Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Фундаментальные основы анализа режимов работы воздушных линий электропередачи 10
1.1. Современное состояние проблемы анализа режимов работы в электротехнических комплексах и системах 10
1.2. Обоснование перехода от полевой формы решения задачи анализа режимов работы воздушной линии электропередачи к матрично- операторной форме 14
1.3. Определение первичных параметров воздушной линии 22
1.4. Выводы по первой главе 36
Глава 2. Математическая модель и методики расчета установившихся режимов двух цепных воздушных линий 38
2.1. Математическая модель двухцепной воздушной линии 38
2.2. Методика расчета установившихся режимов двухцепных линий с продольной частью схемы замещения в форме 42
2.3. Методика расчета установившихся режимов двухцепных линий с продольной частью схемы замещения в У— форме 46
2.4. Оценка влияния грозозащитного троса на параметры режима работы двухцепной линии 54
2.5. Выводы по второй главе 65
ГЛАВА 3. Повышение эффективности функционирования двухцепных линий 67
3.1. Способы повышения эффективности функционирования ДВЛ за счет оптимизации ее конструктивных параметров 67
3.1.1. Расщепления фазных проводов 67
3.1.2. Изменение конструкции опор воздушных линий 69
3.1.3 Перестановка фазных проводов 73
3.2. Анализ параметров установившихся режимов ДВЛ при различныхвариантах ее фазировки 76
3.2.1. Потери мощности и оценка пофазной несимметрии напряжений в цепях ДВЛ при их неравномерной загруженности 77
3.2.2 Потери мощности при разной направленности векторов токов в цепях 83
3.3. Зависимость параметров установившегося режима линии от расстояния между цепями 86
3.4. Зависимость параметров установившихся режимов от конструктивного исполнения опор и величины стрелы провеса проводов 89
3.5. Выводы по третьей главе 93
ГЛАВА 4. Практическое применение разработанной модели, методик и алгоритмов 95
4.1. Методика перехода от многопроводной схемы замещения ДВЛ к эквивалентной однолинейной схеме 95
4.1.1. Определение собственных и взаимных вторичных сопротивлений и проводимостей цепей 97
4.1.2. Оценка погрешности результатов расчета установившихся режимов при использовании методики перехода от многопроводной схемы замещения к эквивалентной однолинейной схеме ДВЛ 101
4.2. Методика определения наведенных напряжений на выведенных в ремонт воздушных линиях 106
4.3. Экспериментальные исследования режимов работы ДВЛ 110
4.3.1 Исследование установившихся режимов линии 110
4.3.2 Исследование наведенных напряжений на ремонтируемой линии.. 117
4.4. Выводы по четвертой главе 120
Заключение 121
- Современное состояние проблемы анализа режимов работы в электротехнических комплексах и системах
- Методика расчета установившихся режимов двухцепных линий с продольной частью схемы замещения в форме
- Потери мощности при разной направленности векторов токов в цепях
- Определение собственных и взаимных вторичных сопротивлений и проводимостей цепей
Введение к работе
Актуальность темы. Расчеты установившихся режимов воздушных линий электропередачи являются неотъемлемой частью решения задач, связанных с проектированием и эксплуатацией электрических систем (ЭС). Результаты этих расчетов используются при планировании режимов, оперативном управлении, расчете потерь мощности и напряжения, а также служат базой для оптимизации, оценке устойчивости и надежности ЭС.
Традиционные методы расчета установившихся режимов электрических систем базируются на однолинейном представлении трехфазных цепей. Такой подход трудно применить при рассмотрении несимметричных систем, например, при анализе установившихся режимов электрических сетей, с многоцепными воздушными линиями, фазные проводники которых расположены в непосредственной близости друг от друга. Однолинейное представление электрических схем в этих случаях может привести к значительным погрешностям, что предопределяет рассмотрение несимметричных режимов электрических систем с использованием многопроводных схем замещения. Таким образом, проблема моделирования воздушных линий электропередачи с учетом электромагнитных и электростатических связей фазных проводов и грозозащитных тросов является весьма актуальной. На основе такого моделирования возможно решение целого ряда важных научных и практических задач, возникающих при проектировании и эксплуатации ЭС общего назначения.
Одной из таких задач является расчет установившихся режимов двухцепных воздушных линий (ДВЛ), который позволяет анализировать их свойства и определять возможные направления повышения эффективности их функционирования. Другой задачей является анализ наведенных напряжений на ремонтируемой цепи ДВЛ, которые возникают под действием электромагнитного влияния проходящей вблизи второй цепи.
