Способ борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи Российский патент 2024 года по МПК H02G7/16 

Область техники.

Изобретение относится к электроэнергетике, а точнее к способам плавки гололеда на проводах воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) без отключения потребителей и может быть использовано на ВЛ напряжением 6-10 кВ в распределительных сетях.

Предшествующий уровень техники.

Получили распространение способы плавки гололеда током искусственного короткого замыкания. Известны способы плавки гололеда переменным или постоянным током короткого замыкания, согласно которым на конце ВЛ создают искусственное короткое замыкание, а затем пропускают по проводам высокий ток короткого замыкания, постоянный, переменный промышленной частоты или переменный управляемой частоты [1], [2], [3].

Общим недостатком указанных способов является то, что они требуют отключения потребителя электроэнергии от питающей ВЛ, либо применения резервных источников питания (других ВЛ, автономных источников).

Известно устройство для удаления льда с проводов воздушных линий электропередачи, согласно которому на подстанции на конце ВЛ с помощью активного сопротивления создается ток перегрузки проводов ВЛ, величина которого регулируется с помощью силового тиристора, а поддержание величины напряжения на шинах подстанции осуществляется с помощью конденсаторных установок и при этом обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей [4].

Недостатками указанного способа являются создание в сети высокого уровня нечетных гармонических составляющих тока не кратных трём вследствие работы тиристоров, что приводит к несинусоидальным искажениям питающего напряжения у потребителей в нарушение стандарта качества электроэнергии, а также опасное воздействие гармонических составляющих тока на конденсаторные батареи, ведущее к их перегреву.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный способ борьбы с гололедом на ВЛ-10(6) кВ, согласно которому увеличение тока в проводах ВЛ производится с помощью создания искусственного дополнительного потока реактивной мощности путем подключения к одному из концов ВЛ источника реактивной мощности (ИРМ) без отключения ВЛ от питающей подстанции с одновременным изменением положения регулятора под нагрузкой трансформатора таким образом, чтобы уровни напряжений вдоль ВЛ оставались допустимыми для электроснабжения питаемых потребителей с сохранением их бесперебойного электроснабжения. В качестве ИРМ может выступать регулируемая или нерегулируемая батарея конденсаторов (БК), синхронный компенсатор или синхронный двигатель, статический тиристорный компенсатор [5].

Недостатками указанного способа являются: снижение напряжения у потребителей, подключенных к другим ВЛ питающей подстанции из-за вынужденного уменьшения напряжения регулятором под нагрузкой трансформатора для ликвидации перенапряжения у потребителя на конце линии, вызванного подключенным к ней источником реактивной мощности; ограниченность применения способа по длине и сечению проводов ВЛ (так, максимальная длина ВЛ-10 кВ с проводом АС-70 при нагрузке потребителя до 1,8 МВт, на которой возможна плавка гололеда с сохранением электроснабжения потребителей и обеспечением требуемого качества электроэнергии, находится в диапазоне от 8,35 км до 12,8 км); работа электрооборудования потребителей, подключенных в конце линии, на верхнем пределе допускаемого диапазона отклонения напряжения, что негативно сказывается на надежности и сроке эксплуатации оборудования.

Раскрытие изобретения.

Задачей настоящего изобретения является плавка гололеда на проводах ВЛ без ограничения по длине проводов и с сохранением бесперебойного и соответствующего стандартам качества электроснабжения потребителей.

Технический результат изобретения заключается в проведении плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи с сохранением бесперебойного электроснабжения потребителей и обеспечением требуемого качества электроснабжения всех потребителей, питающихся от питающей подстанции.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе борьбы с гололедом на воздушной линии электропередачи без отключения её от питающей подстанции и без отключения потребителей, заключающемся в увеличении тока по проводам этих линий с помощью искусственного создания дополнительного потока реактивной мощности путем подключения к одному из концов линии источника реактивной мощности, согласно изобретению, для обеспечения допустимых уровней напряжений вдоль всей линии электропередачи создают дополнительный поток активной мощности путем подключения активной нагрузки на конце линии, при этом осуществляют одновременное управление дополнительными потоками активной и реактивной мощности, контроль за которым осуществляют с помощью измерений величин тока и напряжения в начале и конце линии, на основе которых производят выбор величин дополнительных потоков активной и реактивной мощности.

