Стартовая >> Архив >> Оптимизация конструкции расщепленной фазы на опоре

Оптимизация конструкции расщепленной фазы на опоре

Г. В. Подпоркин, Ю. Г. Селезнев



Рис. 1. Расчетная схема

Как известно, вблизи металлической опоры ЛЭП заряды и напряженности электрического поля на проводах возрастают на (10-20)% по сравнению с зарядами и напряженностями в пролете в зависимости от класса напряжения и конструкции ЛЭП (см., например [1]). Это обусловлено наличием на элементах конструкции опоры индуктированного заряда обратного знака. Увеличение напряженности электрического поля на проводах сверх допустимой величины должно быть исключено, поскольку при этом резко усиливаются акустические шумы, радио- и особенно телевизионные помехи вследствие стримерной короны, возникающей на проводах и на поддерживающей арматуре.
По этим причинам необходимо оптимизировать конструкцию расщепленных фаз ЛЭП с учетом влияния опоры, так чтобы напряженность на проводах не превышала допустимой величины.
В настоящей работе описана методика оптимизации расщепленных фаз на опоре, основанная на расчете трехмерного электростатического поля.
Для учета влияния опоры на распределение зарядов и напряженностей по составляющим расщепленного провода была принята расчетная схема, представленная на рис. 1. В расчете учтены стойки опоры 1, 3, траверса 2, провода трех фаз (оптимизируемой — 6 и двух соседних — 4, 5), которые разбиты на участки. Расщепленные провода эквивалентируются отрезками цилиндра с радиусом, равным эквивалентному радиусу расщепленного провода r3 [1, 2], ближайшие к опоре один или несколько участков замещены отрезками расщепленного провода, где каждый составляющий учитывается отдельно.
Как показали расчеты, в случае отсутствия опоры только при l/2Н = 2,5 (где l — длина макета провода, Н — высота провода над землей) напряженность электрического поля в середине отрезка провода практически совпадает с напряженностью на бесконечно длинных проводах. Это значит, что при расчете электрического поля у опоры на высоте (20... 25) м длина макета провода должна быть не меньше 100 м, что согласуется с данными [1].

Эквивалентные радиусы цилиндров, замещающих стойки и траверсу, принимаются равными периметру сечения (стойки, траверсы), деленному на 2π: rэ = П/2π.
Потенциальные коэффициенты между произвольно ориентированными отрезками проводов с постоянной плотностью зарядов определяются по формулам [3] (рис. 2):

Составляющие напряженности электрического поля в точке вычисляются как

Здесь al, βl, γl и ac, βc, γс — углы между осями координат х, у, z и отрезками НК и ОМ соответственно; Εl и Ес — проекций вектора Е на оси, совпадающие по направлению с отрезками НК и ОМ, как показано на рис. 2; численное значение проекций определяется по формулам

Рис. 2. К вычислению потенциального коэффициента между отрезками и напряженности от отрезка НК (с номером I) в точке М; с = ОМ, с' = Ο,Λί; Ь = = 1/2 НК
Методика оптимизации конструкции расщепленной фазы аналогична описанной в (4). По заданным потенциалам проводов фаз и элементов опоры определяются заряды методом потенциальных коэффициентов. Затем рассчитываются напряженности электрического поля на поверхности составляющих расщепленного провода в середине центрального участка (см. рис. 1). Составляется функционал вида

(1)
где Ει — напряженности на поверхности составляющих расщепленного провода; Едоп — допустимая величина напряженности на поверхности провода. Величины E зависят от координат составляющих xi, yi i = 1, 2, ...., n. Положение одного из составляющих (обычно ближайшего к опоре) является постоянным: x1, у1 = const. Положение остальных составляющих может меняться при оптимизации. Таким образом, аргументами функционала (1) являются координаты xi, yi, i = 2, 3, ..., n.
Оптимизировать конструкцию фазы — это значит найти координаты составляющих, при которых функционал (1) достигает своего наименьшего значения:



Координаты xi, уi соответствующие условию (2), определяют конфигурацию расщепленной фазы, на каждом составляющем которой величина напряженности равна допустимой (с погрешностью, определяемой вычислением минимума функционала).
Выполненные расчеты позволили выявить существенное влияние элементов конструкции опоры на величину напряженности на проводах и на конструкцию расщепленной фазы.

Рис. 4. Оптимальные конструкции фаз 4АС 150/34 ВЛ 330 кВ в пролете (●) и у опоры (О). Сечение стоек и траверсы 1X1 мг: а — средняя фаза; б — крайняя фаза

На рис. 3 представлены результаты оптимизации расщепленной фазы ЗАС 185/43 ВЛ 330 кВ при различной ширине стоек и траверсы. В расчете принято, что сечения стоек и траверсы одинаковы и представляют собой квадрат со стороной а. Расстояние между стойкой и крайней фазой сохранялось равным 4 м. Для всех конструкций максимальная напряженность на проводах равна допустимой величине.

Рис. 3. Изменение конструкции крайней фазы ЗАС 185/43 ВЛ 330 кВ при изменении ширины стоек и траверсы

Конструкция опоры существенно влияет на конструкцию фазы. Так, при ширине стойки и траверсы а = 0,8 м размер крайней фазы уменьшается почти вдвое по сравнению с допустимым размером в пролете (в удалении от опоры) (позиция 1 на рис. 3).
Напряженность электрического поля на проводах у опоры увеличивается за счет индуктируемого заряда обратного знака на элементах конструкции, причем чем больше размеры элементов конструкции опоры, тем больше величина индуктируемого заряда и напряженность электрического поля на проводах. Для снижения напряженности расщепленную фазу необходимо «сжать», т. е. уменьшить ее размеры.
Следует отметить, что для охватывающей опоры портального типа и горизонтального расположения фаз влияние опоры на конструкцию средней фазы значительно меньше, чем на крайние, поскольку основное влияние на величины зарядов и напряженностей на средней фазе оказывают соседние фазы, а не тело опоры. Кроме того, сами крайние фазы существенно сжимаются на опоре. В рассмотренном варианте ВЛ 330 кВ конструкция средней фазы практически сохранилась такой же, как в пролете.

На рис. 4 приведены оптимальные конструкции фаз компактной ВЛ 330 кВ при четырех проводах в фазе (4АС 150/34). Конструкции оптимальных фаз в пролете [4] и на опоре оказались различными: в пролете размер крайних фаз вдвое больше, чем на опоре.
Оптимизация конструкции ВЛ 330 кВ позволила без увеличения сечения алюминия получить натуральную мощность линии Рн = = 610 МВт, что в 1,7 раза больше, чем у ЛЭП традиционного исполнения.
Предложенные конструкции фаз использованы институтом «Энергосетьпроект» в проекте ВЛ 330 кВ Псковская ГРЭС — Новосокольники (1982 г.).

ВЫВОДЫ

  1. Для обеспечения допустимой напряженности электрического поля на проводах расщепленные фазы на опоре должны быть «сжаты», т. е. их размеры должны быть меньше, чем в пролете.
  2. Уменьшение размеров фаз на опоре тем сильнее, чем шире стойка опоры,
  3. При охватывающем типе опоры конструкция средней фазы изменяется в меньшей степени, чем конструкция крайних фаз.
 
« Оптимизация гирлянд изоляторов ВЛ сверхвысокого напряжения   Повышение надежности определения мест повреждения на ВЛ 110-220 кВ и размещении фиксирующих приборов »
электрические сети