СПОСОБ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 6( 10 ) кВ Российский патент 2013 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к технике борьбы с гололедом на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи в распределительных сетях 6-10 кВ.

Намерзание гололедных отложений на проводах ВЛ приводит к обрывам проводов, коротким замыканиям (КЗ) и даже падениям опор ВЛ, что существенно осложняет питание электроэнергией потребителей и вызывает чрезвычайные обстоятельства жизни в обесточенных жилых районах.

Наиболее распространенным мероприятием для избавления от гололедных отложений является их плавка. В распределительных сетях 6-10 кВ плавку гололеда производят пропусканием по проводам ВЛ большого тока, в результате чего происходит нагревание проводов и их освобождение от гололедных отложений. Для плавки гололеда на предварительно отключенной ВЛ в расчетном месте устраивают искусственное трехфазное КЗ, после чего на ВЛ подают питание. После окончания плавки искусственное КЗ на ВЛ устраняют. Указанный известный способ плавки гололеда реализован, например, в технических решениях по патентным источникам SU 943953 A, H02G 7/16, 15.07.1982; SU 1387086 A1, H02G 7/16, 07.04.1988; RU 2235397 C2, H02G 7/16, 27.08.2004; JP 2007166836 A, H02G 7/16, 28.06.2007; CN 101320901, H01B 7/28, 10.12.2008; JP 9037448 A, H02G 1/02, 07.021997. В отдельных известных реализациях плавки гололеда пользовательскую часть и пункт плавки оснащают оборудованием с прецизионным заданием режимов плавки, а в рабочем процессе плавки предусматривают управление (CN 101340070 A, H02G 7/16. 07.01.2009 - прототип).

Недостатки известных технических решений определяются возможностью перегорания проводов ВЛ в процессе плавки, использованием ручного пользовательского управления ходом процесса, а также значительными материальными затратами, связанными с необходимостью использования для плавки специальных источников питания.

Задачей изобретения является автоматизация процесса плавки гололеда с повышением надежности и безопасности плавки за счет точной настройки процесса плавки на параметры проводов ВЛ и гололедных отложений с использованием тепловой модели провода и математической модели проплавления, в реальном времени использующих данные о величине тока в линии, на которой производится плавка.

Технический результат заключается в повышении эффективности плавки гололеда. Кроме того, использование для питания ВЛ в условиях искусственного КЗ той же подстанции, что и в обычных условиях, предопределяет существенное удешевление плавки гололеда.

Поставленная задача решается тем, что в способе плавки гололеда на трехфазной ВЛ электропередачи, согласно которому осуществляют искусственное трехфазное КЗ в конце ВЛ, подают напряжение на ВЛ, нагревают фазные провода ВЛ повышенным током, вызывающим плавку льда на проводах, и устраняют КЗ на ВЛ после окончания плавки, - в пользовательской части устанавливают вычислительное устройство с программным обеспечением и встроенной библиотекой марок проводов ВЛ и модем, в пункте плавки устанавливают управляемый коммутационный модуль с трехфазным выключателем и датчиками тока в фазах ВЛ, а также шкаф управления коммутационным модулем, в состав которого входят преобразователь показаний датчиков тока, электронно-вычислительный модуль с памятью, блок управления коммутационным модулем и модем, с помощью вычислительного устройства пользовательской части определяют параметры проводов ВЛ, осуществляют настройку пункта плавки на ВЛ, для чего с помощью упомянутых модемов по радиоканалу связи с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля параметры проводов ВЛ и, при необходимости, параметры гололеда, формируют в электронно-вычислительном модуле тепловую модель проводов ВЛ, используя запомненные параметры проводов и данные о величине тока в ВЛ, с помощью пункта плавки осуществляют один из трех циклических режимов плавки - полуавтоматический режим, полуавтоматический режим с контролем глубины проплавления и автоматический режим, обеспечивают возможность отключения выключателя коммутационного модуля пользователем при любых обстоятельствах в любой момент времени, в циклах каждого из указанных режимов с пользовательской части на пункт плавки посылают команду для инициации электронно-вычислительным модулем одного из режимов плавки, на основании сформированной в электронно-вычислительным модуле тепловой модели провода рассчитывают температуру проводов ВЛ в реальном времени или с задержками, много меньшими по сравнению с характерными временами основного процесса, в момент превышения расчетной температурой наиболее горячего провода установленной верхней температуры электронно-вычислительным модулем отключают выключатель коммутационного модуля, по окончании каждого цикла плавки продолжают расчет температуры проводов ВЛ и после ее снижения до установленного нижнего значения могут провести новый цикл плавки, который в полуавтоматическом режиме и полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления инициируют пользователем, а в автоматическом режиме - электронно-вычислительным модулем автоматически до достижения критерия завершения плавки, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления и в автоматическом режиме в процессе плавки оценивают глубину проплавления льда, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления льда пользователем на основании рассчитанной глубины проплавления самостоятельно принимают решение об окончании или продолжении плавки, в автоматическом режиме электронно-вычислительным модулем сравнивают рассчитанную глубину проплавления льда с заданной пользователем в начале плавки и при достижении заданной глубины плавку прекращают автоматически, в полуавтоматическом режиме ограничиваются настройкой пункта плавки на ВЛ, глубину проплавления льда пользователем оценивают самостоятельно, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления, помимо настройки пункта плавки на ВЛ, с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля значения плотности гололеда, с учетом которой формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем и передают результаты расчета пользователю, в автоматическом режиме, помимо настройки пункта плавки на ВЛ, с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля значения плотности гололеда и диаметра муфты гололедных отложений, с учетом которых формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем, в каждом цикле плавки сравнивают ее с заданной в начале плавки, включение и отключение выключателя коммутационного модуля производят автоматически.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.

