автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Электродинамическая стойкость жестких токоведущих конструкций пространственной конфигурации

БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА' ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ - ПОЖГЕХН1!ЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПРИМА ИГОРЬ АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 621.316.35

ЭЛШТРОДМНЛМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ЖЕСТКИХ ТОКОВБДУВДХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНФИГУРАЦИИ

05.14.02.Электрические станции (электрическая часть), сэти, электроэнергетические'системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1Э91 г.

Работа' выполнена на кафедре "Электрические станции" Белорусского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института

Научный руководитель -

чл.- корр. АН БССР,

доктор технических наук, профессор М.И.СТРЕЛОК

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Б.Н.НЕКЛЕПАЕВ, кандидат технических наук ю. в. Епадыко

Ведущая организация

ВГПИ "ШИИШанергопрсм" (г.Минск)

Защита состоится <<!■/>■_1391г. в

час. ОС мин. на заседании специализированного совета К 058.02.02 в Белорусском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу: 220027, г.Минск, Ленинский пр., д.65.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Белорусского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института

Автореферат разостлан " ¿А*) 1991г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим набавлять по вышеуказанному адресу, ученому секретарю.

Учений секретарь сшциа.шзированного совета к.т.н., доцонт

А.Н.Герасимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При проектировкок распределительных устройств (РУ) различных классов напряжений широко применяются жесткие проводники. Стремление к экономичному использованию площади РУ все более г-едет к отходу от ¡слассическсго плоско-параллельного расположения токоведутах частей и конструкции жестких ошиновок приобретают очертания пространственных сооружений.

Анализ аварий за рубежом, где накоплен большой и продолжительный опыт сооружения компактных РУ с жесткой ошиновкой, показал, что 25% аварий в энергосистемах, работающих на напряжениях ЗЗкВ и вше, происходят на подстанциях, причем после уровня IGIkB эта цифра имеет тенденцию к некоторому увеличению. В среднем для всех напряжений около 20% аварий ка РУ происходят на сборных динах, если рассматривать уровень напряжения (33-7СКВ) то доля таких аварий достигает 40". Высокий процент аварий на подстанциях, связанных с перекрытием изоляции (27S з среднем, а при некоторых напряжениях даже 50%). а также непрерывный рост уровней токов короткого замыкания (КЗ) указывает на то, что надежность проектируемых конструкций токоведущих частей РУ в значительной степени зависит от их электродинамической стойкости.

Актуальность проблемы электродинамических воздействий токов КЗ на жесткую ошиновку РУ возрастает в связи с существующей тенденцией сокращения габаритов проектируемых РУ и оптимизации расположения электрооборудования в условиях реконструкции существующих РУ под больше рабочее токи. В этих условиях перед проектными организациями стоит задача выбора конструкции жесткой ошиновки, стойкой к электродинамическому действию больших токов КЗ. Нарушение электродинамической стойкости жесткой оюкобки, вызванное деформациями проводников и разрушением изоляторов, водет к снижения уровня эксплуатационной надежности и чпевато значительным экономическим ущербом.

Вычислений »лектродякатческих усилий (ЗЛУ) .в трехфазной система пространственных проводников представляет собой слоаную задачу при проектировании РУ. До настоящего зреме-ки при ювмнердых расчетах ЗЛУ не- ренслся вопрос учета

электромагнитного взаимодействия между сборными шинами и ответвлениями к электрическим аппаратам. Определение внутренних усилий в пространственной системе из проводников и изоляторов от действия ЭДУ также является сложной задачей. Учет сил инерции при анализе колебаний кинной конструкции еще более усложняет задачу. В связи с этим сус;ествувдие ' метода ограничиваются расчетом участка ошиновки (пролета сборных шин). Расчет производится для частного случая расположения проводников и изоляторов. Даже для традиционных конструкций ошиновок неучет ответвлений к аппаратам приводит к занижению жесткости расчетной конструкции, что, в свою очередь, приводит к завышению параметров электродинамической стойкости.

Для оценки . поведения пространственной ошиновки произвольной конфигурации необходима универсальная методика определения распределенных ЭДУ вдоль каздого проводника расчетной фазы и расчета механической прочности конструкции с учетом взаимовлияния всех проводников и изоляторов. Такая методика и разработанные на ее основе алгоритмы расчета, составленные в общем виде, позволяют всесторонне исследовать с ..омоцьы ЭВМ поведегакэ конкретной жесткой . ошиновки с пространственной конфигурацией в процессе КЗ. Разработанная коглтлексная ме.>>дика с применением метода конечных элементов (?ЖЭ) является универсальной, позволяющей производить расчет электродинамической стойкости жесткой ошиновки с произвольной пространственной конфигурацией от действия токов КЗ.'

