УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2015 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к установкам плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах, в том числе заземленных, воздушных линий (ВЛ) электропередачи.

Известно устройство для плавки гололеда на проводах воздушных линий электропередачи [Патент на полезную модель RU 119951], питание которого осуществляется от трехфазного трансформатора, содержащее дискретно управляемую конденсаторную батарею, разъединители, обходную систему шин.

К недостаткам известного устройства для плавки гололеда на проводах воздушных линий электропередачи следует отнести невозможность применения для плавки гололеда на заземленных грозозащитных тросах, так как плавка гололеда на проводах осуществляется трехфазной уравновешенной системой токов промышленной частоты, которая не трансформируется в заземленный грозозащитный трос, обязательно устанавливаемый на ВЛ 35 кВ и выше, хотя бы на подходе к подстанции.

Известна установка для компенсации реактивной мощности и плавки гололеда [Патент на полезную модель RU 120819], которая содержит батарею конденсаторов, разъединители и преобразователь с управляемыми вентилями, подключенными к проводам воздушной линии электропередачи.

К недостаткам известной установки для плавки гололеда следует отнести:

- невозможность применения для плавки гололеда на заземленных грозозащитных тросах, так как плавка гололеда на проводах осуществляется трехфазной уравновешенной системой токов промышленной частоты, которая не трансформируется в заземленный грозозащитный трос;

- возможность только уменьшения значения переменного тока плавки преобразователем с управляемыми вентилями, поэтому длина обогреваемой ВЛ ограничена полным сопротивлением переменному току.

Устройство по известному способу плавки гололеда на проводах трехфазной воздушной линии электропередачи [Патент на изобретение RU №2465702] содержит преобразователь с управляемыми вентилями, пропускающий постоянный ток в проводах одновременно в трех фазах ВЛ и изменяющий схему соединения проводов через временные интервалы, не превышающие 20% ожидаемого суммарного времени плавки.

К недостаткам устройства по известному способу плавки гололеда на проводах трехфазной воздушной линии электропередачи следует отнести невозможность применения для плавки гололеда на заземленных грозозащитных тросах, так как плавка гололеда на проводах осуществляется импульсами постоянного (выпрямленного) тока, которые не трансформируются в заземленный грозозащитный трос.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению и принятой за прототип является установка для плавки гололеда [Патент на изобретение RU №2235397] на проводах и заземленных грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи, содержащая преобразователь с полностью управляемыми вентилями и обратными диодами и конденсаторной батареей, питание которого осуществляется от вспомогательного (силового) трехфазного трансформатора, а выходные клеммы преобразователя через однополюсные разъединители подключены к проводам выбранной для плавки гололеда ВЛ. Переменный ток от вспомогательного трехфазного трансформатора, регулируемый по величине преобразователем, протекает по проводу одной фазы ВЛ и трансформируется в заземленный грозозащитный трос, вызывая плавление гололеда и в проводе, и в грозозащитном тросе.

К недостаткам установки, принятой за прототип, относятся:

- ограничение длины подогреваемой ВЛ полным сопротивлением петли «провод - земля» переменному току, что ограничивает возможный диапазон длин ВЛ, на которых может быть применена установка;

- коэффициент трансформации тока провода в грозозащитный трос не регулируется, поэтому время плавки гололеда на проводе и грозозащитном тросе для разных ВЛ может существенно отличаться, что может привести к перегреву или провода, или грозозащитного троса и ограничивает диапазон конструкций и марок проводов и грозозащитных тросов ВЛ, на которых может быть применена установка.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию токов в проводах и заземленных грозозащитных тросах ВЛ, достаточных для плавки гололеда.

Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении универсальности, т.е. пригодности установки для согласованной плавки гололеда, на проводах и грозозащитных тросах, в том числе заземленных, воздушных линий электропередачи различных конструкций, с различными марками проводов и грозозащитных тросов и различных длин, отходящих от подстанции, где размещена установка.

