СПОСОБ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ПРОВОДАХ ТРЕХФАЗНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD TO MELT GLAZED FROST ON WIRES OF THREE-PHASE OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINE

Область техники
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к плавке гололеда на трехфазных воздушных линиях электропередачи (ВЛ).
Уровень техники
Для плавки гололеда на трехфазных воздушных линиях электропередачи применяется постоянный (выпрямленный) ток, формируемый с помощью выпрямительных установок на базе преобразователей переменного тока в постоянный ток. Располагаются выпрямительные установки в районах с нормативной толщиной стенки гололеда 20 мм и более на подстанциях, к которым примыкают ВЛ разных классов напряжения, обычно 220-500 кВ, разной длины, с разным сечением проводов и числом проводов в фазе. Плавка гололеда может проводиться при разных погодных условиях - температуре воздуха и скорости ветра. Эти различия вызывают необходимость проведения плавки гололеда с регулируемыми мощностями нагрева проводов, в том числе неодинаковыми в фазных проводах одной воздушной линии электропередачи, поскольку, как правило, отложения гололеда на подветренной и надветренной фазах ВЛ различны.
Одновременная (не поочередная) плавка гололеда во всех трех фазах ВЛ с независимым регулированием тока плавки в каждой фазе требует сложного преобразовательного оборудования с несколькими управляемыми тиристорными группами (она может быть выполнена, например, при установке для каждой фазы отдельного тиристорного преобразователя) и поэтому не нашла широкого применения.
Известен и широко применяется выбранный в качестве прототипа способ плавки постоянным током выпрямительной установки с подключением проводов фаз ВЛ по схеме «фаза-две фазы», по которому ток поочередно пропускают через провод основной фазы и провода двух других фаз, включенные параллельно, и, завершив плавку гололеда на очередной основной фазе, подключают в качестве основной другую фазу. Такую последовательность плавки применяют, в частности, в способе [RU 2309522 от 24.06.2006 г.]. В прототипе плавка гололеда на трехфазной линии выполняется в течение трех временных интервалов, причем во втором и третьем интервалах ток плавки проходит по проводам тех фаз, на которых гололед уже проплавлен в первом и во втором временных интервалах соответственно. В результате энергия нагрева используется неэффективно, поскольку бесполезно нагреваются провода фаз, свободные от гололеда, и соответственно увеличивается общее (суммарное) время плавки, в течение которого воздушная линия остается выведенной из работы.
Примененное в прототипе регулирование тока плавки управляемой выпрямительной установки не устраняет указанный недостаток, поскольку сохраняется порядок проведения плавки гололеда трехфазной линии в три временных интервала - по одному временному интервалу на каждую фазу.
Сущность изобретения
Технический результат изобретения - снижение расхода электроэнергии и сокращение времени плавки на трех фазах ВЛ без использования для плавки гололеда сложного преобразовательного оборудования.
Предметом изобретения является способ плавки гололеда на проводах трехфазной ВЛ, заключающийся в том, что поочередно в течение последовательных временных интервалов, не превышающих 20% ожидаемого суммарного времени плавки, пропускают постоянный ток через провод основной фазы ВЛ и два провода других фаз, включенные параллельно, при этом в качестве основной фазы циклически используют каждую фазу ВЛ и регулируют мощность нагрева ее провода путем изменения отношения длительности временного интервала, в котором эта фаза использована в качестве основной, к суммарной длительности цикла.
Эта совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения.
Развитие изобретения предусматривает разделение последовательных временных интервалов бестоковыми паузами.
Это позволяет дополнительно упростить используемое для плавки преобразовательное и коммутационное оборудование.
Осуществление изобретения с учетом его развития
Осуществление предложенного способа поясняется структурной схемой на фиг.1 и временными диаграммами токов в фазах воздушной линии на фиг.2.
На фиг.1 показан двухполюсный управляемый тиристорный выпрямитель, состоящий из трехфазной катодной группы 1 и трехфазной анодной группы 2, мостовое переключающее устройство с четырьмя тиристорными плечами - 3, 4, 5, 6, три фазы 7, 8, 9 ВЛ, на проводах которой осуществляют плавку гололеда; блок 10 управления плавкой, источник 11 питания выпрямителя трехфазным переменным напряжением.
Способ осуществляют следующим образом.
На удаленной от выпрямителя (источника постоянного тока плавки) стороне ВЛ, выведенной из работы, закорачивают фазные провода.