Новые научные результаты,

полученные в работе:

- На основе закона Еио-Савара-Лапласа получена симметричная формула для вычисления вектора магнитной индукции в точка от пространственного проводника конечной длины;

- Разработан.. методика вычисления ЭДУ в ошиновке пространственной конфигурации с учетом электромагнитного взаимодействия между сборными шинами и ответвлениями к электрическим аппаратам;

- Г сработана приближенная универсальная методика статического расчета параметров электродинамической . стойкости жесткой одшювки пространственной конфигурации с применением метода конэчных элементов;

- Разработана универсальная методика динамического расчета и контроля параметров электродинамической стойкости жесткой

ошшовки пространственной конфигурации с применением метода конечных элементов;

- Предложена методика расчета несколько основах собственных частот колебаний многопролетной жесткой огашовки пространственной конфигурации на основе метода итераций в сочетании с методом понижений к с применением метода конечных элементов;

- Разработан комплекс компьютерных программ для исследования электродинамической стойкости жесткой оииновки произвольной пространственной конфигурации, которые пригодны для применения в практике проектирования РУ всех напряжений электростанций и подстанций.

На защиту выносятся следующие основные полоке ни я:

- симметричная формула для вычисления вектора магнитной индукции в точке от пространственного проводника конечной длины;

- методика вычисления ЭДУ в осиновке с пространственной конфигурацией с учетом электромагнитного взаимодействия между сборными шинами и ответвлениями к электрическим аппаратам;

- универсальная приближенная методика расчета параметров электродинамической стойкости кесткой ошиновки пространственной конфигурации с применением метода конечных элементов;

- универсальная методика динамического расчета и ,контроля параметров электродинамической стойкости жесткой ошиновки пространственной конфигурации с применением метода конечных элементов;

- методика расчета нескольких основных собственных частот колебаний жесткой ошиновж! пространственной конфигурации на основе метода итераций в сочетании с методом понижений и с применением метода конечных элементов;

- результаты исследования электродинамической стойкости жесткой ошиновки пространственной конфигурации с учетом влияния конструктивных элементов РУ.

Практическая цен:, ость. На основе разработанных мотодоз составлен и отлажен комплекс программ расчета жесткой ошиновж РУ всех напряжений на электродинамическое действие токов КЗ. Прсграгя<ы могут использоваться на ПЭВМ. Использование программ расчета электродинамической стойкости жесткой окиноеки в проектной

практике позволяв? повысить качество и обоснованность проектных

разработок РУ v. в ряде случаев применить более оптимальные рвения по выберу изоляционных; расстояний и механической прочности конструкций РУ. Это способствует повышению надежности работы РУ и снижению капитальных вложений.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ВГПИ "ТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКГ" (г. Москва) и БГШ "ВНИММэноргопром" (г.Москва). По ра?ра5о?анна<м программам были произведены расчоты электродинамической стойкости жесткой оииновки ЗРУ-ЗЗОкВ Прибалтийской ГРЭС и ЗРУ-110кВ Новорлггшской ТЭЦ.

Разработанные автором программы используются на кафедро "Электрические станции" Белорусского политехнического института в учебно-исследовательском процессе.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы долозхены, обсуздены и получили положительные отзывы на Xmil-ÄXÄXVII научно-технических конференциях Белорусского политехнического института (Минск, 1987-1991 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной ' пбсты начло отражение в 4-х публика: ■' .

Объем диссертации. Диссертационная работа изложена на "1с. машинописного текста , иллюстрируется 60 рисунками на 40с.,состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 49 наименований и приложений на 2с.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

F первой главе приводится краткий обзор литературы по исследованиям электродинамической стойкости п.инных коне рукций с жесткими проводниками. Формулируется постановка задач электродинамической стойкости опиновок с кееткш.я проводниками.

В обзоре лит рэтур^шх источнтсов оосукцаютея работы Х.Р Васильева, А.П.Долина, Е.П.Кудрявцева, Б.Н.Неклепаева, М.И.Стролюка. Отмечается пригодность предложенных ими методик для расчета электродинамической стойкости ошиновок с частным расположением проводников и изоляторов.

