CC BY
79
Кольцов А. В. Koltsov Л. V.
генеральный директор Филиала ПАО «ФСКЕЭС» — Центр технического
надзора, г. Москва, Российская Федерация
Жернаков Ю. В. Zhernakov У. V.
заместитель директора ООО «НПП «ППТ», г. Снежинск, Российская Федерация
ь Ч
м
Ковтун Г. Н. КаШп G. N.
первый заместитель генерального директора — главный инженер Филиала ПАО «ФСКЕЭС» — МЭС Юга, г. Железноводск, Российская Федерация
0
1 т |
Салихзянов Р. М. Salihzyanov R. М.
главный специалист отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, г. Новосибирск, Российская Федерация
Горюшин Ю. А. Goryushin У. Л.
главный эксперт Департамента инновационного развития, ПАО «ФСКЕЭС», г. Москва, Российская Федерация
¿ 4
Лебедев И. А. Lebedev I. Л.
кандидат технических наук, начальник отдела новых
технологий Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, г. Новосибирск, Российская Федерация
УДК 621.315.175
НОВЫЕ РЕШЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ 220 И 330 КВ
Правила устройства электроустановок рекомендуют применение плавки гололеда на проводах линии электропередачи в районах с толщиной стенки гололеда 25 мм и более, а также в районах с частыми образованиями гололеда или изморози в сочетании с сильными ветрами и в районах с частой и интенсивной пляской проводов. Для проведения плавки гололеда необходимо организовать контур плавки, в определенных случаях это требуется сделать на самой линии электропередачи: в средней части или при заходе на подстанцию. Сегодня эти вопросы решаются с применением закорачивающих распределительных пунктов, что требует высоких финансовых затрат, или временных набрасываемых для закоротки проводниках, что не является достаточно надежным и безопасным решением. Цель разработки — создать устройство, позволяющее выполнять организацию контура плавки надежно и безопасно, а также без привлечения значительных финансовых вливаний. Для достижения поставленной цели рассмотрены различные варианты конструкций и элементов,
позволяющих реализовать необходимый функционал и отвечающих предъявленным требованиям.
В результате разработан линейный комплекс коммутационных аппаратов для размещения на опорах линий электропередачи 220 и 330 кВ, позволяющий управлять входящими в устройство разъединителями без подъема на опору за счет имеющейся системы питания при помощи выносного блока управления. Кроме того, устройство имеет систему самодиагностики, позволяющую оценивать состояние линейного комплекса коммутационных аппаратов удаленно. Предлагаемое решение по использованию разъединителей с увеличенным расстоянием между ножами позволило сократить их количество с трех до двух для одноцепной линии электропередач. Разработанная многоуровневая защита от несанкционированного доступа, заключающаяся в размещении оборудования на высоте, в применении антивандальных термошкафов и защитных ограждений, обеспечивает необходимый уровень безопасности линейного комплекса коммутационных аппаратов от вмешательства третьих лиц.
Разработанный линейный комплекс коммутационных аппаратов является надежным и безопасным решением задачи по организации контура плавки гололеда без существенных финансовых затрат, если такая задача должна быть решена за пределами подстанции.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, плавка гололеда, закорачивающий пункт, линейный комплекс коммутационных аппаратов, защита от несанкционированного доступа.
NEW ICE-MELTING SOLUTIONS FOR 220 AND 330 KV AC OVERHEAD TRANSMISSION LINES
Electrical Installation Regulations recommend the use of ice melting on wires of power lines in areas with a wall thickness of ice of 25 mm or more, as well as in areas with frequent formations of ice or frost in combination with strong winds and areas with frequent and intense wires' dancing. For ice-melting it is necessary to organize a circuit and in certain cases, for powerful lines it is required to short-circuit overhead transmission lines in the middle or at the entry to the substation. Today these problems are solved with help of shorting distribution stations that require high financial investments, or with help of temporary jumper wires that is not sufficiently reliable and safe. Purpose of discussed development is to create short-circuit device that will allow to carry out ice-melting safely and surely without involvement of significant financial investments. Various options for structures and elements that allow to implement the required functionality and to meet the required specification are considered to achieve this goal.
A linear complex of switching devices with remote control option is developed. The complex is placed on poles of 220 and 330 kV AC power lines. The device has a self-diagnostic system that allows assessing the state of linear complex of switching devices remotely. Number of circuit-breakers has been reduced from three to two for single-circuit transmission line due to increased distance between blades. Multi-level protection system from unauthorized access include placing equipment at altitude, using of vandal-resistant boxes and protective guards, and provide necessary level of security for the linear complex of switching devices.
