автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Система электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в регионе Сибири

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.П. ГОРЯЧКИНА

04

На правах рукописи Жанаев Дашацырен Тупшмилович

УДК 621.315.1.025 (043.3)

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В РЕГИОНЕ СИБИРИ

Специальности: 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре "Радиоэлектроники" Сибирской государственной геодезической академии (НИИГАИЮ

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор М.С.Левин .член корреспондент РАН, д.т.н., профессор Г.Н.Александров • ,• д.т.н., профессор В.Г.Куравлев

Ведущая организация - . Западно-Сибирское научно- .

исследовательское, проектно--изыскательское и-конструк-торско-технологическое АО "Запсибсельэнергопроект"

Эаиуяа состоится " j'JJ"____1995 г. в 13 час.

в Ленинской аудитории 15 уч.корпуса на заседании диссертационного совета Д 1Я0Л2.0Х Московского ордена Трудового Красного Зна- . мени государственного агроинженерного университета vim. В.П.Горяч-кина по адресу. 127550, г.Москва, Тимирязевская'ул., д. 58, МГАУ.

С диссертацией можно МГАУ. '

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

9К9 Подписано в печать 25 марта 1995 г. Объем 2.1 печ.листа 2.0 уч.-изд. листа. Заказ 23. Тираж 100.

630108, г. Новосибирск, 10S, Плаютиого, 8, РИО, КПЛ СГГА

ознакомиться в библиотеке университета

А

В.И.Загинайлов

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЙ.

Актуальность проблемы. Энергетической программой страны ка . длительную перспективу в качестве одной из важнейших проблем оп- . радиана задача повышения эф^нтивностийу1шде<)нарования систем -влектроснабаения (СЭС).

Обеспечение эффективности работы-СЭС является актуальной проб- . лвмой и остается одно! из ванаейших.народнохозяйственных задач. Решение этой проблема должно осуществляться кар на стадии шроиэк- ' тивного планирования развития электрических сетей, .так и на отада их конкретного проектирования и. экошуатйщш.' ■

Опыт проектирования и эксплуатации сетей внешнего .эдектрооЁаб-яения сельскохозяйственных (с.х.) пйтрейителей в регионе Сибири показывает, что оно в основном осуществляется, па одцоцэппга протяженная тупиковняМ 35 и 1Ю.кВ, а-в некоторых, случаях-и по ВД • 220 кВ. От таких протяжённых ВЛ- осуществляется значительное коли--чество промежуточных отборов мощнооти. Трасса этих В! в большинстве случаев проходат в районах- с тянагаш.клкматическиыи и прйрод-но-географичеогаши условиями, а такге в условиях бездорожья. Эксплуатационная надежность таких электропередач недостаточна, ток как вероятность возникновения аварий й- время, затрачиваемое иа ее обнаружение и ликвидацию в этих условиях,, значитедаы. Все это црнводат к существенному народнохозяйствэнногду ущербу. В связи о этим в указашшх районах особенно остро стоит проблема обеспечения надежности СЭС отдаленных о.х. потребителей, не имеющих электросетевого резерва*

Одним из основных и, наименее, надежных-элементов СЭС, определяющих эффективность-и;: функционирования, являвтея воздушные линии (ВЛ) электропередачи, роль которых с дальнейшим развитием электроэнергетики' все больше возрастает. В,связи с этим для резервирования СЭС превде всего необходимо разработать технические средства, обеспечивающие эффективность-функциошровашя питащих одноцзпных ВЛ. .Следует отметить, что в последние годы в регионе Сибири наблюдается тенденция постепенного сокращения- проектирования и сооружения ВЛ 35 кВ, а также замены сущестдундих линий 35 кВ электросетями ПО кВ.

Анализ градационных способов резервирования СЭС и.повышения эффективности функционирования магистральных сетей показывает, что существующие способы решения этой задачи могут оказаться не всегда приемлемыми по эконсмичеоким и техническим соображениям.

В связи о этим проблема разработки и внедрения альтернативных способов повышения эффективности функционирования магистральных сетей становится весша актуальной.

В последние года рядда организаций предложены ВЛ нового типа, обладающие повышенной пропуокной способностью и лучпдши технико-экономическими показателями (ТЩ), чем линии традиционного исполнения. Основная цель этих предложений - улучшение ТЭД как многоцепных, так и одаоцепных ВЛ сверхвысокого напряжения (СВН) в нормальных эксплуатационных режимах и снижение их экологаческого влияния на окружающую среду. Эпт ВЛ могут найти практическое применение, в основном, на электропередачах СВН, несущих значительные нагрузки. Однако, структурный и режимный анализ сетей высоких нацряжений показывает, что наибольшее распространение (удельный вес их по протяженности составляет 88?) во всех регионах страны получили слабо-нагруженные одноцепные ВЛ ПО кВ 74$) и 220 кВ 03%) и они, в основном, выполняют распределительные функции. В связи с этим для обеспечения надёжности СЭС с.х. потребителей в регионе Сибири необходимо повысить эффективность функционирования одаоцепных слабона-груженных ВЛ 1Ш и 220 к£.

Работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами ГКНТ: 05.2l.0I "Разработать способы и технические средства развития систем электроснабжения сельских районов с учетш комплексной автоматизации электрических сетей", 0.01.12Ц "Повышение надежности и эффективности электрических сетей 110-750 кВ на основе внедрения новых прогрессивных шдов конструкции воздушных линий, подстанции и электротехнического оборудования" и межвузовской целевой комплексной Программой "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических сетях", а также с учетом Постановления & 5 Совета Министров РСФСР от 4.OI.I99I г.

Цель работы:

1. Установление общей закономерности повреждаемости элементов СЭС, особенно наименее надежного из них, и выявление факторов, влиящих на это.

2. Разработка на их основе технических средств для повышения эффективности функционирования одноцепных Ш 110 и 220 кВ.

3. Анализ и обобщение средств обеспечения надежности СЭС и повышения эффективности функционирования одаоцепных ВЛ.

В соответствии с указанной целью основные задачи, решаемые в работе, состоят в слздуэшем:

I. Анализ показателей надежности элементов СзС и выявление наименее нгленного из них, определяющего эффективность функционирования СЭС в целом.

'¿. Анализ традиционных способов обеспечения надежности СЭС и обоснование целесообразности повышения эффективности функционирования одноцепных ВЛ II0 и 220 кВ.

3. Выявление и анализ факторов, влияющих на работоспособность ВЛ и разработка гехничесгя;; средств для повышения эффективности функционирования одноцепных линий электропередач.

Обоснование и разработка методов расчета режимов многоцепных электропередач с пофазно различные распределскккпли параметрами и реализация на ЭВМ.

5. Исследование различных эксплуатационных рахимов ВЛ с резервной фазой (Ра) разного варианта исполнения, обоснование возможности осуществления ОАПВ и определение области их применения.

6. Разработка средств автоматики, обеспечивающих повышение эффективности функционирования ВЯ с Р^ разного варианта исполнения при их эксплуатации в четырех, - трех - и двухпроводные регдмах.

7. Сопоставление ТЭП В)1 различного варианта исполнения и сравнение их по надежности функционирования.

8. Применение разработанных методов и предлагаемых технических решений при проектировании и эксплуатации реальны:: объектов.

Научная новизна работы состоит в том, что в диссертации впервые:

1. Предложена принципиально новая концепция резервирования СЭС с.х. потребителей и повышения эффективности функционирования одноцепных ВЛ, основанная на статистическом анализе повреждаемости элементов СХ и вероятности возникновения однофазного повреждения в линии.

2. Разработаны на оснозе общего подхода ВЯ новой конструкции (с Р&), обладающие лучгими ТЗП по сразнегеп с линиями традиционного исполнения и определены целесообразные области их применения в зависимости от различных факторов.

3. Обоснована;возможность осуществления ОАПВ на ВД с Рй -'. исходя из допустимых • значений установившегося тока подпитки ЛУГи:и восстанавливающегося'напряжения в отключенной фазе после ' гашения .дуги подпитки, а также длительности бестоковой паузы ОиШВ. Предварительно-были установлены расчетные . условия на основе' шал из а факторов, влияющих на' величину исследуемых: па. раме.тров. •..••.''

■ 4. СЬрёделены устойчивые признаки повреждения, позволяющие выявить ^ особую фазу при несимметричных коротких эамыйаниях. На их .'основа разработаны средства автоматики, обеспечивающие - Пбвышение эффёктивдости функщошгровашш ВД с РФ в четырех - , тр.ех -;,-и двухпроводных режимах эксплуатация..

