Высоковольтная сеть

Изобретение относится к электроэнергетике, а точнее к электрической защите голых проводов линии электропередач в циклон осенне-зимней непогоды от гололеда. Высоковольтная сеть содержит основную и обходную системы сборных шин, в которой к основной системе подсоединен источник, например силовой трансформатор, к обеим системам - каждая из ВЛ (воздушная линия) электропередач, а к обходной системе - еще и шунтовая батарея статических конденсаторов. Сеть имеет две обходные системы шин, к каждой из которых присоединена одна из цепей двухцепной ВЛ, оба дальних конца которых соединены межцепным разъединителем, а БСК подсоединена к одной из обходных шин. Сеть может иметь два дополнительных разъединителя, соединяющих обходные шины высокого и среднего напряжения. Налипшие на провода лед и снег стряхиваются силой электромагнитного взаимодействия прямого и обратного тока БСК, пропускаемого в течение нескольких секунд по петле последовательно соединенных обеих цепей ВЛ. Каждая из цепей ВЛ имеет провода по обе стороны от стойки опоры. Техническим результатом является уменьшение времени и объема оперативных переключений для борьбы с гололедом. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электроэнергетики, а точнее к электрической защите голых проводов линии электропередач в циклон осенне-зимней непогоды от гололеда.

Общеизвестен такой аналог участка сети, распределяющей электрическую энергию от одного или нескольких источников между потребителями электроэнергии, как высоковольтная сеть, содержащая основную и обходную системы сборных шин, в которой к основной системе подсоединен источник, например силовой трансформатор, к обеим системам - каждая из ВЛ (воздушная линия) электропередач и к основной системе - еще и шунтовая БСК (батарея статических конденсаторов) [1], а также поочередная плавка гололеда на голых проводах той или иной ВЛ джоулевым теплом самих проводов, генерируемым большим током ее искусственного короткого замыкания [2].

В этих аналогах плавка гололеда током искусственного короткого замыкания одной из ВЛ несовместима с основным назначением шунтовой БСК [1, 6] как силового узла, компенсирующего паразитные перетоки реактивной мощности, повышающего кпд электропередач и регулирующего рабочее напряжение участка сети, по следующей причине: чем больше диэлектрическая емкость указанной БСК, толще провода и меньше длина ВЛ, тем шире круг лавины потери рабочего напряжения у всех смежных с данной линией других линий и потребителей электроэнергии. В результате неизвестно, что хуже: аналоговая плавка льда током искусственного к.з. одной из ВЛ или невмешательство собственника электросетей в буйство циклона гололеда на всей совокупности ВЛ данного участка сети с последующим послеаварийным восстановлением порванных стихией проводов и сломанных опор без всякой надежды на их спасение при повторе циклона непогоды.

Ничего этого нет в участке высоковольтной сети по прототипу [3].

Едва уловимое отличие прототипа [3] от аналогов [1, 2, 5, 6] - подсоединение шунтовой БСК не к основной, а именно к обходной системе шин, позволило круто, почти на 180°, повернуть фазу большого тока плавки гололеда в проводах той или иной ВЛ электропередач. С использованием по второму назначению той же БСК, исключением из плавки искусственной закоротки, сохранением рабочего напряжения у всех потребителей данного участка сети и мощностей источника и БСК, а также надежды успешной защиты всей совокупности ВЛ данного участка при возврате циклона.

