методов и средств, направленных на снижение затрат мониторинга гололедообразования по всей длине ВЛ, является для гололедных районов весьма актуальной.
Интенсивное внедрение в электрических сетях современных автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС): оперативно-информационных управляющих комплексов (ОИУК), АИИС контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ), микропроцессорных счетчиков электроэнергии (МПСЭ), WAMS/WACS технологии на базе устройств измерения фазы (PMU-устройства), географических информационных систем (ГИС), позволяет разработать новые подходы мониторинга и прогнозирования ГИО, основанные на косвенных способах определения величины механической нагрузки на ВЛ на базе вычисления текущих значений электрических параметров схемы замещения линии, что не требует существенных дополнительных затрат.
Проблемам обеспечения надежной работы сетей в районах с интенсивным гололедообразованием посвящены исследования как отдельных организаций: ВНИИЭ, НИИПТ, ЭНИН, ОРГРЭС, МЭИ - ТУ, ЮрГТУ - НИИ, Башкирэнерго, Волгоградэнерго, Сахалинэнерго и др., так и многих ученых: Башкевич В.Я., Бур-гсдорфа В.В., Дьякова А.Ф., Засыпкина А.С., Левченко И.И., Никифорова Г.П., Сацук Е.И. и др. Работы этих ученых внесли значительный вклад в развитие тео-
4 рий и практики повышения надежности работы.электрических сетей в условиях гололедообразования. Вопросам изучения влияния погодных условий на параметры схем замещения линий электропередач (ЛЭП) сверхвысокого напряжения (СВН) уделено значительное внимание в работах Александрова Г.Н., Баламето-ва А.Б., Железко Ю.С., Попкова В.И., Левитова В.И., Пик Ф.В., Тамазова А.И., Тиходеева Н.Н., и др. Не смотря на достаточно глубокую проработку этих вопросов в отдельности, методы мониторинга голодообразования на ЛЭП на базе вычисления текущих значений электрических параметров схемы замещения в известной литературе не рассматривались и требуют своего обоснования и развития.
Цель работы заключается в разработке и совершенствовании методов и средств обнаружения и мониторинга ГИО на проводах ВЛ на базе интеграции информации из АИИС КУЭ, ОИУК, АИСКГН, ГИС, PMU-устройств, метеорологических станций и снижения за счет этого ущербов от аварий, связанных с ГИО.
Объектом исследования являются воздушные линии, электропередачи и системы мониторинга ГИО на проводах ВЛ.
Предметом исследования являются методы и средства обнаружения и мониторинга ГИО на проводах ВЛ.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих основных частных научных задач:
Систематизация существующих методов и средств мониторинга гололедообразования на ВЛ и обоснование основных направлений их совершенствования. .
Разработка методики и алгоритма оперативного расчета составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП на основе измеренных лотоков активной и реактивной энергии по концам линии с учетом всей имеющейся в АИИС КУЭ, ОИУК, ГИС и других АИИС информации.
Экспериментальное исследование взаимосвязи интенсивности механической нагрузки на провода ВЛ при наличии ГИО с удельными потерями на корону и емкостной проводимостью линии. ,...... ..-..-. ..,,..
Исследование погрешностей оперативного расчета составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП на основе измеренных потоков активной и реактивной энергии по концам линии и разработка рекомендаций по их снижению.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теоретического и эмпирического познания. На теоретическом;уровне это
5 методы расчетов электрических цепей, установивших режимов, потерь электроэнергии, теории погрешностей, алгоритмов, математического программирования. На эмпирическом уровне использовались методы статистической обработки измеряемых параметров и корреляционного анализа. Научная новизна:
Разработаны методика и безытерационный алгоритм оперативного расчета потерь электроэнергии на корону в ВЛ по разности измеряемых по концам линии потоков активной и реактивной энергий на базе Т- и обратной Ш-образной схем замещения линии и комплексного учета информации из АИИС КУЭ, АИСКГН, ОИУК, ГИС и от метеорологических станций.
Определены численные значения потерь на корону для двух ВЛ 330 кВ МЭС Юга, проходящих по особо гололедным районам Северного Кавказа и выполнен анализ их изменения в годовом разрезе, а также выявлен характер изменения удельной величины этих потерь при дожде и ГИО.
