Плавка гололёда на воздушных линиях электропередачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине "Эксплуатация систем электроснабжения"

на тему "Плавка гололёда на воздушных линиях электропередачи"

Выполнил:

Комарьков В.В.



Введение

В России в настоящее время общая протяженность электрических сетей различных напряжений составляет около 3 млн. км и примерно две трети из них -- это воздушные линии электропередачи (ВЛ) разных уровней напряжения.

В отличие от кабельных воздушные линии больше всего подвержены влиянию различных природных явлений (грозовые перенапряжения, прямые удары молний, ветровая нагрузка, образование на проводах льда и проч.). Все эти явления не только снижают надежность электроснабжения потребителей, но и являются прямой причиной аварий, крупных ущербов предприятий и экономики в целом.

Проблема борьбы с обледенением проводов линий электропередач общеизвестна и особенно актуальна в регионах с высокой влажностью и низкими температурами, так как высокая влажность, ветры, резкие перепады температуры воздуха способствуют интенсивному ледообразованию на проводах воздушных линий с соответствующими нежелательными последствиями. При этом вес обледеневших проводов возрастает в несколько раз, а толщина слоя льда достигает иногда до 100 мм. Наличие гололеда обуславливает дополнительные механические нагрузки на все элементы воздушных линий.

При значительных гололедных отложениях (особенно в осенне-зимний период) возможны обрывы проводов, тросов, разрушения арматуры, изоляторов и даже опор воздушных линий. Гололед может откладываться по фазным проводам достаточно неравномерно.

Стрелы провеса проводов с гололедом и без гололеда могут отличаться на несколько метров. Неравномерность отложения льда на фазных проводах, приводящая к различным значениям стрел провеса, а также неодновременный сброс гололеда при его таянии, вызывающий так называемый "подскок" отдельных проводов, могут привести к перекрытию воздушной изоляции. Гололед является одной из причин "пляски" проводов, способной привести к их схлестыванию [1].

В результате сетевые энергокомпании и потребители несут крупные убытки, а восстановление оборванных проводов - дорогостоящий и трудоемкий процесс.

Среднее время ликвидации гололедных аварий превышает среднее время ликвидации аварий, вызванных другими причинами, в 10 и более раз. Поэтому во всем мире целым рядом компаний и организаций активно ведутся исследования и разработка способов и устройств для борьбы со льдом на линиях электропередач.



1. Процесс образования льда на ВЛ и его нормирование

Исследования показывают, что гололедные отложения на проводах ВЛ происходят при температуре воздуха около -5 °С и скорости ветра 5-10 м/с. Сильное влияние оказывает и влажность воздуха.

Физический процесс прост - осаждение и замерзание капель воды из окружающего воздуха на поверхности проводов. Именно так и образуется иней, наледь с которыми мы встречаемся повсеместно.

Идеализированное представление гололеда на проводах - полная масса гололедно-изморосевых отложений приводится к форме полого цилиндра льда с толщиной стенки, равной b (рис. 1).

Рис. 1. Идеализированное представление гололеда на проводах.

Допустимая толщина стенки гололеда для линий с различным номинальным напряжением зависит от климатического района. По толщине стенки гололеда при повторяемости 1 раз в 25 лет территория страны делится на 8 районов [6]:

I район b=10 мм;

II район b=15 мм;

III район b=20 мм;

IV район b=25 мм;

V район b=30 мм;

VI район b=35 мм;

VII район b=40 мм;

особый b>45 мм.

Карты районирования страны приводятся в [1].

В качестве примера ниже приведены данные по районированию некоторых городов РФ.



2. Обзор существующих способов, устройств и систем для борьбы с гололедом на проводах линий электропередач

Кратко рассмотрим некоторые способы уже реализованные и находящиеся в стадии испытаний.

2.1 Механический способ

На небольших участках ВЛ производится, как правило, механическое удаление гололеда. Для этой цели используются шесты, веревки и другие подручные средства. При механическом удалении гололеда без отключения ВЛ должны использоваться шесты из бакелита, стеклопластика и другого изоляционного материала. Часто используется в сельской местности и на тупиковых подстанциях небольшой мощности.

Есть разработки механического удаления льда с помощью устройств, создающих пульсирующее механическое воздействие за счет протекающего по ВЛ тока.

2.2 Плавка гололеда

Основным методом борьбы с гололедом при эксплуатации протяженных воздушных линий является его плавка за счет нагревания проводов протекающим по ним током.

Подробнее рассмотрим в главе 3.

2.3 Высокочастотный метод

В 2008 году был предложен новый способ борьбы с гололедом на проводах ЛЭП [8].

Способ заключается в том, что без отключения линии от потребителей, на токонесущие провода подается высокочастотный ток (в пределах от 50 до 500 МГц), разогревающий провод. Так как ток имеет достаточно высокую частоту, то возникает так называемый "скин-эффект" (текущий по проводу ток вытесняется во внешний слой проводника).

