PARALLEL WORK OF CABLE AND AIR ELECTRICITY TRANSMISSION LINES

Минакова Т.Е.¹, Минаков В.Ф.²

¹Кандидат технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», ²доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный экономический университет

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА КАБЕЛЬНОЙ И ВОЗДУШНОЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Аннотация

Разработана математическая модель расчета потоков кабельной линии с распределенными параметрами при ее параллельной работе с воздушной высоковольтной линией электропередачи. Установлена возможность снижения до 50% действующего тока кабельной линии.

Ключевые слова: кабельная линия, реактивная мощность, модель.

Minakova T.E.¹, Minakov V.F.²

¹PhD of technical science, associate professor, National Mineral Resources University, ²Doctor of technical science, professor, St. Petersburg State University of economics

PARALLEL WORK OF CABLE AND AIR ELECTRICITY TRANSMISSION LINES

Abstract

The mathematical model of calculation of streams of the cable line with the distributed parameters is developed during its parallel work with an air high-voltage power line. Possibility of decrease to 50% of operating current of the cable line is established.

Keywords: cable line, jet power, model.

Режимы электрических сетей характеризуются большими потоками активной и реактивной мощностей и протяженностью сетей единой энергосистемы России [1, 2].. В результате потери электрической энергии и активной мощности достаточно высоки. Исследованиями режимов сетей всех уровней установлено, что потери энергии, а одновременно – и напряжения, существенно снижаются компенсацией реактивной мощности. Для этого авторами [3-6] рассматриваются средства компенсации и мероприятия по компенсации передаваемой по сетям реактивной мощности и энергии.

Современные инновационные технологии [7, 8] изменяют продукцию. Изоляционные материалы позволяют уменьшать расстояние между жилами кабелей. Следовательно, поперечная емкость кабельных линий (КЛ) существенно растет. Кроме того, выросли напряжения, на которых стало возможным применение кабелей: до 220 и 330 кВ. Генерируемая такими поперечными емкостями реактивная мощность, пропорциональная емкости и квадрату напряжения, существенно выросла. Кроме того, протяженность кабельных высоковольтных линий приближает генерацию реактивной мощности по сравнению с синхронными генераторами и компенсаторами электрических станций к местам ее потребления, каковыми являются трансформаторы, индуктивности линий электропередач, нагрузки.

Особый интерес представляет учет компенсации реактивной мощности при повышении пропускной способности линий электропередач [9, 10]. Это реализуется параллельной работой кабельных и воздушных линий (ВЛ). Задачей исследования является моделирование режима параллельных КЛ и ВЛ напряжением 110 кВ. Их длина – 50 км, КЛ выполнена кабелем АПвПу с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 185 мм², ВЛ – проводами алюминиевыми марки АС сечением 150 мм².

В модели учтено распределение параметров КЛ. Для этого линия представляется N участками, распределенными между стороной источника питания (в обозначении – «г») и стороной нагрузки («н»). Уравнения электрического состояния КЛ и ВЛ:

где   – комплексные значения токов стороны генераторного напряжения и нагрузки соответственно,

 – комплексные значения напряжений и токов i–го элемента схемы замещения КЛ и ВЛ (первый индекс, равный 1, относится к уравнениям кабельной линии, 2 – к уравнениям воздушной линии),

 – комплексные значения поперечных токов КЛ и ВЛ (i–х элементов),

  – комплексные значения продольных сопротивлений элементов схемы замещения кабельной и воздушной линий,

 – поперечная емкостная проводимость элементов схемы замещения кабельной и воздушной линий,

  – число распределенных элементов в схеме замещения,  

Модель реализована в среде MathCAD. Результаты моделирования показывают, что действующее значение тока кабельной линии вдоль длины существенно снижается – до 50% ее тока, потребляемого от источника питания. Реактивная составляющая тока кабельной линии изменяется еще более существенно: потребляя реактивную мощность от источника, КЛ вдоль трассы генерирует реактивную мощность. В результате реактивная мощность и ток КЛ снижается вдоль трассы до нуля, и затем направление потока реактивной мощности меняется.