Указанный технический результат достигается тем, что плавку гололеда на ВЛ осуществляют в двух режимах работы установки:

- импульсами постоянного тока в проводах одновременно в трех фазах с изменением схемы соединения проводов через токовые интервалы с периодом повторяемости, не превышающим 20% ожидаемого времени плавки, и с изменением бестоковых пауз между последовательными токовыми интервалами в каждом периоде повторяемости, что регулирует действующее значение тока плавки гололеда за период повторяемости и расширяет возможный диапазон длин проплавляемых ВЛ;

- током регулируемой повышенной частоты при обеспечении компенсации реактивной мощности ВЛ, который трансформируется в заземленный грозозащитный трос с регулируемым коэффициентом трансформации, что обеспечивает согласованную плавку гололеда на проводах и грозозащитном тросе и расширяет возможный диапазон конструкций ВЛ и марок проводов и грозозащитных тросов.

Сущность изобретения состоит в том, что установка для плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи содержит преобразователь с управляемыми вентилями, питание которого осуществляется от трехфазного силового трансформатора, а выходные клеммы преобразователя через однополюсные разъединители плавки гололеда подключены к обходной системе шин, а также дискретно управляемую конденсаторную батарею, включенную последовательно между выходной клеммой преобразователя и однополюсными разъединителями плавки гололеда, подключенными к обходной системе шин. Установка имеет систему управления, подключенную к преобразователю дискретно управляемой конденсаторной батареи и к однополюсным разъединителям плавки гололеда. Выбранная для плавки гололеда воздушная линия присоединена к обходной системе шин через линейные разъединители, а с противоположной стороны закорочена разъединителями и/или заземлителями плавки гололеда в соответствии со схемами плавки гололеда.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где приведена схема установки для плавки гололеда на воздушной линии электропередачи. На фиг.2 приведены полученные с помощью цифровой модели осциллограммы токов в проводе и грозозащитном тросе при частоте 50 Гц, при этом соотношение токов в проводе и грозозащитном тросе - 0,032. На фиг.3 приведены полученные с помощью цифровой модели осциллограммы токов в проводе и грозозащитном тросе при повышенной частоте 300 Гц, при этом соотношение токов в проводе и грозозащитном тросе - 0,134. На фиг.4 приведены полученные с помощью цифровой модели осциллограммы токов в проводе и грозозащитном тросе при повышенной частоте 500 Гц, при этом соотношение токов в проводе и грозозащитном тросе - 0,163. На фиг.5 приведены полученные с помощью цифровой модели осциллограммы токов в проводе и грозозащитном тросе при повышенной частоте 700 Гц, при этом соотношение токов в проводе и грозозащитном тросе - 0,174.

Установка для плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи, приведенная на фиг.1, состоит из преобразователя 1 с управляемыми вентилями, дискретно управляемой конденсаторной батареи 2 с шунтирующим разъединителем 3, включенной последовательно между выходной клеммой преобразователя 1 и однополюсными разъединителями плавки гололеда 4, 5, 6, подключенными к обходной системе шин 7, две другие выходные клеммы преобразователя подключены к обходной системе шин 7 через однополюсные разъединители плавки гололеда 8, 9, одна из этих клемм подключена через заземлитель 10 к заземляющему устройству подстанции 11. Система управления 12 подключена к преобразователю 1, дискретно управляемой конденсаторной батарее 2 с шунтирующим разъединителем 3 и к однополюсным разъединителям плавки гололеда 4, 5, 6, 8, 9 и к заземлителю 10. Питание установки осуществляется от трехфазного силового трансформатора 13. Выбранная для плавки гололеда воздушная линия 14 подключена к обходной системе шин 7 через линейные трехфазные разъединители 15, а с противоположной стороны закорочена трехфазным разъединителем 16. Закорочивающий трехфазный разъединитель 16 может быть заменен тремя однофазными заземлителями. Выбранная для плавки гололеда воздушная линия 17 подключена к обходной системе шин 7 через однополюсные линейные разъединители 18, 19, 20 с заземлителями 21, 22, а с противоположной стороны закорочена однополюсными разъединителями 23, 24, 25 с заземлителями 26, 27. На фиг.1 также показаны многократно заземленные грозозащитные тросы: 28 воздушной линии 14 и 29 воздушной линии 17.

