Введение к работе
Актуальность проблемы. Растущие с каждым годом потребности энергетики в кабельных электропередачах приводят к необходимости повышения экологической безопасности, надежности и экономичности таких электропередач. Эти требования могут быть удовлетворены при условии их учета на всех стадиях сооружения кабельных електропередач высокого напряжения: при конструировании квбелей, проектировании трасс КЛ и при организации их эксплуатации. Требования экологической безопасности, экономичности и надежности зачастую противоречат друг другу и могут быть удовлетворены лишь с использованием системного подхода.
В настоящей работе рассмотрены некоторые аспекты сформулированной глобальной проблемы применительно к подводным кабелям однофазного исполнения триаксиальной конструкции и к мощным подземным газоизолированным линиям (ГИЛ) трехфазного исполнения. Выбор именно этих электропередач связан с существенным влиянием их конструктивных параметров на экологическую безопасность и экономичность эксплуатации.
Особенно остро ати вопросы стоят для кабельных линий высокого напряжения подводного исполнения. Стоимость проекта подобной линяй в несколько десятков километров может составлять сотни миллионов долларов США. При этом помимо обеспечения достаточной надежности встает проблема экологической безопасности електропередачи для ихтиофауны, чувствительной к электромагнитному полю (ЭМП), наводимому в водной среде по трассе кабельной линии. Эта проблема практически не исследована в литературе и лишь по отдельным фактам можно судить об ее значимости.
Экономически целесообразные решения при сооружении ГИЛ могут быть достигнуты как путем выбора оптимальных соотношений между конструктивными параметраші, позволяющих уменьшить габариты линии при обеспечении приемлемой напряженности электрического поля в диэлектрике, так и путем снижения дополнительных потерь в оболочке в нормальном эксплуатационном режиме. Очевидно, что снижение диаметра оболочки ПИ при обеспечении приемлемого уровня эксплуатационной надежности возможно лишь с применением мер для глубокого ограничения грозовых перенапряжений.
Цельи настоящей работы является разработка рекомендаций к
конструкциям и схемам эксплуатации кабельных линий високого напряжения для повышения их экологической безопасности, вкономичности и надежности. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
анализ влияния конструктивных параметров и способов прокладки подводных кабельных линий высокого напряжения на интенсивность электромагнитного поля, наводимого по трассе КЛ в водоема, и формулировка требований к втим параметрам, исходя из минимума влектромагнитных наводок;
оптимизация конструктивных параметров закрытых трехфазных электропередач исходя из минимума напряженности електрического поля в нормальном експлуатационном режиме и определение минимального диаметра этих конструкций, при котором в условиях глубокого ограничения перенапряжений будет обеспечена приемлемая експлуата-ционная надежность;
разработка аналитической методики расчета мощности потерь в оболочках трехфазных линий электропередачи, обусловленных вихревыми токами, с учетом конечной толщины оболочки, позволяющей проанализировать уровень дополнительных потерь и влияние на етот уровень конструктивных параметров КЛ.
Научная новизна работы и основных ее результатов заключается в следующем:
разработана инженерная методика оценки уровня электромагнитного поля в водной среде по трассе КЛ, позволяющая выдвинуть требования к конструкциям экрана и брони для обеспечения приемлемых полевых условий для ихтиофауны конкретного водоема;
разработана методика расчета мощности потерь и продольных погонных параметров в закрытых електропередачах трехфазного исполнения с учетом конечной толщины их оболочек, позволившая сформулировать условия, при которых нельзя пользоваться упрощенной методикой при допущении бесконечной толщины оболочки.
Практическая значимость результатов работы. Разработанная инженерная методика оценки уровня интенсивности электромагнитного поля в водной среде может быть использована как при проектировании КЛ с целью оценки электромагнитной обстановки по ее трассе, так и при конструировании подводных кабелей для обеспечения их минимального антропогенного влияния на ихтиофауну водоемов.
Показано, что в случае оптимальных соотношений между конструктивными параметрами закрытых электропередач высокого напряжения трехфазного исполнения и применении мер для глубокого ограничения грозовых перенапряжений можно снизить уровни импульсных испытательных напряжений и, соответственно, уменьшить габариты этих электропередач.
Достоверность полученных результатов основывается.на применении достаточно полных математических моделей, апробированных в теоретической электротехнике и задачах техники высоких напряжений, а также согласием ряда результатов с результатами, полученными отечественными и зарубежными учеными при исследовании подобных режимов и процессов.
Апробация работы и публикации.
Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы докладыввлись и обсуждались на научных семинарах кафедры техники высоких напряжения Новосибирского государственного технического университета, на научной конференции с международным участием "Проблемы электротехники" (НГТУ, Новосибирск, 1993), на научно-техническом семинаре "Энергетика: экология, надежность, безопасность", подсекция "Экология,.безопасность и образовательный процесс" (ТПУ, Томск, 1994). По теме диссертационной работы в периодических научно-технических журналах опубликовано 3 статьи. Тексты докладов и тезисы к докладам опубликованы в трудах двух международных симпозиумов по технике высоких напряжений (Япония 1993 г., Австрия 1995 г.), научной конференции с международным участием- (Новосибирск 1993 г.), научно-технического семинара (Томск 1994 г.) и российской научно-технической конференции (Санкт-Петербург 1996 г.).
На защиту выносятся;
инженерная методика расчета интенсивности электромагнитного поля по трассе КЛ ВН, позволяющая решать как прямую задачу расчета поля, так и обратную задачу - предъявления требований к конструкции экрана и брони с целью снижения экологического влияния КЛ подводного исполнения на ихтиофауну пересекаемого водоема;
методика оптимизации конструктивных параметров закрытых електропередач трехфазного исполнения по критерию минимума рабочей напряженности электрического поля;
методика расчета мощности потерь от вихревых токов в
оболочках и продольных погонных параметров в трехфазных кабельных линиях с учетом конечной толщины оболочки,-
- методика определения законов распределения кратностей
грозовых перенапряжений и токовых нагрузок в ограничителях
перенапряжений в типовых схемах использования КЛ;
рекомендации по оптимальным соотношениям между конструктивными параметрами кабелей трехфазного исполнения, отвечающим минимуму рабочей напряженности электрического поля в диэлектрике;
рекомендации о необходимости включения в проект подводной кабельной линии высокого напряжения екологического раздела, связанного с оценкой влияния электромагнитного поля, наведенного КЛ, на ихтиофауну пересекаемого водоема;
рекомендации о возможном снижении импульсных испытательных напряжений и приведении изоляции кабельных линий высокого напряжения "к норме" при условии глубокого ограничения грозовых перенапряжений,
Обьем и структура диссертационной работы.
Диссертационная работа изложена на из страницах машинописного текста, иллюстрируется 32 рисунками и 20 таблицами. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные задачи исследования.
В первол разделе проанализирована связь конструктивных параметров и способов прокладки подводных кабельных линий с уровнем интенсивности электромагнитного поля.
Во впорол разделе проведена оптимизация конструктивных параметров закрытой электропередачи трехфазного исполнения по критерию минимума рабочей напряженности электрического поля, изложена методика определения потерь мощности и продольных погонных параметров втих электропередач с учетом конечной толщины оболочки.
В третъел разделе изложена методика определения уровней грозовых перенапряжений на изоляции кабельных линий и приводится оценка возможности снижения уровня изоляции в различных кабельных конструкциях.
В заключении сформулированы основные выводы по работе.
В приложении приведен способ аппроксимации модифицированных функций Бесселя.