Устройство для плавки гололеда постоянным током Советский патент 1979 года по МПК H02G7/16 

выпускаемых промышленностью мощных выпрямительных мостов класса 10 и 35 кВ.

Целью изобретения является ограничение перенапряжений на выпрямителе, возникающих в контуре плавки гололеда при вводе и выводе его из работы, а также предупреждение протекания через выпрямитель переменной составляющей тока контура плавки.

Это достигается за счет подключения параллельно выводам постоянного напряжения фильтра, состоящего из последовательно включенных конденсаторной батареи и реактора, настроенных в резонанс на промышленную частоту.

Для уменьшения установленных мощностей, а следовательно, и стоимости элементов фильтра один из элементов фильтра зашунтирован разрядником, например искровым. Для повышения надежности в работе параллельно фильтру установлен коммутирующий аппарат, включающийся при срабатывании упомянутого разрядника.

Реактор фильтра может быть подключен последовательно с конденсатором через согласующий трансформатор.

Для повышения надежности устройства между точкой присоединения фильтра и выводом постоянного тока преобразователя включено сопротивление.

В качестве токоограничивающего сопротивления могут быть использованы провода (тросы) других воздушных линий, отходящих от шин подстанции, на которой установлен преобразователь либо реакторы.

Для улучшения технико экономических показателей в контур тока фильтра включен регулируемый по фазе и величине источник напряжения промышленной частоты.

В качестве упомянутого источника может быть лри.менен однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена в рассечку нейтрального вывода обмотки высокого напряжения автотрансформатора (трансформатора), подключенного к двум работающим фазам прогреваемой линии. Для более точной компенсации переменного тока наводки в цепи постоянно.ро тока преобразователя целесообразно параллельно вторичной обмотке упомянутого однофазного трансформатора подключить согласующую комплексную нагрузку, параметры которой определяются характером разбаланса элементов фильтра промышленной частоты.

Конденсаторная батарея должна выбираться с учетом постоянной составляющей напряжения, равной выпрямленному напряжению выгфямителя.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства плавки гололеда с простейшим фильтром промышленной частотыг подключенным параллельно выводам постоянного тока преобразователя; на фиг. 2 - аналогнчное устройство t фи-льтррм, один из элементов которого здшунтироЬан разрядником; На фиг. 3 - устройство с дополнительным коммутационным аппаратом, шунтирующим фильтр; на фиг. 4 - устройство с фильтром, реактор которого подключен через согласующий трансформатор; на фиг. 5 - устройство, в котором провода линии, используемой для ограничения переменного тока, замыкающегося через преобразователь, подключены между землей и выводом постоянного тока преобразователя; на фиг. 6 - устройство, в котором провода линии, используемой для ограничения переменного тока, замыкающегося через преобразователь, подключены между потенциальным выводом постоянного тока преобразователя и точкой подключения фильтра к прогреваемому контуру; на фиг. 7 - устройство, использующее провода отключенной воздущной линии одновременно для подвода постоянного тока к прогреваемому контуру и для ограничения

переменной составляющей тока наводки, замыкающегося через преобразователь; на фиг. 8 и 9 - устройства, использующие реакторы, подключенные соответственно между зем лей и полюсом преобразователя и между потенциальным выводом постоянного тока преобразователя и точкой подключения фильтра к прогреваемому контуру; на фиг. 10 - устройство, содержащее простейший фильтр промышленной частоты, последовательно которому включен источник регулируемого на0 пряжения; на фиг. 11 показаны возможные варианты включения регулируемого источника последовательно в контур тока сложного фильтра промышленной частоты; на фиг. 12 - вариант реализации автоматически регулируемого источника напряжения промышленной частоты.

На всех фигурах показаны провода двух фаз и воздушной линии, оставшиеся в работе, третий провод 1 отключен от шин 2, 3 приемной и передающей подстанции и прдключен с одной стороны непосредственно к заземлителю 4 и с другой стороны - к заземлителю 5 через параллельно включенные между собой выпрямитель 6 и фильтр, состоящий из батареи конденсаторов 7 и реактора 8.

5 На фиг. 1 фильтр состоит из последовательно включенных между собой конденсаторной батареи 7 и реактора 8, настроенных в резонанс на промышленной частоте. При наличии переменной составляющей тока в контуре плавки к вентилям и изоляции вентилей будет приложено только падение напряжения от переменной составляющей тока контура на фильтре. Поскольку фильтр на промыщленной частоте настроен в резонанс, падение напряжения.этой части на нем

5 близкО к нулю и опред-еляется в установив. щемся режиме лишь активным сопротивлением фильтра. Основная доля тока промышленной частоты протекает через фильтр 7, 8, минуя выпрямитель 6.