■ 5; Рекомендован комплекс симметрирующих .устройств, позволяющих ' значительно^ уменьшить 'нес'имметрию параметров • режима четы- . рех' -• и двухпроводных электропередач' и 'реализуемых на базе типового электрооборудования, .находящегося в -эксплуатации распределительных сетей.

6. Обоснована целесообразность применения метода фазнмзс координйт для исследования и .анализа различных ' эксплуатационных режимов многоцепных электропередач с-: пофазно "различными распределенными параметрами. Алгоритм предлагаемого метода основан на применении .уравнений узловых напряжений к многополюсникам. На основе предложенного метода разработана программа, позволяющая рассчитать-по единому алгоритму нормальный, ремонтный,- пос-леаварийщй и аварийный С с любым, произвольным числом продольной и поперечной несимметрии одновременно)' режимы многодетных элект- . ропередач с .учётом н'есимметрии параметров по • фазам.

, 7. Предложена инженерная.методика расчета одйоцепной трехфазной несимметричной четырехпроводной (ВД с одним дополнительным проводом в одной из фаз) электропередачи в симметричных координатах для использования в проектно-эксплуатационной практике и процессе обучения.студентов электроэнергетических специ- : альностей. •

Общая методика выполнения исследований. Разработка ВЛ, обеспечивающих повышение пропускной способности их в различных

: эксплуатационных резаках, осуществлялась на базе системного анализа и, преяде всего, на таких принципиальных положениях как:

1. Системность постановки задач, целей и критериев.

2. Вцпеление границ и структуризация с выявлением сущест -венных свойств системы.

При этом применена общая теория надежности технических систем, теория вероятностей, теория матриц,'математическая статис -тика. Кроме того, при разработке средств системной автоматики использовала теория алгебры логики (или булевой алгебры). Проверка эффективности предложений, разработанных в диссертации, и исследование ре;жмов Ш1 разной структуры производилась с помощью расчетов на ЭВМ методом фазных координат и в некоторых случаях на базе натурных экспериментов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработанные ВЛ с Р® позволяют повысить эффективность функционирования-пе только распределительных сетей, но и сис -темообразующих сетей различного класса напряжений. Предложение об использовании Р® находит применение в Сибирском ШИ энерге -тики (СибНИИЭ), в Сибирском, Казахском и Среднеазиатском отде -лениях института- Энергосетьпроект (ЭСП), Ленинградском государственном техническом университете (ЛИГУ), Белорусском политех -ническом институте (БШ),а также в ОЭС Сибири и Средней Азии при разработке линии электропередачи повышенной пропускной способности в различных эксплуатационных режимах.

2. Разработанные средства автоматики обеспечивают селек -тивный выбор поврежденной фазы и селективное переключение ком -мутационных аппаратов в сетях высоких и сверхвысоких напряне -кий независимо от режима нагрузки и длины ВЛ.-

3. Рекомендованный комплекс симметрирующих устройств, обеспечивающих значительное уменьшение не симметрии параметров ре-зкима ВЛ с Ри позволяет повысить пропускную способность традиционной линии электропередачи при их аварийных и преднамерен -пых отключениях.

4. Полученные расчетные условия для выявления возмохчости осуиествлспия ОАПВ на ВЛ с PS позволяет определить допустимые значения установившегося тока подпитки дуги и восстанавливаю -шсгося напряжения в отключенной фазе в бестоковуэ паузу ОАПВ линии электропередачи традиционного исполнения.

5. Разработанный метод фазных координат- (ойцая методика) . позволяет рассчитать различные эксплуатационные режимы одноцеп-нсй и многоцепной ВЛ с любым произвольным числом продольной и поперечной несимметрии одновременно и находит широкое применение в СибНИИЭ, в 'Сибирском и Киевском институтах "Энергосеть-проект", Новосибирском электротехническом институте (НЭТИ) цри выполнении научно-исследовательских, хоздоговорных и проектных работ, а такае цри выполнении курсовых и диплсмных .проектов.

6. Рекшендованныё частные методики вычисления электрических величин позволяют .рассчитывать нужные параметры M различной структуры и находят применение в•эксплуатационной и проектной практике.

7. Часть предложенных технических средств и методических разработок используется в учебных процессах для студентов электроэнергетических' специальностей при выполнении учебно-ясследова-тельских работ, курсовых и даплшных- проектов.

Таиж образом, практическая ценность работы состоит в конкретности и достоверности рекомендаций построения и развития ВЕенних сетей CSG, обеспечивающих экономически обоснованное расходование народнохозяйственных ресурсов. Основные положения и результаты работы в целом дают основу разработки боже совершениях схем внешнего электроснабжения объектов народного хозяйства, обеспечивающих эффективность функционирования их в различных эксплуатационных режимах.

Реализация результатов работы. По ходу исследования проблемы повышения эффективности функционирования ВЛ и по их результатам в СдбНИИЭ и Сибирском институте "Энергосетьпроект" выпол- . нен ряд научно-исследовательских и хоздоговорных работ, по кото-рш выпущено 4 отчета.

Предложения по црименению несимметричных режмов электропередач нашли внедрение в Камчатскэнерго, Сахалинэнерго и Еурят-энерго, а такке Новосибирскэнерго.

В Сибирском институте "Энергосетьпроект" разработано предложение по црименению ВЛ с резервной фазой и на базе его выполнены технико-экономические -расчеты по ВЛ НО кВ, предназначенной для электроснайнения Ханты-Мансийского национального оккуга. Цри этом определен экономический эффект от внедрения одноцепной ВЛ с

резервной фазой вместо двухцепной. Выявлена экономия цроаода, изоляторов и арматуры. В этом же институте также составлен перечень проектируемых ВЛ в регионе Сибири, Дальнего Востока и. .Крайнего Севера", где'могут найти применение линии алектроперэ-■ дата с ВБ в сочетании со средствами системной автоматики. Ориентировочная длина ВЛ ПО и 220 кВ, которые целесообразно проектировать и сооружать в четырехпроводнем исполнении в ОЭС Сибири, составит на уровне 2000 года около 3500 км, что обеспечит эко-. нсмическай эффект от внедрения данного предложения минимум 3500 тонн провода.

По проектам Среднеазиатского института "Энергосетьпроект" сооружены п успешно эксплуатируются четырехпроводные ВК ПО и ' 220 кВ, трассы которых проходят в отдельных районах Туряаении и Таджикистана.

В Казахском институте "Энергосетьпроект" ведутся работы по повышению эффективности функционирования ВЛ на базе использования линии с РФ, в качестве которой используется изолированный грозозащитный т^осс марки АС.

В СибНИИЭ в рамках научно-исследовательских и хоздоговорных работ рассмотрены вопросы перевода эксплуатируемых одноцэптга . ВЛ ПО кВ (Карагадцаэнерго) и 220 кВ (Камчатскэнерго) в режим Яшин о резерЕнш проводом.

Прздлогешше методы расчетов режимов несимметричных электропередач широко используются в СибНИИЭ, НЭТИ и в ряде институтах "Еззргоойтьпроект" пря выполнении научно-исследовательских, хоздоговорных, проектных и учебно-исследовательских работ.

Основные ПОЛОГ.ЗШЯ. выносимые на защиту:

1. Обоснование целесообразности применения РЭ для повшо-ния эффективности функционирования одпоцзпных ВЛ и надеаносга элзктроснайжзгаш потребителей, на пмещих электросетевого 'резерва.

2. Разработку и обоснование метода фазных координат для расчета и анализа режимов многоценных электропередач с пофазно различным распределительными параметрами.

3. Результаты исследования различных эксплуатационных режимов ВЛ с РФ, вопросы симметрирования параметров режима электропередачи и определение области применения предлагаемых линий.

&

4. Выявление факторов, влияющих на уровни тока подпитки дуги и восстанавливающегося напряжения в отключенной фазе после гашения дуги подпитки, и обоснование возможности осуществления ОАПВ на ВЛ с Р».

5. Разработку средств автоматики, обеспечивающие повышение эффективности функционирования ВЛ с Рй различного варианта исполнения при их эксплуатации'в четырех-, трех- и двухпроводных режимах с учетом установки этих "устройств как со стороны пере -дающей-(головной) подстанции, так и со стороны приемной или промежуточной подстанции.

6. Сопоставление ТЭ11 ВЛ-различного варианта исполнения, сравнение их по надежно.сти функционирования -и области применения ВЛ с РФ.

7. Внедрение предлагаемых технических решений для повыше -ния эффективности функционирования проектируемых и эксплуатируемы/: ВЛ в ОЭС Сибири и Средней Азии.