В качестве источника дополнительного потока реактивной мощности возможно использовать уже установленные в сетях источники, такие как батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, статические тиристорные компенсаторы, а также новые источники, в том числе перемещаемые. В качестве дополнительной активной нагрузки могут выступать вновь устанавливаемая резистивная нагрузка, накопители энергии, статические компенсаторы, работающие в режиме с потреблением активной мощности.

Создание потока активной мощности к дополнительной нагрузке на конце линии позволяет снизить влияние источника реактивной мощности на напряжение у потребителей, подключенных к линии, приведя его в диапазон допустимых значений согласно стандартам качества электроэнергии, без переключения регулятора под нагрузкой трансформатора на питающей подстанции, что приводит к снижению влияния режима плавки на напряжение других потребителей подстанции.

Одновременное управление дополнительными потоками активной и реактивной мощности позволяет осуществлять регулирование и стабилизацию тока плавки и напряжения у потребителей, подключенных к линии. Исключение необходимости участия в управлении режимом регулятора под нагрузкой трансформатора на питающей подстанции повышает надежность и увеличивает срок службы регулятора. Контроль за управлением потоками осуществляется с помощью измерений величин тока и напряжения в начале и конце линии. Величины дополнительных потоков активной и реактивной мощности определяются двумя условиями: обеспечение тока плавки и обеспечение требуемого для нормального электроснабжения потребителей уровня напряжения.

Зависимость тока плавки и величин дополнительных потоков мощности определяется выражением:

(1),

где – активная мощность нагрузки; – активная мощность дополнительной активной нагрузки; – реактивная мощность нагрузки; – мощность источника реактивной мощности; – напряжение сети при плавке гололеда.

При этом величины и подбираются так, чтобы выполнялось условие:

(2),

где – номинальное напряжение сети.

Выбор величин дополнительных потоков мощности может производиться как в ручном режиме на основании показаний измерительных приборов, так и в автоматическом, что обеспечивает большую точность и скорость выхода на режим плавки.

Краткое описание чертежей.

Сущность изобретения поясняется изображениями, где на фиг. 1 показана схема сети при плавке гололеда, где 1 – трансформатор питающей подстанции Т; 2 – секция шин питающей подстанции; 3 – воздушная линия электропередачи, на которой производится плавка гололеда; 4 – нагрузка Н1 линии электропередачи; 5 – источник реактивной мощности; 6 – дополнительная активная нагрузка; 7 – воздушная линия электропередачи; 8 – нагрузка Н2 линии электропередачи. На фиг. 2 представлены графики распределения напряжения вдоль линии электропередачи с потребителями в количестве 4 шт., распределенными по ВЛ и имеющими разную мощность, в нормальном режиме и в режимах плавки гололеда с регулированием напряжения РПН и по предлагаемому способу. Ниже представлена таблица сравнения параметров режимов сети с различными методами регулирования напряжения.

Подробное описание изобретения.

На фиг.1 показана схема сети, где трансформатор Т 1 подключен к секции шин подстанции 2, к которой подключена воздушная линия электропередачи 3, на которой производится плавка гололеда, на конце которой подключены нагрузка Н1 4, источник реактивной мощности 5 и дополнительная активная нагрузка 6, также к секции шин 2 подключена воздушная линия электропередачи 7, на конце которой подключена нагрузка Н2 8.

Предлагаемый способ борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи заключается в следующем. К концу линии 3, на которой необходимо произвести плавку гололеда подключается источник реактивной мощности 5 и дополнительная активная нагрузка 6. В результате, создается поток мощности, определяемый по выражению:

(3),

где – активная мощность нагрузки Н1 4, – активная мощность дополнительной активной нагрузки (ДАН 6); – реактивная мощность источника ИРМ 5; – реактивная мощность нагрузки Н1 4.

