Моделирование электромагнитных влияний многоцепных линий электропередачи на трубопроводы

Введение. Эффективный способ сокращения землеотвода под строительство объектов энергетики состоит в реализации многоцепных линий электропередачи (МВЛ). В среднесрочной перспективе можно ожидать, что на некоторых участках эти ЛЭП будут располагаться вблизи магистральных трубопроводов (МТ); вследствие электромагнитного влияния (ЭМВ) на деталях МТ могут возникать потенциалы, опасные для персонала и негативно воздействующие на системы защиты от коррозии. При решении задачи расчета ЭМВ МВЛ на трубопроводы можно эффективно использовать подход, базирующийся на фазных координатах.

Цель. Разработать цифровые модели для определения наведенных потенциалов и токов на МТ, проложенном параллельно трассе МВЛ.

Методы исследований. Использовались технологии моделирования режимов электроэнергетических систем (ЭЭС) в фазных координатах.

Результаты и обсуждение. Сопоставление МВЛ и коридора ЛЭП (КЛЭП) позволило сформулировать следующие выводы: в нормальном режиме наведенные напряжения в отдельных точках МТ в модели с МВЛ превышают аналогичные показатели для коридора линий почти в два раза; в неполнофазном режиме отношения потенциалов на трубе при МВЛ и КЛЭП находятся в пределах 0,7…2,44, а для токов 0,7…0,82.

Заключение. Применяемый подход к расчету наведенных напряжений отличается универсальностью и может использоваться для определения режимов в сетях различной конфигурации; представленные в статье модели могут быть полезными в практике проектирования участков совместного прохождения перспективных ЛЭП многоцепной конструкции и трубопроводов при планировании мероприятий по обеспечению безопасной работы обслуживающего персонала. Научная новизна представленных результатов состоит в использовании оригинальных алгоритмов определения электромагнитных влияний МВЛ на трубопроводы, базирующихся на применении фазных координат. Методика распространяется на МАЛ других конструкций, например, четырех- и шестицепных.

1. Рубцова Н. Б., Мисриханов М. Ш., Седунов В. Н. [и др.] Альтернативные варианты обеспечения электромагнитной безопасности линий электропередачи // Известия Самарского научного центра РАН. 2012; 14 (5(3)): С. 839-845.

2. Acosta J.S., Tavares M.C., Gole A.M. Optimizing multi-circuit transmission lines for single-phase autoreclosing. Electric Power Systems Research. 2021; 197: 107329. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2021.107329

3. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005. 273 с.

4. Zhang B., Wu C., Wang X., Ma L., Wang L., Chu X. Analysis of zero sequence power directional unit for multi-circuit transmission lines with different voltage levels. Materials Chinese Automation Congress (CAC). 2017. https://doi.org/10.1109/CAC.2017.8243711

5. Xiaoke Chen, Xiangwen Cheng, Jinquan Zhao, Jing Zhang, Xi He. Optimal phase sequence of multi-circuit transmission lines on the same tower //13th International Conference on Natural Computation, Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (ICNC-FSKD). 2017. Publisher: IEEE.

6. Li H, Wang X, Zhao J, Zheng Z. The optimal phase sequence arrangement of multicircuit transmission lines on the same tower // 13th International Conference on Natural Computation, Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (ICNC-FSKD). 2017, 29-31 July, Guilin, China. https://doi.org/10.1109/FSKD.2017.8393172

7. Li Z., Yu Z., Wang X., He J. A design of unbalanced insulation to improve the lightning performance of multi-circuit transmission lines // International Conference on Lightning Protection (ICLP) 2012, 02-07. September, Vienna, Austria. https://doi.org/10.1109/ICLP.2012.6344216

8. Novitskiy A., Westermann D. Interaction of multi-circuit overhead transmission lines of different voltages located on the same pylons // Electric Power Quality and Supply Reliability. 2012. 11-13 June. Tartu, Estonia. https://doi.org/10.1109/PQ.2012.6256240

9. Feng G., Wang Y., Zhang B. Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower // Joint International Conference on Power System Technology and IEEE Power India Conference. 2008. https://doi.org/10.1109/ICPST.2008.4745302

10. Nazarčík T., Benešová Z. Modeling of the transients on the multi-circuit EHV/HV overhead transmission lines // 18th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). 2017. 11-13 September,. Kutna Hora, Czech Republic. https://doi.org/10.1109/CPEE.2017.8093069

11. Gajare S., Pradhan A.K. An accurate fault location method for multi-circuit series compensated transmission lines. 2017. IEEE Power & Energy Society General Meeting. 2017. Publisher: IEEE.

12. Nazarcik T., Benesova Z. The influence of the short circuit on the parallel conductors of the multi-circuit transmission line // 19th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). 2018. Publisher: IEEE.

13. Huang P., Wang L., Long M., Jiang X. Prediction of Induced Voltage and Current of 500kV Multicircuit Transmission Lines Based on Extreme Random Tree Algorithm // IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE). 2021, 15-17 December. Chengdu, China. https://doi.org/10.1109/CIYCEE53554.2021.9676755

14. Li Y., Wang L., Long M., Geng H. Research on Induced Voltage and Current of 500kV Multi-circuit Transmission Lines on the Same Tower Based on Ridge Regression // IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE). 2021, 15-17 December. Chengdu, China. https://doi.org/10.1109/CIYCEE53554.2021.9676752

15. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Уточненная методика определения взаимных электромагнитных влияний смежных линий электропередачи // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2015. № 3-4. С. 29-35.

16. Technische Richtlinien-71 (TRL-71). EMR-Technic Kathodischer Korrosionsschutz fur Erdgasfernleitungen. 80 р.

17. Яблучанский П. А. Обоснование мероприятий по защите подземных нефтегазопроводов от коррозионного воздействия высоковольтных линий электропередачи: дис. … канд. техн. наук: 25.00.19 / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Санкт-Петербург, 2014. 126 с.

18. Carson I. R. Wave propagation in overhead wires with ground return // Bell Systems Technical Journal. 1926. Vol. 5. Issue 4. P. 539-554.

19. Kryukov A, Suslov K. Thao LV, Hung TD, Akhmetshin A. Power Flow Modeling of Multi‐Circuit Transmission Lines. Energies 2022. No. 15. P. 8249.

20. Закарюкин В. П., Крюков А. В., Тхао Ван Лэ. Комплексное моделирование мультифазных, многоцепных и компактных линий электропередачи. Иркутск: ИрГУПС, 2020. 296 с.