Показана возможность и целесообразность использования для мониторинга и прогнозирования интенсивности роста ГИО на ВЛ СВН значений оперативно рассчитываемых удельных потерь на корону и емкостной проводимости линий.
Выведены формулы и построены графические зависимости для определения погрешностей расчета суммарных потерь в ЛЭП и их структурных составляющих по разности измеряемых по концам линии потоков активной и реактивной энергий.
5. Разработаны методики и алгоритмы повышения точности оперативного
расчета потерь электроэнергии на корону в ЛЭП и ее емкостной проводимости за
счет исключения систематических составляющих погрешностей трансформато
ров тока (ТТ) и напряжения, моделирования линии обратной Ш-образной схемой
замещения, снижения остаточной намагниченности магнитопроводов трансфор
маторов тока.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Разработанные алгоритм мониторинга и прогнозирования ГИО на ВЛ СВН на основе оперативно рассчитываемых удельных потерь на корону и емкостной проводимости линии позволяет минимизировать затраты на создание систем мониторинга и прогнозирования гололедообразования.
Разработанные методика и алгоритм оперативного расчета составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП по разности измеряемых по концам линии по-
токов активной и реактивной энергий могут быть использованы в комплексах программ для оптимизации текущих режимов электрических сетей с целью снижения потерь электроэнергии.
Разработанные методики и алгоритмы «компенсации» систематических составляющих погрешностей в микропроцессорных счетчиках электроэнергии позволяют повысить точность имеющихся систем учета электроэнергии.
Разработанные подходы, методики и алгоритмы внедрены или находятся в стадии внедрения в программных комплексах и АИИС, используемых в филиале ОАО «МРСК Северного Кавказа» - «Ставропольэнерго» и филиале ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Юга, и практической деятельности данных организаций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 9 конференциях и семинарах, в том числе: на III и IV международных научно-практических электроэнергетических семинарах («Вопросы проектирования, строительства и эксплуатации ВЛ, с учетом перспективы повышения надежности их работы на современном этапе», Москва, ИК ЭЭС СНГ,
2007 г. и «Современное состояние вопросов эксплуатации, проектирования и
строительства ВЛ», Москва, ИК ЭЭС СНГ, 2008 г.), V научно-техническом се
минаре «Нормирование и снижение потерь электрической энергии в электриче
ских-сетях», Москва, ВНИИЭ, 2007 г.; I, VIII, XI, XII региональных- научно-
технических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону»,
Ставрополь, СевКавГТУ, 1998, 2004, 2007 и 2008 г.г.; XXVI и XXVIII научно-
технических конференциях по результатам работы ППС, аспирантов и студентов
Северо-Кавказского государственного технического университета за 2006 и
2008 г.г., Ставрополь, СевКавГТУ, 2007 и 2009 г.г.
Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, 5 из них в изданиях, рекомендованных ВАК.
Основные полоз/сепия, выносимые на защиту.
Методика и безытерационный алгоритм оперативного расчета потерь на корону в ВЛ на базе Т- и обратной Ш-образной схем замещения линии и комплексного учета информации из АИИС КУЭ, ОИУК, АИСКГН, ГИС и от метеорологических станций.
Результаты экспериментальных исследований потерь на корону для двух ВЛ 330 кВ МЭС Юга, проходящих по особо гололедным районам Северного Кавказа.
Способ мониторинга и прогнозирования гололедных образований на ВЛ на основе анализа оперативно рассчитываемых значений потерь на корону и емкостной проводимости линии.
Формулы и графические зависимости для определения погрешностей расчета суммарных потерь в ЛЭП и их структурных составляющих по разности измеряемых по концам линии потоков активной и реактивной мощности.
Методики повышения точности повышения точности оперативного расчета потерь электроэнергии на корону в ЛЭП за счет алгоритмических способов исключения систематических составляющих погрешностей систем учета электроэнергии, моделирования линии обратной Ш-образной схемой замещения, снижения остаточной намагниченности магнитопроводов трансформаторов тока.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 195 страниц, иллюстрирован 42 рисунками, содержит 21 таблицу. Список литературы включает 129 наименований.
