Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииПятая Международная конференция МГС → Особенности проектирования ВЛЭП
Особенности проектирования ВЛЭП

Особенности проектирования ВЛЭП исходя из распределения параметров электрического поля.

 

Шевченко С. Н.

Инженер-электрик

ОАО «Промик»

Вводная часть.

В настоящее время, ввиду значительной экономии средств на этапе строительства и последующей эксплуатации, для вновь сооружаемых или реконструируемых ВЛЭП выгодно применять нетиповые опоры, разрабатываемые под конкретные условия прохождения линии. При создании новой опоры разработчик проверяет её конструкцию исходя из различных требований, возникающих при монтаже и эксплуатации линии. Наряду с проверками по условиям механических нагрузок от проводов и тросов, ветро-гололёдных нагрузок на стойку и траверсы проверка распределения параметров электрического поля (ЭП) является одним из важных условий, непосредственно влияющим на конечный вид опоры. Как известно от взаимного расположения проводов, а значит геометрии опоры, зависит распределение следующих параметров характеризующих ЭП в зоне прохождения ВЛЭП – это напряжённости и потенциала. Значение напряжённости ЭП измеряемое в кВ/м регламентируется как при расчёте по условиям возникновения короны на проводах, так и при оценке влияния ВЛЭП на окружающую среду исходя из санитарно-защитных норм. Уровень потенциала ЭП измеряемый в кВ ограничивается по условиям работы размещаемых в зоне влияния ВЛЭП различных электроустановок, в частности линий связи. О предварительной оценке и возможных способах снижения уровня этих параметров ЭП на стадии проектирования и пойдёт речь в дальнейшем.

 

Влияние напряжённости ЭП на ширину коридора ВЛ.

В последнее время в связи с резким увеличением электропотребления крупными городами перед энергоснабжающими компаниями остро стоит вопрос наращивания передаваемой по электрическим сетям мощности. Поскольку строительство новых воздушных линий сегодня достаточно проблематично и затратно, а в населённых пунктах и вовсе запрещено законодательством, задачу решают путём увеличения пропускной способности существующих линий. При этом в пределах установленных коридоров приходится наращивать количество цепей линии с одновременным увеличением класса напряжения модернизируемой ЛЭП. При таких условиях реконструкции для многоцепных ВЛ, особенно в стеснённых условиях плотной городской застройки, возможно, что даже для линий классом напряжения 220 кВ и ниже напряжённость ЭП в будет превышать установленное для санитарно-защитной зоны значение 1 кВ/м.

ПУЭ и нормы технологического проектирования на прямую требуют применять конструктивные и проектные решения, а при необходимости, специальные мероприятия, обеспечивающие максимальное снижение воздействий ВЛ на окружающую среду и здоровье человека, т.е. снижения уровня ЭП ( п.8.3 СО153-34.20.121-2006). Этой теме в 2005 году CIGRE посвятила отдельный отчёт [Л.2], в котором исследовала зависимость влияния электрических параметров одноцепной и двухцепной ВЛ 400 кВ на окружающую среду от конфигурации этих линий (схемы расположения фаз, межфазного расстояния, количества проводов в фазе, их сечения, расстояния между ними и т.п.). Особо хотелось бы отметить возможность снижения уровня ЭП за счёт оптимизации взаимного размещения фаз разных цепей на опоре ВЛ – фазировки. Эффект от фазировки наиболее отчётливо можно проследить на примере вертикального расположения фаз по представленному в отчёте CIGREграфику распределения ЭП под опорой 400кВ (рис.1). Так при встречном расположении фаз на фоне общего небольшого снижения уровня напряжённости в 2-3-х метрах от оси линии уровень снизился в несколько раз, что действительно может быть использовано при размещении ВОЛС на многоцепных опорах ВЛ, об этом речь пойдёт ниже.

Для расчёта параметров ЭП в зоне прохождения ВЛ применяется принцип суперпозиции полей – метод расчёта, в соответствии с которым, величину воздействия системы заряженных тел или проводов с токами в заданной точке пространства вычисляют как векторную сумму воздействий, создаваемых каждым из заряженных тел или проводов с токами в этой точке. По этой методике напряжённость ЭП в точке, лежащей на перпендикулярной плоскости сечения ВЛ, определяют как векторную сумму напряжённостей ЭП, создаваемых каждым из заряженных проводов и их зеркальными отображениями в этой точке. Подробное описание физических принципов и математических приёмов этого метода есть в литературе и здесь не приводится. Хочу лишь отметить, что расчёт проводится на основании уравнений Максвелла для электростатического поля создаваемого системой линейных проводников с током (проводов ЛЭП) с учётом их расположения над землёй.

