Исследование наведённых напряжений на отключённых воздушных линиях, находящихся в зоне влияния разветвлённой высоковольтной сети тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.12, кандидат технических наук Якубович, Марина Викторовна

• Якубович, Марина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Якубович, Марина Викторовна

Введение

Глава 1 Анализ существующих методов определения максимальных значений наведённых напряжений и правил обеспечения безопасности ремонтных работ на отключённых воздушных линиях

§1.1. Рекомендации и требования нормативных документов

§ 1.2. Обзор существующих методов измерений и расчёта наведённых напряжений

§1.3. Постановка задачи работы

Глава 2 Методика анализа электромагнитных полей вдоль неоднородных трасс отключённых воздушных линий

§2.1. Оценки наведённых напряжений в простейших случаях сближения

§ 2.2. Общие положения и допущения уточнённой методики.

Последовательность решения задачи

§ 2.3. Составляющие векторного потенциала поля горизонтального диполя, расположенного над землёй с конечной проводимостью

§ 2.4. Общие выражения для составляющих напряжённости электрического

§ 2.5. Анализ составляющих напряженности электрического поля диполя для низких частот

§ 2.6. Методика и быстродействующий алгоритм многократного вычисления интегралов, входящих в выражения для составляющих поля

§ 2.7. Методика расчёта взаимных потенциальных коэффициентов между проводами влияющей и отключённой линии

Глава 3 Ченное ледование погрешней рёта наведённых э.д и потенциалов на ове интегрирования полей диполей элементарных зарядов

§3.1. Параллельное сближение двух однопроводных линий конечной длины

§3.2. Параллельное сближение двух однопроводных линий бесконечной длины

§3.3. Косое сближение двух однопроводных линий. Погрешности приведения к кусочно-параллельному сближению

Глава 4 Методика расчёта распределения токов и напряжений в схемах замещения отключённых линий

§4.1. Однопроводная схема замещения отключённой линии

§ 4.2. Преимущества и недостатки разработанных программных комплексов, содержащих исходную информацию в виде базы данных и многофайловой системы

§ 4.3. Формализация исходной информации по трассам сближения, геометрии расположения проводов, влияющим токам и напряжениям

Глава 5 Исследование наведённых напряжений на примере всех линий энергосистемы и разработка мер по повышению безопасности работ

§5.1. Общая характеристика исследуемой энергосистемы

§ 5.2. Классификация линий с точки зрения безопасности ремонтных работ

§ 5.3. Рекомендации по повышению безопасности ремонтных работ для линий с различным уровнем наведённых напряжений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование наведённых напряжений на отключённых воздушных линиях, находящихся в зоне влияния разветвлённой высоковольтной сети»

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, посвящённые 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".

Заключение диссертации по теме «Техника высоких напряжений», Якубович, Марина Викторовна

Выводы по работе можно разделить на две группы: имеющие методическую и практическую направленность. К первым можно отнести следующие:

1. Получено решение уравнений электромагнитного поля неоднородной по длине линии электропередачи в произвольной точке пространства на основе решения для поля горизонтального электрического диполя, расположенного над поверхностью земли.

2. Разработаны алгоритм и программа расчёта распределения наведённого напряжения на отключённой линии, базирующиеся на расчёте векторного и скалярного потенциала поля горизонтального диполя.

3. Проведены многовариантные расчёты по разработанной программе и сравнение их результатов с результатами приближённых расчётов наведённых напряжений.

4. Выполнен анализ погрешностей расчётов наведённых напряжений, вызванных пренебрежением концевым эффектом и приведением трасс сближения к кусочно-линейному варианту, и показана допустимость введения этих упрощений для инженерных оценок максимальных значений наведённых напряжений.

5. Выполнены контрольные измерения наведённых напряжений на отключённых линиях электропередачи, находящихся в зоне влияния действующей высоковольтной сети и произведено сопоставление опытных и расчётных данных.

К выводам практической направленности относятся следующие:

6. Разработан информационно-аналитический программный комплекс, состоящий из системы файлов данных по взаимному расположению трасс всех линий энергосистемы региона, имеющих участки взаимного сближения, а также расчётного блока, позволяющего в эксплуатации максимально просто получать распределение напряжений вдоль любой из линий при нагрузках сети, соответствующих ремонтному периоду.

7. Исследовано распределение наведённых напряжений по длине отключённых линий для всех линий электропередачи Кольской энергосистемы и разработаны конкретные рекомендации по обеспечению безопасности работ в любой из точек этих линий.

Всего рассмотрено 158 линий. Получено, что на девяноста линиях (57%) даже при максимальных (по нагреву проводов) токах во влияющей сети напряжение не превышает допустимое. Десять линий или 6.3% подвержены преобладающему влиянию только одной из ЛЭП. Для этих линий определены опасные зоны в зависимости от нагрузки на влияющей линии. Работы на остальных пятидесяти восьми линиях (36.7%) требуют проведения предварительных расчётов по разработанной программе перед выездом бригады ремонтников на линию.