Принципы действия и конструкции датчиков и приборов для определения начала, интенсивности и мест гололедообразования на ВЛ
На практике часто в результате поочередного нарастания гололеда, а затем изморози или наоборот образуется гололедно - изморозевая смесь. Толщина смеси обычно достигает 70 мм, а при чередующихся наслоениях может быть в 2 раза больше. Объемный вес смеси зависит от количественных соотношений гололеда и изморози и, как правило, находится в пределах от 0,2 до 0,6 г/см3.
Наибольшую опасность представляют собой отложения гололеда, мокрого снега и зернистой изморози, так как они создают значительные весовые, ветровые и результирующие нагрузки на провода и тросы.
На характер процесса образования и роста ГИО на проводах действующих ВЛ кроме температуры и влажности окружающего воздуха, вида и интенсивности атмосферных осадков значительное влияние оказывают следующие дополнительные атмосферные факторы (скорость и направление ветра, плотность воздуха, наличие и концентрация в воздухе капель морской воды при прохождении ВЛ вблизи морских побережий) и параметры режима (плотность тока и напряженность электрического поля).
До начала образования ГИО на проводах температура поверхности провода положительна, что обеспечивает оплавление снега и других изморозевых образований и стекание образовавшейся воды с провода под действием силы тяжести. Для начала образования ГИО на проводах необходимо, чтобы количество теплоты, выделяемой в проводе за счет протекания тока, в единицу времени было недостаточным для того, чтобы обеспечивать положительную температуру всей поверхности провода. При наличии составляющей ветра, направленной перпендикулярно к проводу, охлаждение части поверхности провода, направленной навстречу потока ветра осуществляется интенсивнее, ее температура в какой-то момент времени становится отрицательной и происходит замерзание воды и «налипание» образующихся ГИО на этой части провода (рисунок 1.5).
Под действием силы тяжести этих отложений в средней части пролета провод может скручиваться, и налипание продолжится на других его сторонах. В результате почти со всех сторон большая часть провода покроется ГИО (рисунок 1.6) разной толщины и плотности. Толщина ГИО может достигать нескольких (а при наиболее неблагоприятных условиях десятков) сантиметров, а ее плотность изменяться в широких пределах (от 0,2 до 0,9 г/см3).
Максимальные значения достигаемых толщин и веса ГИО зависят от следующих факторов: вида, продолжительности и интенсивности атмосферных осадков, динамики изменения температуры поверхности провода, характера, направления и силы ветра, напряженности электрического поля, высоты подвеса провода над уровнем земли, диаметра провода и других факторов. С целью упрощения (и для унификации) при проведении механических расчетов ВЛ гололедные отложения приводятся к цилиндрической форме и плотности 0,9 г/см [6].
Результаты исследования влияния напряженности электрического поля на процесс роста ГИО приведены в [7]. В результате полевых испытаний на гололедном стенде в районе г. Пятигорска (около подстанции Машук-330) было показано, что под воздействием электрического поля вес ГИО на проводе увеличивается (с 2500 г/см при отсутствии электрического поля до 3320 г/см при напряженности электрического поля 19,5 кВ/см). В лабораторных условия кратность увеличения веса ГИО при наличии электрического поля 25 кВ/см составила 16,5 раз (4,77 г/см при отсутствии электрического поля и 79 г/см при напряженности электрического поля 25 кВ/см). Автором [7] показана зависимость кратность увеличения веса ГИО не только от напряженности электрического поля, но и от объемного веса ГИО (рисунок 1.7).
Исследование возможности оперативного определения потерь на корону по данным системы учета электроэнергии в голове линии 330 кВ, работающей в режиме холостого хода
Приблизительное равенство средних удельных потерь при гололеде, изморози, дожде и тумане для ВЛ 500 кВ, выполненной проводами ЗхАСО-400/480 (таблица 2.1), очевидно, можно объяснить малым периодом наблюдения и сложностью идентификации конкретного вида ГИО.