Апробация работы. По' ходу выполнения и по результатам диссертационных исследований были сделаны сообщения на научно-тех- ■ нических конференциях, семинарах, совещаниях и т.п., основными из которых являлись: Всесоюзная научно-техническая конференция энергетиков,"г.Ташкент, 1976т.; научно-техническая конферен -ция "Электрификация производства как фактор повышения эффективности сельского хозяйства", г.Красноярск, 1981 г.; Всесоюзная научно-практическая конференция, г.Барнаул, 1983 г.; научный семинар кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" НЭТИ, г.Новосибирск, 1983 г.; научный семинар кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" КПИ, г.Красноярск, 1985 г.; объединенный научный семинар "Методы анализа режимов слоиных электроэнергетических систем" и "Повышение качества и эффективности использования электрической энергии" при ИЭД АН УССР, г.Киев, 1986 г.; научный семинар кафедры "Электрические системы и сети" БПИ, г.Шнек, 1986 г.; научный семинар кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" Мариупольского металлургического института,- г.Мариуполь, 1987; П Всесоюзная научно-техническая конференция "Пути экономии и повышения эффек -тивности использования электроэнергии в системах- электроснабжения промышленности и транспорта", г.Смоленск, 1987 г.; науч-

ный семинар кафедры "Электрические системы" УПИ, г.Свердловск, 1987 г.; объединенный научный семинар кафедр "Электрические системы", "Электрические, станции" и "Электрические аппараты" ЛШ, г.Ленинград, 1987 г.; научный семинар кафедры "Электрические систеш и сети" ЬШ, г.Москва, 1988 г.; научно-техничес -кая конференция "Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях", г.Ыосква, 1990 г.; научно-техническая конференция "Повьыение эффективности и качества элеятро -снабжения", гАриуполь, 1990 г.; Всесоюзный научно-техничес -кий семинар "Лиши электропередачи повышенной надежности и у увеличенной пропускной способности", г.Ленинград, 1991 г.; Всесоюзная научно-практическая конференция "Пути экономии и повышения эффективности использования электроэнергии в систе - _ мах электроснабжения народного хозяйства", г.Барнаул, 1992 г.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано ~ок6-~ ло 40 печатных работ, выпущено 4 научно-исследовательских отчета, получено 7 авторских свидетельств на изобретения,2 монографии.

Структура и объем работы. Дтссертация состоит из введе -ния, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы '252 страницы. Основная часть - 240 страниц, из которых 188 машинописного текста, 37 таблиц на 31 странице и 36 рисунков на 20 страницах. Библиография включает 154 наименований,;.- Приложения содержат 12 страниц. ■ . • ' *

/V ' КРАТКОЕ СО^РЖШЕ РАБОТЫ

. . / / ; / ^

Во введении- дан краткий/обзор совремеиного.состояния проблемы повышения:'эй фективностд фузрционироваш^я ВЛ. Рассмотрены традиционные пути-решения этой задачи^, Обоснованы значимость проблемы и актуальность-темы диссертации, определены цели и задачи исследования, приведены^ведения о научной новизне, практической ценности и реализации"результатов работы, сформулированы положения, выносимые.на защиту; -

В первой главе "Концептуальные положения разработки эффективных систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей" выполнен анализ показателей надетлости элементов СЭС и

выявлено, что наименее надежным из них являются ВЛ. В связи.с этим роль ВЛ в повышении эффективности функционирования СЭС является определяющей. Структурный и режимный анализ состояния электрических сетей высоких напряжений показывает-, что наибольшее распространение во всех регионах страны получили сл'абонагруженные ВЛ ■ НО и 220 кВ, которые в основном (110 кВ - .74%" и 220 .«В 8ЭД сооружены в одноцепном исполнении и выполняют функцию магистральг ных электропередач. . -

Рассмотрены некоторые особенности развития функционирования сетей внешнего электроснабжения объектов народного хозяйства в регионе Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. Отмечено, что ввиду слабой заселенности указанных районов ид силу рассредото.-ченности потребителей в этой зоне, электрификация объектов, в основном, осуществляется путем сооружения протяженных одноцепных ВЛ класса напряжений ПО - 220 кВ. Указано, что протяженность этих сетей в некоторых- случаях значительно превышает.экономически оптимальную величину и в связи с этим эксплуатация ■ таких • электропередач, проходящих в районах с тяжельет климатическими условиями и в условиях бездорожья, существенно усложняется, Делается заключение о том, что все это снижает надежность электроснабжения из-за увеличения вероятности аварийных отключений питающих ВЛ, а также из-за увеличения времени обнаружения места повреждения и восстановления нарушенного электропитания. Отмечено, что подобные трудности возникают также при эксплуатации электрических сетей в ряде районов Среднеазиатских республик.

Выполнен анализ традиционных способов обеспечения надежности электроснабжения и указано, что они не всегда приемлемы по техническим и экономическим соображениям. Так, повышение надежности СЭС путем сооружения второй цепи ВЛ при наличии достаточного резерва по пропускной способности первой цепи сопряжено с существенными затратами и поэтому далеко не -всегда может оказаться экономически эффективным. Повышение надежности СX сооружением замкнутых электросетей не всегда 'бывает- экономически оправданным в силу удаленности потребителей, электрической энергии друг от друга. Кроме того, может оказаться технически затруднительным строительство замкнутых электросетей по природ- .

но-географическим условиям, например, в горных районах, болотисты;: местах, зоне тундры и песках Туркмении. В связи с этим возникает . проблема поиска альтернативных путей решения задачи резервирования сетей внешнего электроснабжения отдаленны:-: потребителей, не имеющих электросетевого резерва.

Проведен также анализ существующих способов повышения эффективности функционирования как одноцепных, так и многоцепных ВЛ СВН,-основанных на компенсации их параметров. • Применительно ' к одноцепной ВЛ переменного тока -подобно предложения сводятся' ' к увеличению числа и радиуса расщепления проводов- в фаае" , а также сближений проводов соседних фаз. Улучшение ТЭП двухцеп-ных (в общем случае многоцепных) ВЛ СВН достигается за счет сближения проводов соседних цепей и создания между цепями фаао-г вого сдвига, напряжений. Основная цель этих предложений - улучшение ТЭП ВЛ СВ Н в нормальны;: эксплуатационных режимах и снижение их экологического влияния на окружающую среду." Отмечено, что в структуре компактных одноцепных ВЛ с расщепленными проводами заложено условие (свойство) резервирования СЭС. Эти ВЛ могут найти практическое применение, в основном, на линиях СВН, несущих значительные нагрузки. Однако, как было указано выше, подавляющее большинство ВЛ ПО и .220 кВ эксплуатируются с нагрузкой ниже натуральной мощности. В связи- с этим проблема поиска, разработки- и внедрения альтернативны;: способов повыше -ния эффективности функционирования одноцепных тупиковых ВЛ ПО и 220 кВ, трасса которых проходит в указанных выше- районах и обеспечиваздих внешнее электроснабжение отдаленных потребителей, не имеющих-электросетевого резерва, остается актуальной зада -чей. _ . ■ •

Выполненный анализ автоматических- устойчивы;: и преднамеренны;: отключений ВЛ показывает, что для повшения эксплуата -ционной надежности одноцепных ВЛ необходимо разработать и внедрить такие организационно-технические мероприятия, которые позволили бы осуществить пофазный ремонт линии и пофааную плавку гололеда, а также сохранить работоспособность электропередачи в послеаварийных режимах, особенно, при наиболее -частом виде повреждения.

Опыт эксплуатации сетей различного класса напряжений попа-зывает, что из всего многообразия аварийных ре;хшов наиболее

частым является однофазное повреждение. Так, в сетях НО и 220 кВ доля этого вида повреждения составляет около 80 - 85$. С повышением класса напряжения сети доля этого вида короткого замыкания возрастает. В связи с этил актуальным отановится вопрос о целесообразности резервирования не всей цепи, а лишь только одной фазы. В качестве Рй монет быть использован четвертый провод, а в отдельных случаях - изолированный грозазащит-ный трос марки АС соответствующего сечения. Одним из главных аргументов такой постановки задачи следует считать, что развитие СЭС происходит во времени. В связи с этим целесообразно осуществлять капиталовложение средств, материалов и 'оборудования" поэтапно по мере роста электрической нагрузки потребителей. Однако, при этом'не 'ставится вопрос о переводе всех или большинства одноцепных и двухцепных ВЛ на работу линии с РФ, а лишь тех, где это целесообразно по технико-экономическим соображениям.

