Введение к работе
Актуальность работы
Одним из важнейших показателей уровня электроэнергетики является развитие электрических сетей, основной элемент которых – воздушные линии электропередачи (ВЛ).
Электроэнергетическая система России характеризуется высокой степенью физического износа оборудования, составляющего примерно 65%, при этом активы магистрального сетевого комплекса изношены на 50 %, распределительного сетевого сегмента – до 70%. Сложившаяся ситуация может угрожать стабильности функционирования электроэнергетической отрасли России. Поэтому вопрос о модернизации, повышении эффективности и надежности системы электроэнергетики стоит, сегодня достаточно остро.
Наряду с необходимостью повышения надежности сети складывается комплекс проблем в части передачи и распределения электроэнергии вследствие постоянного роста нагрузок, обусловливающего загруженность электропередач высокого и сверхвысокого напряжений. Уже сейчас фиксируется недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих электрических сетей в ряде регионов России. Наблюдается так называемое «запирание» мощности отдельных электростанций из-за недостаточной пропускной способности электрических связей, что ведет к вынужденному простою генерирующего оборудования.
Таким образом, в условиях значительного износа и недостаточной пропускной способности электрических сетей, высокой стоимости строительства новых линий и длительного срока их окупаемости актуальное значение приобретают вопросы применения мероприятий направленных на повышение надежности и эффективности работы уже эксплуатируемых ВЛ.
Значительный вклад в рассмотрение вопросов, связанных с повышением эффективности эксплуатации ВЛ, внесли: Г.Н. Александров, И.Г. Барг, В.А. Веников, В.Г. Гольдштейн, А.Ф. Дьяков, В.П. Закарюкин, С.М. Зильберман, В.Г. Кочкин, В.Т. Федин и др.
В развитие ВЛ с резервированием фазных проводов значительный вклад внесли ученые Т.Б. Заславская и Д.Т. Жанаев.
Объектом исследования являются четырехпроводные ВЛ напряжением 110-330 кВ.
Предметом исследования являются эксплуатационные режимы
четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ.
Цель диссертационной работы – повышение эффективности эксплуатации ВЛ 110-330 кВ, заключающееся в увеличении пропускной способности и повышении надежности линии за счет резервирования фазных проводов дополнительным четвертым проводом; оценка эффекта при эксплуатации четвертого провода и определение вариантов использования четвертого провода для каждого класса рассматриваемых напряжений линий.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие основные задачи исследования:
-
Обосновать использование четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ.
-
Оценить возможность использования стального грозотроса в качестве провода, используемого для транспорта электроэнергии.
-
Определить параметры режимов работы четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ с учетом конструктивной несимметрии.
-
Выявить возможность повышения мощности четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ путем включения четвертого провода параллельно с рабочими фазами.
-
Разработать систему критериев технико-экономической оценки эффективности эксплуатации резервного четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ.
Методы и средства исследований
В работе использованы: инженерные и численные методы, реализуемые на ЭВМ; метод расчета электрических параметров в фазных координатах; метод зеркальных отображений; аппарат математического компьютерного моделирования – расчеты осуществлялись на базе программного комплекса Matlab; метод расчетных затрат при технико-экономической оценке использования четвертого провода.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается применением теории электропередачи и теоретических основ электротехники, подтверждается результатами эксплуатации ВЛ, обоснованностью принятых допущений, корректным использованием соответствующего математического аппарата.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Использование четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ позволяет повысить надежность и пропускную способность линий.
-
Применение стального грозотроса для транспорта электроэнергии малоэффективно ввиду значительных потерь и несимметриии напряжений.
-
В четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ при одинаковых параметрах проводов уровни несимметрии напряжений не превышают нормы.
-
Максимальное значение мощности четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ достигается при параллельном включении четвертого провода с фазой В.
Научная новизна:
-
Разработана методика оценки конструктивной несимметрии четырехпроводных ВЛ, учитывающая взаимовлияние проводов и земли.
-
Установлены уровни несимметрии напряжений четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ в зависимости от способа включения в работу четвертого провода.
-
Разработан алгоритм управления четвертым проводом.
-
Определена система критериев технико-экономической оценки эффективности эксплуатации четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ, основанная на сопоставлении ущербов от простоя линии вследствие устойчивых однофазных повреждений, плавок отложений, ремонтов с затратами на эксплуатацию четвертого провода.
Практическая ценность и полезность работы:
-
Использование четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ позволяет снизить недоотпуск электроэнергии из-за аварийных и плановых отключений на 9,4 % для ВЛ 110 кВ, на 6,7 % – для ВЛ 220 кВ, на 5,8 % – для ВЛ 330 кВ.
-
Методика расчета эффективности четырехпроводных ВЛ позволяет определять эффекты от использования четвертого провода при устойчивых однофазных повреждениях, пофазной плавке, пофазном ремонте и от увеличения мощности линии.
-
Схемы управления резервным четвертым проводом позволяют автоматически или дистанционно осуществлять ввод в работу четвертого провода вместо какой-либо рабочей фазы.
-
Определены варианты использования четвертого провода для ВЛ 110-330 кВ в соответствии с нормативным сроком окупаемости.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены на: Ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях (Камышин, 2009-2010); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологии» (Саратов, СГТУ, 2010).; I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, СГАУ, 2010); VI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2011); II и III Международных молодежных научно-технических конференциях «Электроэнергетика глазами молодежи» (Самара, 2011; Екатеринбург, 2012).
Реализация и внедрение результатов
Работа выполнялась в соответствии с программой 06В «Энергоэффективные системы производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии», входящей в перечень основных научных направлений СГТУ имени Гагарина Ю.А. Результаты исследований приняты к внедрению в филиале ОАО «Инженерный центр энергетики Поволжья» «ПоволжСЭП» (г.Саратов).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка использованных источников, 6 приложений. Объем работы составляет 150 страниц машинописного текста, в том числе 30 иллюстраций, 30 таблиц. Список использованных источников включает 105 наименований.