Из зарубежных авторов выделены работы 0.Deter, G.Hosemann, J.Lilien, ¿.Matagne, P.Mehta. D.Tsanakas, M.Iordanescu. В своих

- С "

работах они предлагают упрощенные модели жесткой ошиновки: один или несколько пролетов параллельных сборных шин без ответвлений. Отмечается, что шинные конструкции с кесткими проводника™ на высокие напряжения с длишж/и пролета?,и сборных шин, особенно с нетрадиционном непараллельным расположением шин, требуют уточненных методик расчета электродинамической стойкости с учетом колебаний. Фарфоровые изоляторы для таких конструкция гадают сбою основную собственную частоту весьма близкую к 50Гц в то время как частота всей конструкции ошиновки находится в зоне меаду 2 и 5Гц. Рекомендуется учет нескольких гармонических составляющих собственных колебания ошиновки.

В основе рассматриваемых отечественных и зарубежных методов по расчету ЭДУ лежит допущение о квазистационарности электромагнитного поля вблизи проводников. Такое допущение приемлемо только для параллельных шинных линий без ответвлений к электрически аппаратам. Современные инженерные методы расчета электродинамической стойкости при статическом прожигании ЭДУ разработаш только для простейших расчетных схем, например для пролета параллельных шин на жестких или упругоподатливих опорах без учета ответвлений к аппаратам. При расчета колебаний шинные конструкции рассматриваются как упругие недиссипатиЕНые системы. Недиссипативность (отсутсвие сил внутреннего трения) жестких ошиновок приемлема для случаев, если конструкция при КЗ не испытывает резонансных колебаний, это допущение является традиционным. Расчет параметров электродинамической'стойкости производится по огибающим кривым динамических коэффициентов.

Численное знзчениа основной собственной частоты колебаний ошновки влияет на выбор метода решения задачи о механической прочности жесткой ошиновки в процессе КЗ: ограничится упрощенным статическим расчетом или воспользоваться более трудоемким динамическим расчетом с учетом сил инерции. Как и при расчете электродинамической стойкости, определение частот собствешшх колебаний ошновки выполняются для ограниченного числа случаев: пролет с^ .ршх щин с различными условиями закрепления шин и изоляторов без учета ответвлений. Так мохзю произвести лит приближенный расчет частое, ибо ответвления вносят свой вклад в формы я частота собствешшх колэбвкй!. Кроме того, такой подход не дает ин^рм^изп! о продольных гсолебаннях сборных шя совместно с ответвлениями и

изоляторами.

Непрерывный рост уровней токов КЗ и усложнение конструкций жестких ошиновок высокого и сверхвысокого напряжений требует совершенствования. методов сценки электродинамической стойкости жестких токоведущих конструкций, разработки универсальных методик по расчету ошиновок с общей пространствокной конфигурацией, которые все чаще встречаются в проектно-конструкторской практике при сооружении РУ.

Вторая глава посвящена разработке методихи упрощенного расчета электродинамической стойкости жестких токоведущих конструкций пространственной конфигурации при статическом приложении ЭДУ. Фазная конструкция жесткой оеиновкй рассматривается как единая упругая пространственная система, составленная из стержней-проводников' и стержней-изоляторов. Проводники и изоляторы сочленяются в узлах. Заданием трехмерных координат узлов определяется конфигурация конструкции. Для расчета этой пространственной системы применяется метод конечных элементов (МКЭ) как прием построения разрешающей системы уравнений метода перемещений в ркчкой форма

П Ъ - Р = 0 , (I)

гдо В, - матрица жесткости расчетной Фазной конструкции;

*

? - вектор внешних нагрузок (ЭДУ), приведенных к узлам;

>■

1 - вектор перемещений узло1-.

Матрица жесткости фазной конструкции ошиновки Н списывает геометрические и физические характеристики конечных элементов в мсмонт равновесия си ".теш в деформированном состоянии. Поочередно для каждого элемента ошиновки (стержня) определяются сеси матрицы жесткости. Любой коэффициент жесткости при изгибе стержня для матрицы жесткости стержня определяется как

ь

Гпп = -ГЕ 1 Ф«"™ ** • <2)

о

где ф(х) - интерполяционные функции, в качестве которых выступают кубические полиномы Эрмита;

Ъ - длина стерамевого элемента; Е1 - кзгибная жесткость.

