Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема обеспечения надежности линий электропередачи относится к ряду ключевых проблем в электроэнергетике. В этой связи не утрачивают своей актуальности исследования, направленные на поиск путей повышения грозоупорности и разработку новых методических принципов оценки грозопоражаемости ВЛ.
Одним из вопросов, связанных с расчетом грозоупорности ВЛ, является определение поражаемости линий молнией. Существующие оценки числа ударов молний, стягиваемых линией, носят эмпирический характер. Возможности совершенствования такого подхода за счет учета большего числа влияющих факторов практически исчерпаны. Аналогичные проблемы имеют место при расчете распределения ударов молнии между отдельными конструктивными элементами ВЛ.
Удары молнии происходят в фазные провода и опоры, а на линиях с защитными тросами еще в трос. Наиболее слабым элементом линии в отношении электрической прочности является изоляция проводов на опорах, прежде всего гирлянда изоляторов. Полноценная статистика поражений молнией отдельных элементов воздушных линий (опор, тросов, фазных проводов) из-за технических трудностей практически отсутствует. Поэтому анализ эксплуатационных данных обычно сводится к вычитанию из общего числа грозовых отключений расчетного числа их, произошедших из-за обратных перекрытий изоляции при ударах молнии в опоры. Остаток относится к прорывам молнии в зону защиты тросов, то есть к ударам в фазные провода. Возможность пробоя воздушного промежутка трос-провод при ударах молнии в тросы не учитывается. Конечно, получаемые для этих условий вероятности перекрытия промежутка трос-провод меньше, чем вероятности перекрытия гирлянды при ударе молнии в опору или в провод. Однако, за счет большого числа ударов молнии, поражающих тросы, число отключений от таких ударов становится соизмеримым с отключениями от перекрытия гирлянды изоляторов при ударе молнии в опору или провод. Это особенно актуально для ВЛ с большими длинами пролетов и высокими значениями сопротивления заземления.
Вышесказанное свидетельствует об актуатьности проведенных исследований, основной целью которых является совершенствование расчетных методов, адекватных процессам развития грозовых перенапряжений. Только с учетом результатов расчетов можно в настоящее время оптимизировать молниезащиту воздушных линий электропередачи.
Метод исследования. Методика расчета грозоупорности линий электропередачи базируется на положениях теоретических основ электротехники, теории электромагнитного поля и техники высоких напряжений. В диссертационной работе широко используются результаты численных экспериментов, проводимых на ЭВМ с помощью специально разработанных программ, реализующих высокоточные математические алгоритмы.
Практическая значимость. Разработано программное обеспечение для расчета грозоупорности воздушных линий на основе предложенной в диссертации методики расчета числа грозовых отключений ЛЭП. Созданная программа может использоваться как инструмент при разработке и проектировании систем тросовой защиты и позволяет получить статистические оценки показателей грозоупорности ВЛ различных классов напряжения.
Разработанный метод расчета грозоупорности воздушных линий электропередачи рекомендуется для включения в руководящие указания по защите электроустановок от грозовых перенапряжений.
Научная новизна.
-
Разработан метод оценки поражаемости воздушных линий электропередачи молнией. Для этого предложена математическая модель распространения ступенчатого лидерного канала, включающая в себя динамическое изменение характеристик разряда молнии во времени.
-
Получено распределение ударов между опорами и тросами с учетом геометрических параметров ВЛ и возможности поражения линии молниями с различными токами.
-
Разработан метод расчета числа отключений ВЛ вследствие прорывов молнии мимо тросовой защиты для линий электропередачи различной конструкции.
-
Разработан метод расчета числа отключений ВЛ вследствие ударов молнии в трос в середину пролета.
Достоверность результатов работы подтверждается хорошим совпадением результатов расчета числа грозовых отключений ЛЭП с данными эксплуатации.
Положения, выносимые на защиту.
1. Математическая модель развития ступенчатого лидера молнии.
2. Метод оценки поражаемости воздушных линий электропередачи молнией.
3. Распределение ударов менаду опорами и тросами с учетом геометрических
параметров ВЛ и возможности поражения линии молниями с различными токами.
-
Методика расчета ожидаемого числа грозовых отключений вследствие поражений молнией отдельных элементов воздушных линий электропередачи.
-
Результаты расчетов грозоупорности ЛЭП 110 - 750 кВ.
Результаты работы использованы в МЭС Центра РАО «ЕЭС России», АО «ОРГРЭС».
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на научных семинарах в НИЦ ТИВ РАН, на кафедре «Инженерная электрофизика и техника высоких напряжений» Санкт-Петербургского государственного технического университета.
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ и выпущено 3 научно-технических отчета.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 52 наименования и трех приложений. Объем работы составляет 115 страниц, включая 32 рисунка и 16 таблиц.