Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии (варианты)
Владельцы патента RU 2422963:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" (ОАО "НИИПТ") (RU)
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий электропередачи. Технический результат заключается в ускорении плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии электропередачи, работающей в режиме нагрузки, и повышении надежности режима плавки. Сущность изобретения: устройство содержит дополнительный источник питания, подключенный к концам соединенных в параллель друг с другом первичных обмоток сериесного трансформатора, вторичные обмотки которого присоединены в рассечку в фазы воздушной линии (ВЛ) и зашунтированы разъединителем. Для регулирования величины и частоты токов нулевой последовательности используют подключенный к дополнительному источнику питания трехфазный мостовой управляемый преобразователь, в котором параллельно управляемым вентилям прямой проводимости присоединены дополнительные управляемые вентили обратной проводимости, а зажимы постоянного тока преобразователя присоединены к концам соединенных в параллель друг с другом первичных обмоток сериесного трансформатора. При питании от сетевого трансформатора одиночной линии, предлагается третий вариант схемы плавки, в котором однофазный сериесный трансформатор присоединен в рассечку между нейтралью питающего сетевого трансформатора и рабочим заземлением подстанции. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий (ВЛ) электропередачи.
Известно, что плавка гололеда на проводах и тросах ВЛ предотвращает обрывы проводов и тросов и возможные длительные отключения этих ВЛ.
Известные устройства и способы плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ [1, 2, 3] обычно используют для плавки специальные или вспомогательные источники постоянного или переменного тока.
Недостатком известных способов и устройств плавки является необходимость отключения линии для плавки гололеда на ней, что негативно сказывается на электроснабжении потребителей, особенно в случае линии с автономной нагрузкой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ индукционной плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий электропередачи [3], а близким по технической сущности является устройство [4], содержащее однофазный преобразователь, питание которого осуществляется от вспомогательного трехфазного трансформатора через разъединители и выбранную для плавки гололеда фазу воздушной линии, причем к зажимам постоянного напряжения однофазного преобразователя присоединена конденсаторная батарея, параллельно полностью управляемым вентилям присоединены обратные диоды, а зажим переменного тока однофазного преобразователя, соединенный с землей, параллельно соединен с грозозащитным тросом.
Недостатком известного способа [3] является необходимость полного отключения линии для организации плавки гололеда. К недостаткам устройства [4] относятся:
- плавка гололеда на фазных проводах линии производится поочередно фаза за фазой, что затягивает время плавки и может привести к обрыву провода в той фазе, которая еще не подвергалась плавке гололеда;
- напряжение переменного тока на входе однофазного преобразователя при плавке гололеда уменьшается с ростом тока плавки, что может негативно сказаться на режиме работы преобразователя и снизить надежность режима плавки гололеда.
Целью изобретения является ускорение плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии (ВЛ) электропередачи, работающей в режиме нагрузки, и повышение надежности режима плавки.
Указанная цель достигается без отключения рабочей нагрузки ВЛ увеличением токов одновременно во всех фазных проводах ВЛ до уровней, достаточных для плавления гололеда на проводах, путем одновременного ввода во все фазы линии дополнительного тока нулевой последовательности, создаваемого дополнительным источником питания, причем плавка гололеда на грозозащитных тросах этой ВЛ происходит при таком способе за счет индукционного тока.
Для уменьшения мощности дополнительного источника питания токи нулевой последовательности вводят на меньшей частоте, чем рабочая частота линии электропередачи.
Мощность источника плавки гололеда по предлагаемому способу приближенно (без учета потерь в трансформаторах и преобразователе) можно определить как:
,
где Iл - ток линии;
Zл - сопротивление нулевой последовательности линии, равное
,
где Rл - активное сопротивление нулевой последовательности линии;
Хл - индуктивное сопротивление нулевой последовательности линии.
Поскольку
Хл=2πf·Lл,
где f - частота тока;
Lл - индуктивность контура нулевой последовательности линии,
то с уменьшением частоты уменьшается сопротивление Хл и соответственно Zл.
При уменьшении Zл уменьшается мощность, требуемая для плавки гололеда (Sпл).
Поскольку сопротивление нулевой последовательности линии может в 2-3 раза превышать сопротивление прямой последовательности для существенного уменьшения мощности Sпл частоту вводимого тока предлагается устанавливать в несколько раз меньше рабочей частоты энергосистемы. При выборе уровня тока плавки гололеда в проводах и тросах должны применяться рекомендации, изложенные в [3], в которых учитываются зависящие от геометрических размеров подвески проводов и тросов параметры их взаимного влияния.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что одновременно во все фазные провода находящейся под нагрузкой линии вводят токи нулевой последовательности от дополнительного источника питания, подключенного посредством выключателя к соединеным в параллель первичным обмоткам сериесного трансформатора, вторичные обмотки которого присоединены в рассечку в фазы линии и зашунтированы разъединителем (Вариант 1).