Недостаток прототипа состоит в схемном недоразвитии высоковольтной сети, заключающемся в ограничении пропуска дополнительного большого тока шунтовой БСК лишь через такие ВЛ, у которых отношение удельных индуктивного к активному слагаемым погонного сопротивления x₀/r₀≤0,63 [4]. Этого ограничения нет в предлагаемой схеме высоковольтной сети благодаря следующей группе изобретений: 1) сеть имеет две обходные системы шин, к каждой из которых присоединена одна из цепей двухцепной ВЛ, оба дальних конца которых соединены межцепным разъединителем, а БСК подсоединена к одной из обходных шин; 2) сеть имеет два дополнительных разъединителя, соединяющих обходные системы шин высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ; 3) налипший на провода обеих цепей в циклон непогоды лед и снег стряхивается силой электромагнитного взаимодействия прямого и обратного тока БСК, пропускаемого в течение нескольких секунд по петле последовательно соединенных обеих цепей ВЛ; 4) каждая из цепей ВЛ имеет провода по обе стороны от стойки опоры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дана электросхема, фиг.2 - схема противогололедного расположения фаз-проводов обеих цепей на двухцепной опоре ВЛ, фиг.3 - диаграмма поворота фазы тока шунтовой БСК и где 1 - обе цепи двухцепной ВЛ электропередач, каждая из цепей которой имеет линейный выключатель 2 (фиг.1), обходной разъединитель 3 и присоединена не только к основной системе сборных шин 4 источника - силового трансформатора 5, потребителей электроэнергии 6, но и к одной из двух обходных систем шин 7; каждая из систем шин 7 снабжена обходным выключателем 8 и противогололедным чередованием шин-фаз, например A₁C₂B₁/B₂C₁A₂, а шунтовая БСК 9 подсоединена к одной из 7; обе цепи 1 в дальнем конце двухцепной ВЛ имеют межцепной разъединитель 10; между обходными системами 7 высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ, сеть имеет межсистемные разъединители 11, 12; ±J₉ (фиг.3) - большой (по сравнению с малым током потребителей 6 данной ВЛ) ток шунтовой БСК 9; К₀ и К - коэффиценты передачи рабочего напряжения источника 5 разомкнутому началу одной из цепей 1 до и в момент пропуска J₉ через обе цепи.

Работает группа изобретений так. В норме, когда гололеда нет, выключатели 2 (фиг.1) включены, разъединители 3, 10 и 11, 12 отключены, а ближайший к БСК 9 обходной выключатель 8, по надобности, включен или отключен. Каждая из двух цепей 1 двухцепной ВЛ нагружена небольшим током своих потребителей 6 и имеет нормальное чередование фаз-проводов, например A₁B₁C₁/A₂B₂C₂ по обе стороны от стойки опоры. Шунтовая БСК 9 либо выдает свой реактивный ток +J₉ источнику-трансформатору 5, повышая кпд и мощность последнего (вместе с кпд и мощностью питающей его ВЛ 1 более высокого напряжения), либо находится в резерве, ожидая очередного скачка суммарной реактивной нагрузки потребителей 6 данного участка сети.

Как только поступает радиопрогноз: ОЖИДАЕТСЯ ГОЛОЛЕД, то поочередно включаются обходной 3 в начале одной из цепей 1 двухцепной ВЛ (фиг.1), межцепной 10 в дальнем конце ВЛ, обходной 8 в начале второй цепи 1, а линейные 2 обеих цепей и ближний к БСК 9 обходной 8 первой цепи отключаются. С этого момента через фазы-провода A₁C₂B₁/B₂C₁A₂ по обе стороны от стойки общей опоры, а точнее через A₁B₁C₁/A₂B₂C₂ указанной ВЛ 1 (фиг.2), потечет дополнительный большой ток ±J₉ шунтовой БСК 9 (фиг.3). Благодаря взаимному пересечению площадей треугольников A₁B₁C₁ и С₂В₂А₂ обеих цепей 1 (фиг.2) и сохранения того же направления вращения поля их больших токов ±J₉, что и в нормальном режиме (против часовой стрелки), работает уже иная, чем в прототипе, дробь погонного сопротивления, а именно (x₀-x_м)/r₀, где х_м=-0,85х₀ - взамоиндуктивное сопротивление обеих цепей 1. По сути, дополнительный ток +J₉ фаз-проводов одной цепи A₁B₁C₁ индуктивно помогает протеканию дополнительного тока -J₉ в таких же проводах А₂В₂С₂ другой цепи, и наоборот. Поэтому соблюдается условие (х₀-x_м)/r₀≤0,63 [4].