Система управления 12 реализует два режима работы установки.

В первом режиме работы установки выполняется плавка гололеда импульсами постоянного тока в проводах одновременно в трех фазах с изменением схемы соединения проводов через токовые интервалы с периодом повторяемости, не превышающим 20% ожидаемого времени плавки, и с изменением бестоковых пауз между последовательными временными интервалами в каждом периоде повторяемости, что регулирует действующее значение тока плавки гололеда за период повторяемости и расширяет возможный диапазон длин проплавляемых ВЛ.

Для этого система управления 12 переводит преобразователь 1 в режим дискретно управляемого выпрямительного моста с коммутатором, а дискретно управляемую конденсаторную батарею 2 шунтирует разъединителем 3.

Для плавки гололеда на воздушной линии 14, оборудованной трехфазными разъединителями, включают линейный разъединитель 15 и закорачивающий на землю разъединитель 16, при этом не исключается замена последнего на три однофазных заземлителя. Схему плавки гололеда «фаза - фаза» и/или «фаза - две фазы» реализуют включением трех однополюсных разъединителей плавки гололеда 4, 8, 9.

Для плавки гололеда на воздушной линии 17, оборудованной однополюсными разъединителями, включают линейные разъединители 18, 19, 20 и закорачивающие разъединители 23, 24, 25. Схему плавки гололеда «фаза - фаза» и/или «фаза - две фазы» реализуют включением трех однополюсных разъединителей плавки гололеда 4, 8, 9 и заземлителя 26.

При наличии незаземленных грозозащитных тросов они подключаются к обходной системе шин 7 аналогично проводам ВЛ.

Во втором режиме работы установки выполняется согласованная плавка гололеда одновременно на проводах и заземленном грозозащитном тросе ВЛ током с регулируемой повышенной частотой.

Для этого система управления 12 переводит преобразователь 1 в режим автономного резонансного инвертора, дискретно управляемую конденсаторную батарею 2 вводит в работу размыканием шунтирующего разъединителя 3.

Для плавки гололеда на воздушной линии 14, оборудованной трехфазными разъединителями, включают линейный разъединитель 15 и закорачивающий разъединители 16, при этом не исключается замена последнего на три однофазных заземлителя. Схему плавки гололеда «одна, две или три фазы - земля» реализуют дополнительным включением заземлителя 10 и одного, двух или трех однополюсных разъединителей плавки гололеда 4, 5, 6. Ток повышенной частоты из контура «одна, две или три фазы - земля» трансформируется в контур «трос - земля», вызывая плавку гололеда на грозозащитном тросе 28. Токи в проводе и грозозащитном тросе 28, кроме выбора подключения проводов фаз воздушной линии 14, регулируют дискретным изменением емкости дискретно управляемой конденсаторной батареи 2, обеспечивающей полную или частичную компенсацию реактивной мощности воздушной линии 14, и изменением значения частоты системой управления 12 автономного резонансного инвертора в диапазоне 350-900 Гц.

Для плавки гололеда на воздушной линии 17, оборудованной однополюсными разъединителями, создают ток повышенной частоты в магнитно-связанных контурах «фаза - фаза» и «третья фаза - трос». Контур «третья фаза - трос» замыкают через заземлители 21, 26 или 22, 27. Две другие фазы закорачивают между собой на противоположном конце воздушной линии закорачивающими разъединителями 24, 25 или 23, 24 и подключают к обходной системе шин 7 линейными разъединителями 18, 19 или 19, 20. Преобразователь 1 через дискретно управляемую конденсаторную батарею 2 подключают к обходной системе шин разъединителями плавки гололеда 9, 6 или 9, 4. Токи в проводе и грозозащитном тросе 29, кроме выбора третьей фазы, регулируют дискретным изменением емкости дискретно управляемой конденсаторной батареи 2, обеспечивающей полную или частичную компенсацию реактивной мощности воздушной линии 17, включенной по схеме «фаза - фаза», и изменением значения частоты системой управления 12 автономного резонансного инвертора в диапазоне 350-900 Гц.

