ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/ 5. Энергетика

Асп. Козлов В.А., к.т.н. Большанин Г.А.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Братский государственный университет”, Россия

Условия согласования однородного четырехпроводного несимметричного участка протяженной одноцепной линии электрической передачи напряжением до 35кВ с нагрузкой

В электрических системах высокого напряжения (до 35кВ) трехфазного исполнения часто используют изолированный нейтральный провод. Примером могут служить электроэнергетические системы (ЭЭС) эксплуатируемые в химически активных средах, взрывоопасных, пожароопасных и т.п. Присутствие нейтрального провода сказывается на результатах анализа распределения электрической энергии по ЛЭП [1]. Поэтому¸ вопрос об условиях согласования с целью улучшения пропускной способности высоковольтной линии с распределенными параметрами четырехпроводного исполнения требует пристального рассмотрения.

Передача электрической энергии каждым линейным проводом протяженной высоковольтной ЛЭП четырехпроводного исполнения осуществляется четырьмя парами волн электромагнитного поля: четырьмя падающими и четырьмя отраженными [1].

Законы распределения фазного напряжения и линейного тока по однородной высоковольтной линии А (входящей в состав четырехпроводной однородной несимметричной ЛЭП) от первой (условно) пары волн электромагнитного поля можно представить так [1]:

(1)

где , , – фазные напряжения в начале рассматриваемого участка ЛЭП, В; , , – линейные токи в начале ЛЭП (место присоединения источника питания), А; , , , – собственные волновые сопротивления ЛЭП, Ом; , , – взаимные волновые сопротивления ЛЭП, Ом; – фазное напряжение в начале линейного провода N, В; – линейный ток в начале линейного провода N, А; – коэффициент распространения первой пары волн электромагнитного поля; – длина рассматриваемого участка ЛЭП (от начала линии), км.

Формулы (1) могут переписаться для ЛЭП протяженностью , для места присоединения ЛЭП к нагрузке:

(2)

где , , , – линейные токи электрической нагрузки (конец линии), А; , , , – изображения полных сопротивлений электрической нагрузки на комплексной плоскости на частоте гармонической составляющей тока и напряжения, Ом; – протяженность ЛЭП (от источника питания), км.

Первое слагаемое в первом равенстве (2), а также первое, третье, пятое и седьмое слагаемые во втором равенстве (2) иллюстрируют действие первой падающей волны электромагнитного поля; а второе слагаемое в первом равенстве и второе, четвертое, шестое и восьмое слагаемые во втором равенстве – действие первой отраженной волны электромагнитного поля. Из этих формул, очевидно, что действие первой отраженной волны электромагнитного поля исключается для питающих нагрузку линейных проводов при соблюдении равенств:

(3)

Пусть длинная несимметричная четырехпроводная ЛЭП обладает относительной однородностью. Из-за несимметричного исполнения ЛЭП или несимметричной электроэнергетической системы, распределенные поперечные и продольные параметры линии вдоль всей ее протяженности оказываются неравны между собой. Здесь, обеспечение нагрузки электрической энергией по проводам ЛЭП осуществляется четырьмя парами волн электромагнитного поля, каждая из которых характеризуется своей постоянной распространения [1]:

(4)

где , , – коэффициенты распространения соответственно второй, третьей и четвертой пары волн электромагнитного поля.

Каждая пара волн электромагнитного поля здесь характеризуется различными по величине одним собственным и тремя взаимными волновыми сопротивлениями [1]. В распределении электрической энергии участвуют, как уже отмечалось, четыре падающие и четыре отраженные волны электромагнитного поля. В результате согласования такой ЛЭП с электрической нагрузкой возможно исключение лишь одной отраженной волны электромагнитного поля для каждой питающей нагрузку фазы (линейного провода) [1], на частоте гармонической составляющей (3). При этом законы распределения напряжения и тока, например, в фазе А (3), перепишутся так:

(5)

(6)

где , , , , , , , , , , – собственные волновые сопротивления, Ом; , , , , , , , , – взаимные волновые сопротивления, Ом.

На основании анализа формул (1 – 3, 5, 6) с учетом отличных друг от друга коэффициентов распространения (4) условия согласования для несимметричной однородной четырехпроводной ЛЭП до 35кВ для первой (условно) пары волн электромагнитного поля определятся следующим образом:

; ; (7)

где , , – фазные напряжения в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от первой пары (условно) волн электромагнитного поля, В, определяемые по формулам:

, , – фазные напряжения на клеммах электрической нагрузки (конец линии), В; , , – токи в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от первой пары (условно) волн электромагнитного поля, А, определяемые по формулам:

, , – линейные токи электрической нагрузки (конец линии), А.

