автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи 110-330 кВ за счет резервирования фазных проводов

На правах рукописи

Шу

Лсппн Дмитрий Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАМИ 110-330 КВ ЗА СЧЕТ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

005543847

Саратов-2013

005543847

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Защита состоится 14 ноября 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат разослан «11» октября 2013 г.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Угаров Геннадий Григорьевич

Официальные оппоненты: Ерошенко Геннадий Петрович,

доктор технических наук, Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, профессор кафедры «Эксплуатация энергооборудования и электротехника»

Сошинов Анатолий Григорьевич, кандидат технических наук, доцент, Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий»

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государствен и ы й у н и вере итет»

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.Б. Томашевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одним из важнейших показателей уровня электроэнергетики является развитие электрических сетей, основной элемент которых - воздушные линии электропередачи (ВЛ).

Электроэнергетическая система России характеризуется высокой степенью физического износа оборудования, составляющего примерно 65%, при этом активы магистрального сетевого комплекса изношены на 50 %, распределительного сетевого сегмента - до 70%. Сложившаяся ситуация может угрожать стабильности функционирования электроэнергетической отрасли России. Поэтому вопрос о модернизации и повышении надежности электрических сетей стоит достаточно остро.

Наряду с необходимостью повышения надежности сети складывается комплекс проблем в части передачи и распределения электроэнергии вследствие постоянного роста нагрузок, обусловливающего загруженность электропередач высокого и сверхвысокого напряжений. Уже сейчас фиксируется недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих электрических сетей в ряде регионов России. Наблюдается так называемое «запирание» мощности отдельных электростанций из-за недостаточной пропускной способности электрических связей, что ведет к вынужденному простою генерирующего оборудования.

Таким образом, в условиях значительного износа и недостаточной пропускной способности электрических сетей, высокой стоимости строительства новых линий и длительного срока их окупаемости, актуальное значение приобретают вопросы применения мероприятий, направленных на повышение надежности и эффективности работы эксплуатируемых электрических сетей и, как основного элемента, ВЛ.

Значительный вклад в рассмотрение вопросов, связанных с повышением эффективности эксплуатации ВЛ, внесли: Г.Н. Александров, И.Г. Барг, В.А. Веников, В.Г. Гольдштейн, А.Ф. Дьяков, В.П. Закарюкин, С.М. Зильберман, В.Г. Кочкин, В.Т. Федин и др.

В развитие ВЛ с резервированием фазных проводов значительный вклад внесли ученые Т.Б. Заславская и Д.Т. Жанаев.

Объектом исследовании являются четырехпроводные ВЛ напряжением 110-330 кВ.

Предметом исследования являются эксплуатационные режимы четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ.

Цель диссертационной работы - повышение эффективности эксплуатации ВЛ 110-330 кВ, заключающееся в увеличении пропускной способности и повышении надежности линий за счет резервирования фазных проводов дополнительным четвертым проводом; оценка эффекта при экс-

плуатации четвертого провода и определение вариантов использования четвертого провода для каждого класса рассматриваемых напряжений линий.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие основные задачи исследования:

1. Обосновать использование четвертого провода на В Л 110-330 кВ.

2. Оценить возможность использования стального грозозащитного троса для транспорта электроэнергии.

3. Определить параметры режимов работы четырехпроводных ВЛ 1 10-330 кВ с учетом конструктивной несимметрии.

4. Выявить возможность повышения мощности четырехпроводных ВЛ 1 10-330 кВ путем включения четвертого провода параллельно одной из рабочих фаз.

5. Разработать систему критериев технико-экономической оценки эффективности эксплуатации резервного четвертого провода на ВЛ 110330 кВ.

Методы и средства исследовании

В работе использованы: инженерные и численные методы, реализуемые на ЭВМ; метод расчета электрических параметров ВЛ в фазных координатах; метод зеркальных отображений; аппарат математического компьютерного моделирования - расчеты осуществлялись на базе программного комплекса МаОаЬ; метод расчетных затрат при технико-экономической оценке использования четвертого провода.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается применением теории цепей и теоретических основ электротехники, подтверждается результатами эксплуатации ВЛ, обоснованностью принятых допущений, корректным использованием соответствующего математического аппарата.

Научные положения н результаты, выносимые на защиту:

1. Использование четвертого резервного провода позволяет повысить надежность и пропускную способность ВЛ 1 10-330 кВ.

2. Применение стального грозотроса для транспорта электроэнергии малоэффективно ввиду значительных потерь и несимметрии напряжений.

3. В четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ при одинаковых параметрах проводов уровни несимметрии напряжений не превышают нормы.

4. Максимальное значение мощности четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ достигается при параллельном включении четвертого провода с фазой В.

Научная новизна:

1. Разработана методика оценки конструктивной несимметрии четырехпроводных ВЛ, учитывающая взаимовлияние проводов и земли.

2. Установлены уровни несимметрии напряжений четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ в зависимости от способа включения в работу четвертого провода.

3. Разработан алгоритм управления четвертым проводом.

4. Определена система критериев технико-экономической оценки эффективности эксплуатации четырехпроводных BJI 110-330 кВ, основанная на сопоставлении ущербов от простоя линии вследствие устойчивых однофазных повреждений, плавок отложений, ремонтов с затратами на эксплуатацию четвертого провода.

Практическая ценность и полезность работы:

[.Использование четвертого резервного провода позволяет снизить недоотпуск электроэнергии из-за аварийных и плановых отключений на 9,4 % для ВЛ 1 10 кВ, на 6,7 % - для ВЛ 220 кВ, на 5,8 % - для ВЛ 330 кВ.

2. Методика расчета эффективности четырехпроводных ВЛ позволяет определять эффекты от использования четвертого провода при устойчивых однофазных повреждениях, пофазной плавке, пофазном ремонте и от увеличения мощности линии.

3. Схемы управления резервным четвертым проводом позволяют автоматически или дистанционно осуществлять ввод и вывод из работы четвертого резервного провода.

4. Определены варианты использования четвертого провода для ВЛ 110-330 кВ в соответствии с нормативным сроком окупаемости.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены на: Ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях (Камышин, 2009-2010); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологии» (Саратов, СГТУ, 2010); I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, СГАУ, 2010); VI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2011); II и III Международных молодежных научно-технических конференциях «Электроэнергетика глазами молодежи» (Самара, 2011; Екатеринбург, 2012).

