Трехфазная воздушная линия электропередачи высокого напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02G7/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности к высоковольтным воздушным линиям (ВЛ).

Неодинаковость параметров фаз высоковольтных ВЛ (продольных сопротивлений и поперечных проводимостей) является причиной несимметрии токов и напряжений в электрической сети, В основном несимметрия определяется током и напряжением обратной последовательности. Наиболее существенным фактором, характеризующим допустимое значение несимметрии токов, является условие надежной работы релейной защиты. Для снижения несимметрии токов и напряжений при нормальных режимах работы электропередачи выполняется транспозиция фазных проводов ВЛ.

Известна трехфазная воздушная линия электропередачи, по фазным проводам которой организованы высокочастотные (ВЧ)

каналы передачи информации и допустимая несимметрия на которой не может быть обеспечена путем выполнения одного идеального цикла транспозиции фаз. При этом под идеальным циклом транспозиции понимается цикл в равными длинами шагов.

Однако на каждом из шагов транспозиции на линии могут быть установлены различные типы опор (т.е. будут разными высоты подвеса проводов и расстояния между фазами), трасса ВЛ может проходить по местности с различными значениями пррводимости грунта, линия может достигать значительной длины, в связи с чем требуется учет распределенности ее параметров. По этим причинам выполнение одного идеального цикла транспозиции может не обеспечить допустимого уровня несимметрии. В этом случае необходимо загрубление органов защит, реагирующих

XI

на симметричные составляющие токов и напряжений. Однако загрубление защит снижает надежность функционирования ВЛ.

Указанные недостатки устранены в трехфазной ВЛ высокого напряжения, на которой с целью снижения несимметрии на рассматриваемой линии выполняется несколько идеальных циклов транспозиции,

Однако каждая транспозиционная опора ВЛ является ее слабым местом, усложняет выполнение профилактических испытаний и ремонтных работ, а также снижает надежность работы линии в целом и вызывает усложнение конструкции опор и увеличение количества гирлянд изоляторов и общего веса опор, Кроме того, транспозиция фаз оказывает существенное влияние на характеристики затухания и неравномер- ности высокочастотного (ВЧ) линейного тракта. Поэтому организовать достаточное число надежных ВЧ-каналов передачи информации по фазным проводам такой ВЛ затруднительно. В этом случае связь между энергосистемами осуществляется либо по общегосударственным каналам, арендованным для круглосуточного использования, либо по каналам ведомственной связи (кабельные или радиорелейные линии свя- зи).

Однако арендованные каналы передачи информации в ряде случаев не отвечают требованиям, предъявляемым к каналам противоаварийной автоматики и релейной защиты и, кроме того, аренда каналов передачи информации требует значительных ежегодных издержек.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности функцио- нирования ВЛ путем снижения несимметрии токов линии.

Указанная цель достигается тем, что в известной трехфазной воздушной линии электропередачи высокого напряжения, со- стоящей из участков с опорами различных конструкций и содержащей три шага транспозиции, пронумерованные от начала к концу линии, длина первого шага транспозиции принимается равной

v аа2р2-ссзр2

Х1 1W W- #) + «2WW+ОД $1 - #)

(1) а длина второго шага - равной

Y -gc&fr-aifa

2 1ои 0% -/35JT (0з -00 +ОД (Pi -/fe)

(21

# - Im

f2)Zml Unl kmll

X,1

Ч1

(3)

Zmi - удельное взаимное продольное сопротивление в схемах обратной и прямой последовательностей участка линии гл-й конструкции на шаге транспозиции х-,1;

Pmi - длина участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции х- ;

f-длина ВЛ;

kmi - коэффициент, учитывающий рас- пределенность сопротивления zmi в П-об- разной схеме замещения обратной последовательности участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции xi1;

xf - длина 1-го шага транспозиции в первом приближении, определяемая по формулам (1) и (2), в которые вместо оц и $ составляются соответственное и bi равные:

Јzmifm|kmi)/IziiLkmil

а, Ref f/3 / Ь, -щ-1

Zmi , fml , kml ТО Же, ЧТО Zmi, Pmi. kmi

соответственно для шагов транспозиции с длинами f/3.

