Full Text

Введение В настоящее время с активным развитием городов и ростом потребности в передаваемой электроэнергии остро встает вопрос о возможности увеличения загрузки эксплуатируемых линий электропередачи, так как реконструкция существующих или прокладка новых кабельных линий требуют больших материальных затрат, а иногда технически неосуществимы [1]. Следовательно, актуальной является задача разработки алгоритмов управления нагрузочным режимом кабельных линий с целью обеспечения безопасной эксплуатации. Основным фактором, ограничивающим величину рабочего тока, является температура конструктивных элементов кабельной линии [2]. Поэтому процесс её эксплуатации сопряжен с необходимостью контроля температурных условий. Однако непосредственное наблюдение за нагревом линий, расположенных в подземных коллекторах, затруднено [3; 4]. Следовательно, необходимо разработать инструмент для быстрого анализа состояния линий в заданных условиях [5]. Существуют различные способы решения подобной задачи, например, натурные эксперименты, прогностические оценки эксплуатации подобных объектов, различные методы математического моделирования [6-9]. В общем случае кабельный канал можно представить в виде замкнутого объема, содержащего в себе N линий. Преимущество численной реализации задачи тепломассопереноса заключается в том, что она позволяет рассматривать произвольные конфигурации канала с различным геометрическим расположением линий, различным конструктивом и свойствами применяемых материалов. Математическая реализация схожей задачи была проведена в [10; 11]. В работе [12] показано хорошее соответствие результатов численного моделирования реальному эксперименту, что позволяет использовать подобный подход для экономии материально-временных ресурсов при расчете возможных состояний канала. Анализ температурного состояния кабельных линий в действующем или перспективном режиме необходим для своевременного предотвращения нагрева изоляции кабелей сверх допустимых температур, что может привести к её преждевременному старению, т.е. ухудшению эксплуатационных свойств всей линии [13; 14]. В случае вероятности возникновения перегревов необходимо определять пути решения опасной ситуации. Одним из решений является изменение токовых нагрузок некоторых линий. В работе предлагается методика, позволяющая проводить подобный анализ состояния канала средствами удаленного контроля и управлять выбором наиболее рационального режима. Задача поиска допустимого режима эксплуатации кабельного канала На рис. 1 представлена схема последовательности действий, позволяющая определить допустимый режим работы для определенных условий, удовлетворяющий некоторым критериям. На первом этапе необходимо определить, существует ли возможность перегрева при новых значениях загрузки линий. Если по результатам проверки данный режим может привести к превышению допустимых температур, необходимо выбрать линии, на которых возможно снижение нагрузки для восстановления рабочего режима. Критериями выбора нового режима будет непревышение допустимых температур конструктивными элементами всех линий и минимальное требуемое снижение величины нагрузки. Рис. 1. Схема решения задачи поиска допустимого режима На первом этапе расчетов необходимо проверить, соответствует ли новый режим требованиям по температуре. Расчет температурного состояния кабельных линий проводится на основании численного моделирования в пакете ANSYS. Алгоритм определения возможных превышений допустимых температур на поверхностях жил представлен на рис. 2. В счетную модель необходимо внести исходные данные, к которым относятся: количество линий N, нагрузка каждой работающей линии I0i, температурный критерий Тк. Для данных параметров рассчитывается температурное состояние канала. Полученная температура каждой линии Ti сравнивается с Тк. В случае, если заданные нагрузки не приводят к перегреву, они выдаются оператору как допустимые, иначе указываются линии с превышением температур. Рис. 2. Алгоритм проверки наличия возможных точек перегрева В случае, если рассматриваемый новый режим может привести к недопустимым состояниям канала, необходимо определить, на каких линиях и насколько требуется снизить нагрузку, чтобы устранить чрезмерный нагрев. Каждая линия обладает своим диапазоном регулирования рабочего тока, возможные шаги его понижения, а также минимальное значение. Для определения оптимального варианта воздействий необходимо рассчитать температурные состояния канала