Толщина слоя по которому течет ток определяется по формуле:

, (3)

где: у - удельное сопротивление при постоянном токе, Ом*мм2/м; µ0 - магнитная постоянная, равная 1,257*106 В*с/А*м; µ - относительная магнитная проницаемость; f - частота, МГц.

Утончение слоя д ( f ) с ростом частоты ведет к увеличению сопротивления той части проводника, по которой течет ток (по сути это тонкостенная трубка). Это означает, что при одинаковой величине тока, протекающего по проводу, чем выше значение частоты сигнала, тем больше рассеиваемая на проводнике тепловая мощность. Автором изобретения было рассчитано, что для предотвращения образования гололеда на проводах при использовании такого подхода требует порядка 2 Вт мощности на 1 м провода.

Однако, к недостаткам такого способа можно отнести следующее:

- необходимость постоянного прогрева проводов для предотвращения гололедообразования;

- высокая стоимость источников высокочастотного тока необходимой мощности;

- для реализации способа предлагается использовать радиопередатчики с диапазоном частот 87,5…108 МГц, что может привести к созданию радиопомех в УКВ диапазоне и невозможности УКВ связи различным экстренным службам.



2.4 Система противообледенения на основе кабеля с переменным сопротивлением

Система представляет собой незначительные модификации кабеля и сделанные из готовых компонентов электронные устройства, позволяющие путём переключения производить изменение электрического сопротивления стандартной линии электропередачи с низкого на высокое.

Высокое сопротивление автоматически вызывает нагрев, благодаря которому происходит плавление образовавшегося инея или льда, либо, прежде всего, предотвращает нарастание льда на проводах.

Главный недостаток - "незначительные модификации кабеля", что, по сути, представляет собой кабель высокого сопротивления в проводе и предполагает, фактически, развернуть новое производство. Такой провод будет, естественно, дороже. По надежности нового провода данных нет.

2.5 Применение композитных проводов повышенной прочности

В качестве пассивной меры борьбы с гололедом на проводах линий электропередач, в районах с небольшим намерзанием льда, могут использоваться различные провода повышенной прочности.

Точнее сказать это не борьба с гололедом как таковая, а повышение механической стойкости проводов и, соответственно, увеличение допустимой толщины гололеда исходя из допустимой нагрузки.

Повышение прочностных характеристик современных проводов происходит, в основном, за счет применения новых композитных материалов. Такие провода выдерживают большие нагрузки, по сравнению со стандартным АС проводом, и могут без критических последствий выдерживать образующийся на них гололед.

Однако, следует помнить, что прочность таких проводов не бесконечна, вследствие чего применение таких проводов в регионах с интенсивным гололедообразованием может быть неэффективным, а иногда даже и невозможным.

Одним из наиболее известных типов проводов повышенной прочности являются провода и кабели с несущим сердечником из композитных материалов. Как известно, стандартные стальные сердечники могут перегреться в условиях пиковых электрических нагрузок, что приводит к растяжению провода и провисанию его ниже допустимой нормы. В противоположность этому, провод с сердечником из композитов обладает более низким коэффициентом термического расширения и поэтому они менее подвержены тепловому расширению, чем проводники со стальными сердечниками. Заменяя провод со стальным сердечником на провод с композитными материалами можно увеличить пропускную способность линий.

Производители провода утверждают, что можно удвоить величину тока в линии без риска провисания и разрушения провода. Учитывая основные свойства композитных материалов (высокое отношение прочности к весу и малая величина провисания) можно обеспечить увеличение длины пролетов между опорами, уменьшая количество опор в линии на 15 %. Реализация данного преимущества, очевидно, возможна только при проектировании и введении в строй новых линий электропередач. Реконструкция же старых ЛЭП связана со значительными затратами.

Отметим, что стоимость таких композитных проводов пока еще существенно выше обычных.

2.6 Методы связанные с уменьшением адгезиционных свойств проводов

К пассивным методам борьбы с гололедом следует отнести и методы связанные с уменьшением адгезиционных свойств проводов. Для достижения поставленной цели рекомендовано использовать специальные разработанные смазки, однако данный принцип борьбы не получил широкого распространения из-за сложности технического обслуживания и сравнительно низкой эффективности.

2.7 Роботизированные устройства

Идея не нова. Небольшой мобильный робот, который перемещается по проводам высоковольтных ЛЭП, и выполняет ряд простых операций, в том числе и удаление льда.

Существует образец такого робота (LineScout, Канада), который может перемещаться по работающим линиям электропередач и давать информацию о состоянии линий. Специалисты управляют роботом дистанционно, находясь на земле, и таким образом они могут обнаружить повреждение, удалить лед с проводов и выполнить простой ремонт. Такой подход позволяет получить значительную экономию, так как для осмотра не нужно обесточивать линию электропередач, а также позволяет снижать риски, безаварийность работы и повышать безопасность работы людей.

