Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ
Представлена математическая модель электромагнитных переходных процессов в электрических системах, основанная на использовании дискретных узловых уравнений в фазных координатах и неявных методов численного интегрирования, позволяющая моделировать переходные процессы при симметричных и несимметричных...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143220 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ / Ю.Н. Веприк, А.А. Минченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 17-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143220 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Веприк, Ю.Н. Минченко, А.А. 2018-10-26T20:19:38Z 2018-10-26T20:19:38Z 2009 Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ / Ю.Н. Веприк, А.А. Минченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 17-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143220 621.311.014 Представлена математическая модель электромагнитных переходных процессов в электрических системах, основанная на использовании дискретных узловых уравнений в фазных координатах и неявных методов численного интегрирования, позволяющая моделировать переходные процессы при симметричных и несимметричных, одноместных и многоместных коммутациях и повреждениях в электрических сетях произвольной конфигурации. Представлена математична модель електромагнітних перехідних процесів в електричних системах, основана на використанні дискретних вузлових рівнянь в фазних координатах і неявних методів чисельного інтегрування, що дає можливість моделювати перехідні процеси при симетричних та несиметричних комутаціях і пошкодженнях в електричних мережах будь-якій конфігурації. A mathematical model of electromagnetic transients in electric systems based on application of discrete nodal equations in phase co-ordinates and implicit methods of numerical integration is presented, allowing simulation of transients under symmetric and asymmetrical, single and multiple switchings and faults in electric networks of arbitrary configuration. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ Switching overvoltage in 750 KV power line Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ |
| spellingShingle |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ Веприк, Ю.Н. Минченко, А.А. Електричні машини та апарати |
| title_short |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ |
| title_full |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ |
| title_fullStr |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ |
| title_full_unstemmed |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ |
| title_sort |
коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кв |
| author |
Веприк, Ю.Н. Минченко, А.А. |
| author_facet |
Веприк, Ю.Н. Минченко, А.А. |
| topic |
Електричні машини та апарати |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Switching overvoltage in 750 KV power line |
| description |
Представлена математическая модель электромагнитных переходных процессов в электрических системах, основанная на использовании дискретных узловых уравнений в фазных координатах и неявных методов численного интегрирования, позволяющая моделировать переходные процессы при симметричных и несимметричных, одноместных и многоместных коммутациях и повреждениях в электрических сетях произвольной конфигурации.
Представлена математична модель електромагнітних перехідних процесів в електричних системах, основана на використанні дискретних вузлових рівнянь в фазних координатах і неявних методів чисельного інтегрування, що дає можливість моделювати перехідні процеси при симетричних та несиметричних комутаціях і пошкодженнях в електричних мережах будь-якій конфігурації.
A mathematical model of electromagnetic transients in electric systems based on application of discrete nodal equations in phase co-ordinates and implicit methods of numerical integration is presented, allowing simulation of transients under symmetric and asymmetrical, single and multiple switchings and faults in electric networks of arbitrary configuration.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143220 |
| citation_txt |
Коммутационные перенапряжения в электропередаче 750 кВ / Ю.Н. Веприк, А.А. Минченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 17-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT veprikûn kommutacionnyeperenaprâženiâvélektroperedače750kv AT minčenkoaa kommutacionnyeperenaprâženiâvélektroperedače750kv AT veprikûn switchingovervoltagein750kvpowerline AT minčenkoaa switchingovervoltagein750kvpowerline |
| first_indexed |
2025-11-25T22:54:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:54:43Z |
| _version_ |
1850576258486763520 |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. 17
УДК 621.311.014
Ю.Н. Веприк, А.А. Минченко
КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧЕ 750 кВ
Представлена математична модель електромагнітних перехідних процесів в електричних системах, основана на
використанні дискретних вузлових рівнянь в фазних координатах і неявних методів чисельного інтегрування, що дає
можливість моделювати перехідні процеси при симетричних та несиметричних комутаціях і пошкодженнях в елек-
тричних мережах будь-якій конфігурації.
