СПОСОБ БОРЬБЫ С ГОЛОЛЕДОМ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к электроэнергетике, а точнее к способам плавки гололеда на проводах воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) без отключения потребителей.

Плавка гололеда (тепловой метод) в настоящее время является основным мероприятием по предотвращению гололедных аварий в электрических сетях. Она позволяет удалить гололед на десятках километров линий в течение 0,5...1 часа, предотвратить опасную перегрузку и ликвидировать пляску проводов.

В последнее время получили развитие методы плавки гололеда по способу перераспределения нагрузок и наложения токов.

В патенте CN 101615772 (опубл. 30.12.2009) реализован способ использования потока реактивной мощности для плавки гололеда на воздушных линиях (ВЛ). Согласно этому способу для плавки гололеда необходимо: во-первых отключение воздушной линии, на которой должна проводиться плавка гололеда, во-вторых, отключение устройства компенсации реактивной мощности от шин подстанции от которой отходит ВЛ, в-третьих, подключение устройства компенсации реактивной мощности одной подстанции на шину другой подстанции через ВЛ, на которой должна проводиться плавка гололеда, при этом поток реактивной мощности позволяет провести плавку гололеда.

Недостатком способа является необходимость вывода линии из работы, что возможно без отключения потребителей сети только при наличии ее резервирования (например, для двухцепных линий). В сетях 6(10) кВ сельскохозяйственного назначения, как правило, линии (фидера) выполняются одноцепными с возможностью питания множества потребительских понижающих подстанций от магистрального участка линии при помощи так называемых отпаек (ответвлений), присоединяемых в различных точках этого магистрального участка. Это приводит к необходимости отключения потребителей фидера, не имеющих резервного питания.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является плавка гололеда на ВЛ с сохранением электроснабжения потребителей.

Технический результат изобретения заключается в плавке гололеда на ВЛ 6(10) кВ с сохранением электроснабжения питающихся от нее потребителей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи, заключающемся в увеличении тока по этим линиям с помощью искусственного создания дополнительного потока реактивной мощности путем подключения к одному из концов линии источника реактивной мощности, согласно изобретению источник реактивной мощности подключают к концу выполненной одноцепными воздушными линиями магистрали фидера 6(10) кВ без отключения фидера от питающей подстанции с одновременным изменением положения регулятора под нагрузкой трансформатора на этой подстанции таким образом, чтобы уровни напряжений вдоль магистрали оставались допустимыми для электроснабжения питаемых потребителей. При этом источник реактивной мощности может быть перемещаемым.

Предлагаемый способ поясняется чертежами. На фиг.1 представлена структурная схема сети, где 1 - центр питания; 2 - потребитель электроэнергии с активной мощностью нагрузки Р; 3 - источник реактивной мощности (ИРМ); Q - встречный поток реактивной мощности. На фиг.2 изображена эпюра распределения токов вдоль фидера, состоящего из 5 узлов, в режиме плавки гололеда. На фиг.3 представлены эпюры распределения напряжений вдоль фидера, состоящего из 5 узлов, в нормальном режиме и в режиме плавки гололеда. На фиг.4 показана структурная схема сети, где КА - коммутационные аппараты.

Способ борьбы с гололедом на воздушных линиях электропередачи заключается в следующем. К фидеру 6(10) кВ, выполненному одноцепной воздушной линией, на которой необходимо провести плавку гололеда, подключается ИРМ 2 с целью создания дополнительного потока реактивной мощности, направленного встречно потоку активной мощности по ВЛ (фиг.1). В качестве ИРМ может выступать регулируемая или нерегулируемая батарея конденсаторов (БК), синхронный компенсатор или синхронный двигатель, статический тиристорный компенсатор. При таком режиме распределение напряжения вдоль линии является более равномерным при одном и том же токе, по сравнению с режимом одинакового направления активной и реактивной мощности. Мощность ИРМ Q_ИРМ подбирается таким образом, чтобы ток, протекаемый по ВЛ при собранной схеме плавки гололеда, позволял проводить плавку гололеда (или осуществлять подогрев проводов ВЛ для предотвращения гололедообразования), и определяется по следующему выражению: , (1)

где S_{пл(пред)} - мощность плавки гололеда (предотвращения гололедообразования), зависящая от величины тока, необходимого для плавки гололеда (предотвращения гололедообразования);

Р_H - активная мощность нагрузки;

Q_H=P_H·tgφ - реактивная мощность нагрузки.

Выражение (1) справедливо как для ВЛ с нагрузкой, сосредоточенной в конце этой линии, так и для ВЛ с нагрузкой, распределенной вдоль нее. Во втором случае ток вдоль линии будет распределяться неравномерно. Наибольшее значение ток будет принимать на участке, к которому примыкает ИРМ, поэтому мощность ИРМ для плавки гололеда должна определяться, исходя из потока мощности на головном участке. Мощность ИРМ для плавки гололеда при распределенном потреблении совпадает с мощностью ИРМ для плавки гололеда при сосредоточенной нагрузке, при учете, что активная мощность головного участка для обоих случаев идентична.

Для реализации описанного подхода можно использовать как уже установленные в распределительных сетях ИРМ, так и новые ИРМ, которые будут устанавливаться с учетом возможности плавки гололеда.

Для плавки гололеда на магистральных участках кольцующихся фидеров 6(10) кВ могут применяться стационарные ИРМ, присоединенные к секциям шин 6(10) кВ, питающих эти фидера подстанций. В этом случае питание такой секции шин осуществляют от другой секции шин питающей подстанции через кольцующийся фидер, на магистрали которого осуществляют плавку гололеда.