Реализация нвнедрение результатов

Работа выполнялась в соответствии с программой 06В «Энергоэффективные системы производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии», входящей в перечень основных научных направлений СГТУ имени Гагарина Ю.А. Результаты исследований приняты к внедрению в филиале ОАО «Инженерный центр энергетики Поволжья» «ПоволжСЭП» (г.Саратов).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Объём н структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка использованных источников, 6 приложений. Объем работы составляет 150 страниц машинописного текста, в том числе 30 иллюстраций, 30 таблиц. Список использованных источников включает 105 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввсденпн дана общая характеристика и сформулирована актуальность работы. Выделены основные направления улучшения эффективности работы ВЛ за счет использования резервного четвертого провода: повышение надежности; увеличение пропускной способности; предотвращение простоя при проведении плавок гололедных отложении и ремонтов.

Определены цель и задачи диссертации. Дается аннотация содержания работы по разделам. Обоснованы научная новизна и практическая значимость исследований. Приведены основные результаты и положения, выносимые на защиту. Указаны апробации полученных результатов.

В первой главе раскрывается актуальность выбранной тематики исследования, обосновывается необходимость повышения эффективности эксплуатации и максимального использования возможных резервов имеющихся ВЛ.

Применение дополнительного провода позволит производить пофаз-ную плавку и пофазный ремонт, не отключая линию, тем самым исключив простой ВЛ.

Резервный провод позволит исключить устойчивые однофазные повреждения, поэтому поток отказа &>линиис резервным проводом ниже, чем у трехпроводных, на

где А'/,/,.к.* = 0,8-0,9 - доля однофазных повреждений от остальных видов аварийных отключений ВЛ; /Г,,„ = 0,2-0,5 - доля устойчивых однофазных повреждений; Ь - длина линии; Гисп = 2880 - число часов в год использования четвертого провода в качестве резерва, ч.

Ремонтопригодность линии с резервным проводом выше, чем у трехпроводмоЛ, т.к. снижается доля плановых отключений ц, вызванных ремонтом, на:

^-»т^-^-шо' (2)

где К„,, = 0,125 -повреждения, не подлежащие пофазному ремонту (опоры).

Годовой недоотпуск электроэнергии при простое линии вследствие отказа составляет

5от = (у-Тв,. (3)

где Т„ — среднее время восстановления, ч.

Годовой недоотпуск электроэнергии при плановом простое линии составляет

= Ц ■ Тр, (4)

где Тр— среднее время простоя при преднамеренных отключениях, ч.

Учитывая (1)-(4), годовой иедоотпуск электроэнергии при использовании четвертого провода уменьшится па

(ю- Лео) -Тв + (/.í-4/í) -Тв AS=~- т , т 100% ■ (5)

® ■ Тв + IX ■ 1 р

Использование резервного четвертого провода позволит в среднем снизить годовой иедоотпуск электроэнергии па 9,4 % для ВЛ 110 кВ, на 6,7% для ВЛ 220 кВ, на 5,8 % для ВЛ 330 кВ.

В заключении главы сформулированы задачи исследования, решаемые в диссертационной работе.

Во второй главе решается задача оценки эффективности использования стального грозозащитного троса для транспорта электроэнергии.

Сопротивление стальных проводов намного больше по своей величине, чем у проводов из цветных металлов, к тому же сталь является ферромагнитным материалом, поэтому сопротивление стального троса зависит от величины протекающего по нему тока. В качестве грозозащитных тросов при исследовании были взяты стальные провода марок Г1С-50 для ВЛ-110 кВ и I1C-70 для ВЛ 220-330 кВ. Используя табличные данные, были построены кривые изменения сопротивления стальных проводов от величины тока нагрузки, которые были аппроксимированы в среде Matlab (рис. 1). _

а б

Рис. I. Аппроксимация зависимостей сопротивлении от величины протекающего тока нагрузки стальных проводов марок: а) ПС-50; б) ПС-70

Была получена функциональная зависимость изменения сопротивления стального провода от протекающего по нему тока, выраженная математической формулой

Рг ■ I4 + Рг ' '3 + Рз ■ '2 + Р4 ■ I + Р5 ПП 1* + Ч1-13 + Ч2-1^ + д3-1+Ч4 ' (6)

где р; и (/,- - вспомогательные коэффициенты.

Для проводов марок ПС-50 и ПС-70 вспомогательные коэффициенты при определении сопротивления представлены в табл. 1.

Таблица I

Вспомогательные коэффициенты зависимости сопротивления проводов марок ПС 50 и ПС-70 от тока нагрузки

ПС-50 ПС-70

Активное Внутреннее Активное Внутреннее

сопротивление индуктивное сопротивление индуктивное

сопротивление сопротивление

р! = 2,236; р1 = 0,0633; pi - 1,386; pi = 0;

р2= 622,2; р2= 107; р2 = 553,9; р2= 182,2;

рЗ = 878,8; рЗ - 205,4; рЗ = -879,2; рЗ = -1691;

р4= -983,2; р4 = 1194; р4= 66,25; р4= 585,9;

р5 = -47830; р5= 12,42; р5= 2,175; р5 = 1,515;

41 = 124.3; с| 1 - -62,91; ql = 157,6; ql = -8.01 1;

с]2= 1922; q2 = 6460; q2 = 4348; q2= 13260;

ЯЗ = -5276; Я3= 179,7; q3 = -7,128; q3= 271.6;

Ч4= -17400; q4 = 53.5. q4 = 1.129; q4 = 9,471.

По составленной схеме замещения (рис. 2) записывались уравнения распределения токов и напряжений по законам Кирхгофа

(7)

Ea ZA + RH + R3 R3 R3 1A

EB = «3 Zb + RH + R, R3 iB

Ее Rs R3 Zc +RH + R3 ic

г:

-е--е-

■ft? а; А атхш&и г&З

-с=ь

7-

-CZJr-

R

-CZH

-егь

R

-е-

-с=ь

ff

Ш

где Я3 - сопротивление земли; сопротивление нагрузки.

Рис. 2. Схема замещения трехфазной линии с соединением нагрузки в звезду

Стальной грозозащитный трос, используемый для транспорта электроэнергии, обозначен па рис. 2 как фаза А. Из (7) находятся токи в линии 1 .