1
7
8
9
2
7
8
9
3
7
8
9
В течение первого интервала времени t (см. фиг.2) включают с углом управления, близким к нулю, тиристоры групп 1, 2 и плеч 3 и 4 тиристорного переключающего устройства. При этом постоянный ток плавки протекает через провод фазы 7, которая в этом интервале является основной, и две другие фазы 8 и 9, включенные параллельно, а токи соответствующих фаз составляют I=I, I=0,5·I, I=0,5·I, где I - ток в основной фазе ВЛ. В конце первого интервала времени отключают тиристоры групп 1, 2 и плеч 3 и 4. Через время бестоковой паузы Δt=5·τ, где τ - постоянная времени затухания тока воздушной линии (5·τ<1 с), включают с углом управления, близким к нулю, тиристоры групп 1, 2 и плеч 3 и 6. В течение второго интервала времени t ток плавки проходит по проводу фазы 8, которая в этом интервале является основной, и две другие фазы 7 и 9, включенные параллельно, а токи соответствующих фаз составляют I=0,5·I, I=I, I=0,5·I. В конце второго интервала времени отключают тиристоры группы 1, 2 и плеч 3 и 6. Через время бестоковой паузы Δt включают с углом управления, близким к нулю, тиристоры групп 1, 2 и плеч 4 и 5. В течение третьего интервала времени t ток плавки проходит по проводу фазы 9, которая в этом интервале является основной, и две другие фазы 7 и 8, включенные параллельно, а токи соответствующих фаз составляют I=0,5·I, I=0,5·I, I=I. После третьего интервала времени через бестоковую паузу Δt процесс циклически повторяется и продолжается до завершения плавки гололеда на всех фазах воздушной линии. Команды на включение и отключение трехфазных тиристорных групп и соответствующих плеч тиристорного переключающего устройства подает блок управления 10. Питание тиристорного преобразователя трехфазным переменным напряжением осуществляет источник питания 11.
Время плавки гололеда на каждой фазе воздушной линии определяется квадратом действующего значения тока
;
;
.
i
i
1
2
3
Доля общей мощности нагрева, отдаваемая проводу каждой фазы ВЛ, определяется относительной длительностью интервалов t=t/T, где длительность цикла Т=t+t+t+3Δt, а i=1, 2, 3.
Длительность цикла на практике варьируется от нескольких десятков секунд до нескольких минут.
Наибольшая экономия энергии и минимальное время плавки обеспечивается при одновременном завершении расплавления гололеда на проводах всех фаз ВЛ.
1*
2*
3
При одинаковой толщине стенки гололеда на всех фазах воздушной линии расплавление гололеда произойдет практически одновременно при t=t=t и относительных длительностях всех интервалов, приблизительно (если пренебречь короткими бестоковыми паузами Δt) равных 1/3.
Если толщина стенки гололеда различна на фазах воздушной линии, то для одновременного расплавления гололеда на них устанавливают в блоке управления 10 длительности интервалов в соответствии с выражениями
;
;
,
B
C
где k, k - коэффициенты неравномерности токов в фазах воздушной линии, которые определяются соотношением толщин стенки гололеда с учетом погодных условий - температуры воздуха и скорости ветра и могут быть рассчитаны с использованием данных контроля гололедообразования, полученных, например, с помощью автоматизированной системы [Информационная система контроля гололедообразования на воздушных линиях электропередачи / А.Ф.Дьяков, И.И.Левченко, А.С.Засыпкин и др. // Энергетик. - 2005, №11, с.20-25].
При плавке гололеда на коротких линиях ток плавки может быть снижен до допустимого значения за счет увеличения длительности бестоковых пауз Δt (фиг.2).
Для управления каждым тиристором, показанным на фиг.1, может быть использована схема, известная, например, из [Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М.Чиженко. К., «Технiка», 1978], которая обеспечивает включение тиристора с углом управления, близким к нулю, и отключение тиристора в бестоковую паузу.
Снижение расхода электроэнергии и сокращение времени плавки гололеда по отношению к прототипу практически проявляется в тех случаях, когда суммарная длительность цикла Т не превышает 20% от суммарного ожидаемого (по данным системы контроля гололедообразования) времени плавки, т.е. ожидаемое время плавки гололеда разбивается не менее чем на пять циклов. При этом длительность одного цикла обычно составляет 5-10 мин.