Достоинством робота LineScout является возможность его управления оператором в режиме реального времени.

К недостаткам робота можно отнести:

- необходимость ручной установки робота на провод и снятия его с провода, а также перевеса с одного провода на другой. Для этого необходима специальная техника (автовышка) и обслуживающий персонал, что повышает финансовые затраты на эксплуатацию робота и затрудняет его использование в труднодоступных районах;

- необходимость управления оператором. Это означает, что на каждый экземпляр такого робота необходимо подготовить и обучить квалифицированного специалиста. Кроме затрат на обучение оператора, затраты при эксплуатации робота возрастают за счет оплаты труда оператора; - высокая стоимость самого робота. При большой протяженность линий необходимо большое количество таких роботов с обслуживающим персоналом, что может быть экономически невыгодным;

- не высокая автономность работы;

- возможные поломки самого робота неизменно влекут за собой отключения.

Однако данную разработку специалисты считают весьма перспективной.



3. Непосредственная плавка гололеда

Физика процесса плавки проста и ничем не отличается от работы любого нагревателя.

Мощность P, выделяемая на участке цепи с активным сопротивлением R и протекающим током I, равна

Р = R*I², Вт, (1)

Выделяемое при нагревании тепло и плавит гололед, причем по всей длине проводов.

Главное в этом способе - создание контура для протекания тока плавки. Чаще всего это искусственное короткое замыкание на отдельно выделенном участке линии.

3.1 Классические схемы плавки гололеда

Существует достаточно большое количество вариантов схем плавки гололеда, определяемых схемой электрической сети, нагрузкой потребителей, возможностью отключения линий и другими факторами.

Рис. 2. Принципиальные схемы плавки гололеда переменным (а) и выпрямленным (б) током.



ВЛ одним концом провода подключается к источнику питания, которым, как правило, служат шины 6 - 10 кВ понизительных подстанций или отдельный трансформатор или выпрямитель Uz, провода на другом конце ВЛ замыкаются.

Напряжение и мощность источника выбираются таким образом, чтобы обеспечить протекание по проводам ВЛ тока в 1,5...2 раза превышающего длительно допустимый ток. Такое превышение допустимого длительного тока оправдано кратковременностью процесса плавки (обчыно менее 1 ч), а также более интенсивным охлаждением провода в зимний период. Следует помнить, что допустимые длительные токи приводятся в справочной литературе для температуры воздуха 25°С.

Ориентировочные величины токов при различной продолжительности плавки гололеда переменным током приведены а табл. 2, в последнем столбце которой указан ток, предупреждающий образование гололеда на проводах.

Таблица 2.

Марка провода	Ток плавки, А, при продолжительности, мин	Ток предупр., А
	30	60	100
АС 50	330	270	240	160
АС 70	410	330	290	205
АС 95	510	400	350	245
АС 120	565	450	400	275
АС 150	660	525	460	325
АС 185	750	600	520	375
АС 240	860	690	610	440

Плавка на переменном токе имеет свои ограничения. В выражении (1) значение тока, протекающего по замкнутому контуру согласно закону Ома



, (2)

Здесь: U - напряжение приложенное к контуру, В; z - модуль полного сопротивления контура, Ом; х - реактивное сопротивление участка ВЛ, Ом:

Именно из-за наличия реактивного сопротивления величина тока в контуре будет меньше чем на постоянном токе. Соответственно, требуется и большая мощность источника для получения необходимого тока плавки.

Так для ВЛ напряжением 220 кВ и выше с проводами сечений 240 мм и более плавка гололеда переменным током требует очень больших мощностей источника питания (десятки MB*А). Для параметров проводов ВЛ такого класса справедливо соотношение R " х. Полная мощность источника увеличивается за счет большой и бесполезной для плавки гололеда реактивной нагрузки (индуктивной). На таких ВЛ плавка гололеда осуществляется только выпрямленным током.

Используются, как правило, две схемы плавки гололеда выпрямленным током: "фаза-фаза" и "фаза - две фазы".

Параметры выпускаемых отечественной промышленностью нерегулируемых выпрямительных блоков, подключаемых к переменному напряжению 10 кВ:

- выпрямленное напряжение 14 кВ;

- выпрямленный ток 1200 А;

- мощность на выходе 16800 кВт.

Для получения большей мощности выпрямительные блоки можно включать последовательно или параллельно.

В ОАО НИИПТ разработана на базе управляемого трехфазного мостового выпрямителя установка для плавки гололеда, подключаемая к серийному силовому трансформатору или шинам соответствующего напряжения (до 35 кВ). В отличие от нерегулируемых выпрямительных блоков эта установка позволяет при плавке гололеда плавно изменять выходные параметры в диапазоне:

- выпрямленное напряжение 0... 50 кВ;

- выпрямленный ток 0... 1200 А;

- мощность на выходе 0... 60000 кВт.