-{ЕАААА + ЕВАВА+ЕСАСА),

1А =

Лг 1

1в =-Z~(EaAaa + ЕВАВВ + ЕСАСВ),

1 . . ^с ~ д (ЕаАас + ЕВАВС + ЯСДСС),

где Д2 - определитель матрицы \2\ \ Ду - алгебраическое дополнение определителя Кг

Д2= + 3(ДН + Я3)] • (1 - /?з2) + 2/?з3

ч3

¿лл= & • + (1в + 1с) ■ + ДэГ.

ДЛВ = ДВЛ = ' (Кс + /?н) .

Двв= гд ■ + (1л + 1£) • (Ян + /?3)3,

(9)

&СВ- ' С5л + М -Дсс= ^ • + + ■ (Ян 4- Я3)3,

Алс= Дсл= -«з' + Д3) ■ Уточнение величины тока в стальном тросе производится методом последовательных приближений.

Был произведен расчет параметров режимов работы ВЛ 110, 220 и 330 кВ длиной 80 км, 100 км и 130 км соответственно.

Потери напряжения и коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности при использовании грозозащитного троса для транспорта электроэнергии па ВЛ 110-330 кВ при передаче максимальной мощности по линии представлены на рис. 3.

Ю, %

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

ли, %

62,57%

53,75%

48,64%

18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%

13.26%

110 кВ

330 кВ

ЛШЩ.....

110 кВ

12,11%

220 кВ

330 кВ

Рис. 3. Значения потерь и несимметрии напряжения при использовании грочотроса для транспорта электроэнергии: а) потерь напряжений; б) коэффициента несимметрии

Исходя из анализа параметров режима электропередачи по стальному грозозащитному тросу, сделан вывод о нецелесообразности использования таких передач в виду значительных потерь напряжения, свыше 25% - максимального диапазона регулирования напряжения трансформаторов, и несоответствия качества напряжения ГОСТ Р 54149-2010 - несимметрия значительно выше 2%.

В третьей главе исследуются режимы ВЛ при использовании резервного четвертого провода с параметрами рабочей фазы с учетом пофаз-пого неравенства параметров линии, обусловленного конструктивной несимметрией.

К

® /А

Йл

Опоры для ВЛ 110-330 кВ с четвертым проводом предпочтительнее использовать с многоярусным расположением проводов (рис. 4), т.к. натуральная мощность линии с горизонтальным расположением проводов па 10% меньше, ширина коридора, определяющая площадь отчуждаемой земли под трассу линии, на 50% больше. Обеспечение изоляции четвертого провода па фазное напряжение линии предлагается осуществить путем установки четвертого провода па опорных стержневых изоляторах. При этом существенного изменения конструкции опоры не производится, а лишь обеспечивается изоляция четвертого провода Т па фазное напряжение линии.

Воздушная линия длиной / рассматривается, как электрическая цепь, представляемая в виде П-образпой схемы замещения (рис. 5) и, состоящая из сосредоточенных параметров: сопротивления г, индуктивности поперечной проводимости емкости С.

'( \ -I

1Т| ±

I'

I/ м I/ I ч

Рис. 4. Модель башенной

опоры одноцепной четырехпроводной ВЛ, где: /;, - фазный провод, Т - четвертый провод

II 9

2

Г

-О

I

1с

2

1с

, "и 1 '/ < Л. /

Рис. 5. Схема замещения однопроводной ВЛ

Распределение токов и напряжений вдоль линии описывается уравнениями

ди д1

- — 1 = П + Ь — >

дх

д1 . д

- — I = —и ах 2

(10)

ЗС С ди 2~дь'

где и и / - мгновенные значения напряжения и тока, являющиеся функциями времени / и пространственной координаты х.

Исходя из П-образпой схемы замещения (рис. 5) четырехпроводпая трехфазная ВЛ рассматривается, в виде линии с сосредоточенными параметрами, состоящей из четырех прямолинейных параллельных проводов при пренебрежении поперечными активными проводимостями (рис. 6). 10

Рис. 6. Схема замещения четырехпроводной BJI

Учитывающие индуктивную связь уравнения для четырехпроводной BJ1 длиной / в фазовых переменных согласно (10) записываются в следующем виде:

диА diA diB dic diT

~1 = La ~дГ + Lab~дГ + Lac~дГ + Lat~дГ + Га1а + r3h + Гт1т'

duB diA diB dic diT

~~ô711 = Lda ~дГ + L°~дГ + Lbc It + 1вт ~дГ + Гв1в + гз'з + Гт-гг- ( M}

duc, _ , diA , , diB , , die diT .

171 ~ Lca ~dt + LcB ~dt + Lc ~dt + LcT ~ët Гс1с r3h Гт1т'

Уравнения цепи в фазовых переменных, описывающие емкостную связь в четырехпроводной ВЛ длиной / при пренебрежении поперечными активными проводимостями, согласно (10) имеют следующий вид: СлдиА САвд(иА-ип) Слсд(иД-ис) CATd(uA-uT)

дх ~ 2 dt 2 dt 2 dt 2 dt

diB 1 = СвАд(ив-иА) Свдив Cncd(uB-uc) CBTd(uB-uT) дх 2 dt 2 dt 2 dt 2 dt

diç _ Cça д(ис — ил) Ccnd(uc-uB) Ссдис Сстд(ис-иг) dx ~ 2 dt 2 dt 2 dt 2 dt

В уравнениях (11) и ( 12) L,„ Ьу.Сц, C,;- соответственно собственные и взаимные индуктивности и емкости проводов четырехпроводной ВЛ.

Различие в емкостях и ипдуктивпостях фаз линии, обусловленных несимметричным расположением проводов и влиянием земли, определяется методом зеркальных изображений.

