Повітряні лінії
Олексій Кувшинов, д.т.н., Тольяттінський державний університетОлександр Хренніков, д.т.н., АТ «НТЦ ФСК ЄЕС», м. Москва >Володимир Карманов, генеральний директорНаріман Ахметжанов, головний спеціаліст ТОВ «Енергія Т», м. Тольятті
ПАСИВНІ ТА АКТИВНІ ЗАХОДИ
Як пасивний захід для боротьби з ожеледицею можуть використовуватися різні дроти підвищеної міцності. Наприклад, провід АССС (Aluminum Conductor Composite Core – алюмінієвий провідниковий провід з композитним сердечником), який є набором алюмінієвих проводів навколо вуглеволоконного і скловолоконного епоксидного ядра [2]. Серцевий провідник ACCC стабільний за розмірами, оскільки у нього коефіцієнт термічного розширення (1,6 • 10 -6 °С) майже на порядок менший, ніж у сталі (11,5 • 10 -6 ° С -1 ). Тому дроти ACCC дозволяють тривалий час витримувати високу температуру, запобігаючи утворенню ожеледиці.
Слід також відзначити провід Aero-Z ® , який складається з одного або кількох концентричних шарів круглих дротів (внутрішні шари) та дротів у вигляді букви Z (зовнішні шари). Кожен шар дроту має скручування по довжині, виконану з певним кроком. Гладка поверхня знижує вітрові навантаження на 30-35% і перешкоджає налипання снігу та льоду. Однак провід Aero-Z ® має обмеження на плавку ожеледиці, оскільки не допускає тривалого підвищення температури понад 80 °С.
У цілому ж практична реалізація пасивних методів боротьби з ожеледицею можлива лише при проектуванні та введенні в дію нових ліній електропередачі. Реконструкція старих ПЛ пов'язана із значними витратами.
Тому не втрачаєактуальності завдання розробки активних методів боротьби з ожеледицею на проводах ПЛ. До традиційних методів можна віднести плавку ожеледиці на проводах ПЛ змінним струмом шляхом штучного створення коротких замикань (КЗ) або постійним струмом за допомогою некерованих або керованих випрямних блоків [3, 4]. Однак у першому випадку можливе пошкодження проводів ПЛ, а в другому дорогі випрямні блоки більшу частину календарного року не використовуються.
Водночас сучасний стан елементної бази силової електроніки відкриває додаткові можливості та стимулює розробку нових методів боротьби з ожеледицями, вільними від зазначених недоліків. Питанням дослідження ожеледиці та боротьби з ожеледицею присвячено велику кількість наукових публікацій.
У цій роботі ставиться завдання систематизації та порівняльного аналізу існуючих способів боротьби з ожеледицею, рішення якої дозволить вибрати з наявної безлічі технічних рішень найбільш раціональне для місцевих умов.
КЛАСИФІКАЦІЯ СПОСІБ БОРОТЬБИ З ГОЛОЛЕДОМ
Для видалення ожеледисто-морозових відкладень з проводів ліній електропередачі відомі пристрої та способи використовують такі види фізичного впливу (рис. 1):
- термічний вплив шляхом нагріву дроту до температури 120–130 °С, при якому відбувається розплавлення ожеледної муфти, або шляхом профілактичного нагріву проводів на 10–20 °С для запобігання утворенню ожеледиці;
- термодинамічний вплив шляхом попереднього розігрівання дроту до формування підтопленого прошарку між дротом і крижаною муфтою та подальшого «струшування» дротів силою Ампера, що виникає при пропусканніпотужного імпульсу струму;
- електромеханічна дія шляхом періодичного пропускання імпульсів струму, що викликають механічні коливання проводів та руйнування ожеледь муфти. Ефективність електромеханічних впливів посилюється за таких параметрів імпульсів струму, які викликають механічний резонанс;
- механічна дія шляхом переміщення шнеків вздовж дроту з використанням енергії вітру, енергії електромагнітного поля фазного струму ПЛ, постійних магнітів, лінійного асинхронного двигуна або створення вібрацій дротів за допомогою генератора механічних коливань. (Надалі не розглядається, оскільки практично не використовують перетворювальну техніку). Слід лише відзначити загальний недолік механічних систем, який полягає у необхідності їхньої ручної установки на провід, зняття з дроту, а також перевішування з одного дроту на інший. Для цього необхідна спеціальна техніка (автовишка) та обслуговуючий персонал, що підвищує експлуатаційні витрати та ускладнює використання у важкодоступних районах.