Представлена математическая модель электромагнитных переходных процессов в электрических системах, осно-
ванная на использовании дискретных узловых уравнений в фазных координатах и неявных методов численного интег-
рирования, позволяющая моделировать переходные процессы при симметричных и несимметричных, одноместных и
многоместных коммутациях и повреждениях в электрических сетях произвольной конфигурации.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
В условиях эксплуатации электрические сети
подвержены целому ряду управляющих и возмущаю-
щих воздействий, в числе которых значительную до-
лю составляют коммутации – плановые (включения,
отключения) и аварийные (КЗ, отключения КЗ, АПВ,
ОАПВ). Элементы системы характеризуются наличи-
ем электростатического и электромагнитного влия-
ния, в связи с чем любой электрической системе по-
тенциально присущи колебательные свойства, и все
коммутации (плановые, аварийные, возмущающие)
сопровождаются переходными процессами колеба-
тельного характера, в течение которых, при переходе
от режима, предшествующего коммутации, к новому
установившемуся напряжения и токи, как правило,
превышают установившиеся значения. Коммутацион-
ные перенапряжения в переходных режимах, воздей-
ствующие на изоляцию, могут превышать допусти-
мые значения и быть причиной повреждений элемен-
тов. Поэтому переходные процессы выдвигают целый
ряд дополнительных, специфических требований к
оборудованию, схемам и режимам электрических сис-
тем, и требуемые показатели функционирования мо-
гут быть обеспечены только на основе расчетов ком-
мутационных перенапряжений с применением воз-
можно болеее полных и точных математических мо-
делей.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
В учебной, научной и нормативной литературе
[1, 2] для оценки максимальных напряжений переход-
ного процесса при коммутациях пользуются выраже-
ниями следующего вида:
фпфустудустудмакс UКUККUКU ⋅=⋅⋅=⋅= , (1)
где Куд – ударный коэффициент (отношение макси-
мального напряжения переходного процесса к выну-
жденной составляющей), Куст - отношение вынужден-
ной составляющей перенапряжения (установившегося
режима) к рабочему напряжению. Коэффициентом
устудп ККК ⋅= . (2)
определяется кратность коммутационных (внутрен-
них) перенапряжений. Величина ударного коэффици-
ента в (2) зависит от ряда факторов: частоты и декре-
мента затухания свободных колебаний, начальных и
граничных условий, характеристик выключателей,
выполняющих коммутации.
Выражения вида (1) для численных значений
кратностей перенапряжений при применении к реаль-
ным схемам можно рассматривать как оценочные, так
как они получены на основе аналитических решений,
для простых схем (как правило, однофазных) и для
конкретных видов коммутаций (включение, отключе-
ние фазы линии, отключение КЗ, отключение нена-
груженного трансформатора и т. д.). При переходе к
реальным системам к перечисленным факторам до-
бавляется еще ряд факторов, не учитываемых в (2) и
усложняющих задачу: более сложные схемы, наличие
трех фаз, связанных взаимным влиянием, несиммет-
рия как параметров элементов, так и параметров ре-
жима фаз.
Постановка задачи. Степень достоверности ре-
зультатов моделирования зависит от того, насколько
полно и правильно отражены свойства системы и ее
элементов в соответствующих математических моде-
лях. Поэтому разработку математических моделей
электрических систем с многоместной несимметрией
и в переходных режимах представляется целесооб-
разным выполнять на основе уравнений в фазных ко-
ординатах.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЕЙ С НЕСИММЕТРИЕЙ В ПЕРЕХОДНЫХ
РЕЖИМАХ
На кафедре "Передача электрической энергии"
НТУ "ХПИ" разработана такая модель [3], в основу
которой положены следующие основные положения:
- Уровень декомпозиции. В качестве элементов
сети рассматриваются не двухполюсники с парамет-
рами R, L, C, а трехфазные многополюсники, пара-
метрами которых являются матрицы [R], [L], [C], от-
ражающие параметры фаз и их взаимное влияние.
Так, для участка трехфазной линии электропередачи
уравнения в фазных координатах можно представить
в виде
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]FjF
i
F
ij
F
ij
F
ij
F
ij uuiRi
dt
d
L −=+
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]FiF
i
F
i
F
i
F
i iuGuC 000 =+ (3)
или, в форме Коши
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4.
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]FiF
i
F
i
F
i
F
i
F
i
F
ij
F
ij
F
ij
F
ij
F
ij
F
ij
uGCiCu
dt
d
iRLuLi
dt
d
111
11
0000
−−−
−−
−=
−Δ=
(4)
- Метод численного интегрирования дифферен-
циальных уравнений переходных процессов. Пере-
ходные процессы в электрических системах с индук-
тивными и емкостными элементами характеризуются
наличием колебательных составляющих с существен-
но различающимися постоянными времени, что мо-
жет приводить к неустойчивости вычислительных
процессов. Устойчивость вычислений достигается
применением неявных методов интегрирования. Вы-
полнив линейно-разностную аппроксимацию (4) и
разрешив относительно токов фаз
[ ] [ ] )1(
0
)1( , ++ k
i
k
ij ii , получим
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] )(
00
)1(
0
1
00
)1(
)(1)1(1)1(
1
)(
1
)()(
k
ii
k
iii
k
y
k
yyyy
k
yyy
k
y
uC
h
uGhC
h
i
iLRhLuRhLhi
−+=
++Δ+=
+−+
−+−+
&&
&&
&&&&&&
&&
&&&&
&& (5)
или, в более краткой форме,
[ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ] )(
0
)1(
00
)1(
0
)()1()1(
k
i
k
ii
k
i
k
ij
k
ijij
k
ij
JuYi
JuYi
+Δ=
+Δ=
++
++
, (6)
где [ ] [ ] 0, iij YY - матрицы, определяемые соответст-
венно продольными и поперечными параметрами
участка трехфазной линии, [ ] [ ] )(
0
)( , k
i
k
ij JJ - векторы, за-
висящие от токов индуктивных и напряжений емко-
стных ветвей, определяемые на предыдущем шаге
интегрирования.