Расчет режима четырехпроводной ВЛ производится в фазных координатах с учетом неуравновешенности токов в фазах iA + iB + ic 0, суммарный обратный ток при этом протекает в земле 3 и в четвертом проводе Т. Уравнения распределения токов (12) и напряжений (11) в комплексной форме для схемы замещения четырехпроводной ВЛ, представленной па рисунке 6 и рассматриваемой в виде цепн с сосредоточенными параметрами, примут вид

- для фазы А

йгл ~ йгл = (Га + j^LA)iA + ja)LABiB +ja)LACic +

+(rT +j(»LAT)iT + r3/3

1

IiA -IA = 2 j^&A ■ ui A + CAB " Ф1А ~ Vib) +

+CAC ■ ФХА ~ U1C) + CAT ■ (U1A - U1T)), 1 . I a - ¡2A = 2J'm(Ca ■ U2A + CAB ■ (U2A - U2B) +

+CAC " Ф2Л ~ U2c) + Cat " Фгл - l/zr)),

- для фазы В

Uiв ~ U2B = j<*>LBAiA + (rB + ja)LB)iB +ju>LBCic +

+ (rT+jcoLBT)iT + r3i3

IIB ~ ¡в = 21Ы(.СВА ■ ф1В - U1A) + CB ■ U1B +

i +Cbc-(PIB-01C) + Cbt-(01b-U1t)1 (13)

¡в ~ he = 2]ш[Сва ' Фгв ~й2a)+ CB- U2B +

+CBc ' Фгв ~ U2с) + СВт " (^2в ~ тУ)>

- для фазы С

Vic ~ U2C = j<*>LCAiA +ja>LCBiB + (rc + ja>Lc)ic +

+ (rr + ja>LCT)iT + r3i3

i1С -¡C = 2MCCA ■ Фгс - U1A) + CCB ■ Ф1С - U1B) +

+cCB ■ U1C + cCT ■ ф1С - l/170).

he -¡c = 2)ш(Сса ■ Ф2с ~ U2A) + Ссв ■ Ф2С ~ V2B) +

+Qb " V2с + Сет ' Фгс ~ тУ)-Значение тока в земле определяется как

<з = iA + 'в + i-c ~ h. (14)

Начальные значения напряжений соответствуют напряжению источника питания, тогда начальные токи определяются через сопротивления линии

(15)

Сопротивление фазы ^ определяется как сумма собственного сопротивления провода линии и сопротивления фазной нагрузки

U1A Za ZAB Z_AC Zat ilA

и1В Z_BA Zb ZbC Zbt ¡IB

и1С Z-CA Zcb Ic ZcT ¡1С

и1Т Z.TA ZjB Z.TC Zt /1T

Начальный потенциал четвертого провода {/1Т принимается равным пулю, тле считается, что провод заземлен.

Зпая начальные напряжения 01определяются начальные токи /1£ из (15), затем согласно (13) находятся токи в фазах линии /¿, после чего вычисляются напряжения конца линии определив которые, можно установить конечные значения токов в линии /2;. Зная токи и напряжения, устанавливается уровень несимметрии.

Электропередача с четвертым резервным проводом рассмотрена на примере одпоцепных ВЛ напряжением 1 10 кВ с проводом АС-70, 220 кВ -АС-240 и 330 кВ -2><АС-240. Для линий большой длины среднеквадратичный ток в линии увеличивается быстрее, чем пропорционально передаваемая мощность. И чем больше длина линии, тем раньше происходит отклонение среднеквадратичного тока от пропорциональной зависимости, достигающей 40 % при передаче предельного тока. В зоне относительно малых длин линий ограничение па передаваемую мощность накладывает нагрев проводов. На линиях свыше 100 км, как правило, применяется транспозиция, которая не может быть применена к четырехпроводиым линиям вследствие того, что в грозовой сезон четвертый провод выполняет функции грозотроса. Поэтому для рассматриваемых ВЛ I 10 кВ, 220 кВ, 330 кВ были взяты средние длины 80 км, 100 км и 130 км соответственно. Мощность электропередачи определялась соответствующим максимально допустимым током для выбранных сечений проводов.

На рис. 7 представлены уровни несимметрии при поочередной замене рабочих фаз резервным четвертым проводом и при поочередном параллельном включении резервного четвертого провода с рабочими фазами. При поочередной замене рабочих фаз резервным четвертым проводом уровни несимметрии в пределах нормы. Наиболее благоприятный режим повышения мощности ВЛ при включении четвертого провода дополнительно с фазой В. При поочередном включении четвертого провода с одной из рабочих фаз необходимо дополнительное симметрирование напряжения, так как уровень несимметрии выше установленной нормы в 2%.

ПОкВ ИОкВ

О.ТШе 0.60»

о,гак о.оот»

¿.СОЪ

г.'йгй 1.2Ф5» |>.йот

¿.00% ¿504

г/ю*

0.!.05»

иле».

п.гйй

фил А Фаза В 4***С

Д

фам и 4м

е

Рис. 7. Несимметрия напряжений: при поочередной замене рабочих фаз четвертым проводом (а, в, д); при поочередном включении четвертого провода с одной из рабочих фаз (б, г, е)

При увеличении передаваемой мощности путем параллельного включения четвертого провода с фазой В увеличение мощности ВЛ представлено на рис. 8.

7% 6% 5% 4% 3%

7,32%

- 5,43%

4,45%

1111 -И

■¡и ШШЩн

мир ■¡В ЯШ

1 ШШ

ВЛ 110 кВ

ВЛ 220 кВ

ВЛ 330 иВ

Рис. 8. Увеличение мощности четырехпроводных ВЛ при параллельном включении четвертого провода с фазой В

В четвертой главе предложен модифицированный критерий оценки эффективности проведения пофазной плавки гололедных отложений на ВЛ с четвертым проводом - время комплексных мероприятий Тк„.

Выполнение плавки гололеда на всех ВЛ должно производиться за 12 ч для сети 110 кВ и выше. Пофазная плавка отложений, с одной стороны, позволит не отключать линию, однако наряду с этим увеличит время плавки отложений. Время комплексных мероприятий Тки позволит оценить соответствие осуществления пофазной плавки установленному нормативному времени.

Предлагается определять время комплексных мероприятий 7^,, при ликвидации гололедной опасности путем пофазной плавки и наличии системы контроля гололеда по следующей структуре:

t YN t км ~ ~7>— ñ—'П?—— ( ' '>

Чэф "эф ' т.и ' '^сх

где К1Л, - коэффициент технического использования ВЛ; r¡3ф - показатель эффективности работы системы мониторинга; /,„„ - время принятия решения о проведении плавок на линиях (измеряемое от момента обнаружения гололеда до начала сбора схемы плавки гололёда); г,,., - время плавки гололеда на одном проводе линии; N - общее количество проводов, на которых необходимо провести плавку отложений; ксх - коэффициент схемы.

Первое слагаемое выражения (17), определяющее время принятия решения о проведении плавки, определяется показателем эффективности работы системы телеметрии гололеда на линии Второе слагаемое формулы (17), определяющее время плавки отложений, также зависит от системы телеметрии, информирующей о проплавлении гололедной муфты, что позволит избежать дополнительного увеличения времени плавки.