В качестве избавляемой от гололеда ВЛ используют ВЛ 6-10 кВ, от которой во время плавки гололеда отключают двигательную нагрузку.

Связь между пользовательской частью и пунктом плавки устанавливают непрерывной или по возникающим событиям, или исходя из пользовательских настроек.

Из параметров проводов ВЛ с помощью вычислительного устройства пользовательской части определяют диаметр, погонное сопротивление, теплоемкость, коэффициент роста сопротивления с температурой, коэффициент теплоотдачи в окружающую среду.

В качестве входных данных формируемой в электронно-вычислительном модуле пункта плавки тепловой модели проводов ВЛ и математической модели проплавления гололеда дополнительно используют данные о температуре воздуха и/или скорости ветра.

На чертеже представлена функциональная схема системы плавки гололеда на трехфазной ВЛ электропередачи, реализующей предложенный способ.

На схеме показаны: трехфазная ВЛ (6-10 кВ) 1 электропередачи, пользовательская часть 2, в состав которой входят вычислительное устройство 3 с программным обеспечением и встроенной библиотекой марок проводов ВЛ и модем 4, пункт 5 плавки с управляемым коммутационным модулем 6, в состав которого входят трехфазный выключатель 7 и датчики 8 тока в фазах ВЛ, и шкафом 9 управления коммутационным модулем, в состав которого входят преобразователь 10 показаний датчиков тока, электронно-вычислительный модуль 11 с памятью, блок 12 управления коммутационным модулем и модем 13, а также не показанные аккумуляторная батарея, обеспечивающая сохранение работоспособности оборудования шкафа 9 управления на пункте 5 плавки при пропадании питания ВЛ 1 или при создании на ней искусственного КЗ, и устройство для заряда аккумуляторной батареи.

Плавка гололеда на трехфазной ВЛ 1 электропередачи осуществляется следующим образом.

При настройке пункта 5 плавки на конкретную ВЛ 1 в интерфейс пользовательской части 2 вводят наименования марок проводов, из которых изготовлена ВЛ 1. Пользовательская программа определяет физические параметры проводов ВЛ 1 (диаметр, погонное сопротивление, теплоемкость, коэффициент роста сопротивления с температурой, коэффициент теплоотдачи в окружающую среду) на основе встроенной библиотеки марок проводов. Параметры проводов передают с помощью модемов 4 и 13 по радиоканалу связи с пользовательской части 2 на пункт 5 плавки, в частности в шкаф 9 управления коммутационным модулем, вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля 11. Настройка системы плавки на параметры проводов ВЛ 1 является обязательной. Плавка возможна только после такой настройки.

Если система плавки настроена на ВЛ 1, пользователь может выбрать один из трех циклических, реализуемых с помощью пункта 5 плавки режимов плавки: полуавтоматический режим, полуавтоматический режим с контролем глубины проплавления и автоматический режим. В любом из указанных режимов связь между пользовательской частью 2 и пунктом 5 плавки в процессе плавки устанавливают непрерывной или по возникающим событиям (например, при достижении температурой провода установленной температуры и т.д.), или исходя из пользовательских настроек. При этом обеспечивают возможность отключения выключателя 7 коммутационного модуля 6 пользователем при любых обстоятельствах в любой момент времени.