Во второй главе "Разработка и обоснование методов анализа режимов линий электропередачи с резервной фазой" для исследования различных эксплуатационных режимов ВЛ с РФ выполнен анализ существующих методов расчета несимметричных режимов. Отмечено, что в настоящее время расчеты симметричных режимов элек- • трической сети выполняются одними методами, а несимметричных режимов - -другими методами.

В общем случае ВЛ с РФ следует рассматривать как многоцепную электропередачу с лофазно различными распределенными параметрами. Причем, количество 'резервны?; проводов по фазам в общем случае может быть различным. В связи"с этим расчеты различных эксплуатационных режимов таких электропередач целесообразно проводить по единому алгоритму.

^ан анализ существующих методов расчета несимметричных режимов электрической сети. Указано, что в настоящее время при исследовании несимметричных режимов электропередач, наибольшее распространение получил метод симметричных составляющих и его различные модификации. Они позволяют рассчитывать несимметричные режимы любой сложности. Однако, вследствие большой громоздкости и трудоемкости расчетов в каждом конкретном случае,возникает задача выбора такого метода, который наиболее подходит для решения данной задачи и дает наиболее быстрое и правильное

решение, лучше•реализуется на ЭВМ. В этом плане для расчета несимметричных режимов одноцепных ВЛ наиболее приемлемым является метод активного трехполюеника (матрично-векторных параметров). Однако, применение данного метода к многоцепным ВЛ встречает значительные трудностихв Математическом описании процессов, происходящих в электрической сети при учете и согласовании граничных условий в нескольких точках неоимметрии одновременно, •а- особенна-при наличии несимметричных' элементов по фазам. В этих случаях вычисление электрических величин становится громоздким и сложным не только в аварийных и послеаварийных режимах, но и в нормальных.

Предложен метод фазных' координат, алгоритм которого основан на применении уравнения узловых"напряжений к многополюс -никам. Этот метод позволяет рассчитывать различные экеплуата -ционные режимы многодетных электропередач с учетом несимметрии параметров элементов электрической сети по фазам. Отмечено, что алгоритм расчета разрабатывался применительно к' многоцепной линии электропередачи. Вывод расчетных уравнений алгоритма проводился в работе на примере схемы замещения двухцепной электропередачи. При этом все элементы (участки линии, промежуточные отборы мощности, компенсирующие или настраивающие устройства , передающая и приемная- системы) электропередачи соединены между собой по'"цепочечной схеме (каскадное соединение четыре:;:полюсни-ков). Дня каждого узла "к" схемы замещения составляются уравнения по первому закону Кирхгофа, а значения токов определяются из основных -уравнений четырехполюсника. При наличии промежуточного отбора мощности в данном узле, ток отбора вычисляется по полной мощности (или проводимости) нагрузки и напряжению этого узла,- Составляя аналогичные уравнения для всех узлов схемы замещения и вычисляя.значения токов в этих узлах, получают исходную расчетную матрицу электропередачи (I), в которой

Её особенности для цепочечной схемы является то, что она близка к диагональной. В исходном матричном уравнении собственные и взаимные проводимости, а также ЭД! ~ концевых схем считается

известными и заданными в фазных координатах. Далее, применяя, алгоритм Гаусса, приводят полученную исходную матрицу- коэффициентов к нижнему треугольному виду удобному для нахождения напряжений любого узла "к". Преобразования проводятся над отроками матриц от третьей до пЫ " включительно, а остальные строки исходной матрицы "остаются без изменения. После такого преобра -зования исходная матрица приобретает вид (2), где ^

Затем рассчитываются фазные напряжения в каждом промежуточном узле схемы, начиная с третьего до " А/ ":

иЧкУ^-Е^'1^) .

По найденным значениям напряжений определяются фазные токи и мощности в каждом узле схемы.

На базе предложенного алгоритма разработана программа на ЭВМ, позволяющая по единому алгоритму рассштать нормальные, ремонтные и послеаварийные,- а также "аварийные режимы многоцепной электропередачи с произвольным числом "несимметрии-одновременно. При вариации режима нагрузки изменяются лишь проводимости отборов мощности. При коротком замыкании в любой произвольной точке электропередачи изменяются только собственные и взаимные проводимости поврежденного узла. Так, например, при замыкании какой-либо фазы на'земли," ее потенциал становится равным нулю, поэтому параметры этой фазы не учитываются (в строках и столбцах матриц записываются нули), поскольку эта фаза" становится как бы нулевым проводом. При коротком замыкании двух фаз между собой они имеют один общий -потенциал и их соответствующие параметры складываются, а для сохранения порядка матриц прово'-димостей все освобождавшиеся строки и столбцы заполняются.нулями, а на месте диагонального записывается~единица.

По предложенному алгоритму и разработанной программе вы -полнены исследования'различных эксплуатационных режимов ВЛ с • РШ разной модификации.

Разработана также инженерная методика расчета одноцепных ВЛ. с дополнительным проводом с целью использования ее в процессе обучения студентов электроэнергетических специальностей • и эксплуатации ВЛ с РФ.

[y; Y«"! e«' [1,1

Y,1 Y,3 • • • - • • E* Î.2.

YÍ Y? y; u, 0

- Yî y; Y/ u4 0

•

Y*"1 TK YKK "C • • UK — 0

Y« •K+I y** yK* U* 0

•

yN-3 'N-4 yN-l •N-2 y"4 0

wM-i Y«-1 "N-l y;, Un-, 0

к y"-' 'N y;J 0

[y; еГ "1."

YÍ YÍ Ъ I2.

H3 Y3Z w3 • u3 0

H4. y; w4 u4 0

HK • y: wK uK — 0

KM • y1"* 'K»l UL. 0

H« с Wj 'Vî uM 0

H«., Im-I W 0

Y и ы Г t. Ü, 0

В третьей главе " Исследование'режимов работы линий электропередачи с резервным проводом и разработка- технических.,-средств для повышения их пропускной способности в послеаварий -ных режимах" изложены исходные условия исследования и анализа режимов ВЛ с РФ. Отмечено, что в качестве резервного провода может применяться изолированный грозозащитный -трос марки АС или четвертый провод, который в нормальном эксплуатационном, режиме находится в отключенном состоянии и включается автоматически в послеаварийных или ремонтных режимах (ряс.1).

Предложена схема электропередачи с РФ, в качестве которой используется изолированный грозозащитный трос марки АС; Она содержит три токоведущих провода и грозозащитный трос, изолиро -ванный на фазное напряжение на всем протяжении ВЛ. Первоначальные капитальные затраты на изоляцию'"троса и установку разъеди -нителей по- концам-линии не превышают -6-8$ от стоимости сооружения ВЛ традиционного исполнения.

В нормальном эксплуатационном режиме все линейные разъединители (или отделители) включены, а разъединители в цепи троса отключены. При повреждении, одного из токоведущих проводов, .из -биратель поврежденной фааы выбирает особую фазу и запоминает ее, а устройство .релейной защиты отключает выключатель линии. При .устойчивом коротком замыкании в бестоковую паузу АПВ (или ОАБВ) отключается разъединитель (или отделитель) в цепи поврежденного провода и вместо него включается соответствующий разъединитель в"цепи троса. После этого передача энергии осуществляется по двум "Проводам и по""тросу, т.е. по системе ДПГ.

Проведенные исследования послеаварийных и ремонтные режимов предлагаемой электропередачи показывает, что уровни напря -жения в линии практически не отличаются от режима обычной ВЛ традиционного испЪлнения, а несимметрия - несколько выше, чем у обычной трехпроводной электропередачи, но значительно ниже допустимых по ГОСТ 13109-87 значений. В связи с этим рассматри-ваемую.ВЛ можно применять в том же "диапазоне, изменения длин и нагрузки, в котором эксплуатируется обычная линия традиционного исполнения.

Описаны способы закрепления троса, изолированного на фаа-ное напряжение. Отмечены"достоинства и недостатки рассматриваемой ВЛ. Указано, что в ряде энергосистем применение предлага-

емой ВЛ может иметь определенные ограничения: В грозовой сезон трос должен использоваться по своему основному функциональному назначению. В некоторых случаях мощность, передаваемая по системе ДГГГ, может иметь" ограничения "по тепловому режиму троса. В связи с этим в ответственных протяженных' сетях НО кВ, и осо -бенно, 220 кВ, трасса которых проходит в районах'с тяжелыми климатическими, природно-географическими условиями, а также с интенсивными грозовыми явлениями, целесообразно в качестве РФ использовать четвертый провод, находящийся в отключенном сос -тоянии. При эксплуатации этого провода в качестве резервного .появляется необходимость контроля его' состояния. Такой конт -роль можно выполнить различными способами." Однако, наиболее просто этот вопрос решается, когда резервный провод используется в качестве ВЧ канала связи.