Решение поставленной задачи без применения ЭВМ весьма трудоёмко и затруднительно, поэтому нами была «вновь освоена», находящаяся в архивах нашей организации программа "ПЕРЛ-91". Программа "ПЕРЛ-91 : Расчёт напряжённости ЭП на проводах и вблизи линии электропередачи" разработана научно - исследовательским институтом по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (НИИПТ), г. Санкт-Петербург и является зарегистрированной в госфонде алгоритмов программ. Программа предназначена для эксплуатации на ПЭВМ и написана на языке Фортран-77. Программа позволяет выполнять расчеты рабочей емкости проводов, средней и максимальной напряженности поля на проводах и тросах многопроводных ВЛ, напряженности электрического поля и потенциала в заданных точках пространства вблизи ВЛ, потерь на корону, эквивалентной индуктивности и волнового сопротивления всех проводов и натуральной мощности ВЛ переменного тока. Конструкция разных фаз и тросов может отличаться друг от друга, а их расположение в пространстве - произвольное. Для оценки достоверности получаемых результатов по программе "ПЕРЛ-91" был выполнен расчёт одно и двухцепной линии 400 кВ на основании данных приведенных в отчёте комиссии СИГРЭ [Л.1]. Хочется отметить, что результаты, полученные из "ПЕРЛ-91" хорошо согласуются с практическими результатами отчёта комиссии СИГРЭ (рис.1).

 

Подвеска ВОЛС на опорах ВЛ.

Как отмечалось выше, в стеснённых условиях плотной городской застройки сооружение любых ВЛ проблематично, в том числе и линий связи (ЛС). Поэтому в техническом задании на реконструкцию линии для максимального использования существующего коридора заказчик, нужно понимать городские власти, требует совмещать ЛС и ЛЭП. Это условие возможно выполнить применяя волоконно-оптическую линию связи на воздушных линиях электропередачи (ВОЛС-ВЛ), для передачи информации по которой служит оптический кабель (ОК), размещаемый на элементах ВЛ (п. 2.5.178. ПУЭ-7). Учитывая возможность независимой от ЛЭП прокладки и эксплуатации наибольшее распространение получили ОК типа ОКСН- оптический кабель самонесущий неметаллический. Следует заметить, что это не привычный для технолога ЛЭП оптический модуль, встроенный в грозотрос, а отдельный кабель с внешней изоляционной оболочкой подобно силовому кабелю, подключённый, возможно, к совершенно независимой от диспетчеризации ЛЭП сети передачи информации.

Для ОКСН каждый производитель устанавливает предельные значения по стойкости оболочки к потенциалу электрического поля «U» в кВ, при которых гарантируется нормальная работа кабеля. Эти значения находятся в пределах от 12 до 25 кВ, и чем они выше, тем соответственно дороже кабель. Поэтому необходимо учитывать, что место крепления ОКСН на опоре с учетом его вытяжки в процессе эксплуатации определяется, как из условий соблюдения наименьших расстояний до поверхности земли и фазных проводов, так и от картины распределения электрического поля в зоне прохождения данного кабеля (п. 2.5.197 ПУЭ-7).

Одним из вариантов удовлетворяющим таким требованиям является крепление ОКСН к опоре в зоне так называемого «нулевого потенциала» (рис.2). Главным недостатком такого способа размещения является отсутствие возможности свободного проведения монтажно-ремонтных работ, связанных со снятием и установкой кабеля или регулированием стрелы в пролёте, без отключения работы нижележащих цепей ЛЭП. Альтернативным вариантом является подвеска ОК на нижнем ярусе с креплением непосредственно к опоре или специальной траверсе. При этом для снижения высоты опоры (минимальное расстояние до земли от ОКСН составляет 5м), необходимо максимально приблизиться к токоведущим цепям, где как видно из рис.2 потенциал ЭП может превышать допустимые для работы кабеля значения. Как отмечалось выше, данную задачу можно успешно решить за счёт фазировки.