' Так как расчет жесткости изолятора по выражению Е1 с достаточной точностью не представляется возможным, то вместо Е1 принимается эксперт,октальное значение жесткости на изгиб для соответствующего типа изолятора.

При формировании матрицы жесткости стержня ревается проблема моделирования шарниров в шести степенях свободы.

Из матриц жесткости стержней формируется матрица К.

Перемещения жестких проводников б процессе КЗ малы по сравнению с расстояниями меаду шинами, поэтому полагаем, что величина ЗДУ не зависят от деформации шин.

Распределенные вдоль пространственного проводника ЭДУ, обусловленные взаимодействием с другим проводником СИ, определяются по выражению

<№ = 1„

[ 4 , В ]

(3)

где а? - равнодействующее усилие приложенное к середине

элементарного проводника ¿11 п на расчетном проводнике ЕН (рис.1);

В - вектор магнитной индукции, е пределах сИ2 магнитную индукции полагаем постоянной величиной.

В работе получена удобно алгоритмизируемая симметричная формула для вычисления магпитной индукции от прямолинейного пространственного проводника конечной длины с током (рисЛ) на основе закона Био-Савара-Лапласа

где

В =

-о

(е АЗ)

4 1с

* г * *■ г

(А) - (е А)

А = р - а ;

А1 0,5 е +

А

Т

М ■

(4)

(4а) (46)

А2 = 0,5 е -

(4в)

Ь

РисЛ.К расчету электродинамических усилий в системе пространственны *-

проводников: р - радиус-Еектор в расчетную точку М;

- . —V

а - радиус-вектор к середине БС; е - единичный вектор на ВС.

— А1 А2

АЗ = --_ + --— . (4г)

У(1Т )2 /( А2 )2

Разработанный метод расчета ЭДУ является универсальным, так как позволяет вычислять ЭДУ в системе жестких проводников произвольно расположенных в пространстве с индивидуально заданными значениями токсв.

Распределенные ЭДУ приводятся к узлам системы скиновки и

формируется вектор усилий в узлах ошиновки Р.

Конечной целью статического расчета является вычисление

V

вектора перемещений узлов 2 в уравнениях (I) и определение с их помощью напряжений в материале проводников и нагрузок на изоляторы: разрывные или сжимающие усилия; изгибающие усилия; изгибающие моменты; поперечные усилия; крутящие моменты. Для ошиновок с пространственной конфигурацией эти параметры можно получить только с помощью МКЭ.

Проводники расчитываются на косой изгиб • с учетом сжатия или растяжения. Для выявления максимального расчетного напряжения в расчетном сечении проводника с прямоугольным сечением выбирается пять расчетных точек так, чтобы определить максимальную но модулю расчетную комбинацию из нормального и касательного напряжения.

Напряжение в расчетном сечении проводника = + 3 ^ ' •

где о^ и ^ - нормальное и касательное напряжения в 3-й расчетной точке сечения проводника.

Положение расчетных сечений вдоль проводника выбирается в местах расположения расчетных точек при вычислении ЭДУ на проводник. Из всех полученных оп выбирается максимальное расчетное напряжение в материале проводника.

На основании разработанной метод! .1 разработан комплекс программ для ПЭВМ по расчету пространственных шинных конструкций на электродинамическую стойкость при статическом приложении ЭДУ.

Для оценки достоверности статического рзочвта принимаются такие конструкции, для которых можно получить Д03То?(ф№_<9 результаты с помощью аналитических выражений. Для этой цели

произведен расчет плоско-параллельной конструкций ЗРУ-ПОкВ из 4 ячеек и токопровод с коробчатыми шинами с расположение фаз в вершинах треугольника. Сравнение показывает, что расхождение резульуатов составляет менее 22.

В третьей главе решается задача вынужденных колебаний пространственной шинной конструкции. Для перехода от уравнений статики к уравнениям движения , используется принцип Д&ламбера.

Ошиновка представляется линейно-деформируемой

недиссипативной стержневой системой. Масса элементов ошиновки равномерно распределена вдоль сторжней.

Б силу многообразия - фор« прогибоЕ при колебаниях стержня вводятся дополнительные перемещения , в промежуточных точках' стержня. Для этого каждый элемент саиновки разбивается на конечное количество стержнэвкх элементов (конечных элементов, рис.2), в местах сочлакония конечных элементов (узлах) мокно расположить дискретные массы с приложенными к ним сила;« инерция и силам!: упругости.