Постоянный ток замыкается по контуру: полюс преобразователя - провод линии 1 - земля - другой полюс преобразователя. При появлении тока к.з. напряжение на эле ментах фильтра увеличивается пропорционально увеличению тока наводки в-проводе; 1. На полюса выпрямителя 6 воздействует лишь падение напряжения на суммарном сопротивлении фильтра, обусловленное неточностью настройки его отдельных элементов и наличием активного сопротивления реактора. При появлении токов к.з. в работающих проводах линии 9, 10 наводки в проводе 1 превышают токи наводок в нормальном режиме. Для уменьшения установленной мошности элементов фильтра параллельно одному из них установлен разрядник 11, (фиг. 2). Наиболее удобно разрядник 11 расположить параллельно, реактору фильтра 8. При срабатывании разрядника 11 общее сопротивление фильтра резко возрастает и переменный ток замыкается преимущественно через преобразователь.

В связи с кратковременностью такого режима возникающее при этом подмагничивание трансформатора, питающего преобразователь-6, не опасно. В связи с малым расстоянием между электродами разрядника 11 дуга, возникающая при его срабатывании, может не погаснуть, что требует в отдельных случаях отключения работающих фаз 9 и 10 линии, несмотря на ликвидацию к.з. .Особо опасно срабатывание разрядника 11 при отключенном питании выпрямителя 6. Из-за отсутствия пути для протекания тока наводки ток через разрядник в этом режиме будет наибольшим.

В таких случаях целесообразно применение устройства, показанного на фиг. 3. Параллельно фильтру подключен шунтирующий его коммутационный аппарат 12 для возможности проведения оперативных переключений в цепи питания преобразователя и повышения надежности работы фильтра и разрядников. Команда на включение коммутационного аппарата подается от датчика, реагируюшего на срабатывание разрядника 11.

На фиг. 4 фильтр промышленной частоты образован батареей конденсаторов 7 и реактором 8, подключенным последовательно упомянутой батарее конденсаторов через согласующий трансформатор 13. Постоя-нный ток замыкается по контуру: полюс преобразователя - провод линии 1 - земля - другой полюс преобразователя.

Переменный ток, наводимый в проводе 1 токами проводов 9, и Ш, в нормальном режиме работы замыкается в основном через фильтр промышленной частоты. Токи фильтра, не превышающие номинального значения не должны вызвать насыщения магнитопровода. При увеличении тока наводки сверх

номинального значения, что имеет место, например, при коротком замыкании вс41едствие насыщения магнитопровода, резко увеличивается ток намагничивания согласующего трансформатора 13. Величина суммарной индуктивности реактора и трансформатора падает, что вызывает рассогласование элементов фильтра. Его результирующее сопротивление возрастает. Пути замыкания токов на0 водки изменяются.

В аварийном режиме токи наводок протекают преимушественно по контуру: провод 1 - выпрямитель 6 - обмотка питаюшего трансформатора - выпрямитель 6 - земля.

В связи с кратковременностью существования аварийного режима возникающее при этом подмагничивание трансформатора, питающего преобразователь, не опасно.

На фиг. 5-9 для увеличения сопротивления переменному току в цепь постоянного тока выпрямителя 6 между точкой присоединения фильтра 7, 8 и выводом выпрямителя 6 включено сопротивление. При наличии на подстанции с преобразователе.м значитель ного количества отходящих воздушных ли5 НИИ их параллельно соединенные тросы могут быть включены в качестве сопротивления 14 между выводом постоянного тока преобразователя б и землей. Изоляция тросов должна быть рассчитана на величину падения напряжения от тока плавки на сопротивлении тросов (фиг. 5).

Вместо тросов могут быть использованы провода одной из линий электропередачи. Использование проводов особенно эффективно при пофазной плавке на воздушной линии,

5 отходящей от промежуточной подстанции, имеющей электрическую связь с подстанцией, на которой установлен преобразователь. В этом случае фильтр 7, 8 устанавливают . на промежуточной подстанции, а плавку проj изводят выпрямителем 6, установленным на другой питающей подстанции (фиг. 6).

При необходимости установки фильтра 7, 8 преобразователя 6 на одной и той же подстанции и пофазной плавке на воздушной

линии, отходящей от шин промежуточной

5 подстанции, можно использовать провода соединяющей линии 14 одновременно и для подвода постоянного напряжения к прогреваемому контуру (например две фазы) и для распределения тока наводки между параллельно подключенными ветвями выпрямителя 6 и фильтра 7, 8 (одна фаза) как показано на фиг. 7.

В тех случаях, когда плавка производится на проводах воздушной линии, отходящей от той же подстанции, на которой установлен

S выпрямитель 6, а использование проводов или тросов других линий невозможно или нежелательно, целесообразно в качестве сопротивлений использовать реакторы 15 как показано на фиг. 8, 9.

Применение реакторов 15 в цепи постоянного тока не оказывает влияния на режим плавки постоянным током и существенно влияет на перераспределение току между параллельными ветвя1ми фильтра 7, 8 и преобразователя 6. Включение реактора 15 между выводом преобразователя и землей (фиг. 8) позволяет выбрать его опорную изоляцию минимальной, а также ограничить сверхтоки через вентили преобразователя при коротких замыканиях на землю в питающей сети переменного тока. Подключение реактора 15 между потенциальным выводом преобразователя 6 и точкой подключения фильтра 7, 8 к прогреваемому контуру (фиг. 9) может быть полезным, например, по условиям организации высокочастотной связи по прогреваемому проводу воздущной линии электропередачи.