Для ВЛ с односторонним питанием ИРМ для плавки гололеда устанавливают в конце этой ВЛ. В таком случае возможно применение перемещаемых (мобильных) ИРМ, например перемещаемых БК. В частности, перемещение БК осуществляют с помощью грузового автотранспорта (применение автокрана совместно с грузовым автомобилем; или рассмотрение возможности перевоза на этапе создания БК, с применением в ее конструкции элементов, позволяющих производить ее перемещение как «прицепа» к грузовому транспорту). При этом в осенне-зимний период передвижные БК применяют для проведения мероприятий по плавке гололеда, а в летний период возможно их использование по прямому назначению (компенсация реактивной мощности). Применение «перемещаемых» или «мобильных» БК для компенсации реактивной мощности эффективно, так как в процессе эксплуатации, как правило, происходят изменения как в схеме сети, так и в нагрузках ее узлов, влияющие на эффективность использования БК.

В условиях внедрения Smart Grid целесообразна автоматическая переконфигурация сети с целью увеличения перетока активной мощности по ВЛ, на которой необходима плавка гололеда, позволяющая уменьшить требуемую мощность батареи конденсаторов и сделать более равномерным распределение напряжений в сети при проведении плавки гололеда.

С целью сохранения допустимых уровней напряжений вдоль магистрали для электроснабжения питаемых потребителей во время плавки гололеда осуществляют регулирование напряжения на подстанции, от которой отходит ВЛ. Максимальные отклонения напряжений на шинах потребителей в соответствии с ГОСТ 13109-97 не должны превышать ±10%. При установке ИРМ в конце 4 линии напряжение у потребителя возрастет и может превысить допустимое значение. Для его уменьшения до допустимого уровня осуществлять регулирование напряжения в центре питания(ЦП) можно при помощи РПН питающего трансформатора. Однако минимальное значение напряжения в ЦП будет определяться близлежащими к нему потребителями. Таким образом, для обеспечения допустимых отклонений напряжения у потребителей максимальная потеря напряжения в линии не должна превышать определенного значения ΔU_MAX. Падение напряжения зависит как от значений потоков мощности, так и от параметров ВЛ (удельных сопротивлений и длины линии). В связи этим существует предельное значение длины линии, при которой будут выдержаны допустимые отклонения напряжений у потребителей в зависимости от потоков мощности по ВЛ и марки проводов, из которых она выполнена. Так, максимальная длина ВЛ с U_ном=10кВ, выполненной проводом АС-70, при перетоке активной мощности Р_H в диапазоне от 0 до 1,8 МВт, на которой возможна плавка гололеда с сохранением электроснабжения потребителей, находится в диапазоне от 8,35 км и до 12,8 км.

Пример 1.

Рассмотрим фидер с U_ном=10кВ, с нагрузкой, сосредоточенной в конце линии, Р_н=1,2 МВт, Q_н=0,9 М_вар, выполненного из провода АС-70, длиной 10 км, на котором необходимо выполнить плавку гололеда (или предотвратить образование гололеда) при скорости ветра ν=4 м/с и температуре воздуха t=-5°С. Для данных условий ток плавки гололеда I_пд=320 А. Мощность ИРМ, необходимую для плавки гололеда, определим по (I): Q_ИРМ ≈ М_вар. Ток предотвращения образования гололеда для данных условий I_пред=220 А.

Мощность ИРМ, необходимую для предотвращения образования гололеда, также определим по (I): Q_ИРМ 3,6 М_вар. При установке ИРМ таких мощностей в конце линии (у потребителя) ток в линии достигает необходимых значений (плавки гололеда или предотвращения его образования), а напряжение у потребителя возможно сохранить в необходимом диапазоне с помощью регулирования напряжения в ЦП.

Пример 2.

Рассмотрим фидер с 5 трансформаторными подстанциями (ТП) с полной мощностью в голове Р=1,73 МВт и cosγ=0,9, линии которого выполнены из провода марки АС-70 и имеют суммарную протяженность 5 км.

Для плавки гололеда методом встречного потока реактивной мощности необходим ИРМ мощностью Q_ИРМ=6М_вар.

При установке ИРМ такой мощности плавка гололеда осуществима вдоль всего фидера, при этом максимальный ток в линии не превышает максимально-допустимого значения тока для данной линии. Эпюра распределения токов вдоль линии в режиме плавки гололеда показана на фиг.2.

На фиг.3 показаны эпюры распределения напряжений вдоль фидера, питающего 5 ТП, в нормальном режиме и в режиме плавки гололеда. Как следует из приведенных эпюр напряжения для обеспечения нормируемых отклонений напряжений у потребителей необходимо в режиме плавки гололеда снижать напряжение в ЦП при помощи РПН питающего трансформатора.

Пример 3.

На фиг.4 изображен фидер с 5 ТП (выделен штрихпунктирной линией), на котором необходимо провести мероприятия по предотвращению образования гололеда, с полной мощностью в голове Р=1,73 МВт и cosγ=0,8, линии которого выполнены из провода марки АС-70 и имеют суммарную протяженность 5 км. На конце фидера существует возможность подключения ИРМ мощностью Q_ИРМ=3,6 М_вар. Однако мощности этой ИРМ недостаточно для проведения мероприятий по борьбе с гололедом. Для данного фидера существует возможность увеличения перетока активной мощности с помощью присоединения дополнительной нагрузки. Мощность дополнительной нагрузки выбирается таким образом, чтобы суммарный переток активной мощности Р_сум и встречный ему поток реактивной мощности Q на головном участке фидера создавали ток необходимой величины. Для того чтобы провести подогрев проводов данного фидера необходимо подключить дополнительную нагрузку с мощностью Р_доп=1,3 МВт, при этом напряжение у потребителей находится в допустимых пределах.