Введение
Кабельные коммуникации, к которым относятся подземные магистральные линии связи, цепи контроля и управления работой электроэнергетических объектов, являются важным элементом обеспечения эффективной и безопасной работы энергосистем и ее генерирующих объектов. Эти коммуникации находятся, как правило, в зоне электромагнитного влияния высоковольтной сети и в непосредственном контакте с ее элементами. Актуальность исследований определяется необходимостью обеспечения надежности систем связи, контроля и управления совместной работой электроэнергетических объектов, в том числе электростанций. Нормативными документами снижение опасности влияний высоковольтной сети предусматривает удаление линий связи от воздушных линий электропередачи ВЛ, использование разделительных пунктов и защиту концевых аппаратов. При этом защита элементов самих кабелей связи не обеспечивасгся.
Существующие методы повышения надежности работы кабельных коммуникаций не выполнимы в ряде случаев в части удаления их трассы от элементов высоковольтной сети, а средства от перенапряжений недостаточно эффективны. Возникающие повреждения кабельных коммуникаций приводит к перерывам в работе каналов связи и управления, а также к дополнительным затратам при проведении ремонтных работ. Более того, расчеты показывают, что срабатывание защитных разрядников увеличивает опасность токов и напряжений для элементов кабеля связи жил и изоляции, как на трассе линии, так и на пунктах подключения.
Сложность решения проблемы электромагнитной совместимости магистральных линий и экспериментальных исследований влияний заключается в необходимости учета комбинированного действия аварийного тока в воздушной линии ВЛ и потенциалов на заземляющих контурах электростанций. Кроме того, в условиях действующей сети экспериментально можно зарегистрировать только значения токов и напряжений по концам протяженных подземных коммуникациях. Физически невозможно разделение влияния наведенной ЭДС и потенциалов заземлителей по концам линии, а также токов в одном опыте, что затрудпяст интерпретацию опытных данных.
Объектом исследований электромагнитной совместимости с высоковольтной сетью являются подземные магистрали, имеющие электрическую связь с контурами заземления станций и подстанций. Эти вопросы приобретают особую актуальность в районах с высоким удельным сопротивлением грунта и для каскадов относительно небольших ГЭС, имеющих многочисленные линии связи между отдельными электростанциями.
В значительной степени, проблема электромагнитной совместимости ЭМС высоковольтной сети и линии связи решается с помощью оптоволоконной системы передачи. Однако, в связи с дороговизной и низким темпам внедрения на удаленных каскадах ГЭС, в настоящее время продолжают успешно эксплуатироваться кабельные линии связи. В ряде случаев проблема диспетчер
ской связи выполнена по высокочастотным каналам. Например, на ТТазском и Нивском каскадах ГЭС Кольской энергосистемы используются проводные подземные коммуникации связи, а на Каскаде Серебрянских ГЭС вследствие опасности выноса потенциалов используются только высокочастотные каналы.
В результате повреждений элементов кабельной линии уменьшается надежность управления совместной работы электростанций, возможны нарушения цепей контроля. Сами повреждения могут иметь длительный характер. Это связано с тем, что поиск места повреждения достаточно затруднителен.
Наиболее опасные для подземных кабельных линий влияния проявляются в местах сближения или пересечениях трасс ВЛ, а также на заходах в подстанции или электростанции. Во время аварийных режимов, а особенно при несимметричных коротких замыканиях на землю в высоковольтной сети, на линиях связи возникают опасные напряжения и токи, обусловленные индуктивным влиянием тока воздушной линии электропередачи ЛЭП и гальваническим влиянием напряжений на заземляющих контурах электроустановок. Повреждения элементов кабельных линий связи могут быть существенны, начиная от повреждения изоляции и заканчивая разрывом проводной связи.
Исследования влияний высоковольтной сети на проводные линии связи выполняются длительное время по следующим направлениям теоретические, экспериментальные, технические. Исследуется влияние на снижение качества и нарушения работы систем связи, а также повреждения элементов самих кабельных линий.
Развитие энергосистем, увеличение генерируемой мощности приводит к увеличению числа самих замыканий, а также, к увеличению напряжений при азарийных режимах, воздействующих на линии связи энергосистем. Повышение уровней токов и напряжений, с увеличением числа повреждений кабельных линий связи, определяют дополнительное изучение опасных влияний и токов в аварийных режимах, а также совершенствование защитных мероприятий. Развитие вычислительной техники позволяет выполнять сложные математические расчеты, в том числе ранее табулированных функций.
В данной работе рассматриваются только опасные влияния. Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи
1. Анализ физических процессов электромагнитного влияния аварийных режимов высоковольтной сети на подземные проводные коммуникации.
2. Нахождение решения уравнений электромагнитного поля аварийных токов в воздушной ЛЭП в произвольной точке земли на основе решения для векторного потенциала поля диполя, расположенного над поверхностью земли, и методики расчета распределения наведенной ЭДС по трассе кабельной линии.
3. Разработка методики расчета напряжений и токов, наведенных в элементах подземных проводных коммуникаций, с учетом гальванической и магнитной составляющих влияния аварийных токов в высоковольтной сети.
4. Разработка методики экспериментальных исследований влияний аварийных токов на подземные коммуникации в действующих сетях и выполнение контрольных экспериментатьных измерений наведенных напряжений и токов в подземной линии связи в натуральных условиях.
5. Выполнение численных исследований электромагнитного влияния аварийных токов высоковольтной сети на проводные коммуникации.
6. Разработка метода совершенствования защиты элементов связи от электромагнитного влияния аварийных токов высоковольтной сети.
Полученные результаты могут быть использованы для изучения опасности влияний на подземные коммуникации другого типа, например, газо и нефтепроводы, а также для совершенствования методов защиты низковольтных различных проводных коммуникаций, в том числе цепей контроля и управления.
Глава 1. Анализ существующих методов исследования электромагнитного влияния аварийных токов на подземные коммуникации и защиты элементов линий связи.
1.1 Характеристика проблемы
Актуальность
- Київ+380960830922