Величину и частоту токов нулевой последовательности регулируют с помощью трехфазного мостового управляемого преобразователя, в котором параллельно управляемым вентилям прямой проводимости присоединены дополнительные управляемые вентили с встречным (обратным) направлением проводимости. Управляемый преобразователь через выключатель подключается к дополнительному источнику питания, а зажимы постоянного тока преобразователя посредством второго разъединителя присоединяются к концам соединенных в параллель друг с другом первичных обмоток сериесного трансформатора, причем вторичные обмотки сериесного трансформатора присоединены в рассечку в фазы ВЛ и зашунтированы разъединителем (Вариант 2).
Для снижения габаритов сериесного трансформатора предлагаемого устройства плавки гололеда на проводах и тросах линии, в варианте схемы питания от сетевого трансформатора одиночной линии, предлагается сериесный трансформатор присоединять в рассечку между нейтралью питающего сетевого трансформатора и рабочим заземлением подстанции (Вариант 3). В этом варианте применяется однофазный сериесный трансформатор. Поскольку сериесный трансформатор, в варианте включения его в нейтраль схемы подстанции, присоединен к цепям с нулевым потенциалом, его изоляция существенно уменьшается в сравнении с изоляцией трансформатора, устанавливаемого в рассечку линии. Соответственно уменьшаются габариты и стоимость такого трансформатора.
Сущность заявляемого изобретения поясняют фиг.1-5.
Вариант 1 предложенного устройства для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии изображен на фиг.1.
Устройство состоит из дополнительного источника питания 1, к которому посредством выключателя 2 подключены соединенные в параллель друг с другом первичные обмотки сериесного трансформатора 3, вторичные обмотки которого включены в рассечку в фазы воздушной линии 4 с грозозащитным тросом 5 и зашунтированы разъединителем 6.
Воздушная линия электропередачи 4 подключена с обеих сторон к шинам энергосистемы через сетевые трансформаторы 7 и 8, нейтрали которых заземлены.
Вариант 2 предложенного устройства для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии изображен на фиг.2. Устройство состоит из трехфазного мостового управляемого преобразователя 9, снабженного вентилями с прямой и обратной проводимостями, соединенными параллельно друг другу, и питающегося от дополнительного источника (трансформатора) 1 через выключатель 2. Управляемый преобразователь 9 подключен своими полюсами (зажимами) постоянного тока через второй разъединитель 10 к соединенным в параллель первичным обмоткам сериесного трансформатора 3, вторичные обмотки которого включены в рассечку в фазы воздушной линии 4, снабженной грозозащитным тросом 5. Вторичные обмотки сериесного трансформатора 3 соединены с зажимами шунтирующего разъединителя 6, контакты которого в обычном режиме нагруженной линии электропередачи замкнуты.
Плавка гололеда на проводах и тросах, находящейся под нагрузкой воздушной линии производится следующим образом.
Включают питание управляемого преобразователя 9 через выключатель 2. Присоединяют полюсы постоянного тока преобразователя 9 к первичным обмоткам сериесного трансформатора 3, замыкая контакты второго разъединителя 10. Размыкают контакты шунтирующего разъединителя 6, при этом токи фаз линии, протекают через вторичные обмотки сериесного трансформатора 3, работающего в режиме транформатора тока. Такой режим работы сериесного трансформатора обеспечивает в магнитопроводе низкое значение индукции и, следовательно, резерв для увеличения индукции при последующей в режиме плавки гололеда трансформации токов нулевой последовательности пониженной частоты.
