Трехфазная ВЛ

Лабораторная работа №8

Цель работы

Формирование общих понятий о работе трехфазной ВЛ.

Программа работы

1. Выполнить расчет фазного напряжения на конце трехфазной ВЛ, работающей в режиме холостого хода

2. Выполнить расчеты по п. 1 с учетом транспозиции фазных проводников в точках L/3 и 2L/3, где L – длина ВЛ.

Теоретические основы

Однопроводная ВЛ является упрощением, дающим возможность понять основные процессы, происходящие при передачи электроэнергии. В реальных энергосистемах используются многопроводные линии электропередачи.

Трехфазные системы переменного напряжения частотой 50 и 60 Гц используют, соответственно, линии с тремя фазными проводниками. Системы постоянного тока могут быть одно- и двух- полюсными, с нулевым проводом (проводами) или без них (встречается редко).

Рассмотрим системы переменного напряжения. Во-первых, они являются наиболее распространенными в мире, а во-вторых, в отличие от систем постоянного тока они являются источником и передатчиком реактивной мощности.

На ВЛ напряжением 110 и 220 кВ, как правило, применяется нерасщепленный фазный проводник. На ВЛ 330 кВ и выше, фазный проводник имеет несколько составляющих (расщепленный). Чем выше класс напряжения, тем на большее число проводов расщеплена фаза. Это связано с ограничением потерь на коронный разряд и ограничением радиопомех. Кроме того, расщепление фазы увеличивает натуральную мощность ВЛ (пропускную способность).

ВЛ, с конструктивной точки зрения, могут иметь разное количество цепей. Одна цепь – три фазных проводника (то есть полная система, идущая от подстанции до подстанции, которую нельзя разделить). Если ВЛ многоцепная, то на опоре, соответственно, размещается несколько цепей. Например, в случае двухцепной ВЛ, на опоре размещены 6 фазных проводников.

Заметим, что с точки зрения диспетчерского управления (а не конструктивной, описанной выше) каждая цепь – отдельная ВЛ, имеющая свое наименование и номер. Соответственно, на электрической схеме энергосистемы, каждая цепь показывается отдельно. Таким образом, существует некоторое различие в трактовке понятия «воздушная линия».

На ВЛ классом напряжения 110 кВ и выше, как правило, для защиты от прямых ударов молнии в фазный провод, применяются грозозащитные тросы, которые крепятся на тросостойках в верхней части опоры и переодически заземляются путем соединения с металлическими частями опоры.

На ВЛ встречается 2 вида опор: специальные и промежуточные. Специальные опоры: анкерные-угловые (повороты ВЛ), транспозиционные (опоры, на которых все фазные проводники изменяют свое положение, например, верхний становится нижним, средний – верхним, а нижний – средним т.п.), переходные (повышенной высоты для перехода рек, ущелий и т.п.), анкерные (переходы через ж.д., другие ВЛ и т.п.)

С точки зрения конструктивного исполнения промежуточные опоры ВЛ бывают: железобетонными, башенными, многогранными, композитными, портальными, V-образными, Y-образными и т.п.

Рассмотрим электрические параметры ВЛ. На ВЛ имеются следующие проводники: фазные провода, грозозащитный трос, грунт. Ток течет по проводам к потребителю, а обратно через землю и грозозащитный трос. Активное погонное сопротивление каждого из них определяется поперечным сечением и проводимостью. У грунта проводимость значительно хуже, однако площадь поперечного сечения, по которой протекает ток, значительно больше.

Погонная емкость и индуктивность каждого фазного проводника определяется, соответственно, их параметрами и положением относительно грунта и троса (собственные индуктивность и емкость) и положением относительно других фазных проводников, имеющих заряд и ток (взаимные емкость и индуктивность). Через взаимные емкости заряд на одних фазных проводниках влияет на заряд на других.

В стандартных конструкциях ВЛ фазные проводники расположены на разных высотах относительно грунта, таким образом, собственная емкость проводников оказывается не одинаковой. Также различны и взаимные емкости. При вертикальном расположении проводников на опоре емкость на землю будет большей у нижнего.

Различие в параметрах фазных проводников влияют на симметричность напряжения на конце ВЛ. То есть симметричная система напряжений вначале ВЛ на конце ВЛ создает несимметричную систему. Чтобы этого избежать на ВЛ периодически делают транспозицию проводов, то есть при сохранении конструкций промежуточных опор на разных участках ВЛ размещают фазные проводники по-разному. Эта мера усредняет емкости фазных проводников.

Увеличение количества цепей и применение грозозащитных тросов приводит к увеличению емкости фазного проводника.

Работа в АТР

Источник напряжения в этот раз будем использовать трехфазный. Трехфазные соединения в АТР показаны утолщенной линией. При построении схемы необходимо следить, чтобы утолщенная линия соединялась только с утолщенной.

Самым сложным при построении схеме является ввод параметров ВЛ. Для модели ВЛ используется элемент LCC (ПКМ-lines-LCC). Окно задания параметров представлено ниже.

После того, как Вы введете ВСЕ необходимые данные на вкладке Model, перейдите на вкладку Data.

Здесь высота крепления провода на опоре (высота подвеса) рассчитывается по чертежу, а высота провода в середине пролета равна разности высоты подвеса и стрелы провеса.

В конце ВЛ необходимо установить трехфазный вольтметр.

Для моделирования транспозиции необходимо использовать элемент Splitter, который находится в группе Probes&3 phase. Splitter разделяет трехфазный проводник на однофазный. Через резистивное сопротивление величиной 0,001 Ом при помощи 2-х Splitter можно вычертить один узел транспозиции (см рис.).

Варианты

Номинальное напряжение – 220 кВ, 50 Гц. Радиус провода – 10 мм, погонное активное сопротивление 0,12426 Ом/км, погонное реактивное сопротивление – 43,5 Ом/100 км.

Вариант	L, км	Удельное сопротивление грунта ρ, Ом∙м	а, м	b, м	c, м	h, м	стрела провеса м	высота гирлянды изоляторов, м
			6,3	4,3	6,5			1,3
			6,4	4,4	6,6
			6,5	4,5	6,7
			6,6	4,6	6,8
			6,7	4,7	6,9
			6,8	4,8	7,0
			6,9	4,9	7,1
			6,5	4,3	6,5
			6,6	4,4	6,9
			6,7	4,5	6,9
			6,8	4,6	7,0
			6,9	4,8	7,2