КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
INTEGRATED APPARATUS FOR MELTING ICE AND COMPENSATION OF REACTIVE POWER

Область техники
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на высоковольтных подстанциях, требующих применения устройств для плавки гололеда на проводах воздушных линий электропередач (ВЛ) и компенсации реактивной мощности.
Уровень техники
Известны комбинированные установки для управляемой плавки гололеда на проводах ВЛ и компенсации реактивной мощности, выполненные на основе трехфазного мостового преобразователя (двух или трехуровневого) на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах - IGBT или запираемых тиристорах (см. патент US №6433520, опубл. 13.08.2002; патент RU №2376692, опубл. 20.12.2009).
Преобразователь содержит три плеча на последовательно соединенных полностью управляемых полупроводниковых вентилях, шунтированных встречно включенными диодами. При реализации синхронного статического компенсатора (СТАТКОМа) преобразователь по переменному току через первый трехполюсный выключатель и реакторную группу из двух трехфазных дросселей подключен к трехфазной обмотке силового трансформатора, а к выходу постоянного тока преобразователя подсоединена конденсаторная батарея, выполняющая функции источника постоянного напряжения. Параллельно одному из трехфазных дросселей подсоединен второй трехполюсный выключатель, контакты которого при работе устройства в режиме компенсации реактивной мощности разомкнуты.
При плавке гололеда преобразователь переводят из режима компенсации в режим управляемого выпрямителя, с подключением к выходу через двухполюсный выключатель или же два однополюсных выключателя проводов ВЛ, на которой производят плавку гололеда постоянным током. Контакты второго трехполюсного выключателя в этом режиме замкнуты.
Достоинством применения постоянного тока является возможность плавки гололеда на линиях большой протяженности, т.к. величина тока ограничивается только активной составляющей проводов ВЛ.
При использовании в качестве источника питания управляемого выпрямителя обычно применяют вариант подключения «провод - два провода». Вначале к выходу выпрямителя подключают цепь, образованную одним из проводов линии и двумя другими проводами, соединенными в параллель. По окончании плавки гололеда на первом проводе на его место подключают второй, а затем третий провод. Однако при таком способе существенно усложняется организация плавки гололеда, увеличивается время плавки, требуется размещение большого количества дополнительной коммутационной аппаратуры на обоих концах линии с периодическими переключениями ее в процессе плавки.
Сущность изобретения
Техническим эффектом изобретения является упрощение организации и сокращение продолжительности процесса плавки гололеда посредством комбинированной установки с одновременным уменьшением количества дополнительного коммутационного оборудования на ВЛ.
Для достижения указанного эффекта в установку введен второй трехфазный мостовой преобразователь на полностью управляемых полупроводниковых вентилях, шунтированных встречно включенными диодами, выводы постоянного тока которого соединены с выходами постоянного тока первого преобразователя, трехфазные выводы через третий трехполюсный выключатель соединены с проводами ВЛ для плавки гололеда, и через четвертый трехполюсный выключатель - с трехфазными выводами первого преобразователя.
Осуществление изобретения с учетом его развития
Суть изобретения поясняется чертежом на фиг.1.
Предлагаемая установка содержит первый трехфазный мостовой преобразователь 1 на полностью управляемых полупроводниковых ключах (например, IGBT-транзисторах), шунтированных встречно включенными диодами, подсоединенный со стороны переменного тока к трем фазам (А, В, С) вторичной обмотки трансформатора или сети переменного тока через первый трехполюсный выключатель 2 и трехфазные дроссели 3, 4, параллельно одному из которых подсоединен второй трехполюсный выключатель 5. При достаточной величине функции токоограничивающего дросселя 3 может выполнять индуктивность от потоков рассеяния вторичной обмотки трансформатора, к которой подключен вход переменного тока преобразователя 1. К выводам постоянного тока первого преобразователя подключена конденсаторная батарея 6 и выводы постоянного тока второго трехфазного мостового преобразователя 7 на полностью управляемых полупроводниковых ключах, шунтированных встречно включенными диодами. Трехфазные выводы преобразователя 7 через третий трехполюсный выключатель 8 соединены с проводами ВЛ для плавки гололеда и через четвертый трехполюсный выключатель 9 - с трехфазными выводами преобразователя 1. Сигналы управления состоянием управляемых вентилей преобразователей формируются устройством управления 10.
Установка работает следующим образом.
При плавке гололеда преобразователи 1 и 7 образуют преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока. Первый из них работает в режиме управляемого выпрямителя, а второй - в режиме трехфазного автономного инвертора. Трехфазной нагрузкой инвертора с соединением фаз звездой служат провода ВЛ, замкнутые на противоположном конце линии и подсоединенные к выходу инвертора через контакты трехполюсного выключателя 8. В режиме плавки гололеда контакты выключателя 9 разомкнуты, а контакты выключателя 5, для более эффективного использования мощности установки, замкнуты.
Инвертор по сигналам устройства управления 10 формирует на зажимах проводов ВЛ переменное напряжение низкой частоты, под действием которого по проводам линии протекает переменный ток, эффективное значение которого устанавливают и поддерживают на требуемом уровне изменением выходного напряжения преобразователя 1 путем воздействия на величину коэффициента высокочастотной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частоту выходного напряжения инвертора 7 выбирают такой, чтобы индуктивное сопротивление проводов линии практически не влияло на эффективную величину протекающего по ним тока. При выполнении этого условия управляемая плавка гололеда с применением предложенной установки возможна на линиях той же длины, что и при плавке постоянным током.
П
П
В режиме компенсации реактивной мощности контакты трехполюсных выключателей 5 и 8 разомкнуты, контакты трехполюсного выключателя 9 замкнуты а преобразователи 1 и 7 соединены параллельно. При установке угла управления полупроводниковыми ключами преобразователей α, несколько меньшем 180°, из сети переменного тока потребляется небольшая активная мощность для поддержания напряжения на зажимах конденсаторной батареи 6. При этом на стороне переменного тока преобразователями формируются переменные трехфазные напряжения Un, первая гармоника которых сдвинута по отношению к фазным напряжениям источника переменного тока на угол β=180°-α. Если амплитуды первой гармоники напряжений U превышают амплитуду переменного напряжения источника переменного тока, преобразователи генерирует реактивную мощность в сеть, если наоборот - преобразователи нагружает сеть реактивной мощностью. Изменением коэффициента высокочастотной ШИМ регулируют амплитуду первой гармоники напряжений U, а, следовательно, величину и направление передачи реактивной мощности через преобразователи.
В предложенном комбинированном устройстве для плавки гололеда и компенсации реактивной мощности отсутствует необходимость в применении дополнительной коммутационной аппаратуры и переключений на линии в процессе плавки гололеда, так как эти функции выполняют бесконтактные полупроводниковые ключи автономного инвертора. В течение периода выходного напряжения на его выходе дважды происходит соединение проводов ВЛ по схеме «провод - два провода» с необходимыми их перестановками, аналогично перестановкам при плавке гололеда постоянным током. Кроме того, существенно сокращается время плавки, так как она происходит одновременно на всех проводах ВЛ.