Известны трехфазные воздушные линии электропередачи высокого напряжения, допустимая несимметрия на которых не может быть обеспечена путем выполнения одного идеального цикла транспозиции. При этом либо загрубляется релейная защита и сохраняется работоспособность ВЧ-каналов, либо выполняется несколько идеальных циклов транспозиции фаз, при этом удовлетворяется требование отстройки релейной защиты (РЗ), но нет возможности организовать надежные ВЧ-каналы. Предлагаемое техническое решениие, в отличие от известных, позволяет одновременнообеспечитьнадежностьфункционирования релейной защиты и высокочастотной связи на рассматриваемой ВЛ, что особенно важно для бесперебойной работы линий межсистемной связи.

Расчет несимметрии токов и напряжений, обусловленной неодинаковостью параметров фаз ВЛ высокого напряжения, как правило, производится по методике, в соответствии с которой несимметрия, вносимая линией, в схеме замещения обратной последовательности характеризуется продольной ЭДС

Ё{2М1У21, или, с учетом того, что z У Z|f Xf,

.(1) Ј z, X,(,

И)

где погонное сопротивление Z/ определяется по известной методике, величина 7. за|Х 2(г1-аз)х +(а2-аз)х2 +азО(а1- дХ

-аз)+2(Ь1-Ьз)х1 +{Ь2-Ьз)х21 +ЬзЖЬ1-ЬзН), (8)

Э OIY-,. .. , 1 . .. I 1 -«/„

Использование: на линиях межсистемной связи напряжением 110 кВ и выше. Сущность изобретения: транспозиционные опоры на линии имеют местоположение, определяемое на основании вновь полученных математических зависимостей, учитывающих параметры сети, к которой подключена линия, электрическую нагрузку и конструкцию самой линии. Использование настоящего технического решения позволит улучшить условия работы релейной защиты при сохранении высокочастотных каналов передачи информации, в результате чего повышается надежность электроснабжения. 1 ил, 6 табл.

участка с длинами xi , Х2 и хз , т.е.

Е 2х..

i 1

Величины xi будут соответствовать экстремуму функции при условии:

0;

91 0- - 0- эх{ 8x2 ахп

При установке двух транспозиционных

ОПОр С учетом ТОГО, ЧТО ХЗ Р-Х1 -Х2 , МОЖНО

записать:

gai(b2 -Ьз) + а2 (Ьз -bt) + аз (bi - Ь2)

(15)

Для определения характера экстремума при полученных значениях Xi и)6 . определим знак второй производной функции f:

Л72 (з1-аз)2+{Ь1-Ьз).

32f

@W

э f

(а2-аз)2+{Ь2-Ьз).

(ЭХ)2

Поскольку вторые производные положительны, рассмотренная функция f при

иХг1 имеет миниполученных значенияхХ мум.

Учет реальной конструкции ВЛ на различных длинахХг шагов транспозиции производится путем замены длины идеального шага Р/3 на длину реального шага X/ в выражениях (10) для определения а bi. в результате чего получаем соответственно «Ч и # (3).

Таким образом, определены длины шагов транспозиции xi и Х2 по формулам (D и (2).

П р и м е р. ВЛ 330 кВ протяженностью 600 км на участке длиной 400 км, начиная от начала линии, выполнена на портальных опорах с горизонтальным расположением фазных проводов (опора типа 1), а на последующих 200 км выполнена одной цепью на двухцепной одностоечной опоре с треугольным расположением проводов (вторая цепь используется для другой передачи) (опора типа 2). Конструкция обоих типов опор дана ,с.272.

Удельное сопротивление zmi для различных типов опор при различном чередовании фаз трехфазной ВЛ определено согласно и приведено в табл.1.

Значения коэффициента k для ВЛ 330 кВ различной длины приведены втабл,2,

Ток обратной последовательности ВЛ определяется по формуле:

/ CSZ-UM

(

Е()

7 хЈ

или в процентах к току

V

агг

|E(Јzmi mikmj)

1W % Ут m .... .