- Метод формирования систем дифференциаль-
ных уравнений. При включении в модель системы как
индуктивных, так и емкостных элементов уравнения
переходных процессов становятся интегро-
дифференциальными, задачи составления уравнений
и представления их в конечно-разностной форме ус-
ложняются. Преодоление сложности этого этапа мо-
делирования обеспечивается тем, что в дискретной
форме представляются сначала дифференциальные
уравнения трехфазных многополюсников, а затем
выполняется формирование системы конечно-
разностных уравнений на шаге.
Составив уравнения баланса токов для всех неза-
висимых трехфазных узлов сети, получим систему
уравнений
[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ]
[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ]
[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ]
[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ]kn
k
nnn
k
ini
k
n
k
n
k
i
k
nin
k
iii
k
i
k
i
kk
nn
k
ii
kk
kk
nn
k
ii
kk
juyuyuyuy
juyuyuyuy
juyuyuyuy
juyuyuyuy
=+++++
=+++++
=+++++
=+++++
++++
++++
++++
++++
111
22
1
11
111
22
1
11
2
1
2
1
2
1
222
1
121
1
1
1
1
1
1
212
1
111
KK
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
KK
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
KK
KK
(7)
Элементы вектора-столбца [ ]kJ в правой части полу-
ченной системы уравнений зависят от токов индук-
тивных и напряжений емкостных элементов на пре-
дыдущем (к-м) интервале времени и изменяются от
шага к шагу. Элементы блоков матрицы [ ]ijy опреде-
ляются параметрами R, L, G, C элементов системы и
при постоянном шаге интегрирования остаются неиз-
менными. Решение системы (8) позволяет по пара-
метрам режима схемы на предыдущем шаге опреде-
лить параметры режима на очередном интервале вре-
мени.
- При математическом моделировании сложных
систем трудоемкость работы по подготовке данных,
расчету параметров элементов в фазных координатах,
составлению систем уравнений соизмерима с трудо-
емкостью решения систем уравнений. Поэтому фор-
мализованные процедуры разработаны не только для
решения систем дифференциальных уравнений, но и
для расчета параметров элементов и формирования
систем уравнений.
Расчет переходного процесса при использовании
неявных методов и представлении трехфазных эле-
ментов на шаге интегрирования дискретными моде-
лями (7) позволяет свести решение системы диффе-
ренциальных уравнений к многократному формиро-
ванию и решению системы алгебраических уравне-
ний.
Разработанная модель реализована в виде про-
граммы ANFAZ2 на языке программирования
DELPHI для ПЭВМ, и предназначена для моделиро-
вания электромагнитных переходных процессов в
электрических сетях уравнениями в фазных коорди-
натах. Программа позволяет на основе метода фазных
координат выполнять расчеты переходных процессов
при симметричных и несимметричных коммутациях в
электрических сетях произвольной конфигурации и с
несимметричными элементами с представлением ре-
зультатов расчета как в графической (в виде кривых
изменения токов и напряжений), так и в численной (в
виде массивов) форме, как в точке повреждения, так и
в любых других элементах электрической сети (токи в
ветвях схемы), напряжения, емкостные и индуктив-
ные токи в узлах.
С применением разработанной программы. вы-
полнено исследование электромагнитных переходных
процессов и сопровождающих их перенапряжений
при коммутациях ВЛ 750 кВ Курская АЭС – ПС Се-
вероукраинская. Расчетная схема электропередачи,
принятая в расчетах, представлена на рис. 1. Для
определения напряжений в промежуточных точках
ВЛ, она разбита на 24 участка длиной 8.1 км.