Мал. 1. Класифікація відомих способів видалення ожеледь відкладень з проводів повітряних ЛЕП
УВ - керований випрямляч; СТК – статичний тиристорний компенсатор; ПЧ - перетворювач частоти; НПЧ - безпосередній перетворювач частоти; КПК - пристрій поздовжньої компенсації
Термічний вплив змінним струмом промислової частоти
Плавка ожеледиці змінним струмом застосовується тільки на лініях з напругою нижче 220 кВ з проводами перерізом менше ніж 240 мм 2 [3]. Джерелом живлення є, як правило, шини 6–10 кВ підстанцій або окремий трансформатор. Схема плавки ожеледиці повинна вибиратися таким чином, щоб забезпечитипротікання по проводах ПЛ струму, що у 1,5–2 рази перевищує тривало допустимий струм. Таке перевищення виправдане короткочасністю процесу плавки (
1 год), а також інтенсивнішим охолодженням проводу в зимовий період. Для стандартних сталеалюмінієвих проводів типу АС перетином 50-185 мм 2 орієнтовна величина одногодинного струму плавки ожеледиці лежить в межах 270-600 А, а струму, що запобігає утворенню ожеледиці на проводах, - в межах 160-375 А.
Однак тільки за рахунок вибору схеми плавки ожеледиці часто неможливо підібрати необхідну величину струму КЗ. Перевищення зазначених вище значень струму плавки може призвести до відпалу проводів з подальшою незворотною втратою міцності. При менших значеннях струму плавки одноразового пропускання струму КЗ може виявитися недостатньо повного видалення ожеледиці. Тоді КЗ доводиться неодноразово повторювати, що додатково збільшує наслідки.
Уникнути зазначених негативних наслідків дозволяє використання тиристорного регулятора змінної напруги схема якого представлена на рис. 2 [5]. У режимі плавки ожеледиці вимикач7вимкнений, вимикач8увімкнений. Можливі способи регулювання струму плавки - імпульсно-фазовий шляхом зміни кутів включення силових тиристорів1,2,3або широтно-імпульсний шляхом зміни кількості періодів подачі напруги.
Мал. 2. Установка для компенсації реактивної потужності та плавки ожеледиці
1, 2, 3 – силові тиристори; 4, 5, 6 - реактори; 7, 8 – вимикачі
У режимі компенсації реактивної потужності вимикач7увімкнений, а вимикач8вимкнений. У цьому випадку силові тиристори1,2,3та реактори4,5,6утворюють тиристорно-реакторну групу, з'єднану в трикутник, яка є елементом статичного тиристорного компенсатора. Автори допускають можливість використання конденсаторів замість реакторів. У цьому випадку компенсація реактивної потужності здійснюватиметься за допомогою регульованої конденсаторної батареї.
Заслуговує на увагу комбінована установка для компенсації реактивної потужності та плавки ожеледиці, схема якої представлена на рис. 3 [6]. У режимі плавки ожеледиці вимикач7включений, шунтуючи реактор6, вимикач9відключає конденсаторну батарею8, а вимикач10увімкнено. При цьому можливе плавлення на всіх проводах ПЛ одночасно.
У режимі компенсації реактивної потужності вимикачі7та10відключені, а вимикач9увімкнено. В результаті утворюється типова схема статичного компенсатора на базі транзисторних модулів1,2та3, реакторів5,6на стороні змінного струму та конденсаторної батареї8на стороні постійного струму. Така структура може працювати як у режимі генерації, і у режимі споживання реактивної потужності.
Істотним недоліком установки, зображеної на рис. 3 є неповне використання вентильної частини в режимі плавки. Це тим, що струм плавки протікає лише через «нижні» ключі фаз 1, 2 і 3-го перетворювального моста. Для перетворення бруківки в три ключі змінного струму потрібно додаткове комутаційне обладнання і суттєве ускладнення силової схеми.
Мал. 3. Комбінована установка для компенсації реактивної потужності та плавки ожеледиці
1, 2, 3 – транзисторні модулі; 4, 7, 9, 10 -вимикачі; 5, 6 - реактори; 8 – конденсаторна батарея
Продовження матеріалу – у наступному номері.