Работы отечественных и зарубежных авторов посвященные решению последних двух задач не претендуют на полноту исследований, что подчеркивает актуальность диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования двухцепных воздушных линий электропередачи напряжением 35-110 кВ посредством разработки математической модели и методик анализа установившихся режимов ДВЛ.
Для достижения поставленной цели в работе формулируются и решаются следующие научные и практические задачи:
разработка математической модели двухцепной воздушной линии электропередачи, учитывающей электромагнитное взаимовлияние цепей линии и реализованной посредством многопроводной схемы замещения;
разработка методик расчета установившихся режимов ДВЛ с использованием многопроводной схемы замещения;
научное обоснование перехода от многопроводной схемы замещения двухцепной линии к эквивалентной однолинейной схеме, учитывающей индуктивные и емкостные связи цепей;
адаптация программного обеспечения для решения задач анализа режимов работы цепей с взаимной электромагнитной связью;
сопоставление расчетных и экспериментальных данных анализа режимов работы двухцепных линий, полученных с помощью телеизмерений и автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ);
определение оптимального варианта расположения фазных проводов двухцепной линии по критериям минимума потерь мощности и пофазной несимметрии;
разработка методики определения наведенных напряжений на выведенной в ремонт цепи ДВЛ.
Объектом исследования являются двухцепные воздушные линии электропередачи.
Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы методы математического анализа, математического моделирования, теории матриц и методы решения уравнений математической физики. Теоретические исследования послужили основой для разработки математических моделей и инженерных методик. Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации.
Достоверность полученных результатов исследований определяется корректным использованием математического аппарата, вычислительных программных комплексов, обоснованностью принятых допущений и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчетов и экспериментальных данных.
Научная новизна.
Разработаны математическая модель и методики расчета режимов двухцепной воздушной линии.
Произведена оценка влияния грозозащитного троса и способов его заземления на параметры режимов ДВЛ.
Предложена методика определения наведенных напряжений на ремонтируемых воздушных линиях.
Реализован научно-обоснованный переход от многопроводных схем замещения к эквивалентным однолинейным схемам при рассмотрении установившихся режимов ДВЛ.
Основные положения, выносимые на защиту.
Математическая модель и методики расчета установившихся режимов двухцепной воздушной линии электропередачи.
Методика перехода от многопроводной схемы замещения к эквивалентной однолинейной схеме двухцепной воздушной линии.
Методика расчета наведенных напряжений на выведенной в ремонт цепи ДВЛ с целью обеспечения безопасности проводимых на линии работ.
Результаты аналитических, расчетных и экспериментальных исследований установившихся режимов ДВЛ.
Практическая ценность.
Произведен сравнительный анализ расчетных данных режимов работы двухцепных линий с экспериментальными данными, полученными при помощи телеизмерений и АСКУЭ.
Произведен анализ влияния способа перестановки фазных проводников ДВЛ на потери мощности в линии и пофазную несимметрию.
Даны рекомендации по адаптации существующего программного обеспечения для решения задач анализа режимов работы цепей с взаимной электромагнитной связью;
На основе математической модели программно реализован расчет установившихся режимов ЭС с применением многопроводных и однолинейный схем замещения двухцепных линий.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2007); на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2007); на XIV-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2008); на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008); на XII-ой Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (Крым, Алушта, 2008); на XV-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2009).
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в расчетах технических потерь и составлении режимов работы линий электропередачи на предприятиях электрических сетей ОАО «МРСК Волги» и ЗАО «Средневолжская сетевая компания».
Разработанные методы моделирования и расчета установившихся режимов воздушных линий электропередачи используются в дипломном и курсовом проектировании на кафедре “Электроснабжение промышленных предприятий” Самарского государственного технического университета.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 8 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений, содержит 131 стр. основного текста, списка использованной литературы из 102 наименований.
Современное состояние проблемы анализа режимов работы в электротехнических комплексах и системах
Традиционные методы расчета установившихся режимов электротехнических систем базируются на однолинейном представлении трехфазных цепей. Такой подход непригоден в случае сложной несимметрии, что проявляется, например, при расчетах режимов электрических систем, питающих тяговые подстанции электрифицированных железных дорого переменного тока. Данному вопросу посвящены работы Асанова Т.К. [26], Бардушко Д.В. [27], Висящева А.Н. [28], Карякина P.M. [29], Закарюкина В.П. [30,31,90] и других.