Designed linear complex of switching devices is reliable and safe solution for ice-melting circuit arrangement outside a substation without significant investment.
Key words: overhead transmission lines, ice-melting, short-circuit station, linear complex of switching devices, protection against unauthorized access.
Введение
Воздушные линии электропередачи (ВЛ) являются наиболее протяженным объектом энергетической системы. В их составе находится множество однотипных элементов, от надежного функционирования которых зависит
работоспособность линии в целом. Согласно [1], за одиннадцатилетний период с 1997 по 2007 гг. 17,5 % технологических нарушений в работе ВЛ произошло из-за воздействия гололеда и ветра. На проводах нарастают ледяные муфты диаметром до 70 мм и весом
до 20-40 т/км, что в 10-20 раз превышает обычный вес. Это приводит к провисанию, обрыву проводов и падению опор [2]. Поэтому для предотвращения таких тяжелых последствий принимают определенные меры и проводят специальные мероприятия: используют усиленные или модернизированные конструкции элементов линии электропередачи, специальные устройства (ограничители гололедообразования, защитные кольца для ограничения налипания снега [3]), проводят механическую обивку гололеда [4], выполняют плавку гололеда электрическим током.
Плавка гололеда постоянным выпрямленным током с применением полупроводниковой техники в настоящее время является наиболее перспективным способом борьбы с гололедом. При этом все, что для этого требуется, — организовать контур плавки на линии электропередачи и подключить устройство плавки гололеда на подстанции.
1. Организация контура плавки гололеда
Система плавки постоянными регулируемыми токами выполняется по схеме «фаза-фаза» или «фаза-две фазы». Для этого с одной стороны линии электропередачи подключается устройство плавки (на подстанции), а с другой стороны ВЛ производится закорачи-
вание проводов соответствующих фаз, на которых производится плавка.
Традиционно для этой цели на подстанциях устанавливают закорачивающие пункты (далее — ЗКРП) на основе разъединителей, применение которых является экономически неэффективным при необходимости размещения ЗКРП за пределами подстанции.
Выходом из сложившейся ситуации является применение разъединителей, устанавливаемых на опорах воздушных линий электропередачи.
При этом известно о проектах с применением трехполюсных разъединителей с ручным приводом для организации контура плавки гололеда (см. рисунок 1), также возможны аналогичные варианты с применением однополюсных разъединителей. В этом случае выводы всех трех полюсов с одной стороны соединяются между собой.
Использование разъединителей с ручным приводом имеет ряд недостатков:
— привод разъединителей должен находится на высоте, позволяющей проводить комфортное оперирование (2-3 м) вручную;
— необходимо наличие повышенной защиты от несанкционированного доступа;
— на опору воздействует несимметричная односторонняя нагрузка от установленных разъединителей.
Рисунок 1. Пример расположения трехполюсного разъединителя 220 кВ с ручным приводом на анкерно-угловой опоре
2. Линейный комплекс коммутационных аппаратов
Для повышения удобства была инициирована научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа (НИОКР) по заказу ПАО «ФСК ЕЭС» для нужд предприятий Общества — «Разработка конструкторской документации, типовых решений и создание опытного образца комплекса коммутационных аппаратов с дистанционным управлением, устанавливаемого на опорах ВЛ 220-500 кВ для плавки гололеда». В результате реализации указанной НИОКР был разработан способ организации контура плавки гололеда, лишенный приведенных выше недостатков, — линейный комплекс коммутационных аппаратов (ЛККА). Конструктивно ЛККА состоит из однополюсных разъединителей, снабженных системой питания, отличительной особенностью которых является организация контура плавки гололеда за счет закорачивания непосредственно соседних фаз между собой (см. рисунок 2).
Основным вопросом при реализации принципиальной схемы рисунка 2 является возможность установки разъединителей между соседними фазами с соблюдением всех требуемых электроизоляционных расстояний. Такая возможность имеется при применении разъединителей серии РГ [5] напряжением 220 и 330 кВ, имеющих увеличенные расстояния между разомкнутыми контактами — 2000 и 2800 мм. Согласно [6, п. 4.2.55], расстояние в свету при жестких шинах (к ним относятся и межконтактный промежуток разъединителя) и номинальном напряжении 220 кВ между токоведущими частями разных фаз следует принимать 2000 мм, для напряжения 330 кВ указанное расстояние составляет 2800 мм, что позволяет включать разъединители непосредственно между соседними фазами, а также использовать такой способ установки
в линейном комплексе коммутационных аппаратов. В этом случае ЛККА будет иметь вид, представленный на рисунке 3.