Приведем сравнительную таблицу плавки гололеда переменным и выпрямленным током.

Из таблицы следует, что чем мощнее ВЛ, которую необходимо освободить от гололедных отложений, тем выгоднее применение постоянного тока.

Пример успешно применяемой установки плавки гололеда выпрямленным током - ВУПГ контейнерного типа на напряжение 14 кВ и ток 1200 А (ВУПГ-14/1200), на базе которого разработана серия.

Установки типа ВУПГ отличает:

* возможность регулирования тока плавки, в том числе и по сигналам с датчиков гололеда;

* плавный пуск и отключение выпрямителя, что позволяет избежать перенапряжений и облегчает работу коммутационной аппаратуры;

* развитая микропроцессорная система управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА) позволяет согласовывать пуск, отключение и изменение тока по сигналам от системы контроля гололедообразования;

* наличие последовательных интерфейсов RS-485 и Ethernet позволяет осуществлять связь с АСУ ТП верхнего уровня;

* контейнерное исполнение силовой части с принудительной замкнутой системой охлаждения позволяет легко монтировать выпрямитель на открытой части подстанции;

* наличие комплекта измерительных трансформаторов внутри контейнера снижает требования к ОРУ и КРУН подстанции;

* возможность транспортировки любым видом транспорта (контейнер служит одновременно и корпусом ВУПГ, и тарой).

3.2 Схемы плавки гололеда

Как уже отмечалось для плавки необходимо создать контур протекания тока. Схем подключения ВЛ может быть несколько.

Плавка гололеда может проводиться по способу:

а) трехфазного короткого замыкания;

б) двухфазного короткого замыкания;

в) однофазного короткого замыкания при последовательном соединении проводов всех фаз - схема "змейка".

Плавка по способу встречного включения фаз

Способ встречного включения фаз заключается в том, что на одном конце провода обогреваемой линии присоединяются к фазам А, В и С, а на другом - соответственно к фазам В, С и А или С, А и В.

Таким образом, на обогреваемую линию подается не фазное напряжение источника тока плавки, как при способе короткого замыкания, а линейное. Это позволяет увеличить длину линий, на которых производится плавка, на 70 % или увеличить ток плавки.

Плавка гололеда по способу встречного включения может применяться для линий, расположенных между соседними подстанциями, имеющими мощные связи по линиям высокого напряжения, при параллельных линиях, а также в кольце.

Сборка и разборка схемы плавки по способу встречного включения может быть произведена быстро при условии установки специального разъединителя на одном из концов линии, с помощью которого осуществляется поворот угла вектора подводимого к напряжения на 120 град.

Плавка по способу перераспределения нагрузок.

Токовая нагрузка обогреваемой линии повышается путем перераспределения нагрузки в сети до требуемой (для осуществления плавки) величины.

По сути это искусственно созданная перегрузка ВЛ (дешево, оперативно, без отключения).

Перераспределение нагрузки достигается с помощью совокупности следующих основных мероприятий:

а) повышение нагрузки станций, передающих энергию через обогреваемую линию;

б) повышение нагрузки подстанций, питаемых по обогреваемой линии путем переключений в сети более низкого напряжения;

в) отключение части линий, в результате которого повышается передаваемая мощность по обогреваемой линии. Практически с этой целью отключают параллельную с обогреваемой линию или прибегают к разрезанию колец.

Основным преимуществом способа плавки гололеда путем перераспределения нагрузок является сохранение обогреваемой линии в нормальной эксплуатации при ее номинальном напряжении.

Однако необходимое для плавки повышение токовых нагрузок не во всех случаях оказывается практически возможным. Кроме, того, оно обычно требует отключения других линий и сопровождается некоторым понижением напряжения в части сети, примыкающей к обогреваемой линии.

С целью сохранения надежности работы системы, при плавке отключаемые линии должны быть оборудованы устройствами для немедленного автоматического включения. Обогреваемую линию следует стремиться загружать активной мощностью, поскольку при этом меньшей степени нарушается режим напряжения в сети.

Схема плавки гололеда путем перераспределения нагрузок может быть собрана сравнительно быстро и еще проще осуществляется восстановление нормальной схемы сети.

Плавка по способу положения токов

При способе положения токов на рабочий ток накладывается дополнительный ток, создаваемый в контуре, частью которого является обогреваемая линия. Для этого в контур включается источник ЭДС, величина и фаза которого подбираются таким образом, чтобы увеличить ток до требуемого.

Для наложения токов могут быть использованы кольцевые участки сети и параллельные линии.

Для повышения эффективности плавки способ наложения токов можно сочетать с перераспределением нагрузок, что дает ощутимый эффект как по увеличению длины проплавляемой ВЛ, так и по увеличению тока.



3.3 Особенности плавки гололеда на грозозащитных тросах

Опыт эксплуатации ВЛ показывает, что тросы подвержены авариям от гололедообразования даже в большей степени, чем фазные провода, а обрыв троса выводит из работы всю ВЛ.