Другим примером сложной несимметрии являются многоцепные воздушные линии электропередачи, в которых шесть и более проводов располагаются в непосредственной близости друг от друга с соизмеримыми расстояниями (определяемыми длиной траверс) междуфазных и междуцепных фазных проводов. Можно однозначно отнести многоцепные линии к принципиально несимметричным электроустановкам, поскольку трехфазные системы токов и напряжений цепей не будут создавать сбалансированные электромагнитные поля даже в условиях симметричных значений этих параметров режима [32]. Кроме того, необходимо учесть, что мощности, передаваемые по цепям, могут отличаться, как по величине, так и по направлению.
Однолинейное представление электрических схем в приведенных случаях может приводить к значительным погрешностям, что обуславливает необходимость расчетов несимметричных режимов в электротехнических комплексах и системах.
В трехфазных электрических сетях общего назначения с симметрично выполненными элементами (источники питания, линии, трансформаторы, сопротивления нагрузки потребителей) возникает множество задач, связанных с учетом несимметрии. К таким задачам относятся, например, расчеты режимов сети при обрывах проводов воздушных линий электропередачи и несимметричных коротких замыканиях. Как правило, задачи такого типа решаются достаточно сложно и требуют нетривиального подхода к каждой конкретной ситуации.
Расчеты режимов трехфазных воздушных линий связаны с учетом взаимовлияния друг на друга проводов разных фаз и при такой постановке вопроса явно требуют рассмотрение режимов с применением метода расчета в фазных координатах. Определение потерь мощности и энергии в системах электроснабжения при несимметричных режимах также требует пофазного рассмотрения элементов. Простое наложение потерь от несимметричных составляющих неприемлемо по причине квадратичной зависимости потерь от тока. Кроме того, в трехфазных трансформаторах из-за несимметрии магнитной системы симметричное трехфазное входное напряжение создает несимметричную систему токов.
Для расчетов несимметричных режимов трехфазных систем чаще всего применяют метод фазных координат или метод симметричных составляющих и различные их модификации. Метод симметричных составляющих, основоположниками которого были Вагнер К.Ф. и Эванс Р.Д. [33], сводится к составлению трех однолинейных схем замещения для составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей с последующим расчетом режимов этих схем и наложением их решений. Этот метод требует нетривиального подхода при решении каждой конкретной задачи и в связи с этим плохо поддается формализации при его применении в программных продуктах. Кроме того, этот метод эффективно работает только в случаях простой несимметрии, а при нескольких несимметриях сложности при расчетах многократно возрастают. Отметим, что для анализа режимов двухцепных линий метод симметричных составляющих вообще не применим по причине невозможности определения сопротивлений цепей прямой, обратной и нулевой последовательностей, поскольку для анализа процессов в каждой цепи должна быть использована своя система координат.
Другим методом расчета несимметричных режимов является метод фазных координат, представляющий собой естественное отображение многофазной системы. Применению данного метода в расчетах режимов посвящены работы Бермана А.П. [34], Висящева А.Н. [35, 36], Гусейнова A.M. [37], Закарюкина В.П. [38, 92-94], Заславской Т.Б. [39], Лосева С.Б. [40], Laughton М.А. [41].
Сложности применения метода фазных координат связаны с учетом взаимоиндуктивных влияний разных фаз друг на друга в трансформаторах и линиях. Известный метод развязки магнитосвязанных цепей [42] при практической реализации в программных средствах сталкивается с рядом затруднений, которые ограничивают его применение. В расчетах электротехнических систем довольно часто используется замена трехфазного трансформатора набором однофазных трансформаторов, а при рассмотрении линий электропередачи используются П — образные схемы замещения отдельных фаз, косвенно учитывающие расщепление проводов. Эти модели удовлетворительно работают при рассмотрении сравнительно не сложных систем с не сложной несимметрией.
По изложенным выше причинам проблема полнофункционального моделирования воздушных линий электропередачи в фазных координатах с учетом взаимных электромагнитных и электростатических связей фазных проводов и грозозащитных тросов является весьма актуальной. На основе такого моделирования возможно решение целого ряда важных научных и практических задач, возникающих при проектировании и эксплуатации электротехнических комплексов и систем с двухцепными линиями.
