Расчет аварийных режимов фидера 35 кВ с двухцепной линией Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

УДК: 621.314 621.315 В.А. Солдатов, А.С. Яблоков

РАСЧЕТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ФИДЕРА 35 кВ С ДВУХЦЕПНОЙ ЛИНИЕЙ

V.A. Soldatov, A.S. Yablokov

DOUBLE-CIRCUIT LINE OF 35 kV FEEDER EMERGENCY OPERATION CALCULATION

Солдатов В.А. - д-р техн. наук, проф., зав. каф. Soldatov V.A. - Dr. Techn. Sci., Prof., Head, Chair

информационных технологий в электроэнерге- of Information Technologies in Power Industry, Ko-

тике Костромской государственной сельскохо- stroma State Agricultural Academy, Kostroma Re-

зяйственной академии, Костромская обл., Ко- gion, Kostroma District, Settlement of Karavayevo.

стромской р-н, пос. Караваево. E-mail: E-mail: [email protected] [email protected]

Яблоков А.С. - асп. каф. информационных тех- Yablokov A.S. - Post-Graduate Student, Chair of

нологий в электроэнергетике Костромской госу- Information Technologies in Power Industry, Ko-

дарственной сельскохозяйственной академии, stroma State Agricultural Academy, Kostroma Re-

Костромская обл., Костромской р-н, пос. Карава- gion, Kostroma district, Settlement of Karavayevo.

ево. E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]

В распределительных сетях 35 кВ актуальной является задача расчета аварийного режима, а также задача определения вида и места аварийного режима. При расчете аварийных режимов в основном применяют два метода: метод трех симметричных составляющих и метод фазных координат. В сетях класса 110 кВ и выше при расчете аварийного режима уже широко используется метод фазных координат. В распределительных электрических сетях 6-10-35 кВ этот метод применяется пока ограничено. Данная работа является продолжением исследований, ведущихся на кафедре информационных технологий в электроэнергетике ФГБОУ ВО «Костромская ГСХА». В предыдущих работах представлены как методы расчета аварийных режимов, так и методы определения их вида и места в распределительных электрических сетях. Так, например, показано, что

определение вида и места аварийного режима возможно осуществить по величинам наведенных напряжений на специальных антеннах, расположенных под фазами линии электропередачи. Данные исследования выполнены для одноцепных линий сетей 10 и 35 кВ. Однако часто фидер 35 кВ содержит двухцепную линию. Для проведения исследований сначала необходимо иметь методику расчета аварийных режимов фидера 35 кВ с двухцепной линией в фазных координатах, которая представлена в данной статье. Получены матричные выражения для напряжений и токов во всех точках фидера в зависимости от параметров участка фидера и известных напряжений в начале. Расчетная схема фидера содержит: питающий трансформатор с соединением обмоток «звезда -треугольник»; первый участок двухцепной линии; второй участок двухцепной линии;

блок несимметрии, моделирующий аварийные режимы; третий участок двухцепной линии; первый потребительский трансформатор; второй потребительский трансформатор; нагрузку в конце первой цепи; нагрузку в конце второй цепи. Разработанную методику можно использовать как при расчете самих аварийных режимов, так и при решении задачи определения вида и места аварийных режимов в распределительных электрических сетях.

Ключевые слова: аварийный режим, фидер 35 кВ, двухцепная линия, расчетная схема, фазные координаты, место и вид режима, наведенное напряжение.

In distributive networks of 35 kV the problem of calculation of emergency operation, and also the problem of definition of the kind and place of emergency operation is actual. At calculation of emergency operations two methods are generally applied: the method of three symmetric components and the method of phase coordinates. In the networks of the class of 110 kV and above at calculation of emergency operation the method of phase coordinates is already widely used. In distributive electric networks of 6-10-35 kV this method is seldom applied. This work is the continuation of the researches which were conducted on the chair of information technologies in FSBEE HE "Kostroma agricultural academy". In the previous works both methods of calculation of emergency operation were presented, and the methods of definition of their kind and place in distributive electric networks. So, for example, it is shown that it is possible to carry out the definition of the kind and place of emergency operation in sizes of the induced tension on the special antennas located under power line phases. These researches were executed for one-chain lines of networks 10 and 35 of kV. However, the feeder of 35 kV often contains a two-chain line. For carrying out researches at first it is necessary to have the method of calculation of emergency operation of the feeder of 35 kV with a two-chain line in phase coordinates which is presented in this study. Matrix expressions for tension and currents in all points of the feeder depending on parameters of the site of a feeder and known tension at the beginning were received. The settlement scheme of

the feeder contained the feeding transformer with connection of windings "a star - a triangle"; the first site of a two-chain line; the second site of a two-chain line; the asymmetry block modeling emergency operation; the third site of a two-chain line; the first consumer transformer; the second consumer transformer; loading at the end of the first chain; loading at the end of the second chain. The developed technique can be used both in calculation of emergency operation, and in the solution of the problem of definition of the kind and place of emergency operation in distributive electric networks.