Разработанный линейный комплекс коммутационных аппаратов обладает рядом достоинств перед существующими и применяемыми в настоящий момент решениями:
— количество применяемых разъединителей уменьшено на треть;
— дополнительная нагрузка более равномерно распределена в элементах опоры линии электропередачи;
— управление ЛККА осуществляется с выносного блока управления, размещенного в антивандальном шкафу на высоте 3 м;
— оперирование ЛККА возможно только при отсутствии номинального напряжения на линии электропередачи;
— защиту от несанкционированного доступа обеспечивают ограждения, размещение оборудования на высоте, применение антивандальных шкафов.
Места установки оборудования выбраны с учетом электрической прочности воздушной изоляции, а также минимизации объемов кабельно-проводниковой продукции, необходимой для электрического соединения всех элементов ЛККА с фазными проводами и между собой.
3. Размещение оборудования ЛККА на опорах линий электропередачи. Защита от несанкционированного доступа
Вопрос размещения ЛККА на опоре является одним из основных вопросов, влияющих на реальную применимость разработанных устройств.
Известно, что при проектировании и эксплуатации используются опоры разного назначения и с разной несущей способностью: промежуточные, угловые, анкерные, транспозиционные и т.д. Рациональным
Рисунок 2 Упрощенная принципиальная электрическая схема организации плавки гололеда на линиях электропередачи с помощью ЛККА
Электротехнические комплексы и системы
1 — емкостной трансформатор напряжения; 2 — разъединитель; 3 — ОПН; 4 — шкаф питания; 5 — шкаф блока управления; 6 — гибкая ошиновка; 7 — опорная конструкция для размещения ЛККА; 8 — площадка обслуживания; 9 — опора
Рисунок 3. Схема размещения ЛККА 220 кВ на опоре У220-3+9
решением является размещение ЛККА на опорах с повышенной несущей способностью, что позволит в ряде случаев полностью избежать усиления конструкции опор, и только в особых случаях потребует их усиления. На стандартных трассах к опорам с повышенной несущей способностью относятся анкерно-угловые опоры, размещение на которых ЛККА имеет следующие преимущества:
— анкерные опоры напряжением более 35 кВ должны располагаться на расстоянии не более 10 км друг от друга, а в труднодоступной местности и в местности с особо сложными природными условиями расстояние между опорами не должно превышать 5 км [6], что позволяет использовать этот вид опор при необходимости секционирования линии;
— переход с воздушной линии на портал подстанции осуществляется через концевые опоры, в качестве которых используются в
том числе анкерно-угловые опоры, которые можно использовать в случае необходимости размещения ЛККА у подстанции.
В сетях 220 и 330 кВ наиболее часто встречающимися анкерно-угловыми опорами являются опоры У220-1, У220-3, У330-1, У330-3, которые были рассмотрены в работе (включая подставки +5, +9, +14 под указанные виды опор).
Сами площадки для размещения ЛККА представляют собой пространственную решетчатую конструкцию, состоящую из швеллеров и уголкового профиля различного сортамента. Все конструкции для размещения на опорах 220 и 330 кВ, разработанные в рамках проведенной работы, состоят из:
— площадки обслуживания, выполненной из группы швеллеров и уголков, и уложенного на них просечно-вытяжного листа;
— ограждения;
— конструкции, передающей нагрузки от ЛККА на опору;
— элементов, служащих установочными площадками для оборудования, входящего в состав ЛККА.
Все соединения выполняются на болтах и на монтажной сварке.
Опорные конструкции ЛККА (см. рисунок 3) позволяют разместить все необходимое оборудование (разъединители, емкостные трансформаторы напряжения, шкафы питания, нелинейные ограничители перенапряжений), при этом особенностями конструкций является их разборный характер, а также возможность установки на существующие опоры.
Одной из важных задач по размещению оборудования ЛККА на опорах линии электропередачи является защита от несанкционированного доступа третьих лиц. В ряде случаев — при размещении конструкций на опорах с подставками +5, +9, +14 — высота расположения конструкций (более 4 м) является одним из факторов, ограничивающих доступ посторонних лиц. Однако данного решения недостаточно, т.к. остается возможность подъема на площадку обслуживания по конструкции решетчатой опоры, в т.ч. с помощью степ-болтов.
Для обеспечения защиты от несанкционированного доступа предлагается использо-
- 25
и системы. № 4, т. 12, 2016
Electrical facilities and systems
Колючая проволока "Егоза"
Рисунок 4. Схема установки каркаса ограждения для опор У330-1, У330-3 с подставками
вать металлические заграждения у основания опоры из просечно-вытяжного листа с колючей проволокой поверх ограждения, а также у основания, как показано на рисунке 4 (листы заграждения не показаны).
