Версия для печати

Электромагнитная экспертиза энергетических объектов и элементов энергетических систем

Untitled document

Ежегодно в регионах России вводятся в эксплуатацию новые и реконструируются существующие объекты и технические средства системы энергоснабжения. Этот процесс принял в последнее десятилетие лавинообразный характер. Отличительной особенностью современного этапа развития региональных энергетических инфраструктур России является многократный рост мощностей, характерных для типичных циклов жизни регионов и мегаполисов.

Известно, что энергетическое оборудование, в частности, линии электропередач, сети питания и тяговые подстанции электротранспорта, силовые трансформаторы, силовые распределительные пункты создают ЭМП промышленной частоты, которые вносят существенный, а зачастую и определяющий вклад в общую электромагнитную обстановку на селитебных территориях.

Специфика поставленной научной проблемы состоит в том, что в составе региональной энергетической системы присутствует значительное число технических средств, являющихся источниками ЭМП, имеющих различные пространственно-временные характеристики. При этом, как правило, конфигурация излучающих токов оказывается чрезвычайно сложной, а иной раз и вообще трудно поддающейся описанию. Кроме того, на структуру и уровни полей любой природы оказывают существенное влияние присутствующие в непосредственной близости источников материальные тела, обладающие самыми произвольными электрофизическими параметрами.

Так в составе всех технических средств, входящих в энергосистему региона выделены две группы:

  • группа линейных (распределенных) источников
  • группа локальных (сосредоточенных) источников

К линейным источникам ЭМП отнесены локальные участки цепей энергоснабжения - воздушные и подземные линии электропередач, линии питания наземного и подземного электротранспорта.

Следующая ступень классификации источников связана с адекватными методами электродинамического моделирования. Здесь можно выделить три группы:

  1. Воздушные линии электропередач и линии питания электротранспорта. Для электродинамического моделирования здесь применен подход, основанный на использовании метода зеркальных изображений и замкнутых интегралов уравнений Пуассона.
  2. Подземные линии электропередач, трансформаторные подстанции, линии питания электротранспорта в непосредственной близости транспортного средства. Для таких источников разработана методика электродинамического моделирования, в основу которой положен метод конечных элементов для стационарных уравнений второго порядка эллиптического типа. Сформулированы допущения, позволяющие понижать размерность решаемой краевой задачи. Выведены выражения для коэффициентов интерполяционных полиномов методом Галеркина. В методике использован оригинальный способ формализации сторонних источников, в котором непосредственному решению электродинамической задачи предшествует расчет распределения токов и напряжений по полюсам моделируемого устройства методами теории цепей. При этом получены аналитические выражения для распределений токов и напряжений в различных характерных случаях.
  3. Первичные и вторичные объекты системы энергоснабжения, концентраторы распределители - технические средства, относимые к локальным источникам ЭМП, но имеющие неунифицированную конструкцию. Для анализа таких источников разработана расчетно-экспериментальная методика, основанная на представлении анализируемого устройства системой электрического и магнитного диполей, параметры которых определяются по экспериментальным данным.

 

Отдельного рассмотрения потребовали вопросы, связанные с расчетом высокочастотных полей линий электропередач и силовых трансформаторов. В первом случая физической причиной излучения является электрическая корона, возникающая на проводах ЛЭП, а во втором случае частичные разряды в магнитопроводе и конструктивных элементах трансформатора, возникающие вследствие местных перенапряжений.

Для вычисления полей излучения коронирующих проводов ЛЭП предложена приближенная методика, основанная на использовании нелинейного закона Ома и экспериментально определенной вольтамперной характеристике коронного разряда.

Для решения задачи расчета поля излучения силового трансформатора разработан подход, основанный на аппроксимации корпуса (корпусов) устройств системами тонких проводников. При этом расчету ЭМП предшествует расчет поверхностного тока, наведенного возбуждением на проводящих элементах модели. Плотность поверхностного тока определяется путем решения обратной электродинамической задачи методом интегральных уравнений. Такой подход обеспечивает универсальность по конфигурации моделируемых устройств.

Итогом работы явилась оформленная технология комплексного анализа электромагнитной обстановки создаваемой энергетическим оборудованием в масштабах региона, объединившая в себе все методики и алгоритмы, разработанные в данной работе.

Все вычислительные процедуры реализованы в виде программных модулей, которые в дальнейшем составят основу перспективной автоматизированной системы. На всех этапах работы проведены тестовые расчеты, подтверждающие работоспособность программ. Расчеты проводились на примере реальных объектов, эксплуатирующихся либо вводимых в эксплуатацию на территории г. Самары и Самарской области. Корректность результатов полученных при помощи расчетов подтверждена экспериментальными исследованиями.

Итоговые результаты экологического контроля состояния природной среды по фактору ЭМП, создаваемого элементами региональной энергосистемы, представлены в виде слоев электронной карты, вошедших в ГИС ЕЦКО.

Следует отметить, что при дальнейшем рассмотрении проблемы наряду с предложенным чисто детерминистским подходом к электродинамическому моделированию технических средств системы энергоснабжения, следует применять методы вероятностного моделирования, которые позволят учесть не только особенности мгновенной пространственной локализации источников электромагнитного поля, но и стабильность, возможные изменения этой локализации во времени, тактику работы реальных объектов.


ВОЗДУШНЫЕ ЛЭП

lep_fix

ЛЭП и понижающие трансформаторные подстанции появляются основой систем энергоснабжения. ЛЭП и большое количество трансформаторных подстанций создают значительные уровни ЭМП в окружающей среде, в том числе и на селитебных территориях, и вносят свой вклад в общее электромагнитное загрязнение.

Высоковольтные ЛЭП часто проходят вблизи жилых зданий, а территории под ЛЭП используются без учета воздействия ЭМП.

НИЛЭМ проводит расчетную и экспериментальную электромагнитную экспертизу ЛЭП любых конфигураций и сочетаний.

ЛЭП-1

ЛЭП-2

Магнитное поле ЛЭП

ПОДЗЕМНЫЕ ЛЭП

Актуальной проблемой мегаполисов стала прокладка ЛЭП в подземном исполнении и замена воздушных ЛЭП на подземные.

Электрическое поле подземной ЛЭП

НИЛЭМ проводит расчетную и экспериментальную электромагнитную экспертизу подземных ЛЭП, а также сравнение различных видов ЛЭП по создаваемой электромагнитной обстановке.

ВСТРОЕННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ

В последние годы принимает широкомасштабный характер строительство зданий и объектов различного назначения, у которых силовые трансформаторы распределительных сетей стали размещаться непосредственно в зданиях, что обострило электромагнитную обстановку для людей, находящихся в смежных или близлежащих помещениях.

Трансформаторная подстанция

Оборудование трансформаторной подстанции является источником поля промышленной частоты достаточно сложной пространственной конфигурации. Причем существенное влияние на структуру поля оказывают массивные проводящие предметы, расположенные вблизи трансформаторного оборудования – стены помещения и перекрытия.

НИЛЭМ проводит расчетную электромагнитную экспертизу проектов встроенных трансформаторных подстанций.

Магнитное поле встроенной трансформаторной подстанции

НИЛЭМ проводит расчетную электромагнитную экспертизу распределительных подстанций.

ЛИНИИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

Электрическое поле ЛП метрополитена

Магнитное поле троллейбуса

НИЛЭМ проводит расчетную электромагнитную экспертизу линий питания любого электротранспорта.