Цифровой переходный пункт с контрольным оборудованием
DIGITAL TRANSITION STATION WITH CONTROL EQUIPMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к переходным пунктам, предназначенным для передачи электроэнергии из воздушного участка линии в кабельный участок линии электропередачи, или наоборот: из кабельного в воздушный.
Уровень техники
Из патента RU 57324 известен переходный пункт, состоящий из опоры линии электропередачи, снабженной траверсами для подвешивания проводов линии электропередачи, кабельными муфтами для организации кабельных вводов, ограничителями перенапряжения и кабельными спусками. Наличие ограничителей перенапряжения позволяет предотвратить негативное воздействие кратковременных перенапряжений на оборудование, подключенное к кабельной части линии электропередачи.
Недостатком известного переходного пункта является невозможность определения участка линии (воздушный или кабельный), на котором произошло повреждение, вызвавшее отключение линии электропередачи (ЛЭП), и невозможность передачи данных о таких повреждениях на подстанцию для принятия решения о разрешении или запрете автоматического повторного включения (АПВ) кабельно-воздушной линии. Повреждения на воздушных участках линии часто являются проходящими и поэтому для них приемлемо АПВ. На кабельных участках линии, напротив, повреждения не проходящие и повторное включение может вызвать развитие последствий аварии. В этой связи для кабельно-воздушных линий целесообразно организовывать селективное АПВ, заключающееся в разрешении АПВ при аварии на воздушном участке линии и запрете АПВ при аварии на кабельном участке.
Кроме того, количество основных элементов, входящих в комплект переходного пункта, обуславливает значительную массу и габариты переходного пункта в целом, особенно при использовании для трехфазных сетей, когда пункт должен содержать три комплекта вышеперечисленного оборудования. В этом случае снабжение дополнительным оборудованием (измерительными трансформаторами тока и разъединителями) еще в большей степени увеличивает массогабаритные показатели, что делает невозможным его использование.
Раскрытие изобретения
Технической проблемой является создание компактного цифрового переходного пункта с расширенными функциональными возможностями (с возможностью измерения проходящего тока для реализации селективного АПВ, передачи сигнала об измерениях на пункт управления подстанции, а также включения и отключения с заземлением обесточенных участков электрических цепей, находящихся под напряжением, дистанционного управления оборудованием переходного пункта).
Решение технической проблемы достигается тем, что цифровой переходный пункт с контрольным оборудованием содержит опору, снабженную траверсами с изоляторами, выполненными с возможностью соединения с проводами воздушной линии электропередачи, и двумя площадками, расположенными одна под другой. На верхней площадке для каждой фазы линии электропередачи расположены: вертикальный разъединитель с заземлителем, ограничитель перенапряжения, цифровой оптический трансформатор тока и кабельная муфта, выполненная с возможностью соединения кабельной линии электропередачи с проводом воздушной линии электропередачи. Вертикальный разъединитель с заземлителем является поворотным и закреплен на опоре выше оборудования, расположенного на верхней площадке. Вертикальный разъединитель поворотного типа, ограничитель перенапряжения и кабельная муфта последовательно соединены друг с другом с помощью шин или проводов. Цифровой оптический трансформатор установлен с возможностью измерения тока, протекающего через указанные провода или шины. Приводы разъединителя и заземлителя размещены на нижней площадке и соединены с разъединителем и заземлителем преобразователями вращения и вертикальными валами, которые проходят через верхнюю площадку и передают вращательные моменты от приводов к преобразователям вращения валов вокруг вертикальных осей в поворот контактных электродов разъединителя и замыкателя вокруг горизонтальных осей. Электронно-оптический блок трансформатора тока и оптический конвертор размещены на нижней площадке.
Техническим результатом изобретения является обеспечение компактности цифрового переходного пункта при расширении его функциональности. Компактность переходного пункта обеспечивается конструктивными особенностями переходного пункта и используемого коммутационного, измерительного и коммуникационного оборудования. Так, разъединитель вертикального типа, т.е. с вертикально ориентированными контактными электродами, имеет более выгодную с точки зрения занимаемого пространства конфигурацию, располагаемую вдоль опоры, что в совокупности со снабжением переходного пункта двумя площадками и расположением разъединителя на верхней площадке над остальным оборудованием, а привода разъединителя и привода заземлителя на нижней площадке опоры обеспечивает наиболее оптимальную, экономную по занимаемому пространству конфигурацию, благодаря которой размер переходного пункта в горизонтальной плоскости оказывается минимизирован за счет разнесения оборудования вдоль вертикальной опоры.
