CC BY
46
20. Официальный сайт компании Siemens. — Режим доступа : www.siemens.com (дата обращения: 17.03.2016).
21. Новожилов, Т. А. Максимальная токовая защита на герконе / Т. А. Новожилов, А. Н. Новожилов, А. П. Попов, Н. В. Малинин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины, технологии. — 2015. — № 3 (143). — С. 251 — 253.
22. Новожилов, Т. А. Чувствительная защита от замыканий ТТНП с герконом / К. И. Никитин, А. Н. Новожилов, Д. А. Ку-дабаев, Т. А. Новожилов, О. А. Сидоров // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины, технологии. — 2013. — №2 (120). - С. 210-213.
НОВОЖИЛОВ Тимофей Александрович, ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
НОВОЖИЛОВ Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор (Республика Казахстан), профессор кафедры «Электроэнергетика» Павлодарского государственного университета им. С. То-райгырова (ПГУ), Республика Казахстан. ЛЯШКОВ Алексей Ануфриевич, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Инженерная геометрия и САПР» ОмГТУ. ВОЛГИНА Екатерина Михайловна, ассистент кафедры «Электроэнергетика» ПГУ.
Адрес для переписки: timokvey@mail.ru
Статья поступила в редакцию 10.03.2016 г. © Т. А. Новожилов, А. Н. Новожилов, А. А. Ляшков, Е. М. Волгина
УДК 621382 Д. Н. ШЕЛКОВНИКОВ
Н. Д. ШЕЛКОВНИКОВ А. В. БУБНОВ
Омский государственный технический университет
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ОТ СНЕЖНО-ЛЕДОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Предложен способ раннего обнаружения и удаления гололедных образований с проводов линий электропередачи, при котором после воздействия на них высокочастотного тока (1=0,15 МГц), в результате проявления скин-эффекта формируется талая прослойка между проводом и гололедной муфтой, а при последующем воздействии термодинамического удара ледяная муфта легко отслаивается от провода и удаляется. Ключевые слова: линия электропередачи (ЛЭП), плавление гололЛ дныхэбразований на ЛЭП, диагностика ЛЭП.
Энергетики рассматривают обледенение ЛЭП в качестве одного из опасных бедствий. В настоящее время все энергетические сетевые компании для защиты высоковольтных линий электропередачи от гололедных образований используют только метод плавки гололеда постоянным или переменным токами. Известно, что этот метод является одним из опасных мероприятий для исполнителей работ и случайных людей окружения. Этот технологический процесс плавки гололеда предусматривает предварительные отключения электроэнергии от всех ее потребителей. А это значит, что по причине вынужденного отключения электроэнергии от потребителей нарушается вся инфраструктура жизнеобеспечения населения, т.е. нарушаются условия обеспечения безопасности. Тем более именно сегодня назрела актуальная проблема создания автоматизированной системы защиты линий электропередач, в которой предупредительные меры по предотвращению гололедных образований на воздушных линиях становятся еще более актуальными. К таким мерам отно-
сится процедура раннего обнаружения гололедных образований на проводах линий электропередачи.
Целью данной научной работы является определение способа раннего обнаружения гололедных образований, который должен быть надежным, оперативным, дистанционным, не требовать наличия телемеханического канала для передачи данных на диспетчерский пункт и позволять автоматизировать процесс обнаружения появления гололеда на проводах электролинии и своевременного его удаления, не прерывая подачи электроэнергии потребителям. При этом процесс слежения за появлением гололеда на проводах электролинии и его удаления должен быть максимально автоматизированным с исключением аварийного состояния по вине «человеческого фактора».
Для удаления снежно-ледового образования с проводов предлагается устройство [1], в котором в результате скин-эффекта формируется талая прослойка между проводом и гололедной муфтой. Затем в линию автоматически подается мощный импульс
Подстанция
ЛЭП-1
Фаза А
Фаза В
Фаза С
1<ЗВТ
Рефлектометр
Коммутатор силовой электроники в цепях линий электропередачи
Контроллер
Генератор ВЧ имп. тока. Инвертор 150 кГц
Генератор мощных импульсов тока I
ЭВМ. АРМ диспетчера
А
Световое табло
Генератор мощных импульсов тока
+4 кВ +2 кВ +36 В
Блок электропитания
ЛЭП-2
Рис. 1. Функциональная схема устройства для автоматизированного удаления снежно-ледового образования с проводов линий электропередачи (на примере двух ЛЭП)
тока для формирования термодинамического удара [2], в результате действия которого ледяная муфта легко отслаивается от провода и удаляется. Данный процесс по времени занимает не более 4 — 5 секунд. Удаление гололедных образований с линий электропередачи (ЛЭП) осуществляется с использованием способа разогревания проводов путем подачи на них напряжения высокой частоты, отличительной характеристикой которого является возникновение скин-эффекта. Известно, что в однородном проводнике переменный ток высокой частоты, в отличие от постоянного, не распределяется равномерно по сечению проводника, а концентрируется на его поверхности, занимая очень тонкий слой [3].