Рис. 1. Расчетная схема электропередачи
Характер переходных процессов и сопровожда-
ющих их перенапряжений при рассмотренных комм-
мутациях (включении ВЛ на холостой ход, отключе-
ниях фазы, ОАПВ) иллюстрируют цифрограммы,
представленные на рис. 2 – 5.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. 19
а)
б)
Рис. 2. Напряжения фаз в начале (а) и конце (б) ВЛ при
включении на ХХ
а)
б)
Рис. 4. Напряжения фаз в начале (а) и конце (б) ВЛ при
ОАПВ (Р=150 мВт)
а)
б)
Рис. 3. Напряжения фаз в начале (а) и конце (б) ВЛ на ХХ
при отключении фазы
а)
б)
Рис. 5. Напряжения фаз в начале (а) и конце (б) ВЛ при
ОАПВ (Р=300 мВт)
20 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4.
На цифрограммах напряжения фаз (кВ) предста-
влены в зависимости от номера шага интегрирования,
шаг интегрирования h=0.0001 c. Перенапряжения в
цикле ОАПВ зависят от параметров ШР и электропе-
редачи, от передаваемой мощности и параметров ре-
жима электропередачи в момент повторного включе-
ния. В расчетах электромагнитных переходных про-
цессов, возникающих в цикле ОАПВ исследуемой
электропередачи, варьировались передаваемая мощ-
ность и время бестоковой паузы.
Программа позволяет не только исследовать ха-
рактер изменения мгновенных значений напряжений
и токов u(t), i(t) в элементах сети, но и воспроизво-
дить волновые процессы в электропередаче. На рис. 6
представлены цифрограммы распространения волн
напряжения фаз по участкам ВЛ (24 участка) с шагом
по времени 0.0001 с. при включении ВЛ, из которых
видно, что максимальные напряжения переходного
процесса наступают в момент наложения падающей и
отраженной волн в конце ВЛ.
ВЫВОДЫ
Приведенные результаты расчетов электромаг-
нитных переходных процессов при рассмотренных
вариантах коммутаций ВЛ показывают, что:
- разработанная модель электромагнитных пере-
ходных процессов в электрических системах, осно-
ванная на использовании дискретных узловых урав-
нений в фазных координатах и неявных методов чис-
ленного интегрирования, позволяет моделировать
переходные процессы при симметричных и несимме-
тричных, одноместных и многоместных коммутациях
и повреждениях в электрических сетях произвольной
конфигурации;
- электромагнитные переходные процессы в
электропередачах 750 кВ могут приводить к перена-
пряжениям, превышающим допустимые значения для
электрооборудования ПС (силовых трансформаторов,
шунтирующих реакторов), что может служить одной
из причин высокой аварийности ШР;
- при включении ВЛ 750 кВ КАЭС-
Североукраинская на холостой ход кратности перена-
пряжений в конце линии составляют 1.63-1.75;
- при отключении ненагруженной фазы перена-
пряжения в конце ВЛ имеют величину 1.63-1.64, под
нагрузкой (Р=150 мВт) – 1.31;
- перенапряжения в цикле ОАПВ зависят от пе-
редаваемой мощности и при Р=150 мВт составляют
1.63, при Р=300 мВт – 1.878;
- на ПС Североукраинская реакторное присое-
динение защищено разрядником с пробивным напря-
жением 2,1Uф. Таким образом, разрядник РВМК–750
не срабатывает при перенапряжениях 1,878Uф в цикле
ОАПВ, и изоляция шунтирующего реактора попадает
под влияние перенапряжения 1,878Uф, что может
служить одной из причин аварийности ШР;
- для ограничения перенапряжений на шунтиру-
ющем реакторе целесообразно заменить защитные
аппараты в цепях шунтирующих реакторов с РВМК-
750 на ОПН-750, так как ограничитель перенапряже-
ний ОПН-750 имеет уровень ограничения перенапря-
жений 1,8Uф вместо 2,1Uф у РВМК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для
вузов И.М. Богатенков, Г.М.. Иманов, В.Е. Кизеветтер и др.;
Под ред. Г.С. Кучинского. – СПб: Изд. ПЭИПК 1998. –
700 с.: ил.;
2. Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Ком-
мутационные перенапряжения / Итоги науки и техники.
ВИНИТИ. Сер. Электрические станции и сети. – 1990. –
Том 16. – 114 с.
3. Веприк Ю.Н. Дискретная математическая модель элек-
тромагнитных переходных процессов в электрической сети
// Вестник ХПИ. – 1992. – № 286. – С. 17-20.
Поступила 28.04.2009
Веприк Юрий Николанвич, к.т.н.,
Минченко Анатоий Андреевич, к.т.н.
Национальный технический университет
"Харьковский политехнический институт"
Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ",
кафедра "Передача электрической энергии"
тел. (057) 707-62-46
|