Использование цифрового оптического трансформатора тока, характеризующегося значительно меньшими размерами по сравнению с размерами обычных трансформаторов тока, вместе с расположением его электронно-оптического блока и оптического конвертора на нижней площадке опоры также обеспечивает наиболее оптимальную, экономную по занимаемому пространству конфигурацию, уменьшающую размер переходного пункта в горизонтальной плоскости. Размещение вертикального разъединителя над муфтой и закрепление его на опоре также способствует сокращению занимаемого места и уменьшению размера переходного пункта в горизонтальной плоскости.
Расширение функциональных возможностей обеспечено снабжением переходного пункта коммутационным оборудованием (разъединитель с заземлителем и дистанционно управляемыми приводами), измерительным оборудованием (оптический трансформатор тока с электронно-оптическим блоком, оптический конвертор трансформатора тока), а также цифровым коммуникационным оборудованием (средствами связи). Наличие этого оборудования в цифровом переходном пункте обеспечивает с возможность определения величины тока, передачи сигнала о его величине на пункт управления подстанции, а также дистанционного включения и отключения по цифровым сетям с заземлением обесточенных участков электрических цепей, находящихся под напряжением.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид переходного пункта, на фиг. 2 - оптический трансформатор тока на опорном изоляторе, на фиг. 3 - разъединитель вертикального типа (контактные электроды сомкнуты, заземление отсутствует (заземлитель в вертикальном положении).
Осуществление изобретения
Далее изобретение описано со ссылкой на пояснительные чертежи, где показан один из его возможных вариантов осуществления на примере одной фазы линии электропередачи. Варианты осуществления изобретения, раскрываемые в описании, не являются ограничивающими и предназначены для пояснения сущности изобретения. Объем охраны ограничивается только формулой изобретения. Поскольку современные ЛЭП в основном являются трехфазными и, следовательно, переходный пункт должен содержать три комплекта необходимого оборудования, то вариант реализации переходного пункта для трехфазной сети подпадает в объем охраны, ограниченный формулой изобретения.
Цифровой переходный пункт с контрольным оборудованием, как показано на фиг. 1, содержит опору 1 с площадками (позициями 2 и 3 обозначены пространства над этими площадками, в которых может находиться оборудование, располагаемое на/над этими площадками). Конструктивно опора 1 может быть выполнена по-разному, в частности из металла, например, из стали. Опора 1 предпочтительно установлена на основании 4, которое может быть выполнено в грунте 5 и может частично выходить наружу грунта или может быть размещено на поверхности грунта. Площадки 2, 3 расположены друг над другом на разных уровнях в зависимости от эксплуатационных требований. В частности, верхняя площадка 2 может быть расположена на отметке +7,5 м от уровня грунта, а нижняя площадка 3 - на отметке +5,0 м от уровня грунта.
Площадки 2, 3 могут быть выполнены открытыми или закрытыми. Так на фиг. 1 нижняя площадка 3 выполнена закрытой, а верхняя 2 - открытой. В частных вариантах площадка 2 может быть закрыта защитным сетчатым ограждением, препятствующим падению с площадок инструментов и разлету элементов электрооборудования при возникновении аварийной ситуации, а также обеспечивающим возможность визуального наблюдения за размещенным на ней электрооборудованием.
Благодаря тому, что нижняя площадка 3 выполнена закрытой, персонал может контролировать работу переходного пункта в комфортных условиях, защищенных от прямого воздействия условий окружающей среды, таких как ветер, дождь, снег, лучи солнца. Контроль работы переходного пункта заключается в отслеживании параметров работы оборудования переходного пункта и/или управлении его работой. Для обеспечения возможности обслуживания электрооборудования, размещенного на площадках 2, 3, внутри опоры может быть расположена лестница (на фиг. не показана) с выходами 6 на площадки.
Опора 1 снабжена траверсой 7 с изолятором 8. На фиг. 1 показан только один изолятор 8, который выполнен в данном случае подвесным и соединен с проводом 9 воздушной линии электропередачи. На верхней площадке 2 на опоре 1 установлен вертикальный разъединитель 10 поворотного типа, соединенный с помощью шин с одной стороны с проводом 9 воздушной линии электропередачи, а с другой - с ограничителем перенапряжений 11.