Одной из таких задач является расчет режимов ЭКС, в состав которых входят воздушные линии электропередачи с расщепленными фазными проводами и грозозащитными тросами и как их разновидность двухцепные линии. Исследованиями воздушных линий занимались следующие российские ученые: Мисриханов М.Ш. [43], Веников В.А. [44], Евдокунин Г.А. [45], Федин В.Т. [46, 99], Постолатий В.М. [47, 49], Астахов Ю.Н. [48], Гершен- горн А.И. [95, 97], Ракушев Н.Ф. [96], Штробель В.А. [98], Шнелль Р.В. [100-102] и другие. К основным задачам их исследований можно отнести снижение несимметрии двухцепных линий и повышение их натуральной мощности. Следует отметить, что в данных работах не уделяется достаточного внимания режиму передачи мощности по цепям линии, когда по ним протекают разные по модулю и направлению токи.
Другой важной практической задачей анализа несимметричных режимов является расчет на ремонтируемых линиях наведенных напряжений, возникающих под действием электромагнитного и электростатического влияния проходящих вблизи высоковольтных воздушных линий. Отдельные работы Мисриханова М.Ш. [50, 52], Попова В.А. [51] Левченко И.И. [53], Белякова Ю.С. [54], Ефимова Б.В. [55], Васюры Ю.Ф. [56], Глушко В.И. [57], Тураева В.А. [87-88] посвященные данному вопросу, не претендуют на полноту исследований.
Исследования, проведенные автором в направлении решения этих проблем, легли в основу настоящей диссертационной работы.
Методика расчета установившихся режимов двухцепных линий с продольной частью схемы замещения в форме
Проведен анализ методов расчета установившихся режимов двухцепных воздушных линий, в результате которого, основным в расчетах был выбран метод фазных координат.
Показан переход от полевых уравнений Максвелла к системе уравнений в матрично-операторной форме.
Рассмотрены вопросы определения матриц сопротивлений - X и прово- димостей - У, входящих в систему уравнений состояния воздушной линии электропередачи в матрично-операторной форме. Даны расчетные выражения для определения элементов матриц 2 и У, значения которых зависят от геометрических расстояний между проводами, а также их фиктивными зеркальными отображениями в земле; стрелы провеса; радиусов проводов, с учетом их расщепления и многожильной структуры; частоты, многослойной структуры земли и ее свойств, а также других параметров.
В настоящее время в электроснабжающих организациях расчеты установившихся режимов для электротехнических комплексов с двухцепными воздушными линиями проводятся, как правило, по однопроводным схемам замещения, а взаимное влияние цепей и принципиальная несимметрия ДВЛ, вообще, не учитывается. Поэтому с учетом непрекращающегося интереса к этим вопросам в эксплуатации и проектировании [43-45, 67-68] в данной работе представлена разработанная автором математическая модель двухцепной воздушной линии электропередачи. Данная модель ориентирована на расчеты установившихся режимов ДВЛ в фазных координатах для несимметричных параметров режима (по фазам и по цепям). Предложенная модель реализуется в виде многопроводной схемы замещения (МСЗ), концепция ее построения может быть сформулирована следующим образом.
В двухцепной воздушной линии, как в объекте с распределенными параметрами, единый электромагнитный процесс квазистациопарного установившегося режима состоит из взаимосвязанных «продольного» электромагнитного и «поперечного» электростатического процессов. В предложенной модели, представленной обобщенной многопроводной схемой замещения с сосредоточенными параметрами, они приближенно отображаются в виде объединения продольных и поперечных парциальных схем, сформированных раздельно.
В теоретической электротехнике [69, 70] при построении приближенных моделей названные процессы рассматриваются раздельно, последовательно друг за другом, но в различном порядке. Это позволяет построить известные « р» и « » — образные схемы замещения, которые, в основном, используются для моделирования установившихся режимов работы трансформаторов.