В циклах каждого из указанных режимов с пользовательской части 2 на пункт 5 плавки посылают команду для инициации электронно-вычислительным модулем 11 одного из возможных режимов плавки. На основании сформированной в электронно-вычислительном модуле 11 тепловой модели провода рассчитывают температуру проводов ВЛ 1 в реальном времени или с задержками, много меньшими по сравнению с характерными временами основного процесса. В момент превышения расчетной температурой наиболее горячего провода установленной верхней температуры электронно-вычислительным модулем 11 отключают выключатель 7 коммутационного модуля 6.

По окончании каждого цикла плавки продолжают расчет температуры проводов ВЛ 1 и после ее снижения до установленного нижнего значения проводят новый цикл плавки, который в полуавтоматическом режиме и полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления инициируют пользователем, а в автоматическом режиме - электронно-вычислительным модулем 11 автоматически до достижения критерия завершения плавки,

В полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления и в автоматическом режиме в процессе плавки оценивают глубину проплавления льда, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления льда пользователем на основании рассчитанной глубины проплавления самостоятельно принимают решение об окончании или продолжении плавки, в автоматическом режиме электронно-вычислительным модулем 11 сравнивают рассчитанную глубину проплавления льда с заданной пользователем в начале плавки и при достижении заданной глубины плавку прекращают автоматически.

Следует заметить, что в полуавтоматическом режиме ограничиваются настройкой пункта 5 плавки на ВЛ 1, глубину проплавления льда пользователем оценивают самостоятельно. В полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления, помимо настройки пункта 5 плавки на ВЛ 1, с пользовательской части 2 на пункт 5 плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля 11 значения плотности гололеда, с учетом которой формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем 11 и передают результаты расчета пользователю. В автоматическом режиме, помимо настройки пункта 5 плавки на ВЛ 1, с пользовательской части 2 на пункт 5 плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля 11 значения плотности гололеда и диаметра муфты гололедных отложений, с учетом которых формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем 11, в каждом цикле плавки сравнивают ее с заданной в начале плавки, включение и отключение выключателя 7 коммутационного модуля 6 производят автоматически.

Добавим, что в качестве входных данных формируемой в электронно-вычислительном модуле 11 пункта плавки 5 тепловой модели проводов ВЛ и математической модели проплавления гололеда могут дополнительно использоваться данные о температуре воздуха и/или скорости ветра. Датчики температуры и скорости ветра могут быть установлены на удаленном пункте плавки гололеда, информация о показаниях этих датчиков может автоматически учитываться электронно-вычислительным модулем при расчете глубины проплавления льда или температуры наиболее нагретого провода. Показания датчиков могут также передаваться пользователю через модем 13.