Трудности плавки гололеда на тросах вызваны, в частности, и тем, что тросы большинства ВЛ имеют заземления на всех опорах или на их значительной части. Для создания контура плавки все заземления на гололедный сезон должны быть сняты. При этом требуется подвеска тросов на изоляторах класса напряжения, соответствующего напряжению источника плавки. Ежегодное проведение подобных мероприятий вызывает заметные технико-экономические трудности.

Кроме того, по понятным причинам эксплуатационники часто настаивают на организации плавки троса без отключения соответствующей ВЛ. Тогда контур плавки, как правило, формируется с использованием "земли", что создает ряд дополнительных проблем. При плавке постоянным током возникающие значительные токи в "земле" влияют на работу релейной защиты и автоматики. Использование высоковольтных обмоток трансформаторов для плавки тросов переменным током ведет к необходимости усиления изоляции подвески тросов и затем к изменению требований к опорам, вплоть до необходимости их замены.

В результате в большинстве случаев не удается обеспечить плавку гололеда на тросах по всей их длине без отключения ВЛ. Как выход из положения рассматривается возможность отказа от грозозащитных тросов, функции которых по снижению грозовых перенапряжений возлагаются на ОПН (ограничители перенапряжения нелинейные - варисторы), размещенные на опорах вдоль трассы ВЛ.

Особый случай - плавка гололеда на грозотросе, в котором проложен оптический кабель связи. Максимально возможная температура нагрева оптического волокна (ОВ) в кабеле < 80-85°С. В случаях нагрева ОКГТ до температуры, превышающей допустимую рабочую температуру, производители не гарантируют его эксплуатационные характеристики, вплоть до полной необратимой потери пропускной способности.

Плавка гололеда на грозозащитных тросах часто требует сложных организационно-технических мероприятий, поэтому там, где это возможно, целесообразно заменять грозозащитные тросы на ОПН.

Проблема полностью до сих пор не решена.

3.4 Плавка гололеда на ВЛ 6 - 35 кВ

Анализ технологических сбоев в ряде регионов за 2009-2010 гг. показал, что на долю высоковольтных линий 110-500 кВ приходится менее 10% всех гололедно-ветровых аварий (хотя последствия аварий на крупных ВЛ могут быть не просто большими, а катосрофическими).

Большинство проблем в региональных, муниципальных и сельских сетях напряжением 6--35 кВ. Ситуация особенно обострилась зимой 2010/2011 года.

С одной стороны ни каких трудностей в реализации выше описанных методов плавки нет Принцип тот же, просто другие мощности и напряжения. Тем не менее на сегодня не существует эффективных решений по противодействию гололедообразованию на низковольтных ВЛ и ВЛ среднего напряжения.

В чем особенность:

- длины проводов, подлежащих плавке от 0,3 до 30 км;

- чаще всего ВЛ 6-10 кВ прокладываются проводом АС-35, для которого ток плавки составляет не более 300 А;

- напряжения источников постоянного тока плавки, необходимые для различных отрезков ВЛ, приведены ниже.



Хорошо видно, что возможности плавки весьма ограничены.

В тех случаях (а их большинство, сельская местность, доступ ограничен или не возможен), когда доступное сетевое питание отсутствует, возможно питать систему плавки гололеда от дизель-генератора. При этом необходимо заметить, что если ВЛ протяженна и для ее плавки требуется напряжение 10 кВ, то стоимость дизель-генератора с оборудованием будет весьма значительной. Вес такого дизеля ~ 17 т.

Поэтому вариант с высоковольтным двигателем-генератором не решает поставленной задачи.

В случае коротких отходящих линий или возможности и желания службы эксплуатации распределительных сетей плавить гололед по отрезкам, проезжая вдоль ВЛ, можно использовать низковольтную пердвижную установку на базе широко распространенных и сравнительно недорогих дизелей напряжением 0,4 кВ стоимостью до млн.руб. Плавку можно осуществлять как переменным, так и постоянным током. Длины проплавляемых отрезков ВЛ с проводом АС-35 приведены ниже.

Дизели могут быть сразу укомплектованы простыми диодными выпрямителями с естественным охлаждением.

Недостаток очевиден - проплавка по участкам, а не линии целиком. Много времени уходит на перемещение и установку заново оборудования.

Гололедно-ветровые аварии на региональных, муниципальных и сельских сетях напряжением 6-35 кВ случаются чаще, чем на магистральных, но сегодня не существует общепринятых организационно-технических решений по противодействию им.

Возможное решение проблемы сетей 6-35 кВ это разработка и распространение мобильных устройств плавки гололеда различных типов (высоковольтных, низковольтных, с собственными независимыми источниками питания или без).



4. Организационно-технические мероприятия по плавке гололеда

На ВЛ выше 1 кВ, подверженных интенсивному гололедообразованию, должна осуществляться плавка гололеда электрическим током.