После проведения указанных выше коммутационных операций устанавливают для преобразователя необходимые значения дополнительного тока в линии (как разность между существующим током нагрузки и током, достаточным для плавки гололеда) и значение частоты дополнительного тока плавки (определяется на основе конкретных параметров геометрии опор и длины линии [3]). На время в полпериода выбранной низкой частоты плавки (Тпл/2) подают управляющие импульсы, соответствующие выпрямительному режиму, на вентили прямой проводимости. Причем для создания плавно нарастающего и плавно спадающего тока в первичных обмотках сериесного трансформатора угол управления вентилями преобразователя уменьшают на начальном промежутке времени Тпл/4 от больших начальных величин (110-120 градусов) до значений, при которых ток в фазах линии станет достаточным по условиям плавки, а на следующием промежутке времени Тпл/4 угол управления вентилями преобразователя увеличивают до начальных значений (110-120 градусов). На следующем промежутке времени, соответствующем полупериоду Тпл/2, управляющие импульсы подают по аналогичному алгоритму изменения углов управления на вентили обратной проводимости. Эта операция повторяется каждый период выбранной частоты (fпл.) плавки. Возникающие в первичных обмотках сериесного трансформатора 3 токи трансформируются через вторичные обмотки в фазы линии электропередачи в виде токов нулевой последовательности, увеличивают эффективное значение тока линии и создают индукционные токи в грозозащитном тросе линии [3]. Регулируя с помощью управляемого преобразователя 9 величину токов нулевой последовательности и их частоту, можно добиться оптимального режима одновременной плавки гололеда на всех фазных проводах находящейся под нагрузкой воздушной линии электропередачи и ее тросах.
По окончании режима плавки прекращают подачу управляющих импульсов на преобразователь, замыкают контакты шунтирующего разъединителя 6, размыкают контакты второго разъединителя 10 и выключателя 2.
Осциллограммы токов преобразователя 9, фазных токов линии 4 и троса 5, возникающих при плавке гололеда на ВЛ с помощью предлагаемого устройства, показаны на фиг.3. Осциллограммы получены на цифровой модели электропередачи и устройства плавки гололеда для выбранной частоты тока нулевой последовательности, равной 5 Гц. При такой частоте мощность дополнительного источника составила 30 МВ·А.
Для сравнения мощности дополнительного источника, который потребовался бы при питании сериесного трансформатора 3 непосредственно от дополнительного источника 1, минуя преобразователь, проведен расчет процесса плавки в схеме фиг.1, в которой подавалось питание на сериесный трансформатор от контактов выключателя 2. Осциллограммы токов линии в этом случае приведены на фиг.4. Эти осциллограммы указывают на принципиальную возможность плавки гололеда на проводах линии и тросах и по этой упрощенной схеме, однако мощность источника при такой схеме составила 150 МВ·А, что в несколько раз превышает мощность плавки в предыдущем варианте схемы.
Вариант 3 предложенного устройства для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии изображен на фиг.5.
Осциллограммы токов в линии, тросе и тока преобразователя, полученные в схеме устройства плавки гололеда по фиг.5, практически одинаковы с осциллограммами варианта 2 схемы, что подтверждает работоспособность заявленного устройства и для варианта 3 схемы.
Список использованных источников
1. Л.А.Никонец. Комплексные системы плавки гололеда. Львов: Вища школа, 1984.
2. Г.И.Денисенко, Г.А.Генрих, Ю.В.Козмин. Устройство для плавки гололеда. АС SU №598503 А1, кл. H02G 7/16.
3. Балыбердин Л.Л., Галанов В.И., Крайчик Ю.С., Краснова Б.П., Лозинова Н.Г., Мазуров М.И. Индукционная плавка гололеда на грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи. Электрические станции, №1, 2002.
4. Балыбердин Л.Л., Галанов В.И., Кощеев Л.А., Краснова Б.П., Мазуров М.И., Николаев А.В. Установка для плавки гололеда. Патент RU №2235397 С2, кл. H02G 7/16.
1. Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии (ВЛ), содержащее дополнительный источник питания, подключенный посредством выключателя к концам соединенных в параллель друг с другом первичных обмоток сериесного трансформатора, вторичные обмотки которого присоединены в рассечку в фазы ВЛ и зашунтированы разъединителем.
2. Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ, содержащее дополнительный источник питания, подключенный посредством выключателя к трехфазному мостовому управляемому преобразователю, в котором параллельно управляемым вентилям прямой проводимости присоединены дополнительные управляемые вентили обратной проводимости, зажимы постоянного тока преобразователя присоединены через второй разъединитель к концам соединенных в параллель друг с другом первичных обмоток сериесного трансформатора, вторичные обмотки которого присоединены в рассечку в фазы ВЛ и зашунтированы разъединителем.
3. Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ, содержащее дополнительный источник питания, соединенный посредством выключателя с трехфазным мостовым управляемым преобразователем, в котором параллельно управляемым вентилям прямой проводимости присоединены дополнительные управляемые вентили обратной проводимости, зажимы постоянного тока преобразователя присоединены через второй разъединитель к концам первичных обмоток однофазного сериесного трансформатора, вторичная обмотка которого включена в рассечку между нейтралью сетевого трансформатора и рабочим заземлением подстанции и зашунтирована разъединителем.