На данном этапе, в отличие от статического расчета, МКЭ м'-кет рассматриваться как разностный метод решения континуальных задач, обладающий. возможностью продельного перехода при неограниченном уменьшении размера конечного элемента.

Для системы с многими степенями свободы урзвненио движения (шм условие динамического равновесия) в матричной форме имеет вид

**

мЬсг + йг - гсь) , (6)

где Н - матрица' нзст эсти рассчитываемой фазной конструкции ов:инсшси, для ее построения используется общесистемный поБломонтиый подход из главк 2;

2 - вектор искомых перемещений узлов дли расчетного момента времени X;

Р (г) - вектор внешних {мгхгродкпгикчзских усилий;

М - матрица распределенных масс фазной конструкции

' о'иинонки ,.

Пэк и для матрицу г^откос-та стержесого элемента, слсмзпть • •чтрпиы масс для ко-л^юго элемента определяются из услови.<

Р<:о. 2. Пространственный стержень из конструкции кеогкой ошиновки К2К сзазошшй наоор СзскасссЕНХ конечных элементов и дискретных

масс

1, Р., 3, г.., п- конечные элемента

т), га2> ,..., тд, т диснретгае массы

равенства работ совершаемых распределенными и сосредоточенными массами по выражению

l

ш = X а <|>п(х) Ф (х) ах , (7)

run J JT 1 п 1 гл о

где шг - распределенная масса по длине конечного элемента; L - длина конечного элемента;

<j>(x) - интерполяционные функции, в качество которых выступают кубические полиномы Эрмита.

Описание конструкции жесткой ошиновки в пространственной области производится путем разбиения ее на конечные элементы. Во временной области задача динамики сводится к.решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка (6) при началышх условиях

(8) (9)

где t - время начала КЗ (t = 0 ).

Полагаем, что • в хгроцессэ колебаний элементы фазной конструкции ошиновки не изменяют своих коэффициентов жесткости и коэффициентов масс.

Для решения (6) применяется шаговый численный метод Нысмарка. С целью повышения .точности вычислений предлагается новая запись метода Ньюмарка

Z(t+At) = R^1 Pa(t) . (10)

где:

Bj = 4 М + At2 R ; (И)

AteP(t+At) + 4 U Z(t) + 4 At К Z(t) + At2M Z(t). (12)

Метод Ньюмарка предполагает решение статической задачи на каздом шаге интегрирования. Поэтому, формирование вектора

приведенных к узлам ЭДУ P(t) происходит для кавдого расчетного моменте времени t. Многократная процедура определения вектора

Z(to) = 0 , Z(t ) = о,

pE(t) =

P(t) будет Eo многом, по сути, определять время расчета колебательного процесса в жесткой ошиновке. Поэтому, использование в шаговом процессе предложенной оптимизированной формулы для определения вектора магнитной индукции (4) является важным фактором, сокращающим время расчета.

Шаговый метод позволяет производить проверку прочности проводников во всех опасных сечениях на всем промежутке расчетного времени, получить траектории движения элементов оминовки.

На основании вышеизложенных методов разработан комплекс компьютерных программ по расчету колебательного процесса в системе ¡шеткой ошиновки. Некоторые модули для формирования разрешающей системы (7) используются из статического расчета.

Достоверность динамического расчета проверяется на преторе конструкции оикновкк, являющейся частным случеем пространственного сооружения, электродинамическую стойкость которой можно оценить аналитически: пролет сборных мин на абсолютно жестких опорах. С этой целью электродинамическая нагрузка разлагается в гармонический ряд Фурьо. Расхождение результатов, полученных по предложенной методике и по аналитическим выражениям, по максимализм значениям не превышает 3S. Результаты инженерных расчетов данной шинной конструкции с применением огибающих кривых динамических коэффициентов имеют превышение по напряжению в проводнике нч 13,755 и нагрузки на изолятор на 57%.

В зависимости от ветчины основной собственной частоты Г, следует принимать решение о приминании статического или белее трудоемкого динамического расчета жесткой ошиновки на электродинамическую стойкость. Систем характеристических уравнений, опиенвамщк свободные колебания стержневых конструкций, в матричной форме имеет вид

( К""1 Н - X Ч ) U = 0 , (13)

где Н - матрица жесткости системы ошиновки ;

М - матрица распределенных масс системы ;

Е - диагональная единичная матрица;

и - вектор форм колебаний (собственный вектор);

X - собственное значение, причем \ = (2 % 1)г при частоте колебаний t.