Коэффициент схемы управления ксх характеризует, какая схема (дистанционного или ручного) управления четвертым проводом используется на линии. Наличие дистанционного управления позволит сократить время ввода и вывода из работы фаз линии, тем самым сократив общее время подготовительных мероприятий при подготовке плавки гололеда.

Коэффициент технического использования Кт.„. характеризует долю времени нахождения ВЛ в работоспособном состоянии относительно всего периода эксплуатации:

Т

Кт,и =——-¿—-Z- = 1-<«Тп-цТр (|8)

i „ + 1 в + 1 р

где То - среднее время работы ВЛ между отказами (наработка на отказ); Тв_ среднее время восстановления ВЛ; ТР - среднее время преднамеренного отключения ВЛ (среднее время ремонта ВЛ); со - параметр потока отказов ВЛ; д - средняя периодичность ремонтов.

Коэффициенты Тц, Тг, са // определяются по нормативной документации.

Для оценки эффективности функционирования систем мониторинга при наличии статистических данных предлагается использовать усредненный статистический показатель эффективности работы системы телеметрии гололеда ф, характеризующий процент правильных решений по обнаружению гололеда:

Пм.р. 11 ср. "("...р. +Пл.р.)

'Ь ф=-- = —-!-— • (19)

11СР. "ср.

где /;„.,,.- число правильных решений; /г,/л- число ложных решений (неисправность оборудования): //,,.,,. - число некорректных решений (при наличии отложений меньше критического порога); пср_ - общее число срабатываний системы телеметрии.

Некорректные решения н„/>. могут возникать при неправильной оценке ветровой нагрузки, в частности при порывах ветра, из-за чего силовой датчик покажет пороговое значение отложений. Значения правильных, некорректных п излишних решений могут определяться статистически на реальных системах или рассчитываться согласно теории вероятности.

Разработана логика работы схем, обеспечивающих осуществление ввода в работу и вывода из работы четвертого провода. Для нормальной организации работы схем должны быть предусмотрены следующие блокировки: от включения четвертого провода на междуфазное короткое замыкание; от переключения разъединителей линии под нагрузкой.

В пятой главе произведено технико-экономическое обоснование использования четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ, выполненное по методу расчетных затрат.

При определении ущерба от простоя линии он был разделен на ущерб, вызванный аварийными отключениями вследствие устойчивых однофазных повреждений, и плановыми вследствие ремонта, плавки гололеда. Предложен критерий расчета ущербов от простоя линии вследствие устойчивых однофазных повреждений, плавки гололедных отложений и ремонтов

V- - V ■ + V • + V ■ =

. / — - (,•( I ll.fl ' - " п

= 11 Р(1)сИ-(сс ¡ ■ Лсо-Тв + рп р -Лц- Гп.р. + /?пл • Гпл ■ ЛГПЛ), (20) о

где У„1 - ущерб потребителей от простоя в результате аварии, тыс. руб.; УпГ- ущерб от простоя при плановых отключениях, тыс. руб.; а; - удельный ущерб от аварийных отключений, тыс.руб./МВт ч; - удельный ущерб от плановых отключений, тыс. руб./МВт-ч; Лш - снижение параметра потока аварийных отказов четырехпроводной ВЛ, 1/год; Лц-снижение параметра

(частоты) плановых отключений четырехпроводной ВЛ, 1/год; К,,/,,..,_ = 0,8 - доля однофазных повреждений, от остальных видов отключений ВЛ, отн.ед.; Куо - 0,25 - доля устойчивых однофазных повреждений, отн. ед.; К,/, = 0,63 - доля фазных повреждений (проводов, изоляторов, арматуры), отн. ед; Тт _ среднее время плавки гололедных отложений, ч; Nn, - количество плавок в зимний период, приходящихся на ВЛ, 1/год; Р(г) -аналитическое выражение графика электрических нагрузок за некоторый интервал времени Т.

В качестве основных критериев экономической эффективности проекта были взяты следующие показатели: чистый дисконтированный доход (ЧДЦ > 0),срок окупаемости ( Ток < 8лет), индекс доходности (ИД > 1).

В результате проведенных расчетов был определен дисконтированный срок окупаемости ВЛ с четвертым проводом, составляющий: для ВЛ 110 кВ - 9 лет; для ВЛ 220 кВ - 7 лет; для ВЛ 330 кВ - 5 лет.

Вследствие того, что для ВЛ 110 кВ срок окупаемости оказался больше 8 лет, а индекс доходности меньше единицы, экономически оправданно использовать четвертый провод по основному назначению только в качестве резервного, без увеличения мощности ВЛ, при этом дисконтированный срок окупаемости составит 7 лет.

Схемы включения четвертого провода в работу для ВЛ 110-330 кВ представлены на рис. 9.

D5B

as с

» т " я?

а

03 ги

а

as в as с

\asA Qsb\ as с

os и

as с

ese

OS с

Рис. 9. Схемы использования четвертого провода: а) 330 кВ, б) 220 кВ, в) I 10 кВ где QSj— управляемый разъединитель, Qi— выключатель, /7, - провод линии

Для линий 330 кВ, имеющих пофазное управление, схема эксплуатации четвертого провода представлена на рис. 9а. Для линий 220 кВ предлагается использовать схему 96 с выделением четвертого провода выключателями 2/77 по концам линии, что позволяет осуществлять включение четвертого провода параллельно одной из рабочих фаз, без кратковременного отключения головного выключателя линии £). Для линий 110 кВ предлагается использовать схему 9в, в которой осуществление переключений разъединителей производится при отключенной линии и четвертый провод используется только в качестве резервной фазы.

Таким образом, возможны два направления использования четвертого провода в зависимости от экономической целесообразности: использовать четвертый провод только в качестве резервной фазы при повреждении одной из рабочих либо использовать в часы пик и, как дополнительный провод для транспорта электроэнергии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что использование четвертого резервного провода позволит в среднем снизить годовой недоотпуск электроэнергии из-за аварийных и плановых отключений для ВЛ 110, 220 и 330 кВ соответственно на 9,4; 6,7; 5,8 %. .

2. Использование стального грозозащитного троса на четырехпро-водных ВЛ 110, 220 и 330 кВ для транспорта электроэнергии приводит к потери и несимметрии напряжений выше норм, соответственно составляющих 62,57; 53,75; 48,64 % и 15,53; 13,26; 12,11 %.