Предложены варианты схемы электропередачи с четвертым проводом, которые отличаются количеством и типом коммутационных аппаратов, установленных как в цепи основных проводов В Л так и в цепи РФ (рис.2); Указано, что в сетях 220 кВ и в ответственных сетях НО кВ целесообразно- устанавливать коммутационные аппараты с пофазным ^управлением. В сетях НО кВ, если время переключений может быть увеличено,то число"Выклячателей можно сократить за счет автоматического управления отделителями или разъединителями.

Исследованы послеаварийные и ремонтные режимы ВЛ с резервным проводом при вариации длины и нагрузки линии. Анализ результатов расчета показывает, что параметры режима линии практически не- отличаются от соответствующих параметров ВЛ традиционного исполнения. В связи"с этим ВЛ с резервным проводом можно применять в том же диапазоне вариации длин и нагрузки, в котором эксплуатируются обычные линии традиционного исполнения.

Предложены частные методики Для вычисления параметров режима ВЛ с резервным проводом. Если этот провод находится в отключенном состоянии, то он имеет с рабочими проводами линии электростатическую связь. В этом случае наведенный потенциал в четвертый провод определяется следующим выражением:

г »7г £ и°Р' (3)

1-0 ♦ом-мер

Если четвертый провод в нормальном эксплуатационном режиме находится в отключенном и заземленном по концам состоянии,то рабочие провода ВЛ оказывают на него электромагнитное влияние. При этом наведенная ЭДЗ в четвертый лровод описывается следующим уравнением: ^

Е+«уи)Ц9 (4)

Зная сечение провода,. длину линии (£) и число часов до-терь для графика нагрузки линии, можно определить потери энергии в контуре "провод-земля" за год. ■' •

Рассмотрены вопросы способа закрепления резервного провода и рационального размещения проводов линии на опоре .таким образом, чтобы было предусмотрено проведение пофазных ремонтов, ВЛ с частичным снятием, напряжения. Принципиально для этой .цепи могут быть использованы стандартные сщоры двухцепдай ВЛ или нес -колько видоизмененные стандартные, опоры одноцепной ВЛ, а также 2- Т-образные опоры. Однако, этот вопрос должен решаться с • учетом перспективы развития энергорайона, расположенного в зоне прохождения трассы электропередачи с РФ. Если электропередачу 'с резервным проводом рассматривать как первый этап соору- . кения и-эксплуатации двусцепной ВЛ, то целесообразно использовать стандартные опоры дву:Цепной линии. При этом вариант подвески резервного провода следует выбирать,руководствуясь соображениями удобства монтажа остальных проводов. Если по данным перспективного прогнозирования электрических нагрузок не намечается в будущем сооружение второй цепи, то электропередачи с РФ целесообразно построить с использованием модифицированной опоры одноцепной ВЛ. Дня этой цели достаточно заменить верхнюю траверсу I двумя нижними траверсами 3, а'две нижние - на верхнюю траверсу I.

Отмечено, что предлагаемые электропередачи имеют следующие преимущества по сравнение с одноцепной линией традиционного исполнения: "существенное повышение пропускной способности электропередачи в послеаварийных режимах и в режимах планового отключения (пофазный ремонт линии и пофазная плавка гололеда). Также указано, что ВЛ с четвертым - резервным проводом имеет следуощие преимущества по сравнению с вариантом сооружения двухцепной линии традиционного исполнения:

- значительное уменьшение стоимости сооружения электропередачи и снижение расходов по ее эксплуатации;

- существенная экономия проводниковых и изоляционных мате -риалов, которые могут быть использованы для сооружения других ВЛ, предназначенных для электроснабжения различных объектов народного хозяйства;

- отдаление срока строительства. резервируемой1 ВЛ или отказ от нее.

Показано, что для сохранения работоспособности ВЛ'с резервным проводом при двухфазных коротких зшлыканиях (в сетях ПО и 220 кВ их доля составляет -12-16$) целесообразно линию перевести в неполнофазный режим (НПР) работы. Дня увеличения мощности,передаваемой по неполнофазной линии, предлагается использовать отключенный'и заземленный по концам ВЛ провод в сочетании со схемно-режимной коммутацией электрической сети..

Предложен ряд частных методик для вычисления параметров режима ВЛ, работаищей-.-в НПР. Если отключенные провода (например, фазы А и РФ) находятся в_ незаземленном состоянии, то наведенные-потенциалы в эти провода приближенно определяются по формуле:

1/„аь~- -+ (5)

Со * ^См«р

В случае заземления отключенных проводов по концам ВЛ наведенные ЭДЗ в эти провода определяются: ■ /8" ' й£\

Цр+ 1-м(р

где 8я - угол сдвига между векторами напряжения в начале (Ц«) и в конце ( (Ук) линии. .

. Установлены законы изменения предельно-передаваемой мощности по неполнофазной линии-в зависимости от различных 'ограничений:

I. По условию допустимого перепада напряжения прямой последовательности вдоль линии: ' .

- ^К-^кХз),^ . (7)

у2

2. По условию допустимой величины напряжения обратной еледовательности на шинах нагрузки:

Р -\/ и^8огг% ХЯо+Х»япГ ,ПР"У 100 К ХЭо.Х3г Цк

Аналогично можно определить предельно-передаваемую мощ -ность по условию допустимой реличины тока нулевой последова - , тельности в линии и устойчивости нагрузки. '

Окончательно за предельно-передаваемую мощность следует принимать наименьшую из всех полученных мощностей. 'Если эта мощность окажется недостаточной для приёмной системы, то необходимо ее увеличить, используя симметрирующие средства.

В четвертой главе "Обоснование применения линий электропередачи с дополнительным проводом для повышения эффективности их функционирования" исследованы нормальные и послеаварийные (или ремонтные) режимы ВЛ с дополнительным проводом. В этом случае четвертый провод.в нормальном эксплуатационном режиме находится во включенном состоянии параллельно одному из рабочих проводов, а в режимах аварийного или преднамеренного отключения автоматически переключается вместо отключенного. Отмечено, что в зави -симостиот перспективы развития энергорайона, в зоне которого проходит Трасса' ВЛ, могут быть следующие варианты предлагаемой электропередачи: все четыре провода имеют одинаковое сечение; провод одной из фаа расщеплен на две изолированные полуфаэы; имеющие автономное управление.

В случае эксплуатации четвертого провода в режиме дополнительного ВЛ представляет"собой несимметричный элемент электри -ческой сети. В связи с этим возникает задача оптимального выбора фазы со сдвоенным проводом и рационального размещения проводов ВЛ на опоре таким образом, чтобы ВЛ с дополнительным прово- • дом вносила наименьшую нееимметрига в режим электрической сети. Проведенные исследования показывают:

I. При горизонтальном расположении проводов на опоре оптимальным вариантом сдвоенной фазы является параллельное подключение четвертого' провода к средней фазе на первом шаге транспозиции. В этом случае сдвоенные провода ■ одинаково влияют на одиночные провода и поэтому дополнительный провод вносит наи-

по-

(8)

меньшую несимметрию в рабочие параметры линии.

2. При вертикальном расположении проводов на опоре провода сдвоенной фазы Должны находиться на противоположных вершинах четырехугольника. При этом провода сдвоенной фазы находятся между проводами одиночных фаз. В этом случае взаимное влияние проводов' ВЛ приводит' к выравниванию рабочих реактивны:: парамет-•ров фаз,-и в связи с этим дополнительный провод вносит наименьшую несимметрию в рабочие параметры линии.

В целях 'определения области применения ВЛ с дополнительным проводом.были исследованы нормальные и послеаварийные режимы эксплуатации при вариации длины и нагрузки линии. Результаты анализа режимов позволяют сделать следующие выводы:

1. По ВЛ ПО и 220 кВ длиною соответственно до 200 и 150км ■ можно передавать.мощность не более натуральной. В этом случае коэффициенты несимметрии на шинах нагрузки не превышают допустимые значения но ГОСТ 13109-87.

2. При передача мощности более натуральной и при увеличе -нии длины ВЛ по сравнению с вышеуказанными значениями коэффициенты несимметрии на шинах нагрузки' превышают допустимые' по ГОСТ 13109-87 значений. В связи с этим в таких случаях появля -ется необходимость применения симметрирующих устройств.

