Параллельная прокладка высоковольтных трехфазных и двухфазных тяговых линий

Параллельная прокладка
высоковольтных трехфазных
и двухфазных тяговых линий

В Германии прокладка новых высоковольтных линий электропередачи и согласование их трасс всегда связаны со значительными трудностями. В густонаселенных зонах, как правило, отсутствует свободное место для прокладки трассы, а в незаселенных нарушение природного ландшафта вызывает противодействие населения. Законодательство также в значительной степени ограничивает возможности расширения сетей воздушных высоковольтных линий электропередачи. Выход следует искать в том, чтобы прокладывать новые линии рядом с существующими или подвешивать провода разных, изолированных друг от друга систем на общих опорах. Последнее решение в экономическом аспекте часто оказывается предпочтительным.

В сетях общего пользования Германии по этой причине в настоящее время применяется исключительно совместная прокладка линий, в том числе и с разными уровнями напряжения. Что касается совместной прокладки трехфазных линий общего пользования и линий тягового электроснабжения, то они прокладываются параллельно, но не на общих опорах.

Как правило, пространственно сближенные линии разных систем оказывают значительное взаимное влияние. Проводившиеся ранее исследования ограничивались в основном изучением влияния друг на друга систем одинаковой частоты 50 Гц, но разных уровней напряжения. Фундаментальные исследования проводились для трехфазных линий напряжением 110 и 380 кВ, подвешенных на общих опорах. Предметом исследований были величины напряжения между нулевыми точками двух соединенных в звезду систем и остаточные токи короткого замыкания.

Путем рассогласования дугогасящих катушек в контурах заземления, принятия предельных значений пространственного сближения проводов на общих опорах с учетом конструкции последних, расположения и транспозиции фаз были созданы условия для нормальной работы обеих систем во всем диапазоне мощности.

Влияние трехфазных сетей на высоковольтные линии тягового электроснабжения оценивали до сих пор с помощью упрощенного моделирования. Результаты этих исследований были систематизированы в виде рекомендаций, исключающих возможность совместной прокладки линий на общих опорах не только по организационным причинам, но и в связи с недопустимым уровнем взаимных влияний.

В рамках проекта сооружения линий электропередачи, который разрабатывала компания DB Energie, входящая в холдинг железных дорог Германии (DBAG), были проведены фундаментальные исследования влияния, оказываемого на двухфазные линии тягового электроснабжения со стороны трехфазных линий электропередачи сетей общего пользования при прокладке их на общих опорах.

После проведения ряда отдельных исследований были обобщения полученные результаты.

Новую линию тягового электроснабжения длиной 40 км с двумя двухфазными системами, предназначенную для питания тяговой подстанции Мерхог на линии Дуйсбург — Эммерих (рис. 1), в основном планировали подвешивать на опорах имеющихся трехфазных линий электропередачи сетей общего пользования. Поскольку использовались опоры разных конструкций, линия тягового электроснабжения напряжением 110 кВ, частотой 16,7 Гц на всем протяжении подвергалась влияниям трехфазных систем напряжением 110, 220 и 380 кВ, частотой 50 Гц. Как видно из рис. 1, наиболее неблагоприятными для линии тягового электроснабжения были условия на первых двух (после ответвления Кирххеллен) участках, где расстояние между ее фазами минимальное; кроме того, обе двухфазные системы размещены на общих траверсах с несимметрично расположенными проводами трехфазной системы напряжением 220 кВ.

Взаимные влияния

При взаимном влиянии воздушных линий электропередачи действуют три основных механизма:

• емкостное влияние под действием электрического поля, создаваемого напряжением провод — земля;
• индуктивное влияние, создаваемое магнитным полем токов, протекающих по проводу;
• взаимодействие полей, создаваемых токами разных систем.

Последний механизм имеет место лишь в том случае, если токи разных систем в определенных ситуациях образуют общий контур. Это может иметь место при наличии токов утечки между системами или одновременном ответвлении в землю токов обеих систем. Эти редкие в практике ситуации в рамках исследований не рассматривались.

Действие индуктивных и емкостных связей, обусловленных магнитными и электрическими полями, может быть отражено в модели с помощью удельной продольной емкости C^'_ik и удельного импеданса Z'_ik, умноженных на длину параллельных линий электропередачи. Эти величины могут быть достаточно точно рассчитаны для любого расположения проводников.

Для элемента линии (рис. 2) с полной проводимостью тракта провод — земля Y' и продольным импедансом Z' емкостную связь в модели можно отразить как отнесенную к длине элемента величину тока источника I'_BQ, а индуктивную связь — как отнесенную к длине величину напряжения источника U'_BQ. Для любого (i-го) элемента многопроводной системы, содержащей n проводников, общее взаимное влияние может быть рассчитано с помощью уравнений

Отсюда могут быть выведены уравнения четырехполюсника, с помощью которых можно определить влияние, оказываемое параллельной линией на каждый из проводов.