Применение метода волновых каналов при анализе коммутационных перенапряжений, возникающих в процессе включения высоковольтной кабельной линии
Ключевые слова:
кабельная линия, коммутационные перенапряжения, остаточный заряд, индуктивность источника, фазо-модальное преобразование, волновой канал
Аннотация
Исследование случаев повреждаемости кабельных линий показывает, что большое число повреждений происходит на соединительных и концевых муфтах линий напряжением 110…500 кВ. Перенапряжения, обусловленные проведением оперативных переключений в схемах распределительных устройств подстанций, вносят свой вклад в общее число отказов. Значения амплитуды и частоты коммутационных перенапряжений зависят от параметров источника, коммутируемых цепей, момента коммутации.
Цель настоящей работы — выявление параметров сети и коммутируемой цепи, влияющих на максимальное значение перенапряжения при включении высоковольтной кабельной линии напряжением 400 кВ, а также определение степени их влияния. Рассмотрены следующие факторы: фаза коммутации, длина линии, индуктивность источника и наличие остаточного заряда на линии. Анализ проводили методом волновых каналов.
Для достижения поставленной цели в программе EMTP-RV разработана расчетная модель, позволившая рассчитать электромагнитные переходные процессы, вызванные коммутацией кабельной линии. Модель верифицирована по скорости распространения перенапряжения по коаксиальному волновому каналу. Расчеты перенапряжений показали, что фаза коммутации и наличие заряда на линии в предшествующем режиме работы оказывают наибольшее влияние на значение перенапряжения.
Область применения результатов — высоковольтные электрические сети, выполненные с применением кабельных линий. Результаты исследования позволили количественно оценить степень влияния рассмотренных факторов на перенапряжения при коммутации кабельных линий напряжением 400 кВ и оценить возможные превышения нормативно допустимых значений, что позволит превентивно повлиять на количество отказов.
Литература
1. Гринь А.В., Мнека А.С. Опыт монтажа кабельных линий 500 кВ с кабелями с полиэтиленовой изоляцией на Бурейской ГЭС, Загорской ГАЭС, Богучанской ГЭС, КВЛ 500 кВ ПС «Западная» – ПС «Очаково» // Кабели и провода. 2020. № 6(386). С. 26—32.
2. Liao Y. e. a. Breakdown Failure Analysis of 220 kV Cable Joint with Large Expanding Rate under Closing Overvoltage // Eng. Failure Analysis. 2021. V. 120. Pp. 1—15.
3. Lai Q. e. a. Investigation of Tail Pipe Breakdown Incident for 110 kV Cable Termination and Proposal of Fault Prevention // Eng. Failure Analysis. 2020. V. 108. P. 104353.
4. Wang H. e. a. Analysis of Transient Characteristics in the 110kV Cable Joint System During Switch Closing // Proc. II Intern. Conf. Electrical Materials and Power Equipment. 2019. Pp. 395—399.
5. Chen S. e. a. Analysis and Countermeasure of 110KV Cable Joint Defects // Proc. IEEE III Conf. Energy Internet and Energy System Integration. 2019. Pp. 2342—2345.
6. Liao Y. e. a. Numerical Analysis of Transient Overvoltages from Sequential Switching of 220 kV Tunnel Cables // Proc. IV Intern. Conf. Electric Power Equipment-Switching Technol. 2017. Pp. 1002—1005.
7. Ren H., Zhang Y. Analysis on Switching Overvoltage and Suppression Method of Cable Joint in 500 kV Cable Line // Energy Rep. 2021. V. 7. Pp. 567—575.
8. Da Silva F.F., Bak C.L. Electromagnetic Transients in Power Cables. London: Springer, 2013.
9. CIGRE Working Group B1.10. Update of Service Experience of HV Underground and Submarine Cables. Paris: CIGRE, 2009.
10. Виноградов А.В. Анализ повреждаемости электрооборудования электрических сетей и обоснование мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей // Вестник НГИЭИ. 2015. № 12(55). С. 12—21.
11. Бурлаков Е. и др. Переходные процессы и перенапряжения в однофазных кабельных линиях высокого напряжения // Электротехника. 2017. № 1. С. 3—9.
12. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А.А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них. Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. техн. ун-та, 2006.
13. Токарев С.Ю. Фазо-модальное преобразование многопроводных линий // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2014. № 2. С. 25—30.