Предприятие электрических сетей должно организовать наблюдение за процессами гололедообразования на ВЛ в целях своевременного включения схем плавки. На ВЛ 6-10 кВ в соответствии с "Руководящими указаниями по плавке гололеда на ВЛ до 20 кВ, проходящих в сельской местности", плавку гололеда необходимо предусматривать для районов, в которых нормативная толщина стенки гололеда составляет 20 мм и более, а также для районов, в которых возможна частая и интенсивная пляска проводов при гололедообразовании. Для районов, в которых нормативная толщина стенки гололеда менее 20 мм, целесообразность организации плавки гололеда должна устанавливаться на основе технико-экономического расчета.

Для оперативного предупреждения об образовании на ВЛ опасных гололедных отложений необходимо организовывать и вести наблюдения на линиях или специально оборудованных гололедных постах.

Плавку гололеда целесообразно начинать с таким расчетом, чтобы при гололедообразовании она была успешно завершена на всех линиях, взаимосвязанных по режиму плавки. При этом очередность плавки определяется категорийностью по бесперебойности электроснабжения потребителей и электроприемников, по степени надежности самой системы электроснабжения, технологичностью организации плавки и наличием резервного питания.

На ВЛ, оборудованных схемами плавки гололеда, необходимо перед гололедным сезоном производить тщательный осмотр и опробование всех элементов электрической схемы плавки и принимать меры, обеспечивающие нормальную их работу в режиме плавки.

Для успешной и эффективной плавки заранее определяется порядок действия персонала (составляются инструкции), прорабатывается последовательность проведения всех операций при плавке гололеда, составляются технологические карты.

Наиболее распространенным и эффективным способом является плавка гололеда на ВЛ 6-20 кВ током трехфазного КЗ при номинальном напряжении сети в длительном или повторно-кратковременном режиме.

При выборе тока плавки гололеда необходимо, чтобы значение тока плавки было достаточным для расплавления гололеда в нормированный срок на участке, где подвешен провод наибольшего сечения, а ток плавки не превышал значений, допустимых по условию нагрева провода наименьшего сечения из подвешенных на ВЛ. Допустимые токи плавки для ВЛ 6 --20 кВ с алюминиевыми и сталеалюминиевыми проводами определяются в зависимости от скорости ветра и температуры воздуха.

Длительность плавки гололеда зависит от размеров и плотности гололеда, его формы, тока плавки, скорости ветра и температуры воздуха. Время плавки гололеда и изморози определяется по соответствующим графикам, приведенным в "Руководящих указаниях по плавке гололеда на ВЛ до 20 кВ, проходящих в сельской местности". Плавка гололеда на отдельных участках сети не должна продолжаться более 1 ч.

Все элементы, входящие в электрическую схему плавки должны быть рассчитаны на токи плавки с учетом допустимых перегрузок.

Элементы оборудования, перегрузка которых превышает допустимую, должны быть заменены или зашунтированы на период плавки.

Допустимая кратность перегрузок силовых трансформаторов на подстанции определяется в зависимости от предшествовавшего плавке режима нагрузки и времени плавки.



5. Автоматизация процесса удаления намершего льда c проводов ЛЭП

Понятно, что удаление льда процесс эпизодический. Однако ряд мероприятий и схемных решений позволяет его автоматизировать, например в части контроля состояния ВЛ и принятия необходимых, часто упреждающих, мероприятий.

В качестве параметров оценивающих состояние ЛЭП используются не только величина ледяного покрова проводов или его масса, но и усилие ветровой нагрузки, температура окружающей среды, влажность и аэрозольность атмосферы. Отечественной промышленностью выпускаются как специальные датчики гололедно-ветровых нагрузок, предназначенные для сигнализации о наличии гололеда на проводах ЛЭП, так и датчики для измерения массы либо толщины льда и ветровых нагрузок на провод, температуры и т.п. Такие датчики используются как самостоятельно для наблюдения за состоянием линии, так и в составе автоматизированных систем. В области создания различных типов датчиков гололеда или измерения толщины льда на проводах ЛЭП разрабатываются и изобретаются множество различных приборов, основанных на самых различных принципах действия.

Наиболее универсальными следует признать тензометрический датчики гололедно-ветровых нагрузок. Например, тензометрический датчик типа ДГВН представляет собой двухканальный датчик с возможностью одновременного измерения нагрузок в двух плоскостях - вертикальной и горизонтальной. Датчик предназначен для контроля гололедно-ветровых нагрузок, действующих на провода воздушных линий электропередач. Устанавливается датчик на ВЛ взамен скобы подвески гирлянды изоляторов.