На фиг.2-5 для наглядности показаны осциллограммы токов в проводе и грозозащитном тросе при различных значениях частот, влияющих на соотношение токов в проводе и грозозащитном тросе. По осциллограммам виден заявленный эффект регулирования соотношения токов, которым достигается требуемое распределение токов по проводам и грозозащитному тросу в зависимости от различных типов проводов, грозозащитного троса и опор ВИ, а также метеоусловий, при которых происходит плавка.

Изменение частоты токов в проводах и грозозащитных тросах совместно с дискретным изменением емкости конденсаторной батареи регулирует компенсацию реактивной составляющей сопротивления ВЛ, что совместно с изменением напряжения источника питания приводит к плавке гололеда на требуемой длине ВЛ или ее участке.

Возможность использования в установке плавки гололеда двух режимов работы преобразователя 1, дискретно управляемой конденсаторной батареи 2 с шунтирующим разъединителем 3 и однополюсных разъединителей 4, 5, 6, 8, 9 и заземлителя 10 позволяет плавить гололед на проводах и грозозащитных тросах, в том числе многократно заземленных, ВЛ различных конструкций, с различными марками проводов и грозозащитных тросов, различных длин, что определяет достижение технического результата предлагаемым изобретением, а именно - универсальности, т.е. пригодности к применению на узловых подстанциях распределительных сетей различных классов напряжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении универсальности, т.е. пригодности для согласованной плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах, в том числе многократно заземленных, воздушных линий различных конструкций, с различными марками проводов и тросов, различных длин, отходящих от подстанции, где размещена установка. Установка содержит преобразователь с управляемыми вентилями и дискретно управляемой конденсаторной батареей, питание которого осуществляется от трехфазного силового трансформатора, выходные клеммы преобразователя через однополюсные разъединители подключены к обходной системе шин, при этом дискретно управляемая конденсаторная батарея включена последовательно между выходной клеммой преобразователя и разъединителями. Система управления, реализующая два алгоритма управления, подключена к преобразователю, к дискретно управляемой конденсаторной батарее и к разъединителям. Выбранная для плавки гололеда воздушная линия присоединена к обходной системе шин через линейные разъединители, а с противоположной стороны закорочена. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи, содержащая преобразователь с управляемыми вентилями и с конденсаторной батареей, питание которого осуществляется от трехфазного силового трансформатора, а выходные клеммы преобразователя через однополюсные разъединители плавки гололеда подключены к проводам выбранной для плавки гололеда воздушной линии, отличающаяся тем, что конденсаторная батарея, выполненная дискретно управляемой, включена последовательно между выходной клеммой преобразователя и однополюсными разъединителями плавки гололеда, подключенными к обходной системе шин, содержит систему управления, подключенную к преобразователю, дискретно управляемой конденсаторной батарее и к однополюсным разъединителям плавки гололеда, а выбранная для плавки гололеда воздушная линия присоединена к обходной системе шин через линейные разъединители, а с противоположной стороны закорочена.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дискретно управляемая конденсаторная батарея состоит из двух последовательно включенных блоков конденсаторов с соотношением емкостей 1:2, с тремя выведенными клеммами, между первой и второй и между второй и третьей клеммами подключены однополюсные шунтирующие разъединители.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выбранная для плавки гололеда воздушная линия подключена к обходной системе шин через трехфазный линейный разъединитель, а с противоположной стороны закорочена на землю трехфазным разъединителем плавки гололеда или заземлителями.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выбранная для плавки гололеда воздушная линия подключена к обходной системе шин через три однополюсных линейных разъединителя с заземлителями, а с противоположной стороны закорочена на землю одной выбранной фазой, а две другие фазы замкнуты между собой.