Дальние электропередачи

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

ПО КУРСУ

ДАЛЬНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ»

Занятия 1-2. Конструкция электропередачи и оптимизация параметров фазы

Задача 1.1

Трасса сооружаемой воздушной линии напряжением 750кВ будет проложена по местности, относящейся ко II гололедному и III ветровому районам нечерноземной зоны Европейской части России, где относительная среднегодовая плотность воздуха δ = 1,03. В соответствии с наибольшей передаваемой мощностью суммарная площадь поперечного сечения алюминия всех проводов фазы должна быть около 2000 мм².

Требуется: 1. Найти оптимальные расстояния между соседними проводами в расщепленной фазе при различном их числе.

2. Определить значения длительно допустимого напряжения для вариантов конструктивного выполнения расщепленной фазы.

3. Проанализировать изменение погонных и волновых параметров линии с различным числом проводов при оптимальном расстоянии между ними.

Решение.

Согласно заданным климатическим условиям в качестве основной следует выбрать типовую промежуточную опору, изготовленную из стали, портальной конструкции на оттяжках (ПП 750-1, рис. 1.1). При расстоянии между горизонтально расположенными фазами 18 м среднее геометрическое междуфазное расстояние

м.

По условиям задачи (II гололедный район) могут быть применены «облегченные» сталеалюминевые провода с отношением площадей поперечных сечений алюминия и стали 7,7 ÷ 8.

Оптимальное расстояние между соседними проводами по периметру правильного многоугольника («шаг» расщепления) выявляется путем сравнения амплитудных значений максимальной напряженности электрического поля на поверхности проводов средней фазы при дискретном изменении величины «шага». Оптимальному расстоянию соответствует наименьшая максимальная напряженность

,

где κ_у = 1+(n -1) r / R – коэффициент, учитывающий усиление напряженности вследствие влияния зарядов соседних проводов расщепленной фазы; n – число проводов в фазе; r – радиус провода; R = a/2sin(π/ n) – радиус расщепления (a – «шаг» расщепления); C _г^{ср ф} – геометрическая (рабочая) емкость проводов средней фазы; U _{нб р} – наибольшее рабочее (междуфазное) напряжение, составляющее 1,05 от номинального и рассматриваемое как среднее эксплуатационное вдоль линии за год работы (действующее значение).

Геометрическая емкость проводов средней фазы превышает емкость проводов крайних фаз в среднем на 5%

.

Здесь эквивалентный радиус пучка проводов расщепленной фазы

.

Варьируя «шаг» расщепления через 10 см в пределах 10 ÷ 80 см рассчитаем Е _max^{ср ф}. Ниже приводится расчет для проводов 3х(АС 700/86) при a = 40 см.

Рис. 1.1. Типовая промежуточная опора ПП 750-1

Радиус расщепления фазы

см.

Эквивалентный радиус пучка проводов

см.

Геометрическая емкость проводов средней фазы

мкФ/км.

Амплитудное фазное значение средней напряженности

кВ/см.

Коэффициент усиления напряженности

.

Амплитудное фазное значение максимальной напряженности

кВ/см.

Аналогично рассчитываются упомянутые величины для других расстояний между проводами марки АС 700/86. Результаты расчетов приведены в табл. 1.1 и показаны на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость максимальной напряженности электрического поля для проводов средней фазы от «шага» расщепления и допустимые значения напряженности по коронированию и радиопомехам

Анализ полученных результатов показывает, что изменение k _у и E _ср^ср.ф ≡ С _г^ср.ф в зависимости от «шага» расщепления a имеет монотонный, но противоположный характер, в результате чего их произведение k _у· E _ср^ср.ф = E _max^ср.ф становится минимальным при a _opt = 42 см.

Значения максимальной напряженности не могут быть произвольными. Они ограничиваются допустимыми значениями, исключающими возникновение общего коронирования проводов и интенсивных радиопомех. Начальная напряженность общего коронирования провода с гладкой чистой поверхностью, кВ/см, рассчитывается по эмпирической формуле

;

кВ/см.

Таблица 1.1

Для витого загрязненного провода наибольшая допустимая напряженность составляет E’ _доп = 0,9 m·E _н, причем в практических расчетах коэффициент гладкости m принимается 0,82, то есть ниже теоретического значения.

кВ/см.

По условию ограничения радиопомех на основании проведенных измерений

кВ/см < E’ _доп.

Таким образом, оказалось, что рассматриваемая конструкция фазы 3х(АС 700/86) не может быть применена (табл. 1.1), так как во всем диапазоне изменения «шага» расщепления E _max^ср.ф превышает E” _доп (условие ограничения радиопомех выступает как определяющее).