Вертикальный разъединитель 10 поворотного типа, детально показанный на фиг. 2, представляет собой электрическое коммутирующее устройство, которое обеспечивает размыкание и замыкание соединительных контактов в результате поворотных перемещений контактных электродов 22, установленных на изоляторах 21 с возможностью поворота под воздействием привода 12 (показан на фиг. 1) посредством вала 12 и преобразователя 19 вращения вала 12 вокруг вертикальной оси в поворот изоляторов 21 и установленных на них контактных электродов 22 разъединителя вокруг горизонтальных осей. При двух поворачивающихся контактных электродах передача поворотного момента между изоляторами и контактными электродами разъединителя может осуществляться ременной или рычажно-тяговой передачей и определяется конструкцией разъединителя. В некоторых вариантах выполнения разъединителя может быть предусмотрен только один поворачивающийся контактный электрод.
Контактные электроды 22 разъединителя в замкнутом положении ориентированы вертикально, в связи с чем разъединитель называется вертикальным в отличие от горизонтальных разъединителей поворотного типа, известных из уровня техники, у которых контактные электроды в замкнутом состоянии расположены горизонтально. Поскольку контактные электроды 22 расположены в замкнутом положении вертикально и поворачиваются вместе с изоляторами 21 вокруг горизонтальной оси, проходящей через изоляторы 21, то изоляторы 21 ориентированы горизонтально и расположены друг над другом, что позволяет установить вертикальный разъединитель 10 поворотного типа на опоре 1 переходного пункта, как это показано на фиг. 1 (например, через установочный ящик).
Благодаря такому расположению, во-первых, удается уменьшить площадь площадки 2, поскольку разъединитель 10 теперь установлен не на площадке, как это происходит в уровне техники, а на опоре и, следовательно, требования к площадке по площади для размещения электротехнического оборудования снижены, а во-вторых, разъединитель можно разместить выше оборудования, установленного на верхней площадке, что дополнительно снижает требования к площади площадки, так как теперь электротехническое оборудование на площадке может быть расположено вблизи опоры под разъединителем.
Все это создает значительные преимущества в плане компактности для цифрового переходного пункта с расширенными функциональными возможностями, снабженного вертикальным разъединителем поворотного типа, поскольку обычный горизонтальный разъединитель поворотного типа из уровня техники требовал обязательной установки на горизонтальной площадке и занимал значительную площадь, что приводило к росту площади площадки обслуживания и, как следствие, к ухудшению такого важного показателя для переходного пункта, как компактность.
Однако перенос привода разъединителя на нижнюю площадку, обеспечивающий в совокупности с другими мерами улучшение компактности переходного пункта, хорошо применим для горизонтального разъединителя поворотного типа из уровня техники, у которого контактные электроды установлены на вертикальных изоляторах и поворачиваются вокруг вертикальных осей, что означает, что передача поворотного момента от привода к изоляторам и контактным электродам разъединителя может осуществляться простым вертикальным валом, проходящим через отверстие в верхней площадке. Для вертикального разъединителя поворотного типа, применяемого в настоящем изобретении, такой перенос привода 14 разъединителя на нижнюю площадку 3 осложнен тем, что у вертикального разъединителя контактные электроды установлены на горизонтальных изоляторах и поворачиваются вокруг горизонтальных осей, что означает, что передача поворотного момента от привода к изоляторам и контактным электродам вертикального разъединителя не может осуществляться простым вертикальным валом 12, поскольку направления осей не совпадают.
Для обеспечения возможности поворота контактных электродов 22 вертикального разъединителя, установленных, в соответствии с фиг. 2, на горизонтальных изоляторах 21 с возможность поворота вокруг горизонтальных осей, с помощью вертикального вала 12, поворачиваемого приводом (показан на фиг. 1, позиция 14), размещенного на нижней площадке под верхней площадкой, над которой размещен разъединитель, цифровой переходный пункт в соответствии с настоящим изобретением снабжен преобразователем 19 вращения вала 12 вокруг вертикальной оси в поворот контактных электродов 22 разъединителя вокруг горизонтальных осей, передающим вращательный момент от вала (и, в конечно счете, привода) к вертикальному разъединителю поворотного типа, в частности, к его поворачиваемым контактным электродам.
Переходный пункт также снабжен заземлителем 23, выполненным с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси с целью заземления контактного электрода, электрически соединенного с ограничителем перенапряжений и кабелем, после размыкания контактных электродов 22 разъединителя для защиты оборудования переходного пункта и кабельной линии электропередачи от перенапряжений. Привод 15 (показан на фиг. 1) предназначен для обеспечения поворота заземлителя. С этой целью привод заземлителя передает вращательный момент с помощью вертикального вала 13 (см. фиг. 1 и 2). Поскольку заземлитель 23 поворачивается вокруг горизонтальной оси, а вал 13, проходящий через отверстие в верхней площадке и передающий поворотный момент от привода к заземлителю, вращается вокруг вертикальной оси, между валом 13 и заземлителем 23 предусмотрен преобразователь 20 вращения вала 12 вокруг вертикальной оси в поворот контактных электродов 23 заземлителя вокруг горизонтальной оси. Преобразователи вращения в поворот для размыкателя и заземлителя также могут назваться преобразователями вращения, поворота или угла поворота и могут быть рычажного, рычажно-тягового, торсионного, зубчатого или иного типа, известного из уровня техники.
