Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
Глава 1 Анализ существующих методов определения максимальных значений
наведённых напряжений и правил обеспечения безопасности ремонтных
работ на отключённых воздушных линиях 7
1.1. Рекомендации и требования нормативных документов 7
1.2. Обзор существующих методов измерений и расчёта наведённых
напряжений 10
1.3. Постановка задачи работы 23
Глава 2 Методика анализа электромагнитных полей вдоль неоднородных трасс
отключённых воздушных линий 26
Оценки наведённых напряжений в простейших случаях сближения 26
Общие положения и допущения уточнённой методики.
Последовательность решения задачи 32
Составляющие векторного потенциала поля горизонтального диполя,
расположенного над землёй с конечной проводимостью 34
Общие выражения для составляющих напряжённости электрического
поля 40
Анализ составляющих напряженности электрического поля диполя для
низких частот 55
Методика и быстродействующий алгоритм многократного вычисления
интегралов, входящих в выражения для составляющих поля 63
Методика расчёта взаимных потенциальных коэффициентов между
проводами влияющей и отключённой линии 74
Глава 3 Численное исследование погрешностей расчёта наведённых э.д.с. и
потенциалов на основе интегрирования полей диполей элементарных
зарядов 78
3.1. Параллельное сближение двух однопроводных линий конечной длины 78
3.2. Параллельное сближение двух однопроводных линий бесконечной длины 86
3.3. Косое сближение двух однопроводиых линий. Погрешности приведения к
кусочно-параллельному сближению 92
Глава 4 Методика расчёта распределения токов и напряжений в схемах
замещения отключённых линий 97
4.1. Однопроводная схема замещения отключённой линии 97
4.2. Преимущества и недостатки разработанных программных комплексов,
содержащих исходную информацию в виде базы данных и
многофайловой системы 103
4.3. Формализация исходной информации по трассам сближения, геометрии
расположения проводов, влияющим токам и напряжениям 105
Глава 5 Исследование наведённых напряжений на примере всех линий
энергосистемы и разработка мер по повышению безопасности работ 107
5.1. Общая характеристика исследуемой энергосистемы 107
5.2. Классификация линий с точки зрения безопасности ремонтных работ 110
5.3. Рекомендации по повышению безопасности ремонтных работ для линий с
различным уровнем наведённых напряжений 111
Заключение 123
Список литературы 126
Приложение 1 131
Введение к работе
Анализ электромагнитных воздействий, вызванных влиянием действующей высоковольтной сети и внешних перенапряжений на отключённые линии электропередачи и системы связи, можно отнести к классическим задачам электромагнитной совместимости.
Теория вопроса разрабатывается уже много десятилетий. Опубликованы десятки монографий и сотни статей, в которых освещаются различные стороны проблемы. Однако можно отметить, что для частоты 50 Гц большая часть этих публикаций посвящена влиянию аварийных режимов в действующей сети, например, работы [1 - 4]. Чаще всего за расчётный случай принимается однофазное замыкание на землю провода одной из работающих линий. Для систем с глухозаземлённой нейтралью в этом случае в проводе и в земле могут протекать кратковременные токи промышленной частоты с амплитудами до нескольких килоампер, которые создают значительные наведённые напряжения на всех близко расположенных линиях. Такие напряжения могут вызвать повреждения работающих систем связи и, безусловно, опасны для ремонтного персонала, работающего на отключённых линиях. Время существования подобных режимов определяется быстродействием релейных защит и обычно составляет доли секунды. При условии соблюдения всех мер безопасности при проведении ремонтных работ обычно считается, что вероятность поражения людей при авариях на действующих линиях практически равна нулю. Это подтверждает практика эксплуатации сетей.
Однако кроме этого существуют постоянные наводки от работающих трёхфазных высоковольтных линий. Эти наводки вызваны несимметрией фазных токов, а также различием во взаимном расположении проводов влияющей и подверженной влиянию линий. Опасным для ремонтного персонала считается наведённое напряжение свыше 25В в месте проведения ремонта при наибольшем токе во влияющей линии [5]. При этом понятие наибольшего тока правилами [5] не расшифровывается. Поскольку для всех возможных мест ремонта при переменной нагрузке в сети выполнить измерения этих напряжений при максимальных токах не представляется возможным, то в практику эксплуатации сетей всё шире внедряются методики и алгоритмы расчёта распределения наведённых напряжений для всех потенциально опасных случаев сближения линий энергосистемы.
В связи с тем, что реальные трассы линий часто имеют сложные конфигурации, в большинстве расчётных методов используются значительные упрощения [6]. Одним из основных допущений является сведение произвольной схемы взаимного расположения линий к ряду параллельных участков, длина которых может быть соизмерима с расстоянием между линиями. Влиянием концевых эффектов на этих участках обычно пренебрегают. Анализ погрешностей, вызванных такими допущениями, исследован для ряда частных случаев в работах М.В. Костенко и его соавторов [7-9].
Однако до настоящего времени нет прямого сопоставления результатов расчётов в таких упрощённых схемах с более точными решениями для трасс сближения, имеющих ряд участков, где линии расположены под различными углами друг к другу. В данной работе изложены теоретические основы для разработки такой методики.
Наряду с публикациями, в которых представлены различные методы расчёта наведённых напряжений, существуют работы, посвященные рассмотрению поля диполя (токового элемента) в присутствии земли [10 - 11]. При этом первые касаются практики работы и обеспечения безопасности труда персонала электроэнергетических систем, а вторые относятся к области радиофизики и техники средств связи.
В данной работе объединены исследования в этих двух областях: с учётом ряда допущений получено решение уравнений электромагнитного поля линии электропередачи в произвольной точке пространства. На основе этого решения разработана методика определения продольной наведённой э.д.с, базирующаяся на расчёте векторного и скалярного потенциала поля горизонтального электрического диполя. Трассы проводов влияющих линий представляются в виде непрерывных цепочек электрических диполей, в общем случае расположенных над однородной землей по произвольным криволинейным трассам. Такой подход позволил, в частности, оценить погрешности расчёта наведённого напряжения, вносимые кусочно-линейной аппроксимацией трасс сближения линий и пренебрежением концевым эффектом при наличии достаточно коротких участков сближения. В настоящей работе рассмотрены теоретические и вычислительные вопросы расчёта продольной э.д.с. вдоль трассы отключённой линии, описан алгоритм расчёта наведённого напряжения на отключённой линии электропередачи на основе интегрирования полей диполей элементарных зарядов, проведено численное исследование погрешностей расчёта наведённых э.д.с. и потенциалов при использовании традиционных методик, проведено исследование наведённых напряжений на примере всех линий
энергосистемы и разработаны рекомендации по повышению безопасности ремонтных
работ для линий с различным уровнем наведённых напряжений.
Несмотря на то, что в настоящей работе рассматриваются в основном процессы на
промышленной частоте 50 Гц, ряд результатов может быть распространён на частоты,
характерные для внутренних (от сотен герц до сотен килогерц) и атмосферных (до 1 МГц и
выше) перенапряжений.
Работа выполнялась в рамках плановой работы Института физико-технических проблем энергетики Кольского научного центра РАН "Разработка стратегии сохранения технического уровня и обеспечения надежности систем передачи электроэнергии в меняющихся технико-экономических условиях Севера страны" (инв.№ 01990002845), а также ряда хоздоговорных работ с ОАО "Колэнерго".