3. Выявлено, что несимметрия напряжений при поочередном замещении рабочих фаз четвертым проводом с аналогичными параметрами составляет для ВЛ 110, 220 и 330 кВ соответственно: в нормальном режиме -0,09; 0,37; 1,46 %; при замещении фазы А четвертым проводом - 0,11; 0,63; 1,86 %; при замещении фазы В четвертым проводом - 0,04; 0,28; 0,88 %; при замещении фазы С четвертым проводом -0,1; 0,59; 1,72 %.

4. Определено, что несимметрия напряжений при поочередном параллельном включении четвертого провода с одной из рабочих фаз составляет для ВЛ 110, 220 и 330 кВ соответственно: параллельно фазе А - 2,44; 3,27; 5,23 %; параллельно фазе В- 2,32; 2,66; 3,91 %; параллелыю фазе С-2,39; 3,05; 5,01 %.

Наиболее благоприятный режим увеличения мощности ВЛ при включении четвертого провода параллельно с фазой В.

5. При увеличении мощности линии путем параллельного включения четвертого провода с фазой В мощность увеличивается для ВЛ 110, 220 и 330 кВ соответственно на: 7,32; 5,43; 4,45 %.

6. Сроки окупаемости использования четвертого провода в качестве резервного при устойчивых однофазных повреждениях, пофазных плавках, пофазных ремонтах и дополнительного для увеличения мощности составляют для ВЛ 110, 220 и 330 кВ соответственно: 9 лет; 7 лет; 5 лет.

18

Список опубликованных работ по теме диссертации: В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Левин, Д.С. Использование грозозащитного троса в качестве резервной фазы на воздушных линиях электропередачи / Д.С. Левин [и др.] // Вестник Саратовского государственного технического университета. -

2010,- №4 (51). - Вып. З.-С. 76-81.

2. Левин, Д.С. Расчет и анализ режимов воздушных линий электропередачи с резервной фазой с учетом их пофазно различных распределенных параметров / Д.С. Левин, Д.А. Вырыханов // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2012. - №2 (66). - Вып. 2. - С. 86-92.

3. Левин, Д.С. Эффективность применения резервной фазы на воздушных линиях электропередачи 110-330 кВ / Д.С. Левин, Г.Г. Угаров // Вестник Самарского государственного технического университета. - 2012. -№4(36).-С. 168-173.

4. Левин, Д.С. Режимы одноцепных воздушных линий электропередачи 110-330 кВ с использованием резервной фазы / Д.С. Левин // Вестник Донского государственного технического университета. - 2013. - №1-2 (70-71).-С. 93-96.

Публикации а других изданиях

5. Левин, Д.С. Использование грозозащитного троса при пофазной плавке отложений на проводах воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин [и др.] // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. Камышин, 14-15 октября 2009 г./ ИУНЛ ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - Т. 2. - С. 67-69.

6. Левин, Д.С. Концепции использования резервной фазы воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин [и др.] // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы I Междунар. науч.-практ. конф. / Сарат. гос. агр. ун-т. - Саратов, 2010. - С. 220-222.

7. Левин, Д.С. Оценка надежности воздушных линий электропередачи с резервной фазой и системой мониторинга в период гололедно-ветровых воздействий / Д.С. Левин, A.B. Карнаух // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2010. - С. 48-52.

8. Левин, Д.С. Симметрирование напряжения на воздушных линиях с резервной фазой / Д.С. Левин, A.B. Карнау.х, Г.Г. Угаров // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы Vif Всерос. науч.-практ. конф. Камышин, 22-23 декабря 2010 г. / ИУНЛ ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - Т. I.-C. 124-126.

9. Леви н, Д.С. Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин, A.B. Карнаух, Г.Г. Угаров // Тинчу-ринские чтения: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. - Казань,

2011.-С. 120-121.

К). Левин, Д.С. Управляемые воздушные линии электропередачи с резервной фазой и системой мониторинга / Д.С. Левин, Г.Г. Угаров // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы II Междунар. иауч,-техн. конф. - Самара. 201 I - Т. 3. - 82-85.

I I. Левин, Д.С. Источник отбора мощности от фазного провода воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин [и др.] // Математические методы в технике и технологиях: И Междунар. науч. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов. 2012. - С. 36-39.

12. Левин, Д.С. Источник отбора мощности от фазного провода воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин [и др.] // Математические методы в технике и технологиях: II Междунар. науч. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2012. - С. 363-366.

13. Левин, Д.С. Питание постов телеметрии систем мониторинга путем отбора мощности от фазного провода воздушных линий электропередачи / Д.С. Левин. Г.Г. Угаров // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2012 - Т. 3. -С. 231-233.

Подписано r печать 07.10.13 Формат 60x84 1/16

Кум. офсет. Уел. нем. л. 1.0 Уч.-пчд. л. 1,0

Тираж 100 жч. Заказ 150 Бесплатно

Сара[ОБСкнй государственный ¡ехпичеекпп университет

410054, Саратов. Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054. Саратов. Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70: 99-87-39. e-mail: izdat@sstu.ru

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.

На правах рукописи

04201452124 Левин Дмитрий Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110-330 КВ ЗА СЧЕТ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Угаров Г.Г.

Саратов 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................ 4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ............................ 14

1.1 Обоснование использования резервного четвертого провода на В Л

110-330 кВ................................................................................................................

1.2 Технико-экономические предпосылки использования резервирования на ВЛ....................................................................................................................... 19

1.3 Постановка задач исследования................................................................ 24

Выводы................................................................................................................... 26

2. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАЛЬНОГО ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА В КАЧЕСТВЕ РЕЗЕРВНОГО ПРОВОДА НА ВЛ 110-330 КВ........................................................................... 27

2.1 Использование грозозащитного троса для транспорта электрической энергии на ВЛ.............................................................................. 27

2.2 Расчет режима ВЛ со стальным грозозащитным тросом в качестве проводящей фазы................................................................................................... 34

2.3 Симметрирование напряжения при использовании стального

грозозащитного троса в качестве рабочей фазы................................................. 42

Выводы.................................................................................................................... 47

3. ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫЕ ВЛ 110-330 КВ.................................................. 48

3.1 Особенности расчета режимов ВЛ с учетом взаимовлияния фаз.......... 48

3.2 Расчет режимов В Л с резервным четвертым проводом с учетом взаимовлияния фаз................................................................................................. 53

3.3 Расчет режимов четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ............................... 65

Выводы.................................................................................................................... 68

4. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ РЕЗЕРВНОГО ЧЕТВЕРТОГО ПРОВОДА НА ВЛ................................................................................................ 70

4.1 Осуществление пофазной плавки гололеда на В Л.................................. 70

4.2 Схемы управления резервным четвертым проводом.............................. 79

4.3 Особенности выполнения автоматического включения резервного

четвертого провода................................................................................................ 87

Выводы.................................................................................................................... 95

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ ВЛ 110-330 КВ...................... 96

5.1 Методика технико-экономического обоснования эффективности применения резервного четвертого провода на ВЛ........................................... 96

5.2 Оценка эффективности использоания резервного четвертого провода при устойчивых однофазных повреждениях, пофазных ремонтах и плавках 103 гололеда.....................................................................................