В имеющихся результатах исследований отсутствует количественная информация о зависимости потерь на корону от величины ГИО. Однако отмечается, что при годичном наблюдении за В Л 500 кВ с проводами ЗхАСО-400/480 было зарегистрировано 4 случая сильного гололеда, а при наблюдении в течение 2,5 лет за линией 500 кВ с проводами ЗхАСО-330/400 было отмечено всего два случая гололеда слабой интенсивности.
Оснащение ВЛ напряжением 220 кВ и выше современными средствами измерений параметров режима и активной и реактивной энергии позволяет выполнять оперативный расчет текущих значений потерь мощности в линии, в том числе потерь на корону [43, 63, 68-74, 83]. Таким образом, можно предположить, что, контролируя динамику изменения потерь на корону в конкретной линии, можно идентифицировать наличие на линии ГИО (по крайней мере, изморози). Следует отметить, что в [82] приводится временной анализ изменения потерь на корону при различном характере плохой погоды: дожде, мокром снеге, изморози, тумане и повышенной влажности. Характер приведенных кривых удельных потерь мощности на корону отличается для различных видов погоды, что позволяет сделать предположение о возможности решения обратной задачи: по характеру и величине потерь на корону идентифицировать появление и развитие ГИО на проводах ВЛ.
Функционирование в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Юга АИСКГН (см. 1.4), фиксирующей в базе данных механическую нагрузку по каждой фазе отдельных опор линий, АИИС КУЭ и ОИУК позволяет выполнить исследования по сопоставлению динамики изменения механической нагрузки линии с изменением потерь на корону.
Для оперативного определения потерь на корону предполагается использовать информацию о получасовых значениях активной и реактивной энергии по концам линий 330 кВ из АИИС КУЭ, а также информацию из ОИУК об измеряемых напряжениях на шинах подстанций, которыми ограничиваются линии.
Для проведения вычислительного эксперимента были выбраны линии 330 кВ МЭС Юга, отвечающие следующим условиям: A) Линии проходят в особогололедных районах и подвержены интенсивному гололедообразованию. Б) Линии оборудованы датчиками АИСКГН и имеются архивы измерений механической нагрузки для периодов наблюдения; B) По линиям имеются архивы получасовых значений активной и реактивной энергии, измеряемой по концам линии. Г) В архивах ОИУК хранится информация о телеизмеряемых значениях напряжений, токов и потоков мощности, измеряемым по концам линий.
На основе анализа вышеуказанных условий были выбраны две линии 330 кВ: ВЛ-330-30 между подстанциями Баксан-300 и Нальчик-330, выполненная поводами 2хАС-300/39 и 2хАС-300/66, протяженностью 29,68 км, и ВЛ-330-26/27 между подстанциями Черкесск-330 и Баксан-330, выполненная поводами 2хАС-300/39 и 2хАС-300/66, протяженностью 138,366 км.
Большая часть территории, по которым проходят трассы выбранных для исследования линий, относится в соответствии с [6] к 7 району по интенсивности ГИО. Участок линии ВЛ-330-26/27 со стороны подстанции 330 кВ Баксан на подходе к г. Кисловодску проходит по отрогам горного хребта Джинальский с высотными отметками до 900 м над уровнем моря. Ряд пролетов на этом участке ВЛ открыт поперечному действию восточных ветров, сопровождающих интенсивное гололедообразование на проводах и опорах В Л [79].
Анализ отключений этой ВЛ за период с 1996 по 2003 г., связанных с гололедно-ветровыми воздействиями, показывает [84], что практически все отключения на линии даёт "проблемный участок" длиной около 20 км. Именно на этом участке (опора № 18) были установлены первые датчики механической нагрузки при создании системы АИСКГН [19-21].
ВЛ-330-26/27 оборудована системой плавки гололеда, что позволяет при своевременном поступлении информации о «критическом» значении механической нагрузки от ГИО не допускать аварий, связанных с обрывами проводов и тросов.
Системы учета электроэнергии по концам этих линий имели следующие параметры: - счетчики электроэнергии «Альфа A1R-4-AL-C29+» с классом точности 0,2 по активной мощности и 0,5 по реактивной; - трансформаторы тока с классом точности 0,5 и коэффициентами трансформации 1000/1 и 2000/1: - трансформаторы напряжения НКФ с классом точности 0,5 и коэффициентом трансформации 330000/100. Информация о получасовых значениях активной и реактивной энергии, измеряемой по концам линий, фиксировалась в базе данных АИИС КУЭ при помощи программного обеспечения «Альфа центр» (www.izmerenie.ru). Информация о значениях напряжений по концам линии была взята из архива ОИУК «СК-2003» (www.monitel.ru).