В процессе анализа установившихся режимов электротехнических систем используется известный подход [69, 70], позволяющий уменьшить погрешности моделирования линий электропередачи, как объектов с распределенными параметрами. Он связан с искусственным разделением пополам поперечного, или продольного процессов, что приводит, соответственно, к «П» или «Т» — образным схема замещения. Во всех названных схемах замещения продольные и поперечные составляющие условно отображаются, соответственно, горизонтальными и вертикальными элементами. Для построения многопроводной схемы замещения в виде, общепринятом в расчетах установившихся режимов для несимметричной ДВЛ, необходимо принять следующие определенные условия и весьма существенные допущения [43-45, 67]. Двухцепная линия с количеством проводов от 6 до 8 с учетом заземленных и незаземленных грозозащитных тросов может быть представлена в виде многопроводной схемы замещения. Электромагнитная связь между проводами и цепями духцепной воздушной линии приближенно учитывается значениями взаимных индуктивно- стей и емкостей. Учет собственных емкостей фаз цепей и емкостей взаимной связи производится по общим традиционным принципам расчета установившихся режимов [62, 69, 70], то есть при построении расчетной эквивалентной схемы замещения поперечные емкости (фазные на землю, междуфазные и междуцепные) задаются половинными значениями по концам ДВЛ. Параметры режима по цепям, могут отличаться, как по величине, так и по направлению, поэтому в соответствующих узлах ДВЛ (на рис. 2.1 это узлы условных начала Н и конца К) задаются трехфазные равные или неравные по величине и фазовым сдвигам системы напряжений и токов на общих шинах или отдельно по цепям. Проведенный анализ показал, что целесообразно использовать теорию анализа электрического состояния ДВЛ, как конкретного объекта электрической сети, и принять концепцию построения модели в виде «Я» - образной схемы замещения [69, 70].
Потери мощности при разной направленности векторов токов в цепях
Повышение эффективности функционирования ДВЛ переменного тока возможно путём усовершенствования конструкции самой линии. Одним из способов усовершенствования конструкции линии является "расщепление" проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается.
Обычно в каждой фазе воздушной линии напряжением 6 - 220 кВ подвешивают по одному проводу, у линий 330 кВ — по два провода (располагают горизонтально), у ВЛ 500 кВ — три провода (по вершинам треугольника), у линий 750 кВ — четыре провода (по углам квадрата) или пять проводов (по углам пятиугольника), у ВЛ 1150 кВ — восемь проводов (по углам восьмиугольника). Однако при необходимости увеличения пропускной способности линии число проводов может быть увеличено вне зависимости от класса напряжения.
Расщепление проводов применяется также для устранения появления протяжённого коронного разряда на проводах. Появление "короны" не только вызывает дополнительные потери в проводах, но и создаёт дополнительные искажения синусоидальной формы тока.
Традиционное конструктивное исполнение существующих высоковольтных линий характеризуется, во-первых, фиксированным расстоянием (30 - 40 см) между расщепленными, по условиям ограничения коронного разряда, проводами фаз и, во-вторых, увеличенными междуфазными расстояниями по сравнению с минимально необходимыми по условию обеспечения надежной работы линий электропередачи.
Работы, выполненные в течение последних 20 - 25 лет в Санкт- Петербургском государственном техническом университете и СЗО института "Энергосетьпроект" [74, 75], показали, что при отказе от ограничений расстояний между проводами технически возможно и экономически целесообразно создание электропередач произвольно увеличенной натуральной мощности, индуктивное сопротивление которых обратно пропорционально числу проводов в фазе. Соответственно натуральная мощность у таких линий будет пропорциональна числу проводов в фазе. В [74] отмечается, что при таком конструировании линии увеличивается число проводов в фазе сверх минимального, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления на 2550%. Связанное с этим повышение натуральной мощности воздушных линий позволяет существенно расширить области применения электропередач по передаваемой мощности и по-новому решать проблему обеспечения баланса реактивной мощности в электротехнических комплексах и системах.
Изменением числа проводов в фазе обеспечивается возможность создания воздушных линий повышенной пропускной способности, без использования каких-либо дополнительных источников реактивной мощности (синхронных компенсаторов, статических тиристорных компенсаторов, конденсаторных батарей и т.п.).
Для компенсации избыточной зарядной мощности линий электропередачи, функционирующих в режиме холостого хода или слабой загруженности, используют управляемые шунтирующие реакторы трансформаторного типа [76, 77].
Недостатком этого способа является его малая пригодность для действующих линий электропередачи, так как это потребует замены проводов на всем протяжении трассы ВЛ, что сопряжено со значительными финансовыми затратами. Расщепление фазных проводов воздушных линий приводит к увеличению эквивалентного радиуса провода, что на многих действующих ВЛ недопустимо из-за несоблюдения расстояний между токоведущими частями и конструкцией опоры, которые регламентированы в ПУЭ [73].