Разработанное ограждение защищает от несанкционированного доступа третьих лиц, в то же время сохраняется удобство оперирования разъединителями за счет имеющейся дверной секции в ограждении. Для управления ЛККА используется выносной блок управления, находящийся на высоте 3 м внутри защищаемого периметра, что позволяет управлять ЛККА без подъема на опору.
Дополнительной защитой от несанкционированного доступа является применение антивандальных термошкафов как для шкафов питания, так и для выносного блока управления.
4. Испытания опытного образца ЛККА
Осенью 2016 г. на территории испытательного центра Филиала ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ был собран и испытан опытный образец ЛККА на номинальное напряжение 220 кВ (рисунок 5). Основной целью испытаний опытного образца являлась проверка соответствия ЛККА техническим требованиям, в том числе проверка механической прочности опорной конструкции для размещения ЛККА и электрической прочности первичного оборудования, а также опре-
деление необходимых доработок по результатам испытаний.
Комплекс испытаний включал:
— контрольную сборку и механические испытания;
— функциональные и электрические (включая испытания на электромагнитную совместимость) испытания.
Выполнение испытаний позволило проверить работоспособность всех основных принятых конструкторских решений.
5. Заключение
Разработан линейных комплекс коммутационных аппаратов для применения на воздушных линиях электропередачи 220 и 330 кВ. Использование разработанного линейного комплекса коммутационных аппаратов позволяет решить возникающие при плавке гололеда задачи: обеспечение секционирования линий электропередачи и организация контура плавки гололеда без установки оборудования на территории подстанции.
Разработанная конструкция может быть размещена на типовых анкерно-угловых опорах У220-1, У220-3, У330-1, У330-3, в том числе с подставками +5, +9, +14 м, а разработанные мероприятия по защите от несанкционированного доступа позволяют безопасно применять ЛККА в том числе в ненаселенных районах.
Список литературы
1. Ефимов Е.Н., Тимашова Л.В., Ясинская Н.В. Причины и характер повреждаемости компонентов воздушных линий электропередачи напряжением 110-750 кВ в 1997-2007 гг. // Энергия единой сети. 2012. № 5. С. 32-41.
2. Гуревич М.К., Козлова М.А., Репин А.В., Шершнев Ю.А. Способы предотвращения аварий, вызванных гололедообразованием на проводах и грозозащитных тросах ВЛ // Известия НИИ Постоянного тока. 2010. № 64. С. 237-249.
3. РД 34.20.568-91. Методические указания по применению устройства ограничения налипания мокрого снега на провода ВЛ 10-220 кВ / ОАО «ВНИИЭ», утв. Минэнерго СССР 15.11.1991.
4. Шкапцов В.А. Системы прогнозирования и мониторинга сброса гололеда // Электроэнергия: передача и распределение. 2011. № 1. С. 24-28.
5. Разъединители серии РГ на напряжение 220 кВ (однополюсная установка): руководство по эксплуатации / ИВЕЖ.674215.108 РЭ, ЗАО «ЗЭТО». 49 с.
6. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2003.
References
1. Efimov E.N., Timashova L.V., Jasinskaja N.V. Prichiny i harakter povrezhdaemosti komponentov vozdushnyh linij jelektroperedachi naprjazheniem 110-750 kV v 1997-2007 gg. // Jenergija edinoj seti. 2012. № 5. S. 32-41.
2. Gurevich M.K., Kozlova M.A., Repin A.V., Shershnev Ju.A. Sposoby predotvrashhenija avarij, vyzvannyh gololedoobrazovaniem na provodah i grozozashhitnyh trosah VL // Izvestija NII Postojannogo toka. 2010. № 64. S. 237-249.
3. RD 34.20.568-91. Metodicheskie ukazanija po primeneniju ustrojstva ogranichenija nalipanija mokrogo snega na provoda VL 10-220 kV / OAO «VNIIJe», utv. Minjenergo SSSR 15.11.1991.
4. Shkapcov V.A. Sistemy prognozirovanija i monitoringa sbrosa gololeda // Jelektrojenergija: peredacha i raspredelenie. 2011. № 1. S. 24-28.
5. Raz#ediniteli serii RG na naprjazhenie 220 kV (odnopoljusnaja ustanovka): rukovodstvo po jekspluatacii / IVEZh.674215.108 RJe, ZAO «ZJeTO». 49 s.
6. Pravila ustrojstva jelektroustanovok. 7-e izd. M.: Izd. NC JeNAS, 2003.
