Полевые методы определения электрических параметров воздушных линий электропередачи

• Автор: Бессолицын, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1.1 Общие положения

1.2 Аналитические методы расчета продольных и поперечных сопротивлений воздушных линий.
1.3 Использование численных методов расчета электромагнитного поля для определения параметров линий электропередач.
1.4 Существующие программновычислительные комплексы для анализа электромагнитного поля с возможностью расчета индуктивных и емкостных характеристик .
1.5 Выводы
2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОГОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ С УЧЕТОМ ПРОВОДЯЩЕЙ ЗЕМЛИ.
2.1 Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля проводов, проходящих параллельно земле с конечной проводимостью.
2.2 Формирование дифференциальных уравнений для составляющих векторов напряженности электрического и магнитного поля.
2.3 Решение дифференциальных уравнений для вектора напряженности магнитного поля.
2.4 Расчет векторного магнитного потенциала и продольной составляющей
векторалапряженности электрического поля .
2.5 Расчет собственного и взаимного сопротивления проводов над поверхностью земли
2.6 Вычисление интеграла Карсона
2.7 Расчет удельных емкостей проводов воздушных линий электропередач.
2.8 Выводы.
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ПОЛЕВОЙ ЗАДАЧИ.
3.1 Общие положения метода конечных элементов
3.2 Аппроксимация проекции векторного магнитного и скалярного электрического потенциалов в области решения
3.3 Вывод дифференциального уравнения для векторного магнитного потенциала
3.4 Формирование системы алгебраических уравнений для одного элемента относительно значений узловых потенциалов методом Галркина.
3.5 Формирование системы линейных уравнений для расчета электрического потенциала методом конечных элементов.
3.6 Расчет элементов матриц, входящих в алгебраические уравнения метода конечных элементов
3.7 Формирование глобальных матриц коэффициентов систем линейных уравнений относительно величин искомых потенциалов
3.8 Численный расчет собственных и взаимных сопротивлений проводов воздушных линий электропередач
3.9 Определение собственных и взаимных емкостей проводов воздушных линий.
3. Выводы
4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЛ
4.1 Общие положения
4.2 Выполнение триангуляции на плоскости.
4.3 Построение трехмерной триангуляции.
4.4 Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
5.1 Сравнение результатов численного и аналитического расчета продольных параметров ВЛ.
5.2 Сравнение результатов численного и аналитического расчета поперечных параметров ВЛ.
5.3 Сопоставление возможностей разработанного программного комплекса ЭоАСР с характеристиками системы численного моделирования АЫЗУЗ
5.4 Расчет электрических параметров В Л с учетом непараллельного прохождения проводов и их провеса.
5.5 Апробация разработанной методики расчета параметров ВЛ
5.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Эта составляющая определяется, исходя из интефальной формы закона полного тока. Вторая составляющая магнитного поля создается протекающим в земле электрическим током, который наводится переменным элеюфомагнитным полем исходного тока. Она находится исходя из условия непрерывности вектора напряженности магнитного поля на поверхности земли. Основываясь на полученных выражениях для вектора напряженности магнитного поля, записывается формула, отражающая распределение векторного магнитного потенциала в воздухе и земле. Затем из этого получается выражение для продольной составляющей вектора напряженности электрического поля и определяется коэффициент распространения. Выражение, записанное для коэффициент распространения, используется при расчете собственного сопротивления проводника, проходящего над землей с конечной проводимостью. Аналогично выводится уравнение для расчета взаимного сопротивления двух проводников. Во все итоговые формулы, полученные в описываемой работе, входит неопределенный интеграл, который невозможно рассчитать аналитически. Данный интеграл получил название интеграла Карсона. В работе 1 предложено находить значение данного интеграла через вычисление суммы бесконечного ряда или с помощью специальных кривых, приведенных там же. В последующие годы было предложено значительное количество упрощенных выражений для определения активных и индуктивных параметров ВЛ, исключающих необходимость вычисления интеграла Карсона, однако их использование приводит к существенной погрешности расчетов 2, 3. В строгой постановке без какихлибо упрощений задача о расчете электромагнитного поля переменного тока, протекающего в прямолинейно цилиндрическом проводнике бесконечной длины, проходящем над поверхностью плоской земли, была решена в 4. Так же, как в работе 1, электромагнитное поле представляется суммой двух составляющих поля уединенного провода и поля земли. В первом приближении принимается, что поле токов, протекающих в земле, не влияет на распределение плотности электрического тока, протекающего в проводе. В этом случае, первая составляющая электромагнитного поля внутри и вне провода описывается через выражения, полученные Зоммерфельдом 5. Максвелла, причем для вектора напряженности электрического поля записываются выражения для проекций на все три оси координат. Неизвестные, входящие в уравнения определяются исходя из граничных условий на поверхности провода и земли. Во все полученные выражения входят исключительно сложные неопределенные интегралы, которые нельзя взягь аналитически, однако в данной работе рассмотрены подходы к относительно точному их расчету. Кроме того, получено уравнение, исходя из которого, итерационным методом может быть рассчитана постоянная распространения. После расчета параметров электромагнитного поля получены формулы для вычисления удельных параметров линии, которые являются более точными, по сравнению с выражениями в 1, так как учитывают поперечные составляющие вектора напряженности электрического поля. Результатами максимально точного аналитического решения оказались формулы, расчет по которым настолько сложен, что они не пригодны для выполнения практических вычислений. Для упрощения расчетов во второй части статьи 4 рассмотрено использование приближенных граничных условий Леонтовича на поверхности раздела воздуха и земли. В результате были получены упрощенные, но и, в то же время, содержащие некоторую погрешность формулы для параметров электромагнитного поля и характеристик линии. Было показано, что границы применимости упрощенных выражений достаточно широки, однако выполнение вычислений с их помощью связано со значительными математическими трудностями. В приложении к рассматриваемой работе рассматривается подход к учету эффекта близости, искажающему распределение плотности электрического тока в проводнике линии, причем показано, что пренебрежение данным эффектом приводит к крайне незначительной погрешности. Развитие метода, предложенного Карсоном для определения удельных параметров воздушных линий, описано в 6.