для всех возможных сочетаний нагрузок линий. Если представить дискретный диапазон возможных токов в виде , где I - ток линии, i - номер линии , ni - количество дискретных значений возможных токов регулировки i-й линии, то можно записать выражение для определения суммарного числа уникальных комбинаций токов N линий: Алгоритм расчета всех возможных комбинаций загрузки канала представлен на рис. 3. Исходными данными для приведенного ниже алгоритма являются параметры I0i, N и диапазон возможных токов для каждой линии Ii. Алгоритм содержит N встроенных друг в друга циклов. Внутри цикла происходит расчет каждого возможного температурного состояния канала. Результаты расчетов записываются в массив. Для удобства работы необходимо определить структуру массива, в котором будут храниться результаты всех возможных решений температур кабельного канала. Он должен включать в себя всю совокупность уникальных решений состояний кабельного канала, рассчитанных для конкретных токовых нагрузок. В каждую отдельную запись целесообразно включать следующие данные: 1. j - порядковый номер вычисления состояния. Он необходим для однозначной идентификации решения и последующей обработки и сортировки результатов . 2. Ti - совокупность температур наиболее нагретых элементов изоляции каждой линии. Этот набор температур будет получен в ходе каждого дискретного решения для своего уникального сочетания токов нагрузок линий. 3. I0i - начальные токи линий. Начальные токи каждой из линий берутся до первого цикла расчета при обнаружении факта перегрева. Рис. 3. Алгоритм расчета всех возможных комбинаций 4. Ii - текущие токи, для которых производится j-й расчёт. 5. ΔIк - суммарное снижение нагрузки для данного расчета, рассчитанное относительно начальных токов. Таким образом, массив с результатами будет иметь вид: Т[J, Тi, I0i, Ii, ΔIк,i = 1..N]. На следующем этапе необходимо проверить, существует ли такая комбинация рабочих токов, при которой режим будет допустимым. Алгоритм проверки наличия решения представлен на рис. 4. Исходными данными для этого алгоритма являются массив, содержащий совокупность всех решений, полученных на предыдущем шаге, и температурный критерий. В каждом варианте необходимо проверить температурное условие для всех линий. В данном алгоритме Тj - это совокупность температур на всех линиях, соответствующих выбранной комбинации нагрузок. Переменная m вводится для подсчета количества состояний с температурами, превышающими критерий Тк. Рис. 4. Алгоритм проверки наличия решения В случае, когда при всех возможных комбинациях загрузки канала состояние превышения температурного критерия сохраняется, единственным способом недопущения перегрева будет отключение одной или нескольких линий. Данное решение принимает оператор диспетчерской службы. При нескольких возможных решениях задачи поиска допустимого режима необходимо провести сравнение этих решений и выбрать то, для которого суммарное изменение нагрузок линий будет минимальным. Алгоритм выбора подходящего варианта представлен на рис. 5. Исходными данными для него также являются массив всех решений и температурный критерий. В ходе сортировки отбрасываются решения, не удовлетворяющие условию температурного ограничения. Оставшиеся решения выстраиваются в порядке критерия сортировки. Рис. 5. Алгоритм выбора оптимального решения В случае наличия хотя бы одного решения, удовлетворяющего температурному критерию, оператору предоставляются параметры рационального режима. В ходе практической реализации предложенных в работе алгоритмов было обнаружено, что численная реализация конкретной задачи тепломассопереноса с использованием пакета ANSYS занимает продолжительное время, что существенно замедляет и усложняет расчеты и не позволяет использовать предлагаемые подходы для оперативного управления. Поэтому была предложена компактная и быстрореализуемая модель на основе полиномов [15]. Заключение Предлагаемая в работе методика может быть интегрирована в систему контроля работы линий электропередачи. Рассмотренные алгоритмы подходят для кабельных сооружений различных конструкций и могут быть практически реализованы в виде отдельного программного приложения. Внедрение подобных продуктов в систему мониторинга состояния кабельных линий способствует развитию цифровизации электроэнергетических систем.

About the authors

I. B Kukharchuk

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 140

PDF (Russian) - 82

Refbacks

• There are currently no refbacks.