В ходе проведения работ, в рамках проекта по титулу «Разработка модификаций промежуточных и анкерно-угловых 3-х цепных опор для ВЛ110кВ Сочи ТЭС – ПС Хоста», на высоте подвески ВОЛС, выбранной по условиям работы проводов в пролёте, нами была выполнена проверка параметров электрического поля. При этом для большинства опор серии установлено, что даже для неблагоприятной для ВОЛС фазировки значение потенциала поля «U» не превышает 12 кВ (рис.3). Однако для специальной опоры типа УММ220-4.2.110.40ВС расчёт показал некоторое превышение показателей потенциала поля относительно требуемых значений (рис.4). После оптимизации расположения фаз был достигнут положительный результат (рис.5). Здесь под неблагоприятной для ВОЛС фазировкой мы понимаем одноимённость рядом расположенных фаз разных цепей ЛЭП.

 

Заключение

При конструировании опор ВЛЭП уже на стадии проектирования необходимо учитывать интенсивности электрических и магнитных полей в средах, окружающих эти конструкции и по возможности предлагать конструктивные решения, обеспечивающие сниженную интенсивность электромагнитного поля в окружающей среде. Для решения этой задачи можно применить предлагаемые в работе методики расчетов ЭП, инициируемых зарядами на токоведущих частях и токами в них. При этом следует учитывать, что оптимальная фазировка проводов многоцепных линий электропередачи высокого напряжения позволяет снизить напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты по их трассам в 1.5-3 раза по сравнению с несфазированной линией.

Апробированную программу расчёта электрической составляющей уровня напряжённости ЭМП для разных классов напряжения и различного конструктивного исполнения ВЛ возможно использовать как при оценке экологических аспектов влияния ВЛ, так и при проектировании ВОЛС проходящим по опорам ЛЭП.

 

 

Литература

1. Семенко О.В., «Костиков В.И. Идеология проектирования ВЛ в стеснённых условиях. Критерии применимости опор на МГС». Сборник докладов второй международной конференции «МГС», 2007г.

2. CIGRE, Working Group B2.06 «The influence of line configuration on environment impacts of electrical origin». #278, Paris, 2005/

3. « Правила устройства электроустановок» 7-й редакции, Россия 2006г.

4. СО 153-34.20.121-2006 «Нормы технологического проектирования ВЛЭП 35-750 кВ».

5. СОУ- Н ЕЕ 20.179:2008 «Расчёт электрического и магнитного полей линий электропередачи», Минтопливэнерго Украины 2008г.

6. Миролюбов Н.Н., Костенко В.М. «Методы расчёта электростатических полей», М. : 1963г.

7. Александров Г.Н. «Коронный разряд» М.: 1964г.

8. Бондаренко В.Е., Черкашина В.В. «Совершенствование методики оценки приоритетных решений при проектировании ВЛ в современных условиях», Ж. «Енергетика та еликтрифiкацiя» №1, 2009г.

9. Кутузова Н.Б. «Санитарно-защитные и охранные зоны ВЛ 110 кВ и выше», ОАО "НИИПТ", Санкт-Петербург, Россия.

10. Горднев И.И., А.Г. Мурадян «Волоконно-оптические системы передачи и кабели»; Справочник, М. :1993г.

А)

image description

B)


Рис.1. Распределение напряжённости электрического поля на высоте 1м поперечного сечения

2-х цепной линии напряжением 400кВ в зависимости от конфигурации фаз.

А - полученное по исследованиям р.г. В.2.06 СИГРЭ в 2005г,

В - расчётные данные по программе PERL91.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Пример распределения потенциала электрического поля в зависимости

от расположения проводов. Возможная область подвески ОКСН.

image description

 Рис.3. Неоптимизированная схема расположения проводов на опоре

типа УММ220-3.110.20. Распределение параметров электрического поля.



image description
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Неоптимизированная схема расположения проводов на опоре типа

УММ220-4.2.110.40ВС. Распределение параметров электрического поля.


 

image description 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5. Оптимизированная схема расположения проводов на опоре типа

УММ220-4.2.110.40ВС. Распределение параметров электрического поля.

 



Фото-6
Печи
Фото-6
Фото-13
Печи
Фото-13
Фото-5
Монтаж
Фото-5


Сейчас 63 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page