Keywords: emergency operation, a feeder of 35 kV, a two-chain line, settlement scheme, phase coordinates, a place and type of the mode, induced tension.

Введение. В распределительных электрических сетях 6 - 10 - 35 кВ с изолированной нейтралью актуальной является задача расчета аварийных режимов (АР), а также задача определения их вида и места [1]. Аварийный режим можно рассчитать или методом трех симметричных составляющих, или методом фазных координат (ФК). Метод ФК является матричным методом расчета. В электрических сетях класса 110 кВ и выше метод ФК хорошо себя зарекомендовал. В распределительных электрических сетях этот метод применяется пока ограничено. Метод ФК позволяет рассчитывать фазные напряжения и токи в реальных величинах. Целью представленных исследований является разработка методики расчета аварийных режимов фидера 35 кВ, содержащего двухцепную линию. Без расчета АР невозможно создавать методики и приборы их обнаружения, а также разрабатывать различные критерии определения вида и места АР [2]. Также одним из методов определения вида и места АР является метод рассмотренный в [3, 4]. Аварийные режимы определяются по наведенным напряжениям на специальных антеннах, расположенных под фазами линии параллельно им. Чтобы рассчитать наведенные напряжения на антенне, необходимо знать напряжения на фазах линии в начале и конце участка линии, параллельно которому размещена антенна. Таким образом, сначала необходимо рассчитать сами аварийные ре-

жимы, а затем наведенные напряжения. Для одноцепной линии эта задача рассмотрена в [3, 4]. Представляет интерес разработка методики расчета аварийных режимов в случае, когда фидер содержит двухцепную линию.

Расчетная новая схема с двухцепной линией представлена на рисунке. Она отличается от расчетной схемы при одноцепной линии тем, что многополюсники А, В, С, Р имеют

размерность матриц 6 на 6, а не 3 на 3, а также содержит два потребительских трансформатора и две нагрузки. Это позволяет учесть электромагнитные влияния между всеми шестью фазами двухцепной линии, что ранее не было представлено в теории расчета аварийных режимов распределительных электрических сетей.

Нагрузка 1

ЛЭП-1

ЛЭП -2

Т П 1

ЛЭ П -3

Расчетная схема фидера, содержащего двухцепную линию (нижняя часть рисунка является продолжением верхней части)

На рисунке обозначено:

ПТ - питающий трансформатор с соединением обмоток «звезда - треугольник»;

ЛЭП-1 - первый участок двухцепной линии, параллельно которому будет размещена антенна;

ЛЭП-2 - второй участок двухцепной линии;

БН - блок несимметрии, моделирующий аварийные режимы;

ЛЭП-3 - третий участок двухцепной линии;

ТП 1 - первый потребительский трансформатор;

ТП 2 - второй потребительский трансформатор;

Нагрузка 1 - нагрузка в конце первой цепи;

Нагрузка 2 - нагрузка в конце второй цепи.

Получим методику расчета АР двухцепной линии, используя метод ФК как это сделано в [3] для одноцепной линии. Каждый из перечисленных элементов можно представить своей матрицей передачи H, содержащей блоки А, B,

C, D с соответствующими индексами. Тогда напряжения и токи в начале элемента Ш, н можно выразить через напряжения и токи в конце элемента Ш, К по формуле

'ин" = Н • 'ик" ' А В" 'ик ~

1н 1к С Б 1к

Запишем выражения для напряжения и токов, используя матрицы передачи всех элементов согласно рисунку.