5.3 Оценка эффективности применения резервного четвертого провода

при увеличении мощности В Л............................................................................. 108

Выводы.................................................................................................................... 112

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.................................................... 114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.......................................116

Приложение 1. Результаты расчета параметров режимов ВЛ 110-330 кВ

со стальным грозозащитным тросом в качестве проводящей фазы.................128

Приложение 2. Удельные погонные параметры ВЛ 110-330 кВ..................... 131

Приложение 3. Результаты расчета параметров режима ВЛ 110-330 кВ

с резервным четвертым проводом....................................................................... 137

Приложение 4. Принципиальные схемы управления четвертым проводом......143

Приложение 5. Технико-экономическая оценка эффективности

использования четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ...................................... 149

Приложение 6. Акт о внедрении диссертационных исследований.................150

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Электроэнергетическая система России характеризуется высоким моральным и физическим износом оборудования составляющего, по данным [97], примерно 65 %, при этом активы магистрального сетевого комплекса изношены до 50 %; наиболее изношены мощности распределительного сетевого сегмента - до 70 %. Столь значительный износ оборудования может представлять значительную опасность для стабильности функционирования электроэнергетической отрасли России. Крупные аварии, сопровождающиеся прекращением электроснабжения, могут быть сравнимы по своим масштабам с природными бедствиями, несущими значительные финансовые последствия экономике и угрожающими безопасности страны в целом. Поэтому вопрос о модернизации, повышении эффективности и надежности системы электроэнергетики стоит достаточно остро.

С постоянным ростом количества населения в городах и мегаполисах растет и необходимость в дополнительных мощностях электроустановок. Исходя из прогнозируемых объемов спроса на электроэнергию, суммарное ее производство может возрасти к 2020 г. до 2000 тыс. ГВт-ч [21]. Производство электроэнергии в 2012 году, по данным Минэнерго [88], составило 1053,5 тыс. ГВт-ч, таким образом, фактически на 90 % может возрасти уровень вырабатываемой электроэнергии. Столь высокий уровень электропотребления потребует значительного повышения не только объемов выработки, но и передачи мощности. Воздушные линии электропередачи (ВЛ) - одно из основных промежуточных звеньев между системами генерирования и потребления электроэнергии, поэтому электрические сети являются одной из важнейших и наиболее ответственных частей электроэнергетической безопасности страны. Вследствие этого непрерывно растут задачи, роль и значение обеспечения надежной работы ВЛ.

Переход к рыночной экономике толкает к максимальной полноте использования оборудования с целью получения максимально возможной прибыли. В

погоне за прибылью желательный срок окупаемости проектов стал составлять не более 3 лет. Поэтому необходимый ввод новых ВЛ ограничен не только их высокой стоимостью, но и, прежде всего, сравнительно долгим сроком окупаемости, который в условиях политического сдерживания цен на электроэнергию может составлять десятки лет. Вследствие этого все больший вес и значение приобретают вопросы рациональной организации управления функционированием электрических сетей, выраженные в улучшении эффективности их эксплуатации.

Обширный комплекс проблем, связанных с ненормальными режимами, возникающими в электрических сетях в части передачи и распределения электроэнергии, обусловлен: ростом нагрузок, следствием чего является сильная загруженность электропередач высокого и сверхвысокого напряжений; высоким износом оборудования в условиях высокой стоимости строительства новых линий электропередачи. В связи с этим актуальное значение приобретают вопросы применения мероприятий, направленных на повышение надежности и эффективности эксплуатации ВЛ.

В рамках работы предлагается повышение пропускной способности и надежности функционирования ВЛ 110-330 кВ путем резервирования проводов линии. Автор ставил своей основной целью отразить возможность применения с указаниями по обеспечению условий работы четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ, дав при этом технико-экономическую оценку предлагаемых решений. Основное внимание уделено режимам эксплуатации ВЛ с резервированием-фазно-го провода, в качестве которого с обеспечением требуемого уровня изоляции выступал бы традиционный грозозащитный трос или дополнительный четвертый провод с функциями рабочей фазы и грозозащитного троса. Исследовано распределение токов и напряжений в фазах при изменении пространственного расположения рабочих проводов линии вследствие использования в электропередаче резервного четвертого провода; проанализированы параметры режимов работы линии с четвертым проводом при помощи математических расчетов,

произведено сопоставление с нормальными режимами эксплуатации BJI и исходя из полученных результатов определены варианты использования четвертого провода на BJI 110-330 кВ. Рассмотрены способы снижения возможных уровней несимметрии напряжений вследствие конструктивной несимметрии линии.

Блок работы посвящен повышению эффективности эксплуатации BJ1 в условиях гололедно-ветровых воздействий. Более 50 % от всех повреждений на BJT происходят вследствие гололедных отложений, а продолжительность восстановления электроснабжения может составлять более 60 % от общей продолжительности всех аварийных отключений [45]. Поэтому несомненный интерес представляют мероприятия, направленные на повышение надежности работы BJI в гололедный период.

Значительный вклад в решение представленных задач внесли учёные и инженеры: в рассмотрении вопросов связанных с повышением эффективности эксплуатации BJI: Г.Н. Александров [1,2,77], В.А. Веников [11], В.Т. Федин [13,95], С.С. Рокотян [12,72], A.A. Герасименко [13], В.Г. Герасимов [14], А.Ф. Дьяков [22-25], С.М. Зильберман [36], P.C. Каверина [38], В.Г. Кочкин [42],

И Др.