Особенностью ВЛ-330-30 является короткая длина линии (29,68 км) и работа ее в 2006 году практически в режиме холостого хода (со стороны подстанции Нальчик-330 подключен один автотрансформатор с номинальной мощностью 125 MB А, питающий собственные нужды этой подстанции).
Для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы о возможности идентификации ГИО на В Л 330 кВ на основе оперативного расчета удельных потерь на корону и емкостной проводимости- линий требуется выполнение следующих исследований: - разработка алгоритма расчета удельных потерь на корону и удельной емкостной проводимости на основе данных АИИС КУЭ и ОИУК; - исследование возможности оперативного определения потерь на корону и емкостной проводимости по данным системы учета электроэнергии в голове линии 330 кВ, работающей в режиме холостого хода; - исследование возможности оперативного определения потерь на корону и емкостной проводимости по данным систем электроэнергии, установленным по концам линии 330 кВ, работающей под нагрузкой; - исследование взаимосвязи механической нагрузки, фиксируемой АИСКГН, и удельных потерь на корону и емкостной проводимости для ВЛ-330-30 в периоды интенсивного гололедообразования;
Повышение точности оперативного определения составляющих потерь электроэнергии в ЛЭП СВН по разности измеряемых потоков электроэнергии по концам линии
Из построенной зависимости видно, что Рмех начинает линейно увеличиваться при превышении В0 значения 3,75 мкСм/км. Средний прирост суммарной механической нагрузки составляет 17778 кг/(мкСм/км). На рисунке имеется точка, соответствующая данным за 18:00 06.01.06, координаты которой отклонены от общей линейной зависимости. Детальный анализ причин этого отклонения показал, что при вычислении В0 для этой точки сказалось влияние погрешности определения реактивной энергии, пропущенной в голове линии, связанной с дискретностью представления информации в АИИС КУЭ. Учитывая, что на графике получасовых значений реактивной энергии в голове ВЛ-330-30 имели место более низкие ее значения до 18 часов и после 19 часов, можно предположить, что вышеуказанная погрешность имела отрицательный знак. При максимальном абсолютном значении погрешности 0,33 Мвар-ч превышение В0 могло составить при среднем напряжении за 18 часов С/с =319 кВ
С учетом данной поправки коэффициент корреляции между механической нагрузкой и емкостной проводимостью увеличится до 0,957.
Малое количество точек в интервале значений РЛ1ех между 3500 кг и 9000 кг объясняется быстрым ростом ГИО и быстрым их сбросом. Разброс точек при минимальном и максимальном значении Рмех объясняется как погрешностью измерения реактивной энергии в голове линии, так и погрешностями измерения напряжений по концам линии и погрешностью измерения механической нагрузки. Кроме того, на среднюю удельную величину емкостной проводимости всей линии влияет величина ГИО в каждом пролете, а величина Рмех измерялась только на одной опоре. Таким образом, неравномерность нагрузки из-за ГИО вдоль линии также может оказывать влияние на разброс точек.
Результаты сопоставления механической нагрузки, потерь на корону и емкостной проводимости для второго по интенсивности гололедных отложений периода с 25 по 27 марта 2006 г., приведенные на рисунке 2.13, также показывают целесообразность использования потерь на корону и емкостной проводимости в качестве определяющих факторов.
Следует отметить, что температура воздуха 25 марта снижалась от +7 до -6 С, а затем 27 марта утром повысилась до +2 С. Таким образом, образования плотного гололеда не наблюдалось и удельные потери на корону продолжали увеличиваться при росте гололедной нагрузки в виде изморози. Максимальное значение удельной емкостной проводимости составило 4,058 мкСм/км при механической нагрузке 4723 кг.