Напряжения и токи в начале фидера:

ин

1н

Напряжения и токи в начале первого участка линии:

Ат Вт Ст От

икт 1кт

(1)

UH1" ' Лс11 Bell Лв11 Вв11 " Ull"

M Сс11 Dell Св11 Dвll Ill

UH2 Лв21 Be2l Лс21 Be2l U 21

IH2 Св21 De2l СС21 De2l 121

(2)

Напряжения и токи в начале второго участка линии:

Ull" " Лс12 Bel2 Лв12 Вв12 " Ul2

Ill Сс12 Del2 Св12 Dвl2 Il2

U 21 Лв22 Вв22 Лс22 Вс22 U 22

121 Св22 Пв22 Сс22 De22 122

Напряжения и токи в начале блока несимметрии:

(4)

Ul2 " " Лс13 Bel2 Лв13 Вв13 " "Ul3 "

Il2 Сс13 Del3 Св13 Dвl3 Il3

U 22 Лв23 Вв23 Лс23 Вс23 U 23

122 Св23 Dв23 СС23 De23 123

Напряжения и токи в начале третьего участка линии:

(5)

Ul3" " Лс14 Вс14 Лв14 Вв14 " Ul4 "

Il3 Сс14 Del4 Св14 Dвl4 Il4

U 23 Лв24 Вв24 Лс24 Вс24 U 24

123 Св24 Dв24 СС24 De24 124

Напряжения и токи в начале первого потребительского трансформатора:

Ul4" Лт1 Втl" ~öm\

Il4 = Ст1 Dml Iml . (6)

~U 24" " Лт2 Вт2 " ~öm 2

124 Ст 2 Dm 2 Im2

~öm\ ' Лн\ Вн\ VK1

Iml Сн\ Dнl Ik1

~öm 2" ' Лн2 Вн2 " ~0к 2

Im2 Сн 2 Dн 2 Ik2

Учтем граничные условия:

- токи после нагрузки равны нулю:

1к1 = 0,1к2 = 0, (10)

- напряжения в начале:

UH1 = UH2 = икт, (11)

- ток в начале:

1кт = 1н1 + 1н2. (12)

После преобразования (1)-(12) получим сле-(3) дующие выражения для напряжений и токов во всех точках двухцепного фидера:

Напряжения и токи в начале второго потребительского трансформатора:

\Пт ?Л

(7)

Напряжения и токи в начале первой нагрузки:

(8)

Напряжения и токи в начале второй нагрузки:

(9)

Uh1 = (Аэн1 • AETI + Лэвн\ • AET2) • Un 1н1 = (Сэн1 • AET1 + Сэвн1• AET2) • Un , Un2 = (Лэвн2 • AET1 + Лэн2 • AET2) • Un In2 = (Сэвн2 • AET1 + Сэн2 • AET2) • ин

Ull = ( Лэ11 • AET1 + Лэв11 • AET 2) • 0н Ill = (Сэ11 • AET1 + Сэв11 • AET2) • Пн , U 21 = ( Лэв21 • AET1 + Лэ21 • AET 2) • Пн 121 = (Сэв21 • AET1 + Сэ21 • AET 2) • Пн

U12 = (Лэ12 • AET1 + Лэв12 • AET2) • ин I12 = (Сэ12 • AET1 + Сэв12 • AET2) • Пн , U22 = (Лэв22 • AET1 + Лэ22 • AET2) • Пн 122 = (Сэв22 • AET1 + Сэ22 • AET2) • Пн

U13 = (Лэ13 • AET1 + Лэв13 • AET2) • Пн I13 = (Сэ13 • AET1 + Сэв13 • AET2) • 0н , U23 = (Лэв23 • AET1 + Лэ23 • AET2) • 0н 123 = (Сэв23 • AET1 + Сэ23 • AET2) • Пн

U14 = Лэ14 • AET1 • 0н I14 = Сэ14 • AET1 • 0н U 24 = Лэ24 • AET 2 • 0н ' 124 = Сэ24 • AET 2 • 0н

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

<

Uml = Aul ■ AETl ■ Uh Iml = Cul ■ AETl ■ Uu Um2 = Au2 ■ AET 2 ■ Uu' Im2 = Cu2 ■ AET2 ■ Uu

UK 2 = AET■ Uu = AET2 ■ Uu

(18)

(19)