Приводы 14 и 15 (фиг. 1) контактных электродов 22 и заземлителя 23 (фиг. 2) расположены на нижней площадке 3 (на ней непосредственно или над ней, но под верхней площадкой 2), что обеспечивает наиболее оптимальную, экономную по занимаемому пространству конфигурацию. Приводы электродов и заземлителя могут быть выполнены цифровыми, т.е. содержащими цифровой контроллер, что позволяет оцифровывать сигналы и передавать управляющие сигналы в цифровой форме по оптоволоконному кабелю (вместо множества медных кабелей) с использованием современного протокола обмена данными в соответствии с современными требованиями электроэнергетики.
Как показано на фиг. 1, ограничитель перенапряжений 11 соединен с помощью шин с муфтой 16, к которой подключен кабель 17 кабельной линии электропередачи, спускающийся вдоль опоры вниз и уходящий в грунт.
При отсутствии перенапряжений на ЛЭП цифровой переходный пункт функционирует в штатном режиме. Разъединитель 10 обеспечивает контакт воздушного участка 9 линии электропередачи с кабельным участком 17 линии электропередачи для передачи электроэнергии из воздушного участка линии электропередачи в кабельный участок или наоборот. При этом заземлитель 23 находится в вертикальном положении, т.е. заземление отключено. Оптический трансформатор тока 18 производит непрерывное измерение величины и направления протекающего тока, а электронно-оптический блок и оптический конвертор трансформатора тока осуществляют отправку данных об измерениях на пункт управления подстанции (на фиг. не показан) по оптическому каналу связи.
В случае возникновения перенапряжения на воздушном участке 9 ЛЭП, например, в результате попадания в нее молниевых разрядов или в случае индуктированных перенапряжений, носящих, как правило, краткосрочный характер, срабатывает ограничитель перенапряжения 11, снижая скачки напряжения. При этом цифровой сигнал оптического трансформатора 18 о том, что повреждение произошло на воздушном участке 8, передается на пункт управления подстанции, в результате чего разрешается АПВ воздушного участка.
Цифровой оптический трансформатор тока 18 может быть установлен на опорном изоляторе в перемычке между разъединителем 10 и ограничителем перенапряжений 11. Оптический трансформатор тока 18, как показано на фиг. 3, содержит измерительный элемент 24, охватывающий токоведущую шину. Внутри измерительного элемента 24 расположено чувствительное оптоволокно 25 в кварцевой трубке, которое регистрирует магнитное поле, создаваемое током (определяет уровень тока и направление, например, с воздушного участка на кабельный или наоборот), протекающим по шине. Данные измерений тока, получаемые с оптоволокна 25, оцифровываются электронно-оптическим блоком (на фиг. не показан) и далее с помощью оптического конвертора (на фиг. не показан) передаются на пункт управления подстанции по оптическому каналу связи. Электронно-оптический блок и оптический конвертор трансформатора тока размещены на нижней площадке 3, например, в климатическом шкафу, что обеспечивает наиболее оптимальную, экономную по занимаемому пространству конфигурацию.
В случае если повреждение произошло на кабельном участке 17 линии электропередачи, цифровой сигнал об этом передается на пункт управления подстанции, которая блокирует запуск АПВ. При этом для защиты кабельной линии и электрооборудования, подключаемого к линии электропередачи или входящего в ее состав, на основании данных оптического трансформатора 18 по сигналу от пункта управления подстанции с помощью привода электродов 14 разъединителя происходит размыкание соединительных контактов 22, а с помощью привода заземлителя 15 осуществляется заземление кабеля - заземлитель 23 опускается в горизонтальное положение и соединяется с разомкнутым электродом. После устранения аварии на кабельном участке линии электропередачи заземление отключается, контакты замыкаются и переходный пункт функционирует в штатном режиме.
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает получение компактного цифрового переходного пункта с расширенными функциональными возможностями, а именно с возможностью измерения проходящего тока, передачи сигнала об измерениях на пункт управления подстанции, а также включения и отключения с заземлением обесточенных участков электрических цепей, находящихся под напряжением.