14. Иванов И.Е. Аналитическое определение параметров транспонированной линии электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2019. № 1. С. 30 —42.
15. Palone F. e. a. Switching Transients on Very Long HV ac Cable Lines: Simulations and Measurements on the 230 kV Malta-Sicily Interconnector // Proc. CIGRE Session. Paris, 2016.
16. Georgiev D. e. a. Transients in Power Systems with a Large Share of HV Cables // Proc. XII Electrical Engineering Faculty Conf. 2020. Pp. 1—4.
17. Нудельман Г.С. и др. Система селективного автоматического повторного включения кабельно-воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше. Результаты разработки и опыт внедрения // Релейщик. 2020. № 3(38). С. 12—19.
18. Ghassemi F. Effect of Trapped Charges on Cable SVL Failure // Electric Power Systems Research. 2014. V. 115. Pp. 18—25.
19. Pordanjani I.R. e. a. Discharge Characteristics of Trapped Charge in Power Lines with Underground Cable and Overhead Line Segments // Proc. IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Techn. Conf. 2016. Pp. 1—6.
20. Robson S. e. a. Non-contact Measurement and Analysis of Trapped Charge Decay Rates for Cable Line Switching Transients // Energies. 2020. V. 5. Pp. 1142—1162.
21. ГОСТ Р МЭК 62067—2011. Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение свыше 150 кВ (Um = 170 кВ) до 500 кВ (Um = 550 кВ). Методы испытаний и требования к ним.
22. ГОСТ Р МЭК 60071-1:1993. Координация изоляции. Ч. 1. Термины, определения, принципы и правила.
23. Ohno T. e. a. Derivation of Theoretical Formulas of the Frequency Component Contained in the Overvoltage Related to Long EHV Cables // IEEE Trans. Power Delivery. 2012. V. 27. Pp. 866—876.
---
Для цитирования: Лахлах М.Х., Чо Г.Ч., Монаков Ю.В. Применение метода волновых каналов при анализе коммутационных перенапряжений, возникающих в процессе включения высоковольтной кабельной линии // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 68—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-68-76.
#
1. Grin' A.V., Mneka A.S. Opyt Montazha Kabel'nykh Liniy 500 kV s Kabelyami s Polietilenovoy Izolyatsiey na Bureyskoy GES, Zagorskoy GAES, Boguchanskoy GES, KVL 500 kV PS «Zapadnaya» – PS «Ochakovo». Kabeli i Рrovoda. 2020;6(386):26—32. (in Russian).
2. Liao Y. e. a. Breakdown Failure Analysis of 220 kV Cable Joint with Large Expanding Rate under Closing Overvoltage. Eng. Failure Analysis. 2021;120:1—15.
3. Lai Q. e. a. Investigation of Tail Pipe Breakdown Incident for 110 kV Cable Termination and Proposal of Fault Prevention. Eng. Failure Analysis. 2020;108:104353.
4. Wang H. e. a. Analysis of Transient Characteristics in the 110kV Cable Joint System During Switch Closing. Proc. II Intern. Conf. Electrical Materials and Power Equipment. 2019:395—399.
5. Chen S. e. a. Analysis and Countermeasure of 110KV Cable Joint Defects. Proc. IEEE III Conf. Energy Internet and Energy System Integration. 2019:2342—2345.
6. Liao Y. e. a. Numerical Analysis of Transient Overvoltages from Sequential Switching of 220 kV Tunnel Cables. Proc. IV Intern. Conf. Electric Power Equipment-Switching Technol. 2017:1002—1005.
7. Ren H., Zhang Y. Analysis on Switching Overvoltage and Suppression Method of Cable Joint in 500 kV Cable Line. Energy Rep. 2021;7:567—575.
8. Da Silva F.F., Bak C.L. Electromagnetic Transients in Power Cables. London: Springer, 2013.
9. CIGRE Working Group B1.10. Update of Service Experience of HV Underground and Submarine Cables. Paris: CIGRE, 2009.
10. Vinogradov A.V. Analiz Povrezhdaemosti Elektrooborudovaniya Elektricheskikh Setey i Obosnovanie Meropriyatiy po Povysheniyu Nadezhnosti Elektrosnabzheniya Potrebiteley. Vestnik NGIEI. 2015;12(55):12—21. (in Russian).