Аэ11 = Ас12 ■ Аэ12 + Вс12 ■ Сэ12 + Ав12 ■ Аээ22 + Вв12 ■ Сээ22, Аээ11 = Ас12 ■ Аээ12 + Вс12 ■ Сээ12 + Ав12 ■ Аэ22 + Be12 ■ Сэ22, Сэ11 = Сс12 ■ Аэ12 + DC12 ■ Сэ12 + Св12 ■ Аээ22 + De12 ■ Сээ22, Сээ11 = Сс12 ■ Аээ12 + Dc12 ■ Сээ12 + Св12 ■ Аэ22 + De12 ■ Сэ22, Аэ21 = Ав22 ■ Аээ12 + Вв22 ■ Сээ12 + Ас22 ■ Аэ22 + Вс22 ■ Сэ22, Аээ21 = Аб22 ■ Аэ12 + Вв22 ■ Сэ12 + Ас22 ■ Аээ22 + Вс22 ■ Сээ22, Сэ21 = Сб22 ■ Аээ12 + De22 ■ Сээ12 + Сс22 ■ Аэ22 + Dc22 ■ Сэ22, Сээ21 = Се22 ■ Аэ12 + De22 ■ Сэ12 + Сс22 ■ Аээ22 + Dc22 ■ Сээ22.

(28)

UkI = AE ■ AET2 ■Uu = AETl ■ Uu, (20)

UKm = A29 ■ AET 2 ■Uu = AUKmUu, (21)

UKm = A29 ■ AET 2 ■Uu = A UKm ■ Uu, (22)

1кт = C29 ■ AET 2 ■ Uu = С1кт ■ Uu, (23)

Ih = (Cm ■ AUKm + Dm ■ С1кт) ■ Uh .

В выражениях (13)-(23) обозначено:

Аэ14 = Ami ■ Ah1 + Bml ■ Cul, Сэ14 = Cmi ■ Aui + Dmi ■ Cui, Аэ24 = Am2 ■ Au2 + Bm2 ■ Cu2, Сэ24 = Cm2 ■ Au2 + Dm2 ■ Cu2,

Aэ13 = Ac14 ■ Aэ14 + Bc14 ■ Cэ14, Aээ13 = Ae14 ■ Aэ24 + Be14 ■ Cэ24, Сэ13 = Cc14 ■ Aэ14 + Dc14 ■ Cэ14, Cээ13 = Ce14 ■ Aэ24 + De14 ■ Cэ24, Aэ23 = Ac24 ■ Aэ24 + Be 24 ■ Cэ24, Aээ23 = Ae 24 ■ Aэ14 + Be 24 ■ Cэ14, Cэ23 = Ce24 ■ Aэ24 + De24 ■ Cэ24, Cээ23 = Ce24 ■ Aэ14 + De24 ■ Cэ14.

Aэ12 = Ac13 ■ Aэ13 + Bc13 ■ Cэ13 + Ae13 ■ Aээ23 + Be13 ■ Cээ23, Aээ12 = Ac13 ■ Aээ13 + Bc13 ■ Cээ13 + Ae13 ■ Aэ23 + Be13 ■ Cэ23, Cэ12 = Cc13 ■ Aэ13 + Dc13 ■ Cэ13 + Ce13 ■ Aээ23 + De13 ■ Cээ23, Cээ12 = Cc13 ■ Aээ13 + Dc13 ■ Cээ13 + Ce13 ■ Aэ23 + De13 ■ Cэ23, Aэ22 = Ae23 ■ Aээ13 + Be23 ■ Cээ13 + Ac23 ■ Aэ23 + Bc23 ■ Cэ23, Aээ22 = Ae23 ■ Aэ13 + Be23 ■ Cэ13 + Ac23 ■ Aээ23 + Bc23 ■ Cээ23, Cэ22 = Ce23 ■ Aээ13 + De23 ■ Cээ13 + Cc23 ■ Aэ23 + Dc23 ■ Cэ23, Cээ22 = Ce23 ■ Aэ13 + De23 ■ Cэ13 + Cc23 ■ Aээ23 + Dc23 ■ Cээ23.

(24)

(25)

(26)

(27)

Аээ1 = Ас11 ■ Аэ11 + Вс11 ■ Сэ11 + Ав11 ■ Аээ21 + Вв11 ■ Сээ21, Аээв1 = Ас11 ■ Аээ11 + Вс11 ■ Сээ11 + Ав11 ■ Аэ21 + Вв11 ■ Сэ21, Сээ1 = Сс11 ■ Аэ11 + Dc11 ■ Сэ11 + Св11 ■ Аээ21 + De11 ■ Сээ21, Сээв! = Сс11 ■ Аээ11 + Dc11 ■ Сээ11 + Св11 ■ Аэ21 + De11 ■ Сэ21,