Предлагается для реализации перспективные способ и устройство для удаления снежно-ледового образования с проводов линий электропередачи (рис. 1). Данное устройство включает в себя управляемый гальванически развязанный генератор мощных импульсов тока [4], подключенный посредством импульсных трансформаторов в провода соответствующей расщепленной фазы линий электропередачи. Устройство отличается от аналогичных тем, что оно содержит подстанцию, а также объединенные в локальную сеть рефлектометр, генератор ВЧ импульсов тока, управляемые, гальванически развязанные генераторы мощных импульсов тока, общее количество которых соответствует числу контролируемых ЛЭП, соединенные с коммутатором силовой электроники, обеспечивающим подключение в соответствующие расщепленные фазы линий электропередачи, а также контроллер, связанный с рефлектометром, автоматизированное рабочее место диспетчера с ЭВМ, световое табло и блок электропитания.
Устройство работает следующим образом.
Импульсный рефлектометр осуществляет в штатном режиме круглосуточное, последовательное во времени зондирование всех контролируемых линий электропередачи с целью выявления на них гололедных образований. При обнаружении гололедных образований на любой контролируемой линии электропередачи контроллер формирует и передает
по локальной сети команду на включение генератора ВЧ импульсов тока для подачи от него высокочастотного напряжения через коммутатор силовой электроники в данную линию расщепленной фазы для ее предварительного, по правилу скин-эффекта, разогревания и формирования талой прослойки между проводом и ледяной муфтой.
Далее, по команде от контроллера, включается соответствующий генератор мощных импульсов тока для формирования термодинамического удара, который вместе с предварительно подогретой прослойкой между проводом и ледяной муфтой, осуществляет сброс гололедных образований с линии электропередачи.
Автоматизированное рабочее место диспетчера обеспечивает бесперебойную работу подстанции с отображением оперативной информации на световом табло.
Для получения мощных источников энергии с целевым применением их в системах защиты ЛЭП от гололедных образований предложена схема преобразователя энергии с дозирующим последовательным резонансным контуром (ДПРК) (рис. 2). Сущность преобразования состоит в том, что из сетевого напряжения или напряжения от дизель-генератора ADV-320 выпрямленное напряжение через выпрямитель поступает на инвертор, в котором напряжение усиливается и преобразуется в симметричную прямоугольную форму типа «Меандр» без постоянной составляющей. Далее через резонансный контур LK и ^ усиленное напряжение дополнительно усиливается высоковольтным трансформатором ТВ и поступает в блок электропитания на частоте 150 кГц для дальнейшей коммутации по назначению. Это же напряжение частотой 150 кГц после выпрямителя В2 используется для зарядки накопительного конденсатора СН для формирования мощных импульсов тока.
Таким образом, предлагаемое устройство повышает эффективность защиты ЛЭП от гололедных образований за счет своевременного оповещения о возможной аварийной ситуации и автоматизации удаления снежно-ледового образования с проводов
Рис. 2. Аппаратурный комплекс мобильного варианта с преобразователем энергии ДПРК для удаления гололёдных образований с высоковольтных линий электропередачи
линии электропередачи. Общие затраты времени на удаление гололедных образований с каждой линии электропередачи не превышают 6 секунд. При этом исключается «человеческий фактор» в аварийной ситуации и обеспечивается бесперебойная подача электроэнергии потребителям.
Предложена для реализации схема мобильного варианта аппаратурного комплекса с преобразователем энергии ДПРК для удаления гололедных образований с проводов ЛЭП.
Аппаратурный комплекс содержит блок электропитания, включающий в себя три источника постоянного тока. Один из них (+ 4 кВ), параллельно подключен к генераторам мощных импульсов тока; второй источник ВЧ сигналов (2 кВ), подключен к генератору ВЧ импульсов тока; к третьему источнику постоянного тока ( + 36 В) параллельно подключены коммутатор силовой электроники, рефлектометр, контроллер, АРМ диспетчера в составе с ЭВМ, световое табло и генератор ВЧ импульсов тока.
Аппаратурный комплекс работает по следующему алгоритму: импульсный рефлектометр осуществляет в штатном режиме круглосуточное последовательное во времени зондирование всех контролируемых линий электропередачи с целью выявления на них гололедных образований. Принцип действия рефлектометра заключается в подаче импульсного сигнала в контролируемую линию электропередачи и определении суммарного времени, затраченного на его распространение в прямом и обратном направлении после отражения от конца линии. Поскольку гололедные образования представляют собой неоднородный диэлектрик, который уменьшает скорость распространения сигнала, то по результатам сравнения измеренных рефлектограмм с эталонной определяются параметры гололедной муфты и место ее расположения вдоль контролируемой линии электропередачи.