8. С точки зрения снижения наведённых напряжений во всех случаях можно рекомендовать после заземления в месте ремонта разземление линий по концам. В случаях, когда и это мероприятие (при реальных нагрузках в сети) не даёт должного эффекта, необходимо проводить работы на линии как работы без снятия напряжения.

9. Комплекс программ и результаты исследования переданы в сетевые предприятия ОАО "Колэнерго".

Заключение

Обеспечение безопасности работы оперативно-ремонтного персонала всегда было и остаётся актуальной задачей. На современном уровне развития экономики при наличии большого количества линий электропередачи, имеющих различные варианты сближений и пересечений, эта задача не может быть решена без учёта влияния линий друг на друга, то есть определения наведённых напряжений, создаваемых соседними линиями. При этом экспериментальное определение максимальных уровней наведённых напряжений, рекомендуемое нормативными документами, во многих случаях просто невозможно. Поэтому важное значение приобретают методы расчётного определения наведённых напряжений для всех потенциально опасных случаев сближения высоковольтных линий.

В предлагаемых ранее методах расчёта наведённых напряжений использовались значительные упрощения, одним из которых являлось сведение произвольной схемы взаимного расположения линий к ряду параллельных участков. Однако до настоящего времени не было прямого сопоставления результатов расчётов в таких упрощённых схемах с более точными решениями для трасс сближения, имеющих ряд участков, расположенных под различными углами друг к другу.

На основе проведённых исследований в работе получено (с учётом ряда допущений) решение уравнений электромагнитного поля линии электропередачи в произвольной точке пространства, основанное на расчёте векторного и скалярного потенциала поля горизонтального электрического диполя. Это позволило оценить погрешности расчёта наведённого напряжения, вносимые кусочно-линейной аппроксимацией трасс сближения линий и неучётом концевого эффекта при наличии достаточно коротких участков сближения.

В работе проведено также исследование наведённых напряжений в рамках целой энергосистемы и разработаны рекомендации по повышению безопасности ремонтных работ для линий с различными уровнями наведённых напряжений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Якубович, Марина Викторовна, 2007 год

1. Тураев В.А., Базанов В.П. О наведённых напряжениях на воздушных линиях при однофазных коротких замыканиях. - Электрические станции, 1998, №3. - С. 40-42.

2. Костенко М.В. Методика расчёта защиты линии связи от опасного влияния линии электропередачи. Электричество, 1984, №4.-С. 1-6.

3. Берман А.П. Расчёт несимметричных режимов электрических систем с использованием фазных координат. Электричество, 1985, №6. - С.6-12.

4. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. ПОТ РМ-16-2001, РД 153-34.0-03.150-00. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.- 192 с.

5. Efimov B.V., Fastii G.P., Yakubovich M.V. Induced voltage in overhead power lines with an uneven line route approach, Power Technology and Engineering, Vol. 36, No. 4, 2002. p. 214 219.

6. Костенко М.В. Влияние электрических сетей высокого напряжения на техно- и биосферу. Учебное пособие. Л.: Изд. ЛПИ, 1984. - 56с.

7. Иваницкая О.Н., Костенко М.В., Юринов В.М. Учёт концевого эффекта вблизи от места короткого замыкания при расчётах опасного влияния линий электропередачи на линии связи. Известия высших учебных заведений. Энергетика, 1960, № 5. -С.26-34.

8. Ю.Вайслейб Ю.В., Собчаков Л.А. Диполь вблизи плоской границы раздела двух сред. -Антенны: Сб. науч. статей. Вып. 27/ Редкол.: А.А. Пистолькорс (гл. ред.) и др. М.: Связь, 1979. - С.98-109.

9. Dudley D.G., Casey K.F. Pulse propagation on a horizontal wire above ground: Far-zone radiated fields. Radio Science, 1989, vol.24, p.224 - 234. Radio Science, Volume 24, Number 2, Pages 224-234, March-April 1989

10. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. М.: Энергия, 1978. -224с.

11. Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 168 с.

12. Гумерова Н.И., Карпова И.М., Титков В.В. Высоковольтная электроэнергетика и электротехника. Применение Visual Fortran. Учебное пособие. СПб.: Издательство СПбГПУ, 2002.-284 с.

13. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 145 с.

14. Попов В.А., Якимчук Н.Н. Пересчёт к максимальным значениям измеренных наведённых напряжений на ремонтируемых BJI при сложном влиянии действующих линий. Энерго-пресс, №49(173), 31 июля 1998 года.

15. Методические указания по измерению наведённых напряжений на отключённых BJI, находящихся вблизи действующих BJI напряжением 35 кВ и выше и контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. М.: ОРГРЭС, 1993. -13 с.

16. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. Под редакцией И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 768 с.

17. Костенко М.В., Кадомская К.П., Левинштейн М.Л., Ефремов И.А. Перенапряжения и защита от них в воздушных и кабельных электропередачах высокого напряжения. Л.: Наука. 1998.-303 с.

18. Костенко М.В. Взаимные сопротивления между воздушными линиями с учётом поверхностного эффекта в земле. Электричество, 1955, № 10. - С. 29-34.