Так как итерационный процесс 'при использовании матрица жесткости в (13) устойчиво сходится при вычислении только наибольшзго по модулю собственного значения, то для решения частичной задачи собственных значений итерационный метод предлагаем дополнить методом понижения . Для нахождения именно наименьшего собственного значения в данной работе предложен и опробован на ЭВМ способ вычитания большого числа из всех диагональных элементов матрица характеристического уравнения С = M~1R. После вычитания получаем новую матрицу С*. Такой процесс не изменяет собственные векторы, но изменяет соответствующие им собственные значения на величину вычтенного числа. Поэтому итерационный процесс с матрицей С* будет сходится к К* . После вычисления получим

И1

А, = Г + q . (14)

m л *

На основании вышеизложенного численного метода разработана компьютерная программа по расчету ограниченного количества основных собственных частот колебаний жесткой ошиновки.

Четвертая глава посвящена исследованию электродинамической стойкости жестких токоведущих конструкций на ЭВМ. Составной частью проведенных исследований является выбор расчетных условий (утло включения ф и времени t), определяющих наиболее тяжелый режим работы жесткой ошиновки при КЗ. В качестве количественного критерия тяжести электродинамического воздействия токов КЗ принимается эквивалентное ЭДУ приложенное к соредине.проводника. Расчетным видом КЗ принималось трехфазное КЗ.

В пространственной ошиновке ЗРУ-ЗЗОкВ время наступления максимума ЭДУ на каждом проводнике незначительно отличается, от 0,01с. Для каждого проводника приводятся свои значения ф. Изменение значений токов в участках шин и ответвлений приводит к изменению условий по ф.

Для пространственной ошиновки ЗРУ-ЗЗОкВ с малой жесткостью конструкции (Г1 < 30Гц) проводятся сравнительные динамический и статический расчеты. Динамические расчеты иллюстрируют неодинаковость поведения элементов ошиновки в процессе КЗ (рис.3). Из анализа результатов вытекает вывод о допустимости применения для таких ошиновок упрощенного статического расчета. Однако его использование может привести к чрезмерному завышению прочности конструкции и перерасходу средств.

л»н •100

50

0.0

С -50 -100 -15а

/ к , л

V/ V И ГЛ/Т 1л ,

м А/Л М//

\/ > / А / лУ/ А1/

\ / \ \ 1 / V

- и У V

Рис.3. Поведение элементов кэсткой сашювки ЗРУ-ЗЗОкВ з процессе 3-фазкого КЗ (фгза В):

1-максимальное напряжение материале сборной сгиш;

2-максималькое напряженке с материале ответвления на аппарат;

3-^азрывкое усилие на изолятор у сборной влшк;

4-разрывное усилие на изолятор у ответвления;

5-изгибащее усилие на изолятор у сборной инны;

6-изгибащее усилив на изолятои у ответвления.

Производился расчет ошнозки ЗРУ-ЗЗОкВ при изменении угла вьючения ф от 0° до 360°. Из анализа полученных результатов следует, что четкого соответствия по ф для совпадения максимумов параметров электродинамической стойкости и максимумов Эф' нет. Для выявления максимального напряжения в материале проводника и максимальных нагрузок на изоляторы рекомендуется производить несколько расчетов слева и справа от вычисленного значения ф для максимума ЭДУ в соответствующем проводнике.

Различия в условиях закрепления проводников и изоляторов е ЗРУ-ЗЗОкВ незначительно сказывается на величинах Г1 и максимального расчетного напряжения в материале проводников, но существенно изменяет величины и характер изменения ьо времени нагрузок на изоляторы.

В случав пространственной геометрии ошиновки поведение ' фазных конструкций носит сугубо индивидуальный характер и, следовательно, необходим расчет каждой отдельно езятоЙ фазной конструкции.