Для определения коэффициента корреляции между суммарной механической нагрузкой и В„ для рассматриваемого периода наблюдения по данным АИСКГН были определены среднечасовые механические нагрузки, которые были сопоставлены со значением удельной емкостной проводимости и удельными потерями на корону для тех часов суток, в которые одновременно имелись данные как АИИС КУЭ, ОИУК, так и АИСКГН (таблица 2.10).
Графики изменения механической нагрузки, потерь на корону и емкостной проводимости ВЛ-330-ЗО в период с 25 по 27 марта 2006 года Таблица 2.10 - Исходные данные для сопоставления суммарной механической нагрузки, удельных потерь на корону и емкостной проводимости
Коэффициент корреляции между суммарной механической нагрузкой и емкостной проводимостью, вычисленный по данным таблицы 2.10, равен і 0,897, а значение этого коэффициента между механической нагрузкой и удельными потерями на корону 0,841. В каждый из рассматриваемых периодов определялось максимальное значение удельной емкостной проводимости линии (таблица 2.8). Это позволило построить зависимость механической нагрузки от значения і удельной емкостной проводимости (рисунок 2.14). Рмех, кг 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 3,7 3,8 3,9 Вл, мкСм/км 4,1 4,2 4,3 4,4 Рисунок 2.14 -График эмпирически построенной зависимости механической нагрузки (опора № 44) от удельной емкостной проводимости для ВЛ-330-30 Увеличение емкостной проводимости линии при росте гололедных образований физически можно объяснить следующими факторами: - увеличением стрелы провеса провода и соответственно приближением проводов к земле; - повышенной диэлектрической проницаемостью льда (для чистого льда равна 3) по сравнению со значением этого параметра для воздуха; - увеличением эквивалентного радиуса провода из-за относительно высокой активной проводимости льда и реактивного эффекта короны. Для повышения точности определения потерь на корону и емкостной проводимости линии предлагается: - определение активного сопротивления линии производить с учетом информации о метеорологических условиях (температуре, осадках, скорости и направлении ветра) вдоль трассы линии на основе оперативной информации от метеостанций, датчиков АИСКГН, ОИУК и имеющейся в ГИС схеме трассы линии, привязанной к реальной топооснове, а также с учетом реальной токовой нагрузки линии, измеряемой АИИС КУЭ и ОИУК; - при расчете индуктивного сопротивления линии учитывать реальное геометрическое расположение проводов фаз на каждой опоре, изменение стрел провесов из-за температуры и механических нагрузок, изменение эквивалентного радиуса проводов фаз; - использовать имеющиеся в функции интегрирования квадрата тока и напряжения, а также информацию из ОИУК для определения коэффициента формы графиков тока и напряжения внутри расчетных интервалов, для которых рассчитываются потери на корону и емкостная проводимость; - компенсировать систематические составляющие погрешностей систем учета электроэнергии за счет учета реальной загрузки трансформаторов тока, температуры окружающей среды, сопротивлений нагрузки трансформаторов напряжения и тока; - применять для расчетов схемы замещения линий, более адекватно учитывающие распределенность параметров линий (обратную Ш-образную схему для коротких линий и схемы цепочного типа для протяженных), и учитывать неравномерность распределения этих параметров по длине линии.
Комплексный подход к борьбе с гололедными нагрузками в ОАО Ставропольэнерго
Если принять величину потерь на корону постоянной, и исследовать зависимость погрешности от коэффициента загрузки линии, то с учетом (3.9) и (3.15) получим следующее выражение: AWKOpAWz AWKOp AWK„/ У J где AW . - относительная величина потерь на корону в линии по отношению к потоку активной энергии в начале линии.
Таким образом, относительная погрешность определения потерь на корону по разности показаний систем учета электроэнергии, установленных по концам линии, прямо пропорционально передаваемой по линии активной энергии и обратно пропорциональна абсолютной величине потерь активной энергии на корону.
Следует подчеркнуть, что (3.16) получено в предположении отсутствия в линии на рассматриваемом периоде реверсивных перетоков мощности.