При обнаружении гололедных образований на любой контролируемой линии электропередачи,
контроллер формирует и передает по локальной сети команду на включение генератора ВЧ импульсов тока для подачи от него высокочастотного напряжения через коммутатор силовой электроники в данную линию расщепленной фазы для ее предварительного разогревания по правилу скин-эффекта и формирования талой прослойки между проводом и ледяной муфтой. После завершения предварительного разогревания проводов расщепленной фазы автоматически, по команде от контроллера, включается соответствующий генератор мощных импульсов тока, от которого передаваемый мощный импульс через посредство коммутатора силовой электроники поступает в контролируемую линию электропередачи. В результате воздействия на данную линию расщепленной фазы мощного импульса тока формируется термодинамический удар, который в совокупности с предварительно подогретой прослойкой между проводом и ледяной муфтой осуществляет удаление гололедных образований с линии электропередачи. Общие временные затраты на этот процесс удаления гололедных образований не превышает 5 — 6 секунд.
Автоматизированное рабочее место диспетчера обеспечивает бесперебойную работу подстанции с отображением оперативной информации на световом табло 7.
По завершении удаления гололедных образований с линий электропередачи автоматизированное устройство переходит в штатный режим непрерывного мониторинга всех ЛЭП.
Заключение. Таким образом, предлагаемое устройство и реализованный на его основе мобильный комплекс повышают эффективность защиты ЛЭП от гололедных образований за счет своевременного оповещения о возможной аварийной ситуации и автоматического удаления снежно-ледового образования с проводов линии электропередачи.
Практическая значимость полученных результатов:
1. Предложенная для реализации система автоматизированного мониторинга и диагностики линий электропередачи позволяет полностью исключить аварийные ситуации по вине «человеческого фактора».
2. Предложенная для реализации система автоматизированной защиты линии электропередач предусматривает также и гарантированную защиту служебных каналов связи, в том числе каналов релейной автоматики, а также защиту и контроль исправности линий электропередач, находящихся в резерве (в нерабочем состоянии).
Библиографический список
1. Пат. 2520581 РФ, МПК H02G 7/16. Устройство для удаления снежно-ледового покрытия с проводов линий электропередач / Шелковников Н. Д., Шелковников Д. Н. ; заявитель и патентообладатель Н. Д. Шелковников, Д. Н. Шелковников. — № 2012155399/07 ; заявл. 19.12.2012 ; опубл. 28. 04.2014, Бюл. № 18.
2. Пат. 2404497 РФ, МПК H02G 7/16. Способ для удаления снежно-ледового покрова с проводов линий электропередач / Шелковников Н. Д., Шелковников Д. Н. ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Омский государственный технический
университет». - № 2009111643/07 ; заявл. 30.03.2009 ; опубл. 20.11.2010 г., Бюл. № 32.
3. Шелковников, Н. Д. Способ и устройство автоматизированной защиты ЛЭП от снежно-ледового покрытия / Н. Д. Шел-ковников, Д. Н. Шелковников // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2011. — № 1 (97). — С. 130 — 134.
4. Быстров, Ю. А. Электронные цепи и микросхемотехника / Ю. А. Быстров, И. Г. Мироненко. — М., Высшая школа, 2002. — 384 с.
ШЕЛКОВНИКОВ Дмитрий Николаевич, соискатель по кафедре «Электрическая техника» Омского государственного технического университета (ОмГТУ); региональный представитель НОУ ВПО «Сибирский институт бизнеса и информационных технологий». ШЕЛКОВНИКОВ Николай Дмитриевич, кандидат технических наук.
Адрес для переписки: hirurg-37@mail.ru БУБНОВ Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Электрическая техника» ОмГТУ. Адрес для переписки: bubnov-av@bk.ru
Статья поступила в редакцию 16.03.2106 г. © Д. Н. Шелковников, Н. Д. Шелковников, А. В. Бубнов
Книжная полка
Расчет тепловых процессов и установок в примерах и задачах : практикум / В. В. Шалай [и др.]. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. - 119 с.
Практикум разработан в соответствии с рабочими программами по дисциплинам «Теоретические основы теплотехники», «Топливо и теория горения» и «Котельные установки и парогенераторы» для теоретического изучения особенностей расчета теплообменных поверхностей котельных установок. Содержит краткие сведения по проведению теплового и конструктивного расчета конвективных поверхностей с учетом геометрических особенностей, примеры расчета и задания к выполнению практических работ. Предназначен для студентов теплотехнических специальностей по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника».
Михайлов, А. Г. Теоретические основы теплотехники : учеб. текстовое электрон. изд. локального распространения : практикум / А. Г. Михайлов, П. А. Батраков. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2015. -1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).
Приведены задачи, примеры и методы их решения, лаконично и последовательно изложены теоретические основы теплотехники, знание которых необходимо для решения задач прикладной теплотехники. Практикум предназначен студентам энергетических направлений подготовки: 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 13.03.03 «Энергетическое машиностроение».
Парамонов, А. М. Технологические энергоносители предприятий. Расчет и выбор оборудования систем производства сжатого воздуха : учеб. текстовое электрон. изд. локального распространения : учеб. пособие/ А. М. Парамонов. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2016. - 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).
Изложены методы конструктивного расчета воздушных компрессорных станций для снабжения технологических процессов сжатым воздухом. Даны примеры расчета оборудования компрессорной станции. Приведены краткие рекомендации по выполнению разделов курсового проекта и задания для его выполнения по вариантам. Предназначено для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения направления подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника», профилей «Промышленная теплоэнергетика» и «Тепловые электрические станции».