Условия согласования несимметричной однородной четырехпроводной ЛЭП до 35кВ для второй (условно) пары волн электромагнитного поля определятся с учетом (1 – 6) следующим образом:

; ; (8)

где , , – фазные напряжения в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от второй пары (условно) волн электромагнитного поля, В, определяемые по формулам:

, , – токи в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от второй пары (условно) волн электромагнитного поля, А, определяемые по формулам:

Условия согласования несимметричной однородной четырехпроводной ЛЭП до 35кВ для третьей (условно) пары волн электромагнитного поля с учетом формул (1 – 6) предстанут в виде:

; ; (9)

где , , – фазные напряжения в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от третьей пары (условно) волн электромагнитного поля, В, определяемые по формулам:

, , – токи в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от третьей пары (условно) волн электромагнитного поля, А, определяемые по формулам:

Условия согласования однородной несимметричной четырехпроводной ЛЭП до 35кВ для четвертой (условно) пары волн электромагнитного поля с учетом формул (1 – 6):

; ; (10)

где , , – фазные напряжения в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от четвертой пары (условно) волн электромагнитного поля, В, определяемые по формулам:

, , – токи в конце ЛЭП (место присоединения нагрузки), от четвертой пары (условно) волн электромагнитного поля, А, определяемые по формулам:

На основании формул: (7) или (8) или (9) или (10) можно осуществить согласование обладающей относительной однородностью четырехпроводной несимметричной ЛЭП до 35кВ с нагрузкой применяя технические средства такие как:

1. Программные средства;

2. Накопители электрической энергии;

3. Устройства продольно-поперечного включения;

4. Информационные средства.

Вышеприведенные технические средства объединяются в одну систему, которой является интеллектуальная сеть SMART Grid [2 – 15].

Литература:

1. Большанин, Г.А. Распределение электрической энергии пониженного качества по участкам электроэнергетических систем. В 2кн. Кн. 2/ Г.А. Большанин.– Братск: БрГУ, 2006.– 807с.

2. Пармухина, Е.Л. Рынок интеллектуальных энергосистем (SMART Grid) / Е.Л. Пармухина// Экологический вестник России.- 2011.- №1.- С.50-53.

3. Моисеева, Е.В. SMART GRID: Технология будущего – сегодня / Е.В. Моисеева, А.В. Силифонов // Национальный исследовательский Томский политехнический университет.- С.137 – 139;

4. Базыкин, Д. В Российской энергетике горе без SMART GRID / Д. Базыкин // Энергосбережение. Энергетика. КИПиА.- 2011.-№11.- С.4 – 5.

5. Ghada, A. U.S. Smart Grid Finding new ways to cut carbon and create jobs / A. Ghada // Marcy Lowe, Hua Fan and Gary Gereffi.- 2011.- №19.-С. 2 – 56.

6. Cavoukian, A. SmartPrivacy for the Smart Grid: Embedding Privacy into the Design of Electricity Conservation / A. Cavoukian.- Toronto, 2009.- 23с.

7. PBA/TEL Вакуумный реклоузер: техническое описание // Таврида электрик, 2010.- 76с.

8. Осорин, М. Концепция Smart Grid – новый вектор развития / М. Осорин, В. Лакшевич // IT-MANAGER.- 2011.- №6.- С.34 – 38.

9. Кобец, Б.Б. SMART GRID как концепция инновационного развития электроэнергетики за рубежом / Б.Б. Кобец, И. О. Волкова, В. Р. Окороков // Энергоэксперт.- 2010.- №2.- С.52 – 58.

10. Overview of the Smart Grid – Policies, Initiatives, and Needs/ ISO New England Inc..- England, 2009.- 46с.

11. Potocnik, J. European SmartGrids Technology Platform / J. Potocnik.- Belgium, 2006.- 37с.

12. Hashmi, М. Survey of smart grids concepts worldwide / М. Hashmi.- Finland, 2011.- 73с.

13. Wyatt, M. Accelerating successful SMART GRID pilots / M. Wyatt.- Geneva, 2010.- 44с.

14. Mayne, D. How the Smart Grid Will Energize the World / D. Mayne.- United States, 2009.- С. 2 – 9.

15. Guidelines for Smart Grid Cyber Security: Vol. 1, Smart Grid Cyber Security Strategy, Architecture, and High-Level Requirements / U. S. Department of Commerce.- U. S. А., 2010.- 253с.