Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
РАБОТЫ 15
1.1. Задача литературного обзора 15
1.2. Основные схемы использования кабелей с газовой изоляцией 15
1.3. Конструктивные параметры, электрическая прочность и импульсные испытательные напряжения кабелей с газовой изоляцией 16
1.4. Обзор работ, посвященных исследованию перенапряжений в конструкциях с газовой изоляцией 27
1.5. Выводы по первому разделу и задачи исследования. 30
2. ПЕРВИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАБЕЛЕЙ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ 33
2.1. Постановка задачи 33
2.2. Методика определения частотных характеристик продольных параметров кабеля однофазного исполнения . 33
2.3. Методика определения частотных характеристик продольных параметров кабелей трехфазного исполнения. 47
2.4. Продольные параметры кабелей с газовой изоляцией. 55
2.5. Поперечные параметры КГИ 62
2.6. Выводы по второму разделу 65
3. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В КАБЕЛЯХ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ТРЕХ ФАЗНОГО ГОПОЛНШЙЯ 68
3.1. Постановка задачи исследования 68
3.2. Волновые параметры КГИ 70
3.3. Распространение прямоугольного импульса напряжения по кабелю трехфазного исполнения 86
3.4. Выводы по третьему разделу 97
4. ПЕРЕНАПРЯЗШИЕ АТМОСФЕРНОГО ПРОШХОВДЕНИЯ В ТИПОВЫХ
СХЕМАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕГАЗОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 101
4.1. Постановка задачи исследования 101
4.2. Математическая модель для исследования грозовых перенапряжений в типовых схемах применения кабелей с газовой изоляцией трехфазного исполнения. 101
4.2.1. Модель кабельной линии 101
4.2.2. Схема замещения места удара молнии 104
4.2.3. Уравнения узлов, примыкающих к кабелю с газовой изоляцией 106
4.3. Неограниченные перенапряжения 109
4.3.1. Методика определения законов распределения максимальных перенапряжений при дальних и ближних ударах молнии 109
4.3.2. Характеристики неограниченных перенапряжений на изоляции КІМ 500 кВ 118
4.3.3. Характеристики неограниченных перенапряжений на изоляции КГЙ 220 кВ 131
4.4. Условия работы нелинейных ограничителей перенапряжений в типовых схемах использования КІМ 500 и 220 кВ 135
4.5. Координация изоляции эле газовых кабельных линий с уровнями воздействующих перенапряжений 145
4.6. Выводы по четвертому разделу 149
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152
СШЕОК ЖПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 165
Программа расчета перенапряжений в типовых схемах использования кабельных линий с газовой изоляцией при воздействии волн атмосферного происхождения 166
Материалы о внедрении результатов диссертационной работы 172
- Основные схемы использования кабелей с газовой изоляцией
- Методика определения частотных характеристик продольных параметров кабеля однофазного исполнения
- Волновые параметры КГИ
- Модель кабельной линии
class1 СОСТОЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
РАБОТЫ class1
Основные схемы использования кабелей с газовой изоляцией
Анализ схем, содержащих газонаполненные кабели различных номинальных напряжений, показал, что последние имеют длины от нескольких сотен метров до единиц и десятков километров. Области применения таких участков КГИ можно определить следующим образом /15-21/;
- места пересечения нескольких воздушных линий с целью отказа от чрезмерно высоких опор ( = 0,2-0,3 км);
- осуществление связи между КРУЭ и BI, поскольку в ряде случаев непосредственный ввод воздушной линии в КРУЭ технически затрудней или вообще невозможен ( Pjjpjj = 1-2 км);
- вывод мощности с гидроаккумулирующих электростанций и ГЭС, где применение маслонаполненных кабелей высокого давления нецелесообразно ввиду большого перепада высот и противопожарной безопасности ( Pj j = 0,5-1 км);
- глубокий ввод мощности в крупные города и промышленные центры, а также использование КГЙ в качестве надежных каналов передачи больших энергетических мощностей в районах с агрессивной и загрязненной окружающей средой ( 1 = 15-20 км).
В соответствии с перечисленными возможными областями применения кабелей с газовой изоляцией в работе в качестве типовых схем применения КЛ Ш приняты следующие:
- вставки кабельных линий в ВЯ в местах пересечения воздушных линий (в работе эта схема названа "М-КГЙ-ВЯ");
- ввод мощности в КРУЭ ("ВЛ-КГИ-І");
- ввод мощности в крупные города и промышленные центры ("BI-КІИ-2");
- вывод мощности с ГАЭС ("КГИ-ГАЭС ").