В развитие BJI с резервной фазой значительный вклад внесли ученые Т.Б. Заславская [35] и Д.Т. Жанаев [26-31], обобщив результаты исследований в монографии «Линии электропередач с резервной фазой» [31], в которой производится анализ режимов В Л 110-220 кВ с использованием резервной фазы при поочередной замене рабочих фаз резервной в случае повреждения и при параллельном включении резервной фазы с одной из рабочих для увеличения пропускной способности линии. При этом производилось изменение конструкции опоры добавлением дополнительной траверсы для резервной фазы. Автором данной работы существенное изменение конструкции опоры не производилось, лишь увеличивался уровень изоляции резервного провода на фазное напряжение линии, при этом дополнительно: расширен диапазон исследуемых ВЛ до

напряжения 330 кВ; производится анализ электропередачи по стальному грозозащитному тросу; проанализирована электропередача при использовании четвертого провода с учетом взаимовлияния фаз линии друг на друга; определены схемы подключения и управления четвертым резервным проводом для каждого класса рассматриваемых напряжений, исходя из экономической целесообразности; разработана логика работы схем управления резервным четвертым проводом; предложена система критериев технико-экономической оценки эксплуатации четырехпроводных ВЛ.

Таким образом, анализ существующей обстановки в области электроснабжения показывает ряд проблем, связанных с эффективностью и надежностью электрических сетей, особенно в условиях значительного физического износа и дороговизны ввода новых линий электропередачи, что, в свою очередь, требует научной проработки и предоставления обоснованных технических решений этих важных для практической деятельности задач. В работе результаты решений обозначенных вопросов представлены в виде теоретических исследований.

Объектом исследования являются четырехпроводные ВЛ напряжением 110-330 кВ.

Предметом исследования являются эксплуатационные режимы четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ.

Цель диссертационной работы - повышение эффективности эксплуатации ВЛ 110-330 кВ, заключающееся в увеличении пропускной способности и повышении надежности за счет резервирования фазных проводов дополнительным четвертым проводом; выполнение технико-экономического обоснования и определение вариантов технической реализации использования четвертого провода для каждого класса рассматриваемых напряжений линий.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие основные задачи исследования:

1. Обосновать использование четвертого провода на В Л 110-330 кВ.

2. Оценить возможность применения стального грозозащитного троса в качестве провода, используемого для транспорта электроэнергии.

3. Определить параметры режимов работы четырехпроводных В Л 110330 кВ с учетом конструктивной несимметрии.

4. Выявить возможность повышения мощности четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ путем включения четвертого провода параллельно с рабочими фазами.

5. Разработать систему критериев технико-экономической оценки эффективности эксплуатации четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ.

Краткое содержание работы по главам

Во введении исходя из анализа сложившейся технико-экономической ситуации в электроэнергетике России обоснована актуальность работы. Сформулированы цель и задачи исследования. Дается краткая аннотация содержания работы по главам. Сформулированы научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные результаты, выносимые на защиту, и структура диссертации.

В первой главе диссертационной работы раскрывается актуальность выбранной тематики исследования, обосновывается необходимость повышения эффективности эксплуатации уже существующих ВЛ путем резервирования рабочих фаз. В заключении главы детализируются задачи исследования, решаемые в диссертационной работе.

Во второй главе рассматривается возможность кратковременного использования стального грозозащитного троса в качестве четвертого провода для обеспечения сохранения работоспособности ВЛ на время проведения по-фазной плавки гололедных отложений. Определены функциональные зависимости изменения сопротивления троса от величины протекающего по нему то-

ка. Разработана математическая модель электропередачи со стальным тросом в качестве резервного четвертого провода с учетом изменения сопротивления стального троса в зависимости от протекающего по нему тока. Рассчитаны параметры режимов ВЛ 110-330 кВ при передаче электроэнергии по стальному ' тросу. Произведена технико-электрическая оценка влияния параметров троса на несимметрию и потери напряжений. Построены графические зависимости коэффициента несимметрии и потерь напряжений, распределения токов и напряжений по фазам в зависимости от передаваемой по линии мощности. Рассмотрены возможные пути улучшения качества напряжения при использовании троса в качестве резервного провода.

В третьей главе производится анализ использования четвертого провода с параметрами рабочей фазы. Разработаны математическая модель, учитывающая конструктивную несимметрию линии, которая позволяет учитывать пофаз-ное различие параметров проводов ВЛ, обусловленное изменением пространственного расположения проводов линии при поочередной замене одной из рабочих фаз четвертым проводом. Рассчитаны параметры и произведена оценка режимов такой электропередачи. Построены гистограммы коэффициентов несимметрии, потерь напряжения при поочередной замене рабочих фаз четвертым проводом.

Произведены расчет параметров и оценка режимов при повышении мощности четырехпроводных ВЛ 110-330 кВ за счет параллельного включения четвертого провода с одной из рабочих фаз. Построены гистограммы коэффициентов несимметрии, потерь напряжения при поочередном параллельном включении рабочих фаз с четвертым проводом.

В четвертой главе представлены разработанные принципиальные схемы управления четвертым проводом, позволяющие осуществлять пофазное переключение рабочих фаз на четвертый провод, для осуществления пофазной плавки гололедно-изморозевых отложений или пофазного ремонта, и вводить в работу четвертый провод для повышения мощности ВЛ. Рассмотрена логика

работы автоматического включения четвертого провода при устойчивых однофазных повреждениях линии.

Разработан критерий оценки эффективности проведения пофазной плавки гололедных отложений на ВЛ с четвертым резервным проводом.

В пятой главе рассматривается технико-экономическое обоснование вариантов использования четвертого провода на ВЛ 110-330 кВ в зависимости от напряжения. В качестве показателей экономической и финансовой эффективности были приняты следующие показатели: чистый дисконтированный доход, индекс доходности, срок окупаемости.

Разработана методика оценки эффективности эксплуатации четырехпро-водныхВЛ 110-330 кВ.

В заключении приводятся основные результаты и выводы, полученные в диссертации.

Методы и средства исследований. В работе использованы: инженерные и численные методы, реализуемые на ЭВМ; матричный подход анализа многопроводных цепей; метод расчета электрических параметров в фазных координатах; метод зеркальных отображений; аппарат математического компьютерного моделирования - расчеты осуществлялись на базе программного комплекса МаЙаЬ; при определении экономической целесообразности эксплуатации четы-рехпроводных ВЛ был использован метод расчетных затрат.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается применением теории электропередачи и теоретических основ электротехники, подтверждается ре