Для исследуемой ВЛ-330-26/27 для периода хорошей погоды (20 августа 2008 года) по результатам расчетов среднее значение удельных потерь на корону составило 0,75 кВт/км, а его среднеквадратическое отклонение 1,38 кВт/км, что соответствует дЛКо =234 %. Максимальное отклонение удельных потерь на корону за сутки составило -4,8 кВт/км или -645% (при потоке активной мощности 114,5 МВт). Поток активной Ill мощности по ВЛ-330-26/27 изменялся 20 августа 2008 года в пределах от 63 МВт до 160,5 МВт. В соответствие с (3.16) расчетное значение 5Ш составляет 518% до 1321%. При среднесуточном значении активной мощности в линии 105,6 МВт 8АК =869 %.. Таким образом, действительное значение погрешности определения потерь на корону приблизительно в 3,7 раза меньше его расчетного теоретического значения. Это можно объяснить тем, что в теоретическом расчете заложены максимальные погрешности ТТ, ТН и МПСЭ, которые превышают реальные значения погрешностей. Кроме того, в измерительных системах учета электроэнергии, установленных по концам линии, имеют место однотипные систематические погрешности (например, обусловленные изменение температуры окружающей среды, загрузки линии, напряжений), которые могут частично исключаться при определении AWr.,
При выводе (3.15-3.16) было принято допущение об отсутствии погрешностей в определении нагрузочных потерь электроэнергии. Данное допущение, как уже было отмечено ранее, справедливо для случаев, когда „значительно больше8йК . Исследуем в каких ситуациях влияние 8т на результат определения удельных потерь на корону становится сопоставимым с влиянием 8UWr и требуется принятие мер по уменьшению этой погрешности. Как следует из (3.14) влияние 8АК на р Лкор кроме значения самой погрешности зависит и от коэффициента а. Чем меньше а, тем больше влияние 8АК. Минимальное значение этого коэффициента можно оценить для ВЛ СВН разных сечений и напряжений на основе минимальных значений руйоаРгШШ и максимальной плотности тока утах, протекающего по
Значения коэффициента а при минимальных и максимальных значениях потерь . на корону для линий разных классов напряжений приведены в таблице 3.2. Из приведенных значений следует, что при больших нагрузках линий влияние SAWa на величину погрешностей определения потерь на корону может оказаться существенным при сопоставимых значениях SAWa и SAWt,. При реализации алгоритмов
определения потерь на корону по разности измеряемых по концам линии потоков энергии (мощности), очевидно, целесообразно выполнять проверку относительной величины потерь на корону в линии и в зависимости от значений 5AWr и ожидаемого а принимать решение о целесообразности снижения 8йК за счет запроса дополнительной информации из ОИУК, метеостанций, АИСКГН.
В соответствии с принятой методикой расчета нагрузочных потерь (2.2) их вычисление осуществляется по выражениям (2.9) при наличии графиком мощности, (2.15) при их отсутствии и наличии графиков тока, (2.19) для режимов с реверсивными перетоками мощности. Погрешность определения нагрузочных потерь электроэнергии в этом случае в основном зависит от следующих факторов: - погрешности определения температуры провода; - погрешности задания длины линии; - погрешности вычисления коэффициентов формы графиков мощности или тока, напряжений; - погрешностей определения потоков энергий по концам линии; - погрешностей задания средних уровней напряжения по концам линии. - упрощенного моделировании линии с распределенными параметрами схемой замещения с сосредоточенными параметрами.
Погрешность из-за не учета температуры провода может изменяться в пределах от - 16 % до + 8 % при изменениях температуры в течении года от 113 20 С до +40 С (характерный диапазон для Северного Кавказа). Использование информации о температуре окружающего воздуха от датчиков близлежащих к линии метеостанций и учет дополнительного нагрева провода из-за протекания тока в соответствии с (2.2) позволяет снизить величину этой погрешности до определенного уровня.
Однако сопоставление температуры воздуха, зафиксированной датчиком температуры на подстанции Черкесск и датчиками АИСКГН, установленными на ВЛ-330-26/27 (рисунок 3.2, таблица 3.3), показывает, что диапазон изменения температуры по длине линии в разные часы суток составляет от 5 С до 9,4 С. Следует отметить, что температура воздуха, зафиксированная датчиком температуры на подстанции Черкесск, близка к средней температуре по всей длине линии (среднее отклонение за сутки составляет 0,6 С, размах изменения отклонений за сутки от -1,1 С до 3,5 С).