■Рассмотрены различные способы компенсации несимметрии в линии с дополнительным проводом и проведен их сравнительный анализ. Показано,' что в распределительных сетях ПО'и 220 кВ наи -более простым и эффективным способом симметрирования параметров ВЛ с дополнительным проводом является применение поперечных реакторов, подключенные в местах коммутации четвертого провода. Эти реакторы находятся во включенном состоянии только в четы -рехпроводном режиме. Мощность реакторов выбирается таким обра -зом, чтобы уровни напряжения, коэффициенты неуравновешенности и несимметрии в сети находились в допустимых пределах. Так, например, при передаче мощности не более 1,5'РНат по ВЛ 220 кВ длиною до 400 км мощность шунтирующих реакторов не превышает 0,1»-

■* Рнат .

Определены ТЭП ВЛ с РФ для-различных режимов эксплуатации четвертого провода. Показано, что пропускная способность ВЛ с-дополнительным проводом увеличивается на 20-23^ по сравнению с линией традиционного исполнения, а потери мощности в линии

уменьшаются на 17-19$ йри передаче по ней мощности, равной мощности обычной, трехпроводной ВЛ. Однако, ухудшение качества электроэнергии обусловливает дополнительные потери в элементах СЭС. В связи с этим вопрос о выборе.'режима эксплуатации четвер-. того провода необходимо решать в "каждом конкретном случае отдельно. '

Обоснована возможность осуществления ОАЛВ на ВЛ с РФ. По -лучены'расчетные условия на-основе анализа факторов, влияющих на'величину тока подпитки (1„ ). и восстанавливающегося напряжения ( ^в ) в месте повреждения линии. При.анализе факторов, влияющих на величину, Гп и , использован принцип наложения: рассмотрены отдельно электростатическое (С) и электромагнитное (М) влияние рабочих ..проводов на отключенный провод.

Установлены- законы изменения 1п и ^в в зависимости от различных факторов:.

• I. Влияние места короткого замыкания (в начале - н, в конце - к,- в середине - с):

'•Гп'нк* „гВак Енаъ .

где Еэн , £зк - эквивалентные ЭДО источников -в начале и в конце ВЛ;' £наь — продольная.ЭЛР, наводимая в отключенной фазе токами, протекающими в рабочих проводах. Она определяется выражением (6).

Из- анализа выражения (9) следует, что электростатическая составляющая тока подпитки практически не зависит от места к.з. на линии, а электромагнитная составляющая - существенно зависит от места к.з. и имеет максимальное значение при повреждении по концам ВЛ. .

. Величины восстанавливающихся напряжений в месте к.з. определяются равенствами:

' ' ' • (Ю)

Если принять (продольное сопротивление ВЛ) по сравнению

с 2м<р и 2-ср, то ¿6x1 ра-вны между собой. Тогда из анализа выражения- СЮ) следует:

I. Электростатические составляющие восстанавливающихся напряжений в рассматриваемых точках практически одинаковы ( и^ );

■ 2. Электромагнитные составляющие напряжения в начале и конце ВЛ отличаются между собой на величину продольной ЭДН, наведенной в йсобуга фазу ( У»н-ивк ~ £На.в л . );

3. Восстанавливающееся напряжение в середине отключенной фазы целиком определяется электростатическим влиянием рабочих проводов (' ¿■'ас )•

Проведенный анализ показывает,-что наибольшие уровни вое- , станавливащизсся напряжений наблюдаются при к.з. по концам ВЛ. -

4. Влияние мощности, передаваемой по ВЛ:

Анализ выражений,(6) и (II) показывает, что электростати -ческая и электромагнитная составляющие ЭДР существенно зависят от мощности ("л.), передаваемой по-ВЛ. При малых значениях нагрузки линии (' Злг^О ) электромагнитная составляющая ЭДЗ имеет минимальное значение, а электростатическая - максимальное. По мере увеличения передаваемой мощности растет электромагнитная составляющая и достигает своего максимального значения -при 8Л = 180°. При этом, электростатическая составляющая- ЭД2 умень- •. шаётся и достигает своего минимального значения, при указанном угле. ,

В работе также получены законы изменения исследуемых пара-' метров режима в зависимости от других.факторов, например, от длины ВЛ, режима заземления троса, класса напряжения линии и Др.

Проведенный анализ' факторов, влияющих на уровни тока подпитки и восстанавливающегося-напряжения, позволил установить расчетные условия исследования. Результаты анализа расчетов • показывают, что величина тока подпитки и восстанавливающегося напряжения в линии с резервным проводом увеличивается по сравнению с соответствующими параметрами режима ВЛ традиционного, исполнения на 10-15^, а в линии с дополнительным проводом - на ■ 30-35$^ При передаче мощности более 1,5 Риал по ВЛ 220 кВ длиною 400 км появляется необходимость применения технических средств для гашения дуги подпитки. В этом случая наиболее про-стейщим решением является отключение поврежденного провода без ОАПВ'и переключение.вместо него резервного провоза.

В пятой главе "Разработка системы управления режимами работы линии электропередачи с.резервной фазой" предложен комплекс средств автоматики, '.обеспечивающий эффективность функционирования БД с РФ. Показано, что на систему управления онаэы -вают влияние специфические'-особенности функционирования различных вариантов исполнения BJI с Pi. В связи с этим вопросы управления режимами работы этих электропередач рассмотрены отдельно. Однако, общим'для всех рассматриваемых■ Ш1 является то, что осно-/ вдую функцию во •• всех переключениях выполняет специальное уст -ройство автоматики - избиратель поврежденной фазы. В связи с этим исследованы и анализированы несимметричные режимы электропередач с целью выбора принципа работы избирателя-поврежденной фазы.

Выявлено, что при однофазном и двухфазном коротком замыкании на землю угол сдвига между симметричными составляющими то -ков обратной и нулевой последовательностей в -"особой" фазе острый (близок к нулю), а в других фазах - тупой (близок к КО0). Этот закон изменения между указанными векторами " сохраняется для, линии электропередачи длиною до 1000-1200 км, независимо от . режима нагрузки. При более длинных линия:-: это соотношение на -. рушается, так как начинает оказываться различие волновых параые- / тров схем замещения обратной и нулевой последовательностей. 'Избирательный орган, использующий этот принцип, не различает является ли""особая" фаза "здоровой"-или поврежденной. .

Установлено, что при однофазном коротком замыкании на землю угол сдвига между сишетричнши составляющими напряжения прямой и обратной последовательностей в, "'особой" фазе тупой (бли -зок к 180°), а при двухфазном коротком замыкании на землю -острый (близок к. нулю). Этот закон изменения угла сдвига между указанными векторами сохраняется для ВЛ длиною до 1000-1200 км • независимо от ренима нагрузки.' На линиях больной-протяженности / этот закон изменения рассматриваемы:: углов нарушается. ,/

Предложен комбинированный фильтровый избиратель, пусковой / орган которого реагирует на угол сдвига между симметричными / составляющими токов обратной и нулевой последовательностей , а/ избирательный орган - на угол сдвига между симметричными сос/-тавляющими напряжений прямой и обратной последовательностей. ' Разработана блок-схема избирателя, реслизующая рассмотренный

выше принцип1 (рис.3). Этот избиратель монет найти применение как на ВЛ с резервны/ проводом, так и на линиях традиционного исполнения.

Изложен порядок перевода ВЛ в режим "два провода- трос" (ДЯГ). Так, при наиболее частом виде повреждения избиратель поврежденной фазы выбирает "особую" фазу и дает команду на отключение ее выключателя, и затем устройство ОАПЗ снова включает этот же выключатель.' Если повреждение устойчивое, то коммутационные аппараты поврежденной фазы автоматически отключают -ся, а линия переводится в режим ДПГ.