Таким образом, в предложенном способе плавки гололеда на ВЛ гарантируется режим, при котором температура ВЛ не превысит допустимой величины. Плавка осуществляется автоматически и продолжается до тех пор, пока гололед с заданными параметрами не будет расплавлен. У пользователя имеется возможность отслеживать процесс плавки, основываясь на данных о глубине проплавления льда и температуре наиболее нагретого провода, полученных от пункта плавки. Это предопределяет повышенные надежность и безопасность плавки гололеда, а также его эффективность.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышение надежности и безопасности плавки гололеда. Согласно предложенному способу осуществляют искусственное трехфазное короткое замыкание (КЗ) в конце воздушной линии (ВЛ), подают напряжение на линию ВЛ, нагревают фазные провода ВЛ повышенным током, вызывающим плавку льда на проводах, и устраняют КЗ на ВЛ после окончания плавки. При этом выполняют точную настройку процесса плавки на параметры проводов ВЛ и гололедных отложений с использованием тепловой модели провода и математической модели проплавления гололеда. С помощью коммутационного модуля осуществляют один из трех циклических режимов плавки - полуавтоматический режим, полуавтоматический режим с контролем глубины проплавления и автоматический режим. В предложенных способах гарантируется режим, при котором температура наиболее нагретого участка ВЛ не превысит допустимой величины. В автоматическом режиме плавка осуществляется автоматически и продолжается до тех пор, пока гололед с заданными параметрами не будет расплавлен. У пользователя имеется возможность отслеживать процесс плавки, основываясь на данных о глубине проплавления и расчетной температуре наиболее нагретого провода, полученных от пункта плавки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ плавки гололеда на трехфазной воздушной линии (ВЛ) электропередачи, согласно которому осуществляют искусственное трехфазное короткое замыкание (КЗ) в конце воздушной линии (ВЛ), подают напряжение на ВЛ, нагревают фазные провода ВЛ повышенным током, вызывающим плавку льда на проводах, и устраняют КЗ на ВЛ после окончания плавки, при этом в пользовательской части устанавливают вычислительное устройство с программным обеспечением и встроенной библиотекой марок проводов ВЛ и модем, в пункте плавки устанавливают управляемый коммутационный модуль с трехфазным выключателем и датчиками тока в фазах ВЛ, а также шкаф управления коммутационным модулем, в состав которого входят преобразователь показаний датчиков тока, электронно-вычислительный модуль с памятью, блок управления коммутационным модулем и модем, с помощью вычислительного устройства пользовательской части определяют параметры проводов ВЛ, осуществляют настройку пункта плавки на ВЛ, для чего с помощью упомянутых модемов по радиоканалу связи с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля параметры проводов ВЛ и, при необходимости, параметры гололеда, формируют в электронно-вычислительном модуле тепловую модель проводов ВЛ, используя запомненные параметры проводов и данные о величине тока в ВЛ, с помощью пункта плавки осуществляют один из трех циклических режимов плавки - полуавтоматический режим, полуавтоматический режим с контролем глубины проплавления и автоматический режим, обеспечивают возможность отключения выключателя коммутационного модуля пользователем при любых обстоятельствах в любой момент времени, в циклах каждого из указанных режимов с пользовательской части на пункт плавки посылают команду для инициации электронно-вычислительным модулем одного из режимов плавки, на основании сформированной в электронно-вычислительном модуле тепловой модели провода рассчитывают температуру проводов ВЛ в реальном времени или с задержками, много меньшими по сравнению с характерными временами основного процесса, в момент превышения расчетной температурой наиболее горячего провода установленной верхней температуры электронно-вычислительным модулем отключают выключатель коммутационного модуля, по окончании каждого цикла плавки продолжают расчет температуры проводов ВЛ и после ее снижения до установленного нижнего значения проводят новый цикл плавки, который в полуавтоматическом режиме и полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления инициируют пользователем, а в автоматическом режиме - электронно-вычислительным модулем автоматически до достижения критерия завершения плавки, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления и в автоматическом режиме в процессе плавки на основе математической модели проплавления рассчитывают глубину проплавления льда, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления льда пользователем на основании рассчитанной глубины проплавления самостоятельно принимают решение об окончании или продолжении плавки, в автоматическом режиме электронно-вычислительным модулем сравнивают рассчитанную глубину проплавления льда с заданной пользователем в начале плавки, и при достижении заданной глубины плавку прекращают автоматически, причем в полуавтоматическом режиме ограничиваются настройкой пункта плавки на ВЛ, глубину проплавления льда пользователем оценивают самостоятельно, в полуавтоматическом режиме с контролем глубины проплавления, помимо настройки пункта плавки на ВЛ, с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля значения плотности гололеда, с учетом которой формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем и передают результаты расчета пользователю, в автоматическом режиме, помимо настройки пункта плавки на ВЛ, с пользовательской части на пункт плавки вводят и записывают в память электронно-вычислительного модуля значения плотности гололеда и диаметра муфты гололедных отложений, с учетом которых формируют математическую модель проплавления льда, глубину проплавления непрерывно оценивают электронно-вычислительным модулем, в каждом цикле плавки сравнивают ее с заданной в начале плавки, включение и отключение выключателя коммутационного модуля производят автоматически.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве избавляемой от гололеда ВЛ используют ВЛ 6-10 кВ, от которой во время плавки гололеда отключают двигательную нагрузку.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что связь между пользовательской частью и пунктом плавки устанавливают непрерывной, или по возникающим событиям, или исходя из пользовательских настроек.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что из параметров проводов ВЛ с помощью вычислительного устройства пользовательской части определяют диаметр, погонное сопротивление, теплоемкость, коэффициент роста сопротивления с температурой, коэффициент теплоотдачи в окружающую среду.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве входных данных формируемой в электронно-вычислительном модуле пункта плавки тепловой модели проводов ВЛ и математической модели проплавления гололеда дополнительно используют данные о температуре воздуха и/или скорости ветра.