11. Burlakov E. i dr. Perekhodnye Protsessy i Perenapryazheniya v Odnofaznykh Kabel'nykh Liniyakh Vysokogo Napryazheniya. Elektrotekhnika. 2017;1:3—9 (in Russian).
12. Kadomskaya K.P., Lavrov Yu.A., Reykherdt A.A. Perenapryazheniya v Elektricheskikh Setyakh Razlichnogo Naznacheniya i Zashchita ot Nikh. Novosibirsk: Izd-vo Novosibirskogo Gos. Tekhn. Un-ta, 2006. (in Russian).
13. Tokarev S.Yu. Fazo-modal'noe Preobrazovanie Mnogoprovodnykh Liniy. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2014;2:25—30. (in Russian).
14. Ivanov I.E. Analiticheskoe Opredelenie Parametrov Transponirovannoy Linii Elektroperedachi na Baze Sinkhronizirovannykh Vektornykh Izmereniy. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2019;1:30 —42. (in Russian).
15. Palone F. e. a. Switching Transients on Very Long HV ac Cable Lines: Simulations and Measurements on the 230 kV Malta-Sicily Interconnector. Proc. CIGRE Session. Paris, 2016.
16. Georgiev D. e. a. Transients in Power Systems with a Large Share of HV Cables. Proc. XII Electrical Engineering Faculty Conf. 2020:1—4.
17. Nudel'man G.S. i dr. Sistema Selektivnogo Avtomaticheskogo Povtornogo Vklyucheniya Kabel'no-vozdushnykh Liniy Elektroperedachi Napryazheniem 110 kV i Vyshe. Rezul'taty Razrabotki i Opyt Vnedreniya. Releyshchik. 2020;3(38):12—19. (in Russian).
18. Ghassemi F. Effect of Trapped Charges on Cable SVL Failure. Electric Power Systems Research. 2014;115:18—25.
19. Pordanjani I.R. e. a. Discharge Characteristics of Trapped Charge in Power Lines with Underground Cable and Overhead Line Segments. Proc. IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Techn. Conf. 2016:1—6.
20. Robson S. e. a. Non-contact Measurement and Analysis of Trapped Charge Decay Rates for Cable Line Switching Transients. Energies. 2020;5:1142—1162.
21. GOST R MEK 62067—2011. Kabeli Silovye s Ekstrudirovannoy Izolyatsiey I Armatura k Nim na Nominal'noe Napryazhenie Svyshe 150 kV (Um = 170 kV) do 500 kV (Um = 550 kV). Metody Ispytaniy i Trebovaniya k Nim. (in Russian).
22. GOST R MEK 60071-1:1993. Koordinatsiya Izolyatsii. Ch. 1. Terminy, Opredeleniya, Printsipy i Pravila. (in Russian).
23. Ohno T. e. a. Derivation of Theoretical Formulas of the Frequency Component Contained in the Overvoltage Related to Long EHV Cables. IEEE Trans. Power Delivery. 2012;27:866—876.
---
For citation: Lahlah M.Kh., Cho G.Ch., Monakov Yu.V. Application of the Wave Channels Method to Analyze the Switching Overvoltages in Energizing a High-voltage Cable Line. Bulletin of MPEI. 2023;2:68—76. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-68-76.
2. Liao Y. e. a. Breakdown Failure Analysis of 220 kV Cable Joint with Large Expanding Rate under Closing Overvoltage // Eng. Failure Analysis. 2021. V. 120. Pp. 1—15.
3. Lai Q. e. a. Investigation of Tail Pipe Breakdown Incident for 110 kV Cable Termination and Proposal of Fault Prevention // Eng. Failure Analysis. 2020. V. 108. P. 104353.
4. Wang H. e. a. Analysis of Transient Characteristics in the 110kV Cable Joint System During Switch Closing // Proc. II Intern. Conf. Electrical Materials and Power Equipment. 2019. Pp. 395—399.
5. Chen S. e. a. Analysis and Countermeasure of 110KV Cable Joint Defects // Proc. IEEE III Conf. Energy Internet and Energy System Integration. 2019. Pp. 2342—2345.
6. Liao Y. e. a. Numerical Analysis of Transient Overvoltages from Sequential Switching of 220 kV Tunnel Cables // Proc. IV Intern. Conf. Electric Power Equipment-Switching Technol. 2017. Pp. 1002—1005.