В качестве оппшовки с высокой жесткостью к исследованию принята патовая конструкция ГРУ-6(10)кВ. Оценка по жесткости исходила из анализа поведения отдельного пролета сборных шин без учета влияния остальных конструктивных элементов ошиновки. Расчет Г по предложенной методике показал, что жесткой можно считать только кснструкщпо фазы А, для фаз В и С частота I, имеет опасные сближения с 50Гц и 100Гц. Анализ соответствующих собственных векторов выявил продольные колебания ответвлений к аппаратам в (разах .> и С. Проведенные сравнительное динамический и статический расчеты ГРУ-5(10)кВ подтвердили традиционное положение о допустимости упрощенного статического расчета для ошиновок с высокой Г(, в конкретном случае для фазы А ошиновки ГРУ-Б(10)кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 .Существующие инженерше . методы расчета

электродинамической стойкости токозедущих конструкций с

жесткими проводниками электрических станций и подстанций не

учитывают всех конструктивных элементов жестких ошиновок. В

СВЛГ.И с началом реализации ошиновок со сложным пространственным

располс жчизм проводников и изоляторов в

-18-

прсектяо-кснструкторской и промышленной практике возникает настоятельная необходимость в разработке новых универсальных методов расчета электродинамической стойкости токоведущих конструкций.

2.Получена модифицированная формула для вычисления магнитной индукции от прямолинейного пространственного проводника конечной длины с током па основе зако J Био-Савара-Лаплэса. Проводник рассматривается как симметричный объект, что обеспечивает наглядность в векторном анализе магнитного поля.

3.На основе симметричной формулы для вычисления вектора магнитной индукции разработан метод расчета распределенных электродинамических усилий вдоль проводников жесткой ошиновки произвольной пространственной конфигурации с учетом электромагнитного взаимодействия между сборшми шинами и ответвлениями к электрическим аппаратам. Учет распределения токов КЗ между участками шинной конструкции позволяет наиболее полно представить картину электромагнитного взаимодействия проводников в процессе КЗ и получить точшм значения распределенных электродинамических нагрузок к расчету механической прочности ошиновки.

4.Пространственный подход к расчету электродинамической стойкости жесткой ошиновки дает возможность оценивать напряженное состояние проводников с учетом тангагциалышх напряжений а также получать новые важные силовые воздействия на изоляторы для анализа электродинамической стойкости ошиновки: изгибающие моменты; поперечные усилия; крутя'диа моменты.

5.Пр'/:леиеш:е метода конечных элементов как инструмента построении разрешающей системы для расчета ошиновки позволяет принимать к расчету на электродинамическую стойкость любыо пространственные конструкции с токоведущими частям!. Геометрическая конфигурация таких конструкций должка задаваться трехмерными координатами узлов и порядком их соединения стерг-'ями. Моделируются любые шарнирные соединешм проводников и изоляторов.

6.Модернизирован известный численный метод Нькмарка применительно к расчету системы уравнений колебаний ш:ш и изоляторов.

Для решения частичной задачи собственных значений предложено сочетать метод итераций с методом понижения. Для

нахождения наименьшего собственного значения предложен способ вычитания большого числа из всех диагональных элементов матрицы характеристического уравнения. Такой процесс не изменяет собственные векторы, но изменяет соответствующие им собственные значения на величину вычтенного числа.

7.Достоверность предложенных методов расчета электродинамической стойкости жестких токоведущих конструкций подтверждается контрольными просчетами ошиновок, являющихся частным случаем пространственного расположения, по известным аналитическим выражениям.

8.Установлено,что при налички ответвлений невозможно однозначно определить расчетные фазы включения. Они зависят от распределения токов по участкам шга и изоляторов.

9.Расчет типовой ошиновки ГРУ-6(Ю)кВ по предложенной методике выявил недостаточную жесткость конструкции в области пролетов с ответвлениями. Избежать этого недостатка можно путем уменьшения длины пролетов с ответвлениями.

10.Разработанные методы, благодаря учету основных конструктивных элементов многопролетной жесткой ошиновки пространственной конфигурации, позволяют получить уточненные значения параметров электродинамической стойкости токовэдущих конструкций РУ по 'сравнению с традиционными инженерными методиками.

Использование разработанных программ расчета электродинамической стойкости жесткой ошиновки в проектной практике позволяет повысить качество и обоснованность проектных разработок РУ, выорать оптимальное ■ конструктивное решение по размещению оборудования РУ и рациональному использовании площадей участков и объемов сооружений.

Разработанные программные модули могут быть включены в систему автоматического проектирования (САПР)

электрооборудования и электроустановок электрических.станций и подстанций.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1.Вывод формулы для определения магнитной индукции от пространственного проводника/ К.А.Прима// БГШ.- Минск, 1939.-6с.: ил.-Еиблиогр 2 назв. - Деп. в ВИНИТИ 18.10.89, .¥0317-Е39.