Частотно-зависимая математическая модель кабельной линии в модальной системе координат

Мухаммад Хейр Лахлах; Юрий Викторович Монаков

doi:10.34831/EP.2023.1107.10.004

Частотно-зависимая математическая модель кабельной линии в модальной системе координат

Мухаммад Хейр Лахлах, Юрий Викторович Монаков

Аннотация

Коммутационные перенапряжения могут привести к повреждению изоляции силовых кабелей. Для того, чтобы их правильно рассчитать и оценить их влияние на изоляцию линии, следует как можно точнее определить параметры линии в зависимости от частоты колебания напряжения при переходном процессе. Разработана частотно-зависимая математическая модель кабельной линии с распределёнными параметрами. Фазомодальное преобразование было использовано как инструмент для электромагнитной декомпозиции между жилами и оболочками кабельных линий, проложенных в земле. Новизна этой работы заключается в применении фазомодального преобразования в комплексной области, что позволило полностью устранить взаимодействие между проводниками в расчётах, увеличить точность расчёта параметров линии на весь диапазон частот и уменьшить требуемое время для вычислений за счёт исключения функций приближения области Лапласа. Модель была верифицирована путём сопоставления скорости распространения волны в модальной системе координат с результатами, полученными с помощью программного комплекса EMTP. Наибольшее расхождение в расчётном значении составило 0,74%. Область применения результатов -- расчёт и анализ переходных процессов, где параметры кабельной линии сильно изменяются в зависимости от частоты. Результаты исследования подтвердили, что разработанная модель позволяет рассчитать все параметры кабельной линии как в фазной, так и в модальной системе координат.

Ключевые слова

модель кабельной линии, коммутационные перенапряжения, модальная декомпозиция, фазомодальное преобразование, волновые каналы

Полный текст:

PDF

Литература

Силовые кабельные линии напряжением 110 -- 500 кВ. Условия создания. Нормы и требования [Текст]: СТО 56947007-29.060.20. 071-2011. – М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2011.

Координация изоляции. Часть 1. Термины, определения, принципы и правила [Текст]: ГОСТ Р МЭК 60071-1-1993. -- М.: Стандартинформ, 2019.

Han, L. Algorithm for fast calculating the energization overvoltages along a power cable based on modal theory and numerical inverse Laplace transform [Text] / H. Li, P. Yu, S. Li, X. Zhao, J. Deng, G. Zhang // Electric Power Systems Research. – 2022. -- Vol. 210. – P. 108 – 163.

Лахлах, М.Х. Применение метода волновых каналов при анализе коммутационных перенапряжений, возникающих в процессе включения высоковольтной кабельной линии [Текст] / М.Х. Лахлах, Г.Ч. Чо, Ю.В. Монаков // Вестник МЭИ. – 2023. – № 2. – С. 68 – 76.

Dommel, H.W. EMTP theory book [Text] / H.W. Dommel. – Canada: Microtran Power System Analysis Corporation, 1996.

Martinez, M.C. Accurate and Efficient Simulation of Electromagnetic Transients Using Frequency Dependant Line and Cable Models [Text]: Ph. D. diss. / Martinez Miguel Cervantes. – Montreal, Canada, 2019. – 126 p.

Morched, A. A universal model for accurate calculation of electromagnetic transients on overhead lines and underground cables [Text] / A. Morched, B. Gustavsen, M. Tartibi // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1999. – Vol. 14, No. 3. – P. 1032 – 1038.

Castellanos, F. Full frequency-dependent phase-domain transmission line model [Text] / F. Castellanos, J.R. Marti // IEEE Transactions on Power Systems. – 1997. – Vol. 12, No. 3. – P. 1031 – 1039.

Dommel, H.W. Digital computer solution of electromagnetic transients in single-and

multiphase networks [Text] / H.W. Dommel // IEEE Transactions On Power Apparatus and Systems. – 1969. – Vol. 88, No. 4. – P. 388 – 399.

Marti, J.R. Accurate modelling of frequency-dependent transmission lines in electromagnetic transient simulations [Text] / J.R. Marti // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. – 1982. – Vol. PAS-101, No. 1. – P. 147 – 157.

Marti, L. Simulation of transients in underground cables with frequency-dependent modal transformation matrices [Text] / L. Marti // IEEE Transactions on Power delivery. – 1988. –Vol. 3, No. 3. – P. 1099 – 1110.

Kocar, I. Improvement of numerically stability for the computation of transients in lines and cables [Text] / I. Kocar, J. Mahseredjian, G. Olivier // IEEE Transactions. on Power Delivery. – 2010. – Vol. 25, No. 2. – P. 1104 – 1111.

Caballero, P.T. Frequency-dependent line model in the time domain for simulation of fast and impulsive transients [Text] / P.T. Caballero, E. C. Costa, S. Kurokawa // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2016. -- Vol. 80, – P.179 – 189.

Da Silva, F.F. Electromagnetic transients in power cables [Text] / F.F. Da Silva, C.L. Bak. – London, UK: Springer, 2013. – 228 p.

Костенко, М.В. Перенапряжения и защита от них в воздушных и кабельных электропередачах высокого напряжения [Текст] / М.В. Костенко, К.П. Кадомская, М.Л. Левинштайн, И.А. Ефремов. – Л.: Наука, 1988. – 302 с.

Костенко, М.В. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения [Текст] / М.В. Костенко, Л.С. Перельман, Ю.П. Шкарин. –М.: Энергия, 1973. – 272 с.

Ametani, A. Cable system transients: theory, modeling and simulation [Text] / A. Ametani, T. Ohno, N. Nagaoka. – Singapore: John wiley & sons, 2015. – 395 p.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.1107.10.004