19. Михайлов М.И. Влияние внешних электромагнитных полей на цепи проводной связи и защитные мероприятия. М., Связьиздат, 1959. - 583 с.

20. Костиков В.У. Общая теория индуктивных и гальванических влияний линии электропередачи на линии связи и подземные сооружения при неоднородной структуре земли. // Материалы Всесоюзного научно-технического совещания

21. Защита линий связи и автоматики от влияния внешних электромагнитных полей". Омск, 2-5 июня 1971г.-Омск, 1972.-С. 21-23.

22. Михайлов М.И., Разумов Л.Д., Соколов С.А. Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний. М.: Связь, 1978. - 288 с.

23. Попов В.А., Мисриханов М.Ш., Онищенко А.А., Чередниченко К.В., Кушкова Е.И. Характеристика распределения потенциала наведённого напряжения на отключённой линии. Энергетик, 1994, №2.-С. 17-18.

24. Тураев В.А. О наведённых напряжениях на воздушных линиях. Электрические станции, 1995, №8. - С. 48-53.

25. Попов В.А., Якимчук Н.Н. По поводу статьи В.А. Тураева "О наведённых напряжениях на воздушных линиях". Электрические станции, 1998, №3. - С. 7072.

26. Васюра Ю.Ф., Черепанова Г.А., Легконравов В.Л. Исследование наведённых напряжений на отключённых линиях электропередачи. Электрические станции,1999, №2. -С.38-45.

27. Мисриханов М.Ш., Попов В.А., Якимчук Н.Н., Медов Р.В. К расчёту наведённого напряжения на ремонтируемых линиях электропередачи. Электрические станции,2000, № 2.

28. Тураев В.А., Базанов В.П. О мерах безопасности при работах на воздушных линиях под наведённым напряжением. Электрические станции, 2002, №7. - С. 31-33.

29. Ефимов Б.В., Фастий Г.П., Якубович М.В. Наведённые напряжения на воздушных линиях при неоднородных трассах сближения. Электрические станции, 2002, № 8. - С.32-38.

30. Мисриханов М.Ш., Попов В.А., Медов Р.В., Костюнин Д.Ю. Моделирование воздушных линий электропередачи для расчёта наведённых напряжений. -Электрические станции, 2003, №1. С. 47-55.

31. Беляков Ю.С. Решение уравнений длинной линии электропередачи при наличии продольного возбуждения. Электричество, 2004, № 1. - С. 27-31.

32. Гринберг Г.А., Бонштедт Б.Э. Основы точной теории волнового поля линий передачи. Журнал технической физики, том XXIV, вып.1, 1954. - С. 67-95.

33. Красноштанов А.С., Собчаков Л.А., Файнштейн Р.А. Взаимное сопротивление линий над проводящим однородным полупространством в квазистационарной постановке задачи. Электричество, 1989, №7. - С. 76-79.

34. Зархи И.М. Фастий Г.П., Шевцов А.Н. Взаимные сопротивления между линиями произвольной конфигурации в несимметричном режиме. Электричество, 2004, № 5. -С. 18-21.

35. Carson J.R. Wave Propagation in Overhead Wires with ground Return. The Bell System Techn. Journ., 1926, vol. 5, p. 539 - 554.

36. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. М., Энергия, 1970.

37. Техника высоких напряжений. / Под ред. М.В. Костенко. -JL: Высшая школа, 1973. -527 с.

38. Уэйт Дж.Р. Геоэлектромагнетизм. М.: Недра, 1987. - 235 с.

39. Теоретические основы электротехники. Том 3. / К.С. Демирчян, JI.P. Нейман, Н.В. Коровкин, B.JL Чечурин. -Спб.: Питер, 2003. -377 с.

40. Костенко М.В., Перельман JI.C., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. -М.: Энергия, 1971. -270 с.

41. Крылов. В.И. Шульгина JI.T. Справочная книга по численному интегрированию. -М.: Наука, 1966.-370с.

42. Ефимов Б.В. Грозовые волны в воздушных линиях. -Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2000. -135 с.

43. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. М.: Наука, 1968. - 344 с.

44. Основные направления развития энергетики Баренцрегиона / Б.Г. Баранник, Г.А. Борисов, В.Р. Елохин, Л.Д. Криворуцкий, В.А. Минин, В.И. Рабчук. Апатиты, КНЦ РАН, 1997. - 40 с. - Препринт

45. Мешков В.Н., Лебедев Н.И., Семёнов В.Н. Основные проблемы энергетики области.// Проблемы развития энергетики Мурманской области. Доклады научно-практического совещания 15-16 ноября 1994 г., г.Мурманск. Препр.: Апатиты, КНЦ РАН, 1996.-С. 11-14.

46. Елохин В.Р. Особенности развития экономики и энергетики Мурманской области.// Проблемы развития энергетики Мурманской области. Доклады научно-практического совещания 15-16 ноября 1994 г., г.Мурманск. Препр.: Апатиты, КНЦ РАН, 1996.-С. 6-11.