Создаваемый потоком мощности S ток нагревает провода линии и плавит гололед. При этом создание противоположно направленных дополнительных потоков реактивной мощности от конца линии к секции шин 2 и активной мощности от секции шин 2 к концу линии компенсируют действие друг друга на напряжение U_Н1 у потребителя Н1 4, так как источник реактивной мощности 5 его повышает, а дополнительная активная нагрузка 6 его понижает до значений, допускаемых стандартом качества электроэнергии и близких номинальному напряжению сети. При этом положение регулятора под напряжением трансформатора Т 1 не изменяется и, соответственно, не изменяются в широких пределах напряжение U_ПС на секции шин 2 и напряжение U_Н2 у потребителя Н2 8, что иллюстрируется на фиг.2. Таким образом, режим плавки гололеда определяется только выбором и управлением мощностями ИРМ 5 и ДАН 6 с целью поддержания тока плавки и номинального напряжения на нагрузке Н1 4 и не зависит от удельного сопротивления, длины, уровня напряжения, текущих потоков мощности других линий, подключенных к секции шин 2, а также не зависит от изменения нагрузки Н1 4, что позволяет применять предлагаемый способ борьбы с гололедом на любых воздушных линиях электропередачи.

На фиг. 2 представлены графики распределения напряжения вдоль линии электропередачи, выполненной проводом АС-70/11 на промежуточных опорах типа П10-1 с потребителями в количестве 4 шт.: 1) полная мощность S=200 кВА, cosφ=0,8, расстояние от подстанции 3 км; 2) полная мощность S=200 кВА, cosφ=0,8, расстояние от подстанции 6 км; 3) полная мощность S=320 кВА, cosφ=0,8, расстояние от подстанции 10 км; 4) полная мощность S=504 кВА, cosφ=0,8, расстояние от подстанции 15 км.

Расчет производился в нормальном режиме работы линии и в режимах плавки гололеда с регулированием напряжения РПН и по предлагаемому способу. Видно, что при плавке с регулированием напряжения с помощью РПН напряжение на шинах подстанции составляет 9 кВ, что приводит к понижению напряжения на линиях электропередачи других потребителей подстанции. При плавке с регулированием ДАН напряжение вдоль линии распределяется более равномерно, минимально изменяется по сравнению с нормальным режимом во всех точках линии и не превышает допустимого напряжения.

Взаимное влияние дополнительных потоков мощности на всех потребителей подстанции рассмотрим на примере схемы, показанной на фиг.1, где трансформатор Т 1 представлен моделью ТДН-10000/110, воздушная линия электропередачи 3 номинальным напряжением 10 кВ выполнена проводом АС-70/11 длиной 13 км на промежуточных опорах типа П10-1, нагрузка Н1 4 номинальной мощностью P_Н1 = 1,15 МВт, Q_Н1 = 0,86 МВАр, воздушная линия электропередачи 7 номинальным напряжением 10 кВ выполнена проводом АС-50/8 длиной 11 км на промежуточных опорах типа П10-1, нагрузка Н2 8 номинальной мощностью P_Н2 = 0,72 МВт, Q_Н2 = 0,54 МВАр.

Параметры режимов сети представлены в таблице.

Таблица Режим сети Нормальный режим Плавка без ДАН
и РПН Плавка с регулированием РПН Плавка с регулированием ДАН I₃, А 78,8 334 339 338 I₇, А 50,9 54,4 47 52,8 Q_ИРМ, МВАр 0 8,3 7,3 5,2 P_ДАН, МВт 0 0 0 2,7 U_ПС, кВ 10,5 11,2 9,7 10,85 U_Н1, кВ 9,5 12,4 10,9 10 U_Н2, кВ 9,8 10,5 9 10,15