Отмечено, что порядок коммутации резервного провода четы-рехпроводной ВЛ взамен поврежденного аналогичен переводу ВЛ в режим ДПТ. Так, при повреждении одной фазы избиратель выбирает ее и если ОАПВ не успешное, то вместо отключенного провода включается резервный. Дня выбора поврежденной фазы и защиты ВЛ с резервным проводом могут ^ыть^исполБзованы известные устройства автоматики, обычно применяемые для этой цели на трехпровод-ной линии. Однако-для того, чтобы устройства релейной защиты - и автоматики (УРЗиА) функционировали правильно при переключении резервного провода взамен основных, необходимо сохранить фазн-ровку токов и напряжений, подводимых к ним от измерительных трансформаторов. Наиболее просто это условие выполняется в том случае, когда трансформаторы тока предусматриваются в цепи каждого выключателя, если коммутационные аппараты имеют пофазное управление, или в цепи каждого разъединителя, если они млеют пофазное управление, а выключатели - тре'.яраэное. При этом токовые цепи каждой фазы включены на сумму токов основного и резервного проводов. При таком соединении вторичны:: цепей трансформаторов тока правильная работа УРЗиА обеспечивается. В этом случае также не требуется никаких переключений в цепях напря -жения. Поэтому УРЗиА трехпроводных ВЛ могут быть использованы на электропередачах с резервным проводом без модернизации. Этот способ является простым и предпочтительным. Если в цепи резервного провода установлен только один трансформатор тока, то во вторичных цепях тоха и напряжения УРЗиА необходимо выполнять соответствующие пересечения. Разработаны схемы пусковых и коммутирующих устройств для УРЗиА линии с резервной фазой, когда в цепи четвертого провода установлен один или три трансформатора тока.

•Рассмотрены вопросы управления электропередачами с допол- . шкальным проводом. Отмечено/ что в'.данном' случае' .возникают ■ специфический задачи-переключения дополнительного провода вза- . мен поврежденных основных проводов й обеспечения правильной работы УРЗиА после переключений. - При'этом появляется две 'задачи: управление линией электропередачи со стороны ■ передающей - (го -ловной) -подстанции и'переключение-на приемной,или "промежуточ ной подстанции в зависимости от схемы питающей-Ей. Указано,что; • обычные УРЗиА,предназначенные для работ в трехпроводной линии, непосредственно использованы быть не могут, / а требуют соответствующей модернизации'. ----••--

Предложено'устройство для выбора поврежденного провода на линии с дополнительным проводом, которое содержит основной.--и-, дополнительный избиратели (ряс.4). Основной избиратель выявляет поврежденную- фазу, а дополнительный - ■ поврежденный - провод "особой" фазы; Работа их связана между собой ..логической схе -мой. В качестве основного избирателя может быть использовано ' любое известное., устройство ^^применяемое для этой цели на трех -проводной линии. Дополнительный избиратель выполнен -по принципу действия поперечной дифференциально-направленной защиты линии. Этот избиратель можно использовать на линиях с двухсторонним . .питанием* и согстороны питающей подстанции на тупиковых линиях.

Разработаны устройства автоматики, обеспечивающие селективное переключение коммутационными аппаратами ВЛ в-послеаварий -ных" режимах"со стороны передающей и приемной подстанций, а так-_ае устройство выбора поврежденного провода со стороны приемной " или промежуточной подстанции,

-:'" Предложен специальный избиратель для селективного выбора поврежденных проводов ВЛ с обеспечивающий работоспособность предлагаемых-электропередач при двухфазных коротких замыканиях.

В шестой главе "Технико-экономические показатели воздушных линий электропередач с резервной фазой" выполнен сравнительный анализ показателей ВЛ разного варианта исполнения.

При оценке стоимости сооружения ВЛ с Р® по сравнению с од-ноцепной и двухцелной линиями традиционного исполнения сначала определялись стоимостные показатели на один провод и затем учитывалось общее количество проводов соответствующей ВЛ. При оп-

ределении. капитальных затрат на строительство ВЛ с Ей тша-е учитывалось изменение габаритного- пролета линии традиционного ■исполнения по сравнению с паспортными данными. Оценка измене. ния длины-пролета_проводилась на основе- уравнения;- изгибающих моментов относительно точки закрепления опоры.

Показано, что-удорожание строительства ВЛ с'Р$ по сравне- . нив с.одноцепной линией традиционного-исполнения составляет I5-2CR5 при использовании видоизмененных'опор одноцепной ВЛ- и , 25-30$ - при применении опор двухцепной линии.

При сравнительной оценке надежности электроснабжения по ВЛ различного варианта исполнения за условную единицу принята-на- . . деиность,.обеспечиваемая при-электропитании-по одноцелнсй линии с трехфазным управлением.' Надежность СЭС оценивалась двумя пока-, зателями: вероятным относительным числом часов- перерыва элект г • роснабжения от плановых.и*аварийных ремонтов в "год-на 100 км линии; вероятным относительнш^йедоотпуском электроэнергии-при плановых и'аварийных ремонтах* на 100-км линии в год. •

Установлено', что надежность ВЛ.с 'РЭ'. и двухцепной линии . традиционного исполнения-на.одних опорах .практически одинакова и повышается по-сравкещи с обычной одноцепной ВЛ приблизительно в. три раза при напряжении сети НО кВ'и в :четыре- раза ■ для'сети 220 кВ,-. а затраты проводникового, материала снижаются-по сравнению с*двухцепной электропередачей на 1%. '.•'._'

Определены удельные показатели экономической эффективности ВЛ с PS, рассчитанные на'-'основе рёальных объектов :' (на примере ВЛ НО кВ) и они составляют следующие величины; расхбд провод -никового материала на I км линии-уменьшается'на Г тонну, а сто- . имость сооружения ВЛ - на .25% на километр по .сравнении ■

.с двухцепйой ВЛ. ' . • • \ ',

&ны рекомендации по области применения -ВЛ с PS различного . варианта исполнения'.' Отмечены перспективы использования. ВЛ с РШ .для повышения эффективности функционирования электрических сетей класса- напряжений 330 кВ и выше.

' 'з А К.Л Ю Ч Е..Н И Е •

В работе .предложена новая-концепция'по проблеме обеспечения надежности СЭО, основанная на использований резервной фазы.

Выполненные исследования показали принципиального возможность создания ВЛ с Рй. Сравнительный анализ технико-экономических показателей ВЛ различного варианта исполнения подтвердил высокую эффективность применения ВЛ с РФ для электроснабжения отдаленных потребителей, не имеющих электросетевого резерва. При этом получены следующие научные и практические результаты:

1. Предложен принципиально новый подход к вопросу резервирования СЭС и повышения эффективности функционирования одно - -цепных ВЛ, основанный на статистическом анализе повреждаемости элементов электрической сети и вероятности возникновения одно-, фазного повреждения в линии.

2. Разработаны на базе общего подхода различные модификации ВЛ с РФ, обладающие лучшими технико-экономическими показа -телями по сравнению с линиями традиционного исполнения и опре -делены целесообразные области и:: применения в зависимости от

, различных факторов.

3. Обоснована возможность осуществления ОАЛВ на ВЛ с Рй исходя из допустимых значений установившегося тока подпитки

дуги и восстанавливающегося напряжения в отключенной фазе после гашения дуги подпитки, а также длительности бестоковой паузы ОАЛВ. Предварительно были установлены расчетные условия на основе анализа факторов, влияющих на величину исследуемых параметров .

4. Разработан -комплекс средств автоматики, обеспечивающий повышение эффективное!и функционирования ВЛ с РФ в четыре::-, тре-.: - и двулроворнцх режимах эксплуатации. Ряд предлагаемых средств автоматики можно использовать для .управления линиями традиционного исполнения^

- 5. Обоснована целесообразность применения метода фазных координат для исследования и анализа различны; эксплуатационны± режимов ВЛ с РФ. На основе предложенного метода разработана программа, позволяющая рассчитать по единому алгоритму нормальный, аварийный ( с любым произвольным числом продольной и поперечной несимметрии одновременно) и послеаварийный режимы многоцепны: электропередач с побазпо различными распределенными параметрами.

6. Практическое применение предложенных тетническит средств при проектировании и эксплуатации ВЛ в ОйС Сибири и Средней Азии позволяет сугазственно повысить эффективность функциониро-

вания" распределительных сетей ЦО и 220-кВ и обеспечивает зна-. чител'ьный народнохозяйственный эффект-..

■ Основные положения-диссертации опубликованы в следующих 1 :

•работах:.'-.'' '

1.; Нанаев .Д.Т, .Заславская Т.Е. Повышение .пропускной спосо--бности'электропередачи'в послеаварийных режимах // тезисы докл.5-й республиканский научн.-техн.ком]?.эй£ргетиков - Таи -кент, 1976. - С.53-54. .

2.-ЯЦн'аев'Д.Т. .Пути' повышения надежности электроснабжения сельских сетей: Научн.труды, -Т.114 / Новосибирск'^ СХИ. - Ново-'-' сибирск', 1977,' - С.5.0-52.' ' .."".-.'