Методика определения частотных характеристик продольных параметров кабеля однофазного исполнения
Для определения продольных параметров КГИ трехфазного исполнения рассмотрим предварительно математическую модель кабеля с одной токопровододей жилой, расположенной асимметрично относительно центра трубы (рис.2.1.), и воспользуемся при этом основными теоретическими положениями, изложенными в 67/68.
Отметим, что математическая модель кабелей в стальных трубах разработана с учетом следующих допущений: толщина стенки трубы принимается бесконечной, магнитная проницаемость трубы принимается в виде постоянной величины. Первое и второе допущения достаточно справедливы. Действительно, во-первых, при высоких частотах и на промышленной частоте глубина проникновения электромагнитного поля в стенку трубы значительно меньше ее толщины и составляет в диапазоне практического изменения удельной активности проводимости и магнитной проницаемости материала трубы порядка 0,2-20$ от толщины трубы. Во-вторых, магнитная проницаемость ферромагнитных материалов, в частности стальной оболочки КГИ, сильно зависит от амплитуды напряженности магнитного поля Hm . При этом величина Нт убывает по мере удаления от внутренней поверхности трубы в ее глубь, следовательно, на поверхности трубы (11тр имеет максимальное значение. Аналитические и экспериментальные исследования, проведенных в /68/ показали, что при проникновении магнитного потока на 1% и на всю толщу трубы продольные параметры КГИ оказываются практически одинаковыми, что позволяет в инженерных расчетах магнитную проницаемость трубы принимать в виде постоянной величины, отвечающей насыщенному состоянию стали трубы, и не учитывать динамику изменения магнитной проницаемости во время переходного процесса.
Волновые параметры КГИ
Каждый из модальных каналов характеризуется скоростью распространения волны по каналу = o/lm ft , коэффициентом затухания $ = Re %i и модальным волновым сопротивлением W . Диагональная матрица волновых сопротивлений каналов может быть определена из выражения:
Анализ продольных параметров элегазовых кабелей, проведенный в разделе 2, показал их существенную частотную зависимость, что, очевидно, обуславливает зависимость от частоты и волновых параметров. При этом следует отметить, что аналитические расчеты волновых характеристик даже в случае КГИ симметричной конструкции достаточно трудоемки, поэтому в дальнейшем исследование параметров проводилось с помощью специально разработанной программы применительно к ЭВМ БЭСМ-6.
На рис.3.1 и в табл.3.1-3.6 приведены частотные зависимости волновых параметров газонаполненных кабельных линий различного конструктивного исполнения и номинальным напряжением 220 и 500 кВ при варьировании магнитной проницаемости и удельной проводимости материала трубы в практическом диапазоне их изменения. При этом применены следующие обозначения: Ц , 8; - скорость распространения волны и коэффициент затухания волны і -го модального канала.
Для анализа волновых характеристик элегазовых кабельных линий и сопоставления их с соответствующими характеристиками кабелей маслонаполненного типа и воздушной линии электропередач предварительно рассмотрим физическую трактовку модальных каналов рас Частотные характеритики модальных волновых параметров КПІ 500 кВ при оимметричном ( ) и асимметричном (—) расположении фаз; пространения волн в КГИ трехфазного исполнения на примере матрицы преобразования координат по току о . При этом соотношение членов I -го столбца матрицы с указывает на соотношение токов во всех фазных проводах, которое имеет место в і -м волновом канале.
class4 ПЕРЕНАПРЯЗШИЕ АТМОСФЕРНОГО ПРОШХОВДЕНИЯ В ТИПОВЫХ
СХЕМАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕГАЗОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ class4
Модель кабельной линии
Обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный проблемам внедрения в энергетику газонаполненных кабелей, показал, что основными требованиями, определяющими поперечные габариты и, как следствие, экономичность элегазовых конструкций 110-500 кВ, являются обеспечение приемлемых условий эксплуатации твердой изоляции из синтетических смол в нормальном эксплуатационном режиме и при воздействии волн грозового происхождения. Следовательно, решение задачи рационального выбора уровня изоляции закрытых электропередач нового типа опирается, в том числе, на достаточно полную информацию о величинах и формах волн грозовых перенапряжений, воздействующих на изоляцию КГИ. Необходимым этапом при этом является разработка математической модели, позволяющей исследовать атмосферные перенапряжения в различных типовых схемах использования кабелей с газовой изоляцией, и методики определения законов распределения максимальных перенапряжений и токов, протекающих через защитные аппараты, с учетом статистических характеристик параметров тока молнии и удаленности прорыва молнии сквозь тросовую защиту воздушной линии от места сопряжения ВЛ и КГИ /77,78/.