Наряду с расщеплением фазных проводов, существует способ повышения эффективности работы линии за счет изменения конструкции ее опор. Основная идея данного способа заключается в более рациональном использовании электромагнитного взаимовлияния фазных проводов для повышения пропускной способности и натуральной мощности линии. Данная задача может быть решена путем уменьшения расстояний между фазными проводами, что приводит к снижению индуктивности и повышению емкости воздушной линии электропередачи.
В настоящее время в России для одноцепных и двухцепных линий напряжением 35-220 кВ применяются свободностоящие металлические башенные опоры (рис. 3.1, а, б) и свободностоящие железобетонные опоры с металлическими траверсами (рис. 3.2, а, б) [74].
Определение собственных и взаимных вторичных сопротивлений и проводимостей цепей
Повышение эффективности функционирования ДВЛ переменного тока возможно путём усовершенствования конструкции самой линии. Одним из способов усовершенствования конструкции линии является "расщепление" проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается.
Обычно в каждой фазе воздушной линии напряжением 6 - 220 кВ подвешивают по одному проводу, у линий 330 кВ — по два провода (располагают горизонтально), у ВЛ 500 кВ — три провода (по вершинам треугольника), у линий 750 кВ — четыре провода (по углам квадрата) или пять проводов (по углам пятиугольника), у ВЛ 1150 кВ — восемь проводов (по углам восьмиугольника). Однако при необходимости увеличения пропускной способности линии число проводов может быть увеличено вне зависимости от класса напряжения.
Расщепление проводов применяется также для устранения появления протяжённого коронного разряда на проводах. Появление "короны" не только вызывает дополнительные потери в проводах, но и создаёт дополнительные искажения синусоидальной формы тока.
Традиционное конструктивное исполнение существующих высоковольтных линий характеризуется, во-первых, фиксированным расстоянием (30 - 40 см) между расщепленными, по условиям ограничения коронного разряда, проводами фаз и, во-вторых, увеличенными междуфазными расстояниями по сравнению с минимально необходимыми по условию обеспечения надежной работы линий электропередачи.
Работы, выполненные в течение последних 20 - 25 лет в Санкт- Петербургском государственном техническом университете и СЗО института "Энергосетьпроект" [74, 75], показали, что при отказе от ограничений расстояний между проводами технически возможно и экономически целесообразно создание электропередач произвольно увеличенной натуральной мощности, индуктивное сопротивление которых обратно пропорционально числу проводов в фазе. Соответственно натуральная мощность у таких линий будет пропорциональна числу проводов в фазе. В [74] отмечается, что при таком конструировании линии увеличивается число проводов в фазе сверх минимального, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления на 2550%. Связанное с этим повышение натуральной мощности воздушных линий позволяет существенно расширить области применения электропередач по передаваемой мощности и по-новому решать проблему обеспечения баланса реактивной мощности в электротехнических комплексах и системах.
Изменением числа проводов в фазе обеспечивается возможность создания воздушных линий повышенной пропускной способности, без использования каких-либо дополнительных источников реактивной мощности (синхронных компенсаторов, статических тиристорных компенсаторов, конденсаторных батарей и т.п.).
Для компенсации избыточной зарядной мощности линий электропередачи, функционирующих в режиме холостого хода или слабой загруженности, используют управляемые шунтирующие реакторы трансформаторного типа [76, 77].
Недостатком этого способа является его малая пригодность для действующих линий электропередачи, так как это потребует замены проводов на всем протяжении трассы ВЛ, что сопряжено со значительными финансовыми затратами. Расщепление фазных проводов воздушных линий приводит к увеличению эквивалентного радиуса провода, что на многих действующих ВЛ недопустимо из-за несоблюдения расстояний между токоведущими частями и конструкцией опоры, которые регламентированы в ПУЭ [73].
Наряду с расщеплением фазных проводов, существует способ повышения эффективности работы линии за счет изменения конструкции ее опор. Основная идея данного способа заключается в более рациональном использовании электромагнитного взаимовлияния фазных проводов для повышения пропускной способности и натуральной мощности линии. Данная задача может быть решена путем уменьшения расстояний между фазными проводами, что приводит к снижению индуктивности и повышению емкости воздушной линии электропередачи.
В настоящее время в России для одноцепных и двухцепных линий напряжением 35-220 кВ применяются свободностоящие металлические башенные опоры (рис. 3.1, а, б) и свободностоящие железобетонные опоры с металлическими траверсами (рис. 3.2, а, б) [74].