Наличие результирующего нескомпенсированного сопротивления фильтра обуславливает значительный отсос пере.менного тока в ветвь преобразователя. Длн ко.шенсации внутреннего сопротивления фильтра предлагается включить последовательно в его цепь источник напряжения 16 (фиг. 10, 11). Величина и фаза напряжения источника 16 определяется режимом нагрузки, параметрами линии и фазой наведенного тока. Правильно выбранная фаза и величина напряжения источника 16, обеспечивает отсос всего тока наводки в фильтр, что благоприятно сказывается на режиме работы питающего выпрямителя 6 трансформатора.

Конкретный вариант реализации автоматического регулирования величины и фазы источника напряжения 16 представлен на фиг. 12. Возможность его осуществления основана на наличии жесткой связи между величиной и фазой тока в нейтрали автотранс-, форматора (трансформатора) 17, подключенного к работающи.м фазам прогреваемой линии, и наведенного тока в отключенной фазе воздушной линии. В качестве источника напряжения используют однофазный трансформатор 13. Вторичная обмотка трансформатора подключена последовательно с фильтром 7, 8. Первичная обмотка подключена в рассечку упомянутого силового автотрансформатора (трансформатора) 17.

Коммутационный аппарат 18 при отсутствии плавки включен. После сборки схемы плавки и подачи постоянного напряжения на преобразователь 6 коммутационный аппарат 18 отключают, чем обеспечивают принудительное замыкание тока наводки через фильтр 7, 8. Коэффициент трансформации однофазного трансформатора 13 равен отнощению (по модулю) величины тока в нейтрали автотрансформатора 16 и величины наведенного тока в проводе 1.

Так как между этими токами из-за влияния активного сопротивления провода 1 имеется некоторый сдвиг по фазе, предлагается для уменьщения отсоса тока в цепь преобразователя 6 подключить параллельно-обмотке трансфор.матора 13 комплексную нагрузку 19. Характер нагрузки 19 определяется характером разбаланса элементов конкретного фильтра. В каждом отдельном случае параметры нагрузки 19 определяются с помощью элементарного расчета.

Требуемая мощность источника напряжения, включенного последовательно с фильтром, как правило не превыщает 10-15 кВт, установленная мощность элементов фильтра может быть уменьщена во много раз.

Формула изобретения

1. Устройство для плавки гололеда постоянным током при пофазном выводе из работы проводов воздущной. линии электропередачи с подключенными к -линиям трансформаторами с заземленными нейтралями, содержащее выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью ограничения перенапряжений на выпрямителе, возникающих в контуре плавки гололеда при вводе и выводе его из

5 работы, и предупреждения протекания через выпрямитель переменной составляющей тока контура плавки, параллельно рыводам. постоянного напряжения выпрямителя подключен фильтр тока про.мыщленной частоты.

- 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повыщения его надежности, один из элементов фильтра защунтирован разрядником.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности,

5 параллельно фильтру установлен коммутирующий аппарат, включающийся при появлении тока в цепи упомянутого разрядника.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтр содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно с емкостью, в цепь вторичной обмотки которого включен реактор.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности, между точкой присоединения фильтра и выводом

5 постоянного тока преобразователя включено сопротивление.

6.Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что сопротивление включено между потенциальным выводом преобразователя и точкой присоединения фильтра.

7. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что сопротивление включено между выводом преобразователя и землей.

8.Устройство ло пп. 1 и 5, отличающееся тем, что в качестве соп})отивлеШ1я используются провода (тросы) воздущных линий электропередачи.

9.Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что в качестве сопротивления используются реакторы.

10.Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что, с целью обогрева проводов воздушной линии, питаемой от промежуточной подстанции, связанной линией с полюсом преобразователя, установленного на питающей подстанции, в качестве сопротивления использован один из приводов соединяющей линии, один конец которого заземлен со стороны промежуточной .подстанции, а другой его конец подключен к другому полюсу преобразователя.

11.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей, в контур тока фильтра последовательно включен регулируемый по фазе и величине источник напряжения промышленной частоты.

12.Устройство по пп. 1 и 11, отличающееся тем, что, в качестве регулируемого по

фазе и величине источника напряжения промышленной частоты применена вторичная обмотка однофазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена между нейтралью обмотки высокого напряжения трансформатора (автотрансформатора), соединенного с двумя фазами прогреваемой воздушной линии, и землей,

13. Устройство по пп. 1 и 12, отличающееся тем, что параллельно вторичной обмотке однофазного трансформатора, подключенной последовательно в контур тока фильтра промышленной частоты, присоед№нена согласующая комплексная нагрузка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бургсдорф В. В. Плавка гололеда постоянным током без отключения линий, «Электрические станции, 1945, № 10.

1,

- 5

±

фиг. t

г

1

- 5

5

J(

-о-+JL

- Чf

-5

s

- ЧФиг.10

5