Подобным образом могут быть выявлены оптимальные значения «шага» расщепления для остальных вариантов конструктивного выполнения фазы. Рассчитанные значения E _max^ср.ф указаны в табл. 1.2 и представлены на рис. 1.3.

Таблица 1.2

Рис. 1.3. Изменение минимальных значений максимальной напряженности электрического поля в зависимости от «шага» расщепления при различном

числе проводов

Из рис. 1.3 видно, что с увеличением числа проводов минимальные значения напряженности E _max^ср.ф снижаются, экстремальные точки все заметнее смещаются в сторону меньших значений «шага» расщепления, а сами зависимости становятся более выраженными, менее пологими. Координаты точек минимума графических зависимостей, найденные методом квадратичной аппроксимации, приведены в табл.1.3.

Следует заметить, что ограничение по уровню радиопомех не препятствует применению конструкций фаз с числом проводов n ≥ 4 при условии выбора «шага» расщепления близкого к оптимальному.

Таблица 1.3

Вместе с тем, приходится учитывать возможность повышения напряжения на средней части протяженной линии по сравнению с его значениями на концах линии в режимах работы с относительно небольшими передаваемыми мощностями. Режимно-техническим ограничением на распределение напряжения по длине ВЛ для нормальных режимов работы является длительно допустимое напряжение, соответствующее отсутствию общего коронирования и недопустимых радиопомех. Относительные значения этого напряжения в долях от номинального напряжения ВЛ рассчитываются следующим образом

,

где под E _доп понимается меньшее из значений E’ _доп и E” _доп (см. выше). Для оптимальных расстояний между проводами (см. табл. 1.3) значения допустимых напряженностей и длительно допустимого напряжения приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

В отличие от конструкции фазы 3х(АС 700/86) для всех других конструкций выполняется соотношение E’ _доп < E” _доп и, следовательно, длительно допустимые напряжения определяются по условию исключения общего коронирования проводов.

Расчет погонных и волновых параметров выполняется для оптимальных расстояний между проводами. В качестве примера рассматривается конструкция 6х(АС 330/43).

Погонное индуктивное сопротивление проводов фазы

;

см;

см;

Ом/км.

Погонная емкостная проводимость проводов фазы

См/км.

Волновое сопротивление идеализированной линии, не имеющей потерь активной мощности,

Ом.

Натуральная мощность линии (номинальное значение)

МВт.

Аналогичным образом выполняется расчет для остальных вариантов, их результаты даны в табл. 1.5. Изменение погонных и волновых параметров показано на рис. 1.4. С увеличением числа проводов x ₀ уменьшается, а b ₀ –возрастает, в результате чего волновое сопротивление снижается и увеличивается натуральная мощность, однако эти изменения ослабевают при переходе от меньшего к большему числу проводов. Так прирост P _нат составляет 4,8% при переходе от 4 к 5 проводам, 2,5% - от 5 к 6 проводам и 2,2% - от 6 к 7 проводам, если принять за 100% натуральную мощность при n = 5.

Увеличение числа проводов влечет за собой возрастание горизонтальных ветровых и вертикальных гололедных нагрузок на пучок проводов, что в свою очередь вызывает утяжеление опор и их фундаментов и, как результат, - удорожание сооружения линии; усложняется крепежная арматура и монтаж проводов. Поэтому незначительное увеличение натуральной мощности себя не оправдывает. Очевидно, что из рассмотренных конструкций фаз наиболее рациональной будет 5х(АС 400/51).

Таблица 1.5

Рис. 1.4. Зависимость погонных и волновых параметров воздушной линии 750 кВ от числа проводов в расщепленной фазе

Ввиду пологости зависимостей E _max^ср.ф = f (a) в области оптимальных значений «шага»

расщепления в практике проектирования ВЛ обычно применяется некоторое увеличение расстояния между проводами по сравнению с оптимальным. Так для линий напряжением 750 кВ при n = 5 принимается a = 40 см независимо от выбираемой марки проводов. При этом для конструкции 5х(АС 400/51) имеем: R = 34,0 см; r _эк = 24,7 см; E _cр^ср.ф = 21,7 кВ/см; k _у = 1,16; E _max^ср.ф = 25,2 кВ/см; U_{* длд} = 1,22; x ₀ = 0,287 Ом/км; b ₀ = 3,86х10^-6 См/км; z _в = 273 Ом; P _нат = 2060 МВт.