7. Ren H., Zhang Y. Analysis on Switching Overvoltage and Suppression Method of Cable Joint in 500 kV Cable Line // Energy Rep. 2021. V. 7. Pp. 567—575.
8. Da Silva F.F., Bak C.L. Electromagnetic Transients in Power Cables. London: Springer, 2013.
9. CIGRE Working Group B1.10. Update of Service Experience of HV Underground and Submarine Cables. Paris: CIGRE, 2009.
10. Виноградов А.В. Анализ повреждаемости электрооборудования электрических сетей и обоснование мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей // Вестник НГИЭИ. 2015. № 12(55). С. 12—21.
11. Бурлаков Е. и др. Переходные процессы и перенапряжения в однофазных кабельных линиях высокого напряжения // Электротехника. 2017. № 1. С. 3—9.
12. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А.А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них. Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. техн. ун-та, 2006.
13. Токарев С.Ю. Фазо-модальное преобразование многопроводных линий // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2014. № 2. С. 25—30.
14. Иванов И.Е. Аналитическое определение параметров транспонированной линии электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2019. № 1. С. 30 —42.
15. Palone F. e. a. Switching Transients on Very Long HV ac Cable Lines: Simulations and Measurements on the 230 kV Malta-Sicily Interconnector // Proc. CIGRE Session. Paris, 2016.
16. Georgiev D. e. a. Transients in Power Systems with a Large Share of HV Cables // Proc. XII Electrical Engineering Faculty Conf. 2020. Pp. 1—4.
17. Нудельман Г.С. и др. Система селективного автоматического повторного включения кабельно-воздушных линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше. Результаты разработки и опыт внедрения // Релейщик. 2020. № 3(38). С. 12—19.
18. Ghassemi F. Effect of Trapped Charges on Cable SVL Failure // Electric Power Systems Research. 2014. V. 115. Pp. 18—25.
19. Pordanjani I.R. e. a. Discharge Characteristics of Trapped Charge in Power Lines with Underground Cable and Overhead Line Segments // Proc. IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Techn. Conf. 2016. Pp. 1—6.
20. Robson S. e. a. Non-contact Measurement and Analysis of Trapped Charge Decay Rates for Cable Line Switching Transients // Energies. 2020. V. 5. Pp. 1142—1162.
21. ГОСТ Р МЭК 62067—2011. Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение свыше 150 кВ (Um = 170 кВ) до 500 кВ (Um = 550 кВ). Методы испытаний и требования к ним.
22. ГОСТ Р МЭК 60071-1:1993. Координация изоляции. Ч. 1. Термины, определения, принципы и правила.
23. Ohno T. e. a. Derivation of Theoretical Formulas of the Frequency Component Contained in the Overvoltage Related to Long EHV Cables // IEEE Trans. Power Delivery. 2012. V. 27. Pp. 866—876.
---
Для цитирования: Лахлах М.Х., Чо Г.Ч., Монаков Ю.В. Применение метода волновых каналов при анализе коммутационных перенапряжений, возникающих в процессе включения высоковольтной кабельной линии // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 68—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-68-76.
#
1. Grin' A.V., Mneka A.S. Opyt Montazha Kabel'nykh Liniy 500 kV s Kabelyami s Polietilenovoy Izolyatsiey na Bureyskoy GES, Zagorskoy GAES, Boguchanskoy GES, KVL 500 kV PS «Zapadnaya» – PS «Ochakovo». Kabeli i Рrovoda. 2020;6(386):26—32. (in Russian).
2. Liao Y. e. a. Breakdown Failure Analysis of 220 kV Cable Joint with Large Expanding Rate under Closing Overvoltage. Eng. Failure Analysis. 2021;120:1—15.
3. Lai Q. e. a. Investigation of Tail Pipe Breakdown Incident for 110 kV Cable Termination and Proposal of Fault Prevention. Eng. Failure Analysis. 2020;108:104353.
4. Wang H. e. a. Analysis of Transient Characteristics in the 110kV Cable Joint System During Switch Closing. Proc. II Intern. Conf. Electrical Materials and Power Equipment. 2019:395—399.
5. Chen S. e. a. Analysis and Countermeasure of 110KV Cable Joint Defects. Proc. IEEE III Conf. Energy Internet and Energy System Integration. 2019:2342—2345.