Аээ2 = Ав21 ■ Аээ11 + Вв21 Аээв2 = Ав21 ■ Аэ11 + Вв21 Сээ2 = Св21 ■ Аээ11 + De21 Сээе2 = Се21 ■ Аэ11 + De21

Сээ11 + Ас21 ■ Аэ21 + Вс21 ■ Сэ21, Сэ11 + Ас21 ■ Аээ21 + Вс21 ■ Сээ21, Сээ11 + Сс21 ■ Аэ21 + Dc21 ■ Сэ21, Сэ11 + Сс21 ■ Аээ21 + Dc21 ■ Сээ21

(29)

А27 = Аээ1 - Аээв 2, А28 = Аээ 2 - Аээв 1, С 27 = Сэн1 + Сээв 2, С 28 = Сээ 2 + Сээв 1,

АЕ = А27-1 ■ А28,

А29 = Аээ1- АЕ + Аээв 1, C 29 = С 27 ■ АЕ + С 28,

АЕТ = Ат ■ А29 + Вт ■ С 29.

(30)

(31)

(32)

(33)

Выводы. Таким образом, полученные матричные выражения (13)-(33) позволяют определить напряжения и токи в фазных координатах при аварийных режимах во всех точках фидера 35 кВ, содержащего двухцепную линию.

Литература

1. Аржанников Е.А., Чухин А.М. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи. - М.: Энергопресс, 1998. - 87 с.

2. Солдатов В.А., Чебесов Е.А. Критерии определения вида аварийного режима в сетях 0,38 кВ при использовании отношений напряжений и токов // Вестн. КрасГАУ. -2016. - № 8. - С. 104-110.

3. Солдатов С.В. Совершенствование методов расчета и обнаружения аварийных режимов сельских электрических сетей 10 кВ по наведенным напряжениям: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М: Изд-во ВИЭСХ, 2015. - 24 с.

4. Солдатов В.А., Яблоков А.С. Исследование наведенных напряжений на проводнике под линией электропередачи 35 кВ // Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: сб. ст. 66-й Междунар. науч.-практ. конф.: в 3 т. Т. 2 / Костромская ГСХА. - Караваево, 2015. - С. 193-196.

Literatura

1. Arzhannikov E.A., Chuhin A.M. Metody i pribory opredelenija mest povrezhdenija na linijah jelektroperedachi. - M.: Jenergopress, 1998. - 87 s.

Soldatov V.A., Chebesov E.A. Kriterii opredelenija vida avarijnogo rezhima v setjah 0,38 kV pri ispol'zovanii otnoshenij napr-jazhenij i tokov // Vestn. KrasGAU. - 2016. -№ 8. - S.104-110.

Soldatov S.V. Sovershenstvovanie metodov rascheta i obnaruzhenija avarijnyh rezhimov sel'skih jelektricheskih setej 10 kV po navedennym naprjazhenijam: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - M: Izd-vo VIJeSH, 2015. -24 s.

Soldatov V.A., Jablokov A.S. Issledovanie navedennyh naprjazhenij na provodnike pod liniej jelektroperedachi 35 kV // Aktual'nye problemy nauki v agropromyshlennom komplekse: sb. st. 66-j Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: v 3 t. T. 2 / Kostromskaja GSHA. -Karavaevo, 2015. - S. 193-196.

УДК 630*377

В.Д. Валяжонков, С.А. Демидов, Фам Нгок Линь

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАССЫ И ГАБАРИТОВ НАИЛЕГЧАЙШИХ СОРТИМЕНТОПОДБОРЩИКОВ

V.D. Valyazhonkov, S.A. Demidov, Pham Ngoc Linh

MODELING OF THE TENDENCY OF THE CHANGE OF WEIGHT AND DIMENSIONS PARAMETERS OF A WOOD ASSORTMENT PICK-UP (AP) OF THE LIGHTEST CLASS

Валяжонков ВД. - канд. техн. наук, доц. каф. эксплуатации транспортных и технологических машин Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург. E-mail: valy-vladimir@ yandex.ru Демидов С.А. - асп. каф. эксплуатации транспортных и технологических машин Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова, г. Санкт-Петербург. E-mail: [email protected]

Valyazhonkov V.D. - Cand. Techn. Sci., Assoc. Prof., Chair of Operation of Transport and Technological Machines, St. Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov, St. Petersburg. E-mail: [email protected] Demidov S.A. - Post-Graduate Student, Chair of Operation of Transport and Technological Machines, St. Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov, St. Petersburg. E-mail: [email protected]