В результате обеспечивается противогололедная защита ВЛ 110-220 кВ с проводами от АС-70 до АС-300 в момент непогоды. Силой F (см. стрелки на фиг.2) взаимного влияния ±J₉ эти налипания льда не только быстро (в течение секунды) подплавляются, но и стряхиваются. После чего указанные переключения производятся в обратном порядке с восстановлением работы обеих цепей ВЛ 1 по нормальной схеме. Аналогично производится противогололедная защита другой, третьей и остальных двухцепных ВЛ 1 данного участка сети с использованием одной и той же шунтовой БСК 9 по второму назначению с гарантией повторного успеха предлагаемой защиты при возврате циклона. Предусматривается также возможность перевода разъединителями 11 и 12 двухцепной ВЛ -220 кВ в режим ее временной работы на пониженном напряжении 110 кВ (фиг.1) и ее электрическая защита от гололеда вторым назначением шунтовой БСК 9 тоже 110 кВ.

На возможность промышленной применимости данной группы изобретений указывают следующие примеры. Благодаря противогололедной фазировке обходных шин 7 А₁С₂В₁/В₂С₁А₂ (фиг.1), каждая из двухцепных ВЛ 1 номиналов 10, 110 и 220 кВ некоторого участка сети с проводами АС-70, АС-150 и АС-240 могут временно переключаться в работу с расположением проводов А₁С₂В₁/В₂С₁А₂ (фиг.2) по обе стороны от стойки общей опоры, с диаметрами окружностей d=3; 6 и 8 м. При х_м=-0,85х₀; (х₀-0,85х₀)/r₀≈0,15; 0,3 и 0,5≤0,63 и х_с=-j15,4; -j152 и -j76 Ом [4, 6 с.260]; при пролете ВЛ между соседними опорами = 100; 150 и 250 м амплитуда дополнительного тока шунтовой БСК 9 ±J₉ составит 450; 490 и 900 А соответственно, которая будет генерировать во всех шести фазах-проводах 1 не только джоулево тепло подплавления льда, но и силы их одновременного стряхивания F (на фиг.2 даны стрелками). При К₀=0,9; 1,05≤К_БСК≤1,16; 0,95≤К=К₀·К_БСК≤1,044 [4]. Т.е. все потребители 6 данного участка сети даже не заметят указанных переключений. Такая работа группы изобретений подобна удару «палкой» по каждому пролету каждого из шести проводов обеих цепей 1 двухцепной ВЛ (в данных выше примерах F=3,2; 2,2 и 8,6 кГ).

Только «палкой» электромагнитной, что и указывает на высокий технический уровень патентуемых объектов.

Пора понять, что ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СЕТЬ сложнее сетей железных и шоссейных дорог. Как лошадь способна сбрасывать налипших мух мгновенным подергиванием кожи, так и в данных изобретениях налипший в непогоду лед и снег - мгновенным расширением коридора проводов двухцепной ВЛ!

Литература

1. Берковский A.M. и др. Мощные конденсаторные батареи (шунтовые). М., Энергия, 1967.

2. Руководящие указания по плавке гололеда. /В.В.Бургсдорф и др./ Министерство топлива и энергетики Российской Федерации.1993.

3. Авторское свидетельство СССР №1179468, Бюл. 1985, №34 (прототип).

4. Киреев П.А. Об электрической защите проводов ВЛ от гололеда, ж. Энергетик, 2007, №12.

5. Гальперн М.Л. (Волгоградэнерго). Использование БСК в сельских электрических сетях, ж. Электрические Станции. 1986, №5.

6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. /В.В.Ершевич и др./ 3-е изд. перераб. и. доп. М., Энергоатомиздат, 1985.

1. Высоковольтная сеть, содержащая основную и обходную системы сборных шин, в которой к основной системе подсоединен источник, например силовой трансформатор, к обеим системам - каждая из ВЛ (воздушная линия) электропередач, а к обходной системе - еще и шунтовая БСК (батарея статических конденсаторов), отличающаяся тем, что сеть имеет две обходные системы шин, к каждой из которых присоединена одна из цепей двухцепной ВЛ, оба дальних конца которых соединены межцепным разъединителем, а БСК подсоединена к одной из обходных шин.

2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что она имеет два дополнительных разъединителя, соединяющих обходные шины высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ.

3. Сеть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что налипший на провода обеих цепей в циклон непогоды лед и снег стряхивается силой электромагнитного взаимодействия прямого и обратного тока БСК, пропускаемого в течение нескольких секунд по петле последовательно соединенных обеих цепей ВЛ.

4. Сеть по п.3, отличающаяся тем, что каждая из цепей ВЛ имеет провода по обе стороны от стойки опоры.