Измерение нагрузки происходит независимо в двух плоскостях: вертикальной - масса образовавшегося льда, и горизонтальной - сила ветра. При этом взаимное влияние составляющих нагрузки практически полностью исключается. Нагрузка от массы провода компенсируется в момент установки датчика, а нагрузка от натяжения провода при изменении температуры (в горизонтальной плоскости, параллельной воздушной линии) датчиком не воспринимается.

Преимуществом данной системы является непосредственное измерение ветровой нагрузки на провод, покрытый гололедом, и гололедной нагрузки в любом пролете линии. Датчик может применяться как для контроля статических нагрузок, так и для измерения динамических (колебательных) процессов нагруженных элементов. Датчик имеет встроенный усилитель "токовая петля" по обоим каналам. Точность датчика составляет ±0,2 %, систематическая составляющая погрешности не превышает ±0,2 %.

Примером такой системы может служить автоматизированная информационная система контроля гололедной нагрузки (АИСКГН), рис. 5. Это единый комплекс программно- аппаратных средств, состоящих из:

- радиотелемеханических систем телеизмерения гололедных нагрузок (СТГН) на ВЛ, обеспечивающих совместно с устройствами радиосвязи, телемеханики передачу информации о гололедно-ветровых нагрузках и

температуре воздуха из пунктов контроля (ПК) на ВЛ в пункты приема (ПП) и далее на пункт управления (ПУ) плавкой гололеда;

- технологического и прикладного программного обеспечения, включающего программы функционирования микропроцессорных устройств радиотелемеханических СТГН и программы обработки для автоматизированного рабочего места (АРМ) в ПП и ПУ.

АИСКГН является многоуровневой цифровой информационно- вычислительной системой, обеспечивающей непрерывный контроль гололедной нагрузки и температуры воздуха в пунктах контроля, удаленных на значительное расстояние от пунктов приема.

Архитектура АИСКГН является открытой, гибкой и модульной, что позволяет выполнять поэтапное развитие информационной системы с целью увеличения ПК и ПП и расширения ее границ до региональной системы. Функциональная схема радиотелемеханической СТГН, состоит из:

1 - ДГН - датчик гололедной нагрузки;

2 - ДТ - датчик температуры;

3 - МЛП - микропроцессорный линейный преобразователь;

4 - МПП - микропроцессорный приемный преобразователь;

5 - РМ - радиомодем;

6 - РС - радиостанция;

7 - БП - блок питания;

8 - АБ - аккумуляторная батарея;

9 - СБ - солнечная батарея;

10 - УОМ - устройство отбора мощности;

11 - ТН - трансформатор напряжения;

12 - АРМ - автоматизированное рабочее место.

В каждом пункте контроля, размещаемом на опоре ВЛ, устанавливаются:

* датчики гололедной нагрузки (ДГН) на трех фазах и тросе;

* датчик температуры (ДТ);

* преобразователь линейный микропроцессорный (МЛП);

* источник бесперебойного питания (БП).

Микропроцессорный линейный преобразователь, источник бесперебойного питания, аккумуляторная батарея и радиостанция размещаются в шкафу контроля, который крепится на опоре. Антенна устанавливается на траверсе. Датчики гололедной нагрузки бесконтактные, обладают хорошей чувствительностью и обеспечивают непрерывный контроль нагрузки на провод ВЛ с достаточной точностью. Диапазон контролируемых нагрузок от 0 до 100 кН (0 - 10000 кг).

Типоразмер датчика выбирается по максимальной нагрузке, зависящей от веса провода, ветра и гололеда. Датчик устанавливается на промежуточной опоре и крепится между траверсой и подвесной гирляндой. Для крепления используется стандартная линейная сцепная арматура. Датчик защищен от воздействия атмосферы и внешних электромагнитных полей, обеспечивает контроль температуры в диапазоне от -40 єС до +40 єС.

Микропроцессорный линейный преобразователь обеспечивает считывание

информации с четырех датчиков гололедной нагрузки и с датчика температуры, преобразовывает в цифровой сигнал для последующей передачи по каналу радиосвязи.

В состав пункта приема входит:

- преобразователь приемный микропроцессорный (МПП);

- радиостанция (РС) с антенной;

- сервер обработки и хранения данных;

- автоматизированные рабочие места диспетчера (АРМ) "Гололед";

- источник бесперебойного питания.

Микропроцессорный приемный преобразователь обеспечивает прием сигналов из каждого пункта контроля и отображение информации на встроенном символьном табло.

В итоге.

Эксплуатационный персонал ВЛ должен контролировать процесс гололедообразования и обеспечивать своевременное включение схем плавки гололеда.

ВЛ, на которых производится плавка гололеда, должны быть оснащены сигнализаторами гололеда, работоспособность которых должна проверяться ежегодно перед наступлением зимнего периода.

Следует отметить, что плавка гололеда должна проводиться в районах интенсивного гололедообразования ( b > 20 мм) с частой пляской проводов.

В других случаях применение плавки гололеда должно обосновываться технико-экономическими расчетами.

