Математическая модель кабельной линии электропередачи напряжением 110–500 кВ для имитации пробоя изоляции между жилой и экраном
Д.Ю. Вихарев, А.Ю. Мурзин, Н.А. Родин
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 5, сс. 50—58
Скачать PDF
Состояние вопроса. На сегодняшний день математические модели кабельных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше в различных программных комплексах основываются на методах симметричных составляющих и фазных координат. Такие модели не могут быть применены для представления схемы замещения кабельной линии при рассмотрении пробоя между токопроводящей жилой и экраном, который является наиболее вероятным видом повреждения кабельных линий в электрических сетях с глухо- и эффективно заземленной нейтралью. Основными причинами этого являются отсутствие возможности заземления экрана в промежуточной точке и упрощенное описание магнитного поля, создаваемого протекающим по поврежденному участку экрана током, в математической модели. В связи с этим задача математического моделирования кабельной линии напряжением 110 кВ и выше при однофазном повреждении изоляции между жилой и экраном является актуальной.
Материалы и методы. Использованы методы математического моделирования электрических цепей, матричного решения систем линейных алгебраических уравнений, расчета коэффициентов собственной и взаимной индуктивностей на основе применения векторного потенциала магнитного поля.
Результаты. Разработана математическая модель кабельной линии напряжением 110 кВ для имитации пробоя изоляции между жилой и экраном, отличающаяся от существующих возможностью заземления экрана в промежуточной точке и представлением экрана объемным проводником. Проведена верификация разработанной математической модели с применением программных комплексов PSCAD и MathCAD.
Выводы. Разработанная математическая модель может быть применена для составления схемы замещения кабельной линии напряжением 110 кВ и выше для имитации пробоя изоляции между жилой и экраном.
1. Файбисович Д.Л., Карапетян И.Г., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электрических сетей. – М.: НЦ ЭНАС, 2012. – 376 с.
2. Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1957. – 344 с.
3. Carson J.R. Wave propagation in overhead wires with ground return // The Bell System Technical Journal. – Oct., 1926. – Vol. 5, No. 4. – Р. 539–554. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1926.tb00122.x.
4. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. – Изд. 2-е, стер. – М.: АРИС, 2010. – 518 с.
5. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110–750 кВ. – М.: Энергия, 1979. – 152 с.
6. Nasser D. Tleis. Power Systems Modelling and Fault Analysis: Theory and Practice. – Second edition. – London: Academic Press, 2019. – 625 p.
7. Dommel H.W. Electromagnetic Transients Program (EMTP) Theory Book. – Portland, OR, USA: Bonneville Power Administration, 1986. – 281 p.
8. Особенности моделирования воздушных и кабельных участков линий электропередачи 110–750 кВ при использовании фазного координатного базиса / Д.Ю. Вихарев, И.Е. Иванов, А.Ю. Мурзин и др. // Вестник ИГЭУ. – 2023. – Вып. 2. – С. 51–60. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.2.051-060.
9. Дмитриев М.В. Кабельные линии высокого напряжения. – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. – 688 с.
10. Вагнер К.Ф., Эванс Р.Д. Метод симметричных составляющих. – М.: ОНТИ, 1936. – 181 с.
11. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: справ. кн. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 487 с.