В нормальном режиме сети ток в линиях 3 и 7 соответствует нагрузке, напряжение на секции шин 2, у потребителя Н1 4 и потребителя Н2 8 соответствует нормам ГОСТ 32144-2013. Для плавки гололеда на линии 3 при температуре воздуха -5℃ и скорости ветра 5 м/с требуется создать ток 330 А. В режиме плавки без регулирования напряжения, то есть при отключенной ДАН и без переключений РПН при указанном токе напряжение превышает допустимое отклонение ±10% cогласно ГОСТ. При регулировании напряжения с помощью РПН трансформатора Т 1 значения напряжения у потребителя Н1 4 находится на верхнем допустимом пределе, а у потребителя Н2 8 – на нижнем, отклонение от нормального режима у потребителя Н1 составляет 1,4 кВ, а у потребителя Н2 0,8 кВ. При плавке гололеда регуляторы переключения без возбуждения трансформаторов потребителей не переключаются, и в результате на электроприемниках потребителей отклонение напряжения может выйти за пределы ГОСТ. В таблице видно, что при регулировании напряжения при плавке с помощью ДАН напряжение у потребителей Н1 4 и Н2 8 повышается незначительно, не выходя за рамки допустимых значений. Требуемая мощность ИРМ при плавке с помощью ДАН существенно ниже мощности ИРМ при применении РПН.

Использование способа борьбы с гололедом на ВЛ напряжением 6-10 кВ без ограничения по длине проводов, позволяет осуществлять плавку гололеда с сохранением бесперебойного электроснабжения потребителей и обеспечением требуемого качества электроснабжения всех потребителей, питающихся от подстанции.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ № 2478244. Способ плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи 6 (10) кВ / А. М. Чалый, В.С. Минаев, С.С. Фурин // МПК H02G 7/16, приоритет 13.03.2011.

2. Патент на изобретение РФ № 2465702. Способ плавки гололеда на проводах трехфазной воздушной линии электропередачи / Р. Н. Бердников, Ю.А. Горюшин, Ю.А. Дементьев, А.С Засыпкин, И.И. Левченко, Е.И. Сацук, С.С. Шовкопляс // МПК H02G 7/16, приоритет 14.06.2011.

3. Патент на изобретение РФ № 2505897. Способ управляемой плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи переменным током / Ю.П. Сташинов, Ю.С. Корнев, В.В. Конопелько // МПК H02G 7/16, приоритет 31.05.2012.

4. Патент на полезную модель РФ № 172348. Устройство для удаления льда с проводов воздушных линий электропередач напряжением 110 кВ / А.Х. Санакулов, И.Р. Ахметзянов // МПК H02G 7/16, приоритет 11.03.2016.

5. Патент на изобретение РФ № 2537851. Способ борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи / Д.А. Костюков, Ю.Г. Кононов // МПК H02G 7/16, приоритет 05.06.2012.

Изобретение относится к способам плавки гололеда на проводах воздушных высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) без отключения потребителей и может быть использовано на воздушных ВЛ напряжением 6-10 кВ в распределительных сетях. Технический результат изобретения - обеспечение плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи с сохранением бесперебойного и качественного электроснабжения потребителей. Для этого способ борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи без отключения ее от питающей подстанции и без отключения потребителей заключается в увеличении тока по проводам этих линий с помощью искусственного создания дополнительного потока реактивной мощности путем подключения к одному из концов линии источника реактивной мощности. Кроме этого, для обеспечения допустимых согласно стандарту качества электроэнергии уровней напряжений вдоль всей линии электропередачи создают дополнительный поток активной мощности путем подключения активной нагрузки на конце линии. При этом наличие дополнительных встречных потоков активной и реактивной мощности обеспечивает условия, чтобы уровни напряжений вдоль линии электропередачи сохранялись в диапазоне допустимых значений согласно стандарту качества электроэнергии. 1 табл., 2 ил.

Способ борьбы с гололедом на воздушной линии электропередачи без отключения ее от питающей подстанции и без отключения потребителей, заключающийся в увеличении тока по проводам этих линий с помощью искусственного создания дополнительного потока реактивной мощности путем подключения к одному из концов линии источника реактивной мощности, отличающийся тем, что для обеспечения допустимых уровней напряжений вдоль всей линии электропередачи создают дополнительный поток активной мощности путем подключения активной нагрузки на конце линии, при этом осуществляют одновременное управление дополнительными потоками активной и реактивной мощности, контроль за которым осуществляют с помощью измерений величин тока и напряжения в начале и конце линии, на основе которых производят выбор величин дополнительных потоков активной и реактивной мощности.