% г

102 , (16)

У«где Y-jT - суммарное реактивное сопротивление ВЛ и примыкающих систему

X г{2)Хс 1 (2)+Xc2f2)+Xo(2)g 10+10+ +0,32x600 212 Ом,

...ki. здесь j - номер П-образного звена в каскадной схеме замещения ВЛ.

Определим г2 % для различных схем выполнения транспозиции ВЛ,

1)Один идеальный цикл транспозиции.

Тогда в соответствии с формулой (16) 1{2).3%.

/2} Предельно допустимая несимметрия по I при выборе длин циклов транспозиции составляет 0,7%. Следовательно, в рассматриваемом случае следует выполнять несколько идеальных циклов транспозиции.

2)Два идеальных цикла транспозиции Тогда в соответствии с формулой (16) 1(,65%.

3) Выполнение транспозиции в соответствии с предлагаемым техническим решением.

По формуле (10) с учетом данных табл. 3

определим параметры ai и bi;

ai+jbi ztl ki1 2,92 Ј150°-10 2- 0,989

T1-I1 Л4Д1.1П 2

2,501-J1,444).

a2+jb2 Z21 K21

0,989(0+J2,888).

-2

a3+jb3 Z3T кз1 2,92/-30° 102- 0,,319-jOJ61).. Тогда в соответствии с формулами (14) и (15) получим xi 154 км, Х21 154 км.

В этом случае хз1 Ј-xi1 -xi2 600-154- км.

Полученные данные сведем в табл. 5. По формулам (3) с учетом данных табл. 5 определим параметры О) и

«1 (-2,514-J1,451) .fo 2, «5 4-j/MO+j2,902) , 03 +J$H1,698-JO,980) . Тогда в соответствии с формулами (1) и (2) получим

км, км, км. Полученные данные сведем в табл.6. Тогда в соответствии с формулой (16) 1(2),17%.

Расчеты затухания ВЧ-трактов показывают, что при наличии двух циклов транспозиции возможна организация ВЧ-каналов связи, РЗ и ПА в диапазоне частот 36-45 кГц. в то время как при одном цикле транспози

ции диапазон применимых частот составляет 36-70 кГц. Если диапазон частот занят дуплексными телефонными каналами (8 кГц на один канал), то в первом случае получаем 1 ВЧ-канал, а во втором - 4 ВЧ-канала. Та- ким образом предложенное техническое решение позволяет получить существенный экономический эффект.

Формула изобретения Трехфазная воздушная линия электропередачи высокого напряжения, состоящая из участков с опорами различных конструкций и содержащая три шага транспозиции, пронумерованные от начала к концу линии, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности функционироазния воздушной линии путем Снижения несимметрии токов линии, длина первого шага транспозиции принимается равной

v л Q5/Зз -оа/%

X1 U #-#)Tha Й-//1У+ 03 & -#)

а длина второго шага - равной v разв-1-азвз

Х2 1«1 ( -#) + ъ W-W +од W -#)

где

cq Re (2 Zmi «ml km

2jЈ-m wnl kml

-Г) $ m (-Г

xlx

-)

Zmi-удельное взаимное продольное сопротивление в схемах обратной и прямой последовательностей участка линии т-й конструкции на шаге транспозиции Х2 ;

Fmi - длина участка линии m-й конструк- ции на шаге транспозиции xi1 ;

Ј- длина воздушной линии;

10

kmi - коэффициент, учитывающий рас- пределенность сопротивления zmi в П-об- разной схеме замещения обратной последовательности участка линии m-й конструкции на шаге транспозиции Х21;

Х2 - длина 1-го шага транспозиции в первом приближении, определяемая по формулам 1 и 2, в которые вместо О) м $ подставляется соответственно al и Ы, равные

Е Zmi 14,,SZml ikii

ai R9 (m ) . bi Im (--ртт),

f/3

1/3

где Zmi , gml , km - TO Же, ЧТО Zmi, fml, kml

соответственно для шагов транспозиции с длинами Ј/3.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

rvvx

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

В

м

и)

-.-г T™ fr(l) JIT J v

(.г2Гс«г

,

с.