гололед адгезиционный провод электропередача



Литература

1. ПУЭ. Изд. 7-е. - М.: ЭНАС, 2010.

2. Справочник по проектированию линий электропередачи / под ред. М.А. Реута и С.С. Рокотяна. - М.: Энергия, 1970

3. СТО 70238424.29.240.20.002-2011. Воздушные линии напряжением 0,4 - 20 КВ. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования. Москва, 2011.

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (издание официальное). - М.: СПО ОРГРЭС, 2003.

5. Короткевич М.А. Основы эксплуатации электрических сетей. Минск Высшая школа, 1999.

6. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). - 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964с.

7. Обзор новых технологий в энергетике - Выпуск 1- Департамент технического развития ОАО "МРСК Центра", 2008. -- 11с.

8. Пат. 2356148 C1 Российская Федерация, МПК H 02 G 7/16. Способ и устройство для борьбы с гололедом на линиях электропередачи / Каганов В.И.; заявитель и патентообладатель Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА), Каганов Вильям Ильич - № 2008119101/09; заявл. 15.05.2008; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 14; 13 с.: 7 ил.

9. Опыт эксплуатации ЛЭП 330-500 кВ в условиях интенсивных гололедно-ветровых воздействий. Распределенная система автоматического наблюдения за гололедом. // Информационно-аналитический журнал ЭнергоINFO. 25.10.2011).

10. Андреев Ю. Н. К вопросу о физико-метеорологических условиях образования гололеда // Труды ГГО. 1947,2-вып.з.- с.23.

11. Банников Ю. И. Гололедно-изморозные образования на Южном Урале // Труды ЧИМЗСХ Челябинск,1978, N 143, с. 77-79.

12. Банников Ю. И., Николаев Н. Я. Влияние напряжения ВЛ электропередачи на процесс гололедообразования // Тр. ЧИМЭСХ - Челябинск, ВЫП. 123. 1977, с. 101-104.

13. Банников Ю. И., Николаев Н.Я. A.C. N 1275615 С СССР. Способ предупреждения образования гололеда на проводах воздушных линий электропередачи 35 кВ. Опубл. в Б.И., 1986, N 45.

14. Будзко И.А. и др. Исследование нагрузок и стрел провеса при гололедообразования в сельских электрических сетях // Докл. ВАСХНИЛ, 1974, N 2.

15. Бургсдорф В. В. О Физике гололедно-изморозевых явлений. // Труды ГГО / Вып. 3, 1947, М.: Гидрометиздат.

16. Бучинский В. Е. Гололед и борьба с ним. Л.: Гидрометиздат, 1960. 192 с.

17. Будзко И. А., Пронникова М. И., Селивахин А. И. и др. Автоматизация контроля за гололедообразованием в сельских электрических сетях // Материалы II Всесоюзного совещания. Уфа, 1975.

18. Бургсдорф В. В. Плавка гололеда в электрических сетях как средство эффективного повышения надежности электрических сетях // Плавка гололеда на воздушных линиях электропередачи. Материалы II Всесоюзн. совещ. Уфа, 1975,с. 1-6.

19. Бассапская Г. А., Руднева А. В. Гололедные нагрузки на провода. Л.: Гидрометеоиздат, 1967.

20. Вексельман О.Г. О влиянии сечения провода на интенсивность гололедообразования // Электричество,1954, N 2.

21. Глуков В.Г. Метеорологичесие условия образования гололеда на высотных сооружениях // Труды ГГО Л. 1972, Вып. 311, 98 с.

22. Дьяков А.Ф. Системный подход к проблеме предотвращения и ликвидации гололедных аварий в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1987.

23. Долин П.В. Влияние высоты подвески проводов на величину гололедных отложений // Электрические станции,1958, N 4.

24. Заварина М. В., Ломилина Л.Е. Влияние холмистого рельефа на вес и толщину стенки гололеда // Труды ГГО 1976, вып.379, с.46-53.

25. Море Г. Метод расчета гололедной нагрузки на провода. М.: Госзнергоиздат, 1956.

26. Никифоров Е.П. Влияние переменного электрического поля на вес отложения гололеда на проводе линий электропередачи // Электричество, 1962, N 6.

27. Нейман A.A. Анализ эффективности внедрения плавки гололеда в воздушных линиях напряжением 35-500 кВ для повышения надежности их работы в гололедных условиях // Материалы 1 Всесоюзного совета по плавке гололеда. Львов, 1971.

28. Николаев Н.Я. Снижение опасного гололедообразования на проводах ВЛ при эксплуатации сельских электрических сетей // Тр. ЧММЭСХ -Челябинск, 1989. с.

29. Рир В. Гололед и изморозь как дополнительная нагрузка на проводах линий электропередачи // Энергетика за рубежом, 1958. 66. Усманов Ф.X. Борьба с гололедом в сельских сетях 6-10 кВ // Электрические станции, 1973, N 10.

Размещено на Allbest.ru

...