6. Liao Y. e. a. Numerical Analysis of Transient Overvoltages from Sequential Switching of 220 kV Tunnel Cables. Proc. IV Intern. Conf. Electric Power Equipment-Switching Technol. 2017:1002—1005.
7. Ren H., Zhang Y. Analysis on Switching Overvoltage and Suppression Method of Cable Joint in 500 kV Cable Line. Energy Rep. 2021;7:567—575.
8. Da Silva F.F., Bak C.L. Electromagnetic Transients in Power Cables. London: Springer, 2013.
9. CIGRE Working Group B1.10. Update of Service Experience of HV Underground and Submarine Cables. Paris: CIGRE, 2009.
10. Vinogradov A.V. Analiz Povrezhdaemosti Elektrooborudovaniya Elektricheskikh Setey i Obosnovanie Meropriyatiy po Povysheniyu Nadezhnosti Elektrosnabzheniya Potrebiteley. Vestnik NGIEI. 2015;12(55):12—21. (in Russian).
11. Burlakov E. i dr. Perekhodnye Protsessy i Perenapryazheniya v Odnofaznykh Kabel'nykh Liniyakh Vysokogo Napryazheniya. Elektrotekhnika. 2017;1:3—9 (in Russian).
12. Kadomskaya K.P., Lavrov Yu.A., Reykherdt A.A. Perenapryazheniya v Elektricheskikh Setyakh Razlichnogo Naznacheniya i Zashchita ot Nikh. Novosibirsk: Izd-vo Novosibirskogo Gos. Tekhn. Un-ta, 2006. (in Russian).
13. Tokarev S.Yu. Fazo-modal'noe Preobrazovanie Mnogoprovodnykh Liniy. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2014;2:25—30. (in Russian).
14. Ivanov I.E. Analiticheskoe Opredelenie Parametrov Transponirovannoy Linii Elektroperedachi na Baze Sinkhronizirovannykh Vektornykh Izmereniy. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2019;1:30 —42. (in Russian).
15. Palone F. e. a. Switching Transients on Very Long HV ac Cable Lines: Simulations and Measurements on the 230 kV Malta-Sicily Interconnector. Proc. CIGRE Session. Paris, 2016.
16. Georgiev D. e. a. Transients in Power Systems with a Large Share of HV Cables. Proc. XII Electrical Engineering Faculty Conf. 2020:1—4.
17. Nudel'man G.S. i dr. Sistema Selektivnogo Avtomaticheskogo Povtornogo Vklyucheniya Kabel'no-vozdushnykh Liniy Elektroperedachi Napryazheniem 110 kV i Vyshe. Rezul'taty Razrabotki i Opyt Vnedreniya. Releyshchik. 2020;3(38):12—19. (in Russian).
18. Ghassemi F. Effect of Trapped Charges on Cable SVL Failure. Electric Power Systems Research. 2014;115:18—25.
19. Pordanjani I.R. e. a. Discharge Characteristics of Trapped Charge in Power Lines with Underground Cable and Overhead Line Segments. Proc. IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Techn. Conf. 2016:1—6.
20. Robson S. e. a. Non-contact Measurement and Analysis of Trapped Charge Decay Rates for Cable Line Switching Transients. Energies. 2020;5:1142—1162.
21. GOST R MEK 62067—2011. Kabeli Silovye s Ekstrudirovannoy Izolyatsiey I Armatura k Nim na Nominal'noe Napryazhenie Svyshe 150 kV (Um = 170 kV) do 500 kV (Um = 550 kV). Metody Ispytaniy i Trebovaniya k Nim. (in Russian).
22. GOST R MEK 60071-1:1993. Koordinatsiya Izolyatsii. Ch. 1. Terminy, Opredeleniya, Printsipy i Pravila. (in Russian).
23. Ohno T. e. a. Derivation of Theoretical Formulas of the Frequency Component Contained in the Overvoltage Related to Long EHV Cables. IEEE Trans. Power Delivery. 2012;27:866—876.
---
For citation: Lahlah M.Kh., Cho G.Ch., Monakov Yu.V. Application of the Wave Channels Method to Analyze the Switching Overvoltages in Energizing a High-voltage Cable Line. Bulletin of MPEI. 2023;2:68—76. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-68-76.
Опубликован
2022-12-16
Выпуск
Раздел
Электроэнергетика (технические науки) (2.4.3)