3.'Катаев Д.Т. .Заславская Т.Е. Уравнение Параметров режй- " '-' ма'В' промежуточных точках электропередачи // Изв. СО АН'. СССР, серия '"-Технические'науки". - Й78.- -7ДЗ:. - С, 165-171. -'

4,.Жанаев 'Д.Т.'Исследование по определению аварийных от--ключений ВН 110-кВ:. Научн.трудвТ4Т.К5-/ Новосибирск, СХИ.'.-Новосибирск^ 1979.- -..С. 128-129. ■ ' . . . • . '. '

. 5.-Жанаев Д.Т..Заславская Т.Б. Технико-экономические показатели опор ЛЭП с. резервной фазой ; Наута.труды, Т.126 / Новосибирск. СХИ:'- Новосибирск,'1979..--С.ЗГ8.' . - • .

6. Жанаев Д.Т., Заславская .Т.Е. Особенности режима работы • '. электропередач с резервной фаз ой :■• Научн. труды, Т. 126 / Нов оси-', бирск.'СХИ.- - Новосибирск,'1979.-- С.9-П. ■ ;

7. Жанаев Д.Т. Способ выбора повреждённой фазы при несимметричных коротких замыканиях на землю: Научн.труды,. Т'. 132./ ■ ■ • Новосибирск.' СХИ. - Новосибирск, 1980. - С.63-67.

8. Йанаев Д.Т-. Актуальные задачи.повышения;надежности электроснабжения- сельских потребителей // Сибирский Вёстн.С.Х. * ■ ■ науки СО -ВАСХНИЛ. - '1982. -.де 2.. - С.76-79. •

9. Жанаев Д.Т. Системный .подход, к вопросу повышения надеж-, ности электроснабжения сельскохозяйственного производства Си- ' • бири и Дальнего Востока // Сибирский Вестн. с.х., науки СО-ВАСХНИЛ. -1982. -I 4.' - С-.92-95. -

10. Жанаев Д.Т. Применение средств автоматики для повышения пропускной-способности электропередачи-в послеаварийных ре--, жимах : Научн.труды,' Т. 132 '/ Новосибирск.- СХИ. - Новосибирск, • . 1982. - С. 146-151. .

11. Жанаев Д.Т. Определение предельно-передаваемой мощности'

в неполнофазном режиме электропередачи // Тезисы докл.научн. -практ.конф. - Барнаул, 1983. - С.128-129.

12. Жанаев Д.Т. Повышение пропускной способности электропередачи при плановых и аварийных отключениях // Сибирский

Вестн.с.х. науки СО ВАШИЛ. - 1983. - Ji 3. - С.100-103.

13. Жанаев Д.Т., Крылова И.М. 0 целесообразности применения неполнофазных режимов для повышения пропускной способности электропередачи при плановых и аварийных отключениях // Сибирский Вестн.с.х. науки СО ВАСХНИЛ. - 1984. - jf I. - С.84-90.

14. Жанаев Д.Т. Методика расчета режимов несимметричны:: электропередач // Сибирский Вестн.с.х.науки СО ВАСХНИЛ, -1984.

- I? 5. - С.97-100.

15. А.с.610224, СССР, Ш Н02Н 3/26. Способ выбора поврежденной фазы при несимметричных коротких замыканиях на землю

/ Жанаев Д.Т..Заславская Т.Б. (СССР) // Бал.изобр.- 1973. -М 21. - 2 с.

15. А.с.1076525 СССР, Ш Н02 Н 3/08. Пусковое устройство для релейной запиты электропередач;'! / Жанаев Д.Т., Заславская Т.Б. (СССР) // Бюл.изобр. - 198<1. - К 9. - 5 с.

17. A.c.1203523 СССР, l№ Н02 Н 3/25. Устройство для вы -бора повременного провода на линии электропередачи с дополнительны.! проводом / Жанаев Д.Т.,Заславская Т.Б. (СССР) // Бюл. изобор. - 1986.. - j; I. - 3 с.

Iö. A.c. 1206872 СССР, ¡.НИ Н02 М 3/26. Устройство для выбора поврежденного провода на линии электропередачи с дополнительным проводом / Жанаев Д.Т..Заславская Т.Е. (СССР) // Бал.изоб.-1985. - и 3. - 3 с.

19. A.c.127900 СССР, Ш Н02 Н 3/26. Устройство релейной залиты и автоматики в трехфазной линии с дополнительным проводом / Жанаев Д.Т..Заславская Т.Б. (СССР) / Бюл.изобр. - 198ог.

- ¡; 47. - 3 с.

20. Жанаев Д.Т. Электрические характеристики линии электропередачи с дополнительным проводом: Научи.Труда / Красноярск, политехи.ин-т. - Красноярск, 1987. - С.12-15.

21. Жанаев Д.Т. Повышение надежности и пропускной способности НИ систе;.! электроснабжения // Изв.вузов. Энергетика. -1988. - J: I. - С. 17-22.

22. .¡Ханаев Д.Т., Яценко A.A. Повышение эффективности электропередачи переменного тока // Электричество. - 1988. - j; 12,-

С. 72-73.

23. Жанаев Д.Т., Борисов Т.О. Компенсация несимметрии распределительных сетей // Информ.электро- 15.11.89.- № 224-ЭТ89. - С.38-40.

24. Жанаев Д.Т. Эффективные системы внешнего электроснабжения объектов народного хозяйства // Тезисы докл.научн.-техн. конф. - Москва, 1990. - С.54-55.

25. Жанаев Д.Т. Применение рациональных схем и средств автоматики для повышения надежности электроснабжения потребителей // Тезисы докл.научн.-техн.конф. - Мариуполь, 1990. -С.36-37.

26. Жанаев Л.Т. Новый подход к вопросу обеспечения надежности электроснабжения // Тезисы докл.научн.-техн.конф . -Днепропетровск, 1990. - С.46-47.

2?. Жанаев Д.Т. Гашение дуги подпитки при СЙПЗ ВЛ с дополнительным проводом // "Управляемые ЛЭП". Вып.З. - Кишинев,

1990. - С.21-23.

28/Жанаев Д.Т. Применение средств автоматики для повышения эффективности функционирования ВЛ с дополнительным проводом // "Управляющие ЛЭЛ». Вып.З. - Кишинев, 1990. - С.21-23.

29. А.с.1591122(51)5 СССР, Ш Н02 Н 3/26. Устройство для выбора поврежденных проводов ВЛ с дополнительным проводом // Жанаев Д.Т., Заславская Т.Е. (СССР) // Бюл.изобр. - 1990. -

» 33. - 4 с.

30. Жанаев Д.Т. Повышение эффективности функционирования ВЛ с резервной фазой средствами автоматики // Изв.вузов. Энергетика. - 1990. - !.? 6. - С. 19-25.

31. Жанаев Д.Т. Лослеаварийные режимы Ш с резервной фазой // Изв.вузов. Энергетика. - 1990. - ^ II. - С.29-33.

32. Жанаев Д.Т., Заславская Т.Е. Линии электропередачи с резервной фазой -/ Под ред.Ю.Н.Астахова. - Саратов: Изд-во СГУ. - 1990. - 120 с.

33. Жанаев Д.Т., Заславская Т.Е. Линии электропередачи повышенной надежности // Энергетическое строительство. -

1991. - » 4. - С.8-10.

34. Жанаев Д.Т. Новый подход к резервированию'системы электроснабжения. // Тезисы рокл. научн.-техн.конф. -Гомель, 1991.

• Зэ. Шацаев Д.Т. Новая концепция повышения эффективности ф уНкционировдшя одноцепных ВЛ.. //-Тезисы докл. научн..-техн.конф. - .Челябинск (¡'«MAG), 1991. ' •-

■ ■ 36,' йана'ев Д.ТЬ Повышение пропускной .способности ВЛ с ■ резервной'фазой в■ послеаварийных режимах. ¿1 Изв.ВУЗов "Энергетика",TI99I,-if 8. ' . .'■ . 37 ■ йанаев' Д.Т. .Новая концепция резервирования СЭСпот-■ ■ ребителей АПК в.регионе Сибири: // Тезисы докл. научн.-' -' '"-практич.конф.' г'Барнаул', 1992.

■38. Нанаев Д.Т. Вычисление наведённого потенциала в • отключенном проводе ВЛ с резервной фазой..-// Из в-.ВУЗов. Энергетика: - 1992.-к I.

. 39; Жанаев Д.Т. Обоснование возможности осуществления . ■' .ОАПВ'на ВЛ с резервной фазой. //■ Кзв. ВУЗов. Энергетика.. -. - 1992 . - К 8, " • '

(14 ТРОС

А В С

Рис.2.

3

о

N.

Г . "h-ao-д

I Дополнительный L _ и звирдтель___jwj