Разработка усовершенствованных алгоритмов для расчета токов несимметричных коротких замыканий в многопроводных воздушных линиях электропередачи

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире научные исследования, направленные на обеспечение воздушных линий электропередачи электроэнергетических систем волоконно-оптическими приборами связи, а также на разработку средств применения грозозащитных тросов со встроенными оптическими кабелями, имеют важное значение. В этой связи научные разработки, направленные на обеспечение непрерывной и качественной работы электроэнергетических систем, а также на повышение их эффективности, занимают лидирующее положение. В развитых странах, «в электроэнергетических системах особое внимание уделяется грозозащитным тросам со встроенными оптическими кабелями, позволяющими защищать высоковольтные воздушные линии электропередачи от прямых ударов молний, а также в значительной степени улучшить качество передачи большого объема информации на расстояние»1.
В мире при проектировании электроэнергетических систем особое внимание придаётся разработке новых и улучшенных методов математических моделей и алгоритмов. В этой сфере реализуемые работы по проведению научных исследований, в том числе по разработке метода расчета токов несимметричных коротких замыканий, определению эквивалентных параметров грозозащитных тросов, разработке алгоритмов снижения токов в грозозащитных тросах со встроенными оптическими кабелями являются одними из важных задач.
С обретением независимости республики особое внимание уделяется качественному развитию энергетики, являющейся одной из важнейших отраслей экономики и способствующей повышению её техникотехнологического уровня на основе современных требований. В этом отношении значительные результаты достигнуты при разработке алгоритмов расчетов токов при несимметричных режимах на воздушных линиях электропередачи в электроэнергетических системах. В то же время разработка алгоритмов расчетов токов при несимметричных режимах в системах многопроводных воздушных линий электропередачи, остается востребованным. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи, направленные на «...сокращение энергоемкости и рссурсосмкости экономики, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий...»2 Выполнение поставленного задания, в том числе разработка алгоритмов для расчетов токов несимметричных коротких замыканий на воздушных линиях электропередачи, определение эквивалентов грозозащитных тросов, снижение токов в грозозащитных тросах со встроенными оптическими кабелями считаются одними из важнейших задач.
Данное диссертационное исследование служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №УП-4947 от 7 февраля 2017 года «О Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановлениях Президента Республики Узбекистан №ПП-2343 от 5 мая 2015 года «О Программе мер по сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015-2019 годы» и №ПП-3012 от 26 мая 2017 года «О программе мер по дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной области.
Целью исследования является разработка усовсршенствованых алгоритмов по выбору грозозащитных тросов в многопроводных воздушных линиях электропередачи, позволяющих учитывать параметры по всей длине трассы.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
определена зависимость расчетных значений токов в проводах при режимах несимметричных коротких замыканий от параметров многопроводных воздушных линий электропередачи (геометрия опор, длина пролетов, типы проводов фаз и грозозащитных тросов) на основе применения разряженных матриц;
усовершенствованы эквивалентные сопротивления грозозащитных тросов на воздушных линиях электропередачи с учетом суммарных сопротивлений заземлений опор;
усовершенствован алгоритм расчетов термической устойчивости грозозащитных тросов токам при несимметричных коротких замыканиях, на основе представления воздушных линий электропередачи многопроводной системой;
усовершенствована возможность снижения уровня токов в грозозащитных тросах со встроенными оптическими кабелями при режимах несимметричных коротких замыканий, на основе изолирования сопротивлений опор на подстанциях.
Заключение
Проведенные исследования по теме диссертации “Разработка усовершенствованных алгоритмов для расчета токов несимметричных коротких замыканий в многопроводных воздушных линиях электропередачи” позволяют сделать следующие выводы:
1. Проведенный анализ существующих методов по выбору ГТ/ОКГТ из условий ТУ токам при несимметричных КЗ на ВЛ показал, что применяемые алгоритмы для расчетов токов в ГТ/ОКГТ при несимметричных КЗ основаны на большом количестве допущений, снижающих точность результатов, а также требующих проведения большого объема работ при многовариантных расчетах. В связи с этим усовершенствованы уточненные алгоритмы расчетов токов в ГТ/ОКГТ при несимметричных КЗ на опорах ВЛ различного класса напряжений, позволяющих учитывать различные характеристики параметров по всей длине трассы ВЛ. В результате появилась возможность применения алгоритмов повышенной точности для расчетов несимметричных КЗ различного класса напряжений.
2. Впервые разработана уточненная модель ВЛ на основе представления ее многопроводной системой, дающая возможность учитывать разнородность параметров проводов фаз и ГТ/ОКГТ, разную длину пролетов, разнородность геометрии опор, различие сопротивлений грунтов по трассе ВЛ, являющихся причинами несиммстрии трехфазной системы проводов. Такой учет невозможен или ограничен в моделях, используемых в существующих методах расчетов токов в проводах ВЛ при несимметричных КЗ. В результате, разработанная модель дала возможность определять значения токов, несимметричных КЗ на ВЛ.
3. Разработаны алгоритмы моделирования заземления ГТ/ОКГТ на опорах многопроводных ВЛ, позволяющие учитывать режимы заземления ГТ, величины сопротивления заземлений опор по всей протяженности трассы ВЛ, а также сопротивления контуров заземления подстанций. Применение разработанных алгоритмов для проектирования ВЛ дало возможность увеличить точность результатов при расчетах токов КЗ в тросах.
4. Разработаны алгоритмы моделирования несимметричных КЗ фазных проводов в многопроводных ВЛ. При этом разработанный алгоритм не требует применения МСС и позволяет рассчитывать напряжения несимметричных КЗ.
5. Разработаны усовершенствованные алгоритмы выбора ГТ в многопроводных ВЛ, позволяющие проводить расчеты в независимости от количества проводов в рассматриваемой системе и различий длин между пролетами. Указанные алгоритмы внедрены при проектировании ОКГТ на ВЛ электропередачи 500 кВ «Сырдарья» ТЭС - «Ново-Ангрсн» ТЭС и позволили учитывать разнородность параметров всех участков трассы ВЛ электропередачи, что дало возможность увеличить точность расчетов токов несимметричных КЗ.
6. Разработаны алгоритмы расчетов эквивалентных параметров ГТ/ОКГТ ВЛ. Указанные алгоритмы внедрены при проектировании ВЛ электропередачи 500 кВ «Сырдарья» ТЭС - «Ново-Ангрсн» ТЭС, это дало возможность учитывать сопротивления заземлений опор по всей трассе ВЛ и увеличить точность результатов расчетов.
7. Разработаны энерго- и ресурсосберегающие режимы работы ОКГТ посредством выполнения заземлений сопротивлений опор ВЛ. Данные энерго-и ресурсосберегающие режимы внедрены при проектировании воздушной линии электропередачи 500 кВ «Сырдарья» ТЭС - «Ново-Ангрсн» ТЭС (справка АО «Узбекэнсрго» от 4 сентября 2017 года РМ-01-21/6928). Применение энерго- и ресурсосберегающих режимов в процессе проектирования позволило выбрать ОКГТ меньшего сечения и сократить затраты проекта на 27 %.