CC BY
20
I
SCIENCE TIME
I
ПРОБЛЕМА БОРЬБЫ С ГОЛОЛЕДОБОРАЗОВАНИЕМ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧ
THE PROBLEM OF DE-ICING ON OVERHEAD TRANSMISSION LINES
Акбаров Ильфат Камилевич, Казанский государственный энергетический
университет, г. Казань
E-mail: ilfat.akbarov@mail.ru
Akbaroм Ilfat Kamilevich, Kazan State Energy University, Kazan
E-mail: ilfat.akbarov@mail.ru
Аннотация. Рассмотрена проблема борьбы с обледенением проводов линий электропередач, которая довольно актуальна для всего мира, особенно в регионах с высокой влажностью и низкими температурами зимой. Поэтому во всем мире активно ведутся исследования и разработка способов и устройств для борьбы с обледенением линий электропередач. Важно в рамках проблемы отыскать эффективный способ борьбы с обледенением на линиях электропередач.
Abstract. The problem of icing control of power lines wires, which is quite relevant for the whole world, especially in regions with high humidity and low temperatures in winter, is considered. Therefore, worldwide research and development of methods and devices to combat icing of power lines are actively conducted. It is important within the framework of the problem to find an effective way to combat icing on power lines.
Ключевые слова: обледенение проводов линий электропередач, температура, гололедообразование, «скин-эффект», плавка гололеда.
Key words: icing of wires of power lines, temperature, icing, «skin-effect» melting of ice.
I
SCIENCE TIME
I
Проблема борьбы с обледенением проводов линий электропередач остается актуальной в настоящее время, особенно в регионах с высокой влажностью и низкими температурами зимой. Для передачи электроэнергии на большие расстояния, распределения ее по потребителям, по причине относительно небольшой стоимости широко применяют воздушные линии электропередачи (ЛЭП), одним из основных элементов которых являются провода. Высокая влажность, ветер, резкие перепады температуры воздуха способствуют образованию наледи на проводах воздушных линий, проводах контактной сети электротранспорта. Наличие гололеда обуславливает дополнительные механические нагрузки на все элементы воздушных линий.
Наиболее распространенным мероприятием для избавления от гололедных отложений является их плавка. В распределительных сетях 6-10 кВ плавку гололеда производят пропусканием по проводам ВЛ большого тока, в результате чего происходит нагревание проводов и их освобождение от гололедных отложений [1].
Рис. 1 Способ плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи 6(10) кв.
Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности плавки гололеда. Согласно предложенному способу осуществляют искусственное трехфазное короткое замыкание (КЗ) в конце воздушной линии (ВЛ), подают напряжение на линию ВЛ, нагревают фазные провода ВЛ повышенным током, вызывающим плавку льда на проводах, и устраняют КЗ на ВЛ после окончания плавки. При этом выполняют точную настройку процесса плавки на параметры проводов ВЛ и гололедных отложений с использованием тепловой модели провода и математической модели проплавления гололеда. С
»
47
1 SCIENCE TIME 1
помощью коммутационного модуля осуществляют один из трех циклических режимов плавки - полуавтоматический режим, полуавтоматический режим с контролем глубины проплавления и автоматический режим. В предложенных способах гарантируется режим, при котором температура наиболее нагретого участка ВЛ не превысит допустимой величины..
Недостатком технических решений являются:
- возможностью перегорания проводов ВЛ в процессе плавки,
- использованием ручного пользовательского управления ходом процесса.
Основные методы борьбы с гололедом, изморозью на проводах и тросах
воздушных линий электропередачи применяемые в России и других странах, заключаются в недопущении обледенений, уменьшении размеров и удалении гололедных отложений. Рассмотрим некоторые из них:
1) В 2009 году ОАО «НИИПТ» был разработан управляемый выпрямитель для плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах ВЛ. Выпрямитель управляемый плавки гололеда (ВУПГ) состоит из выпрямительного моста и блока системы управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА). Силовое оборудование ВУПГ предназначено для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом (исполнение УХЛ 1) и размещено в закрытом стальном контейнере, устанавливаемом на фундаменте на открытой части подстанции [4,6].
Рис. 2 Выпрямитель управляемый плавки гололеда (ВУПГ)
Установки типа ВУПГ имеют следующие преимущества:
- возможность регулирования тока плавки, в том числе и по сигналам с датчиков гололеда;
- плавный пуск и отключение выпрямителя позволяют избежать перенапряжений и облегчают работу коммутационной аппаратуры;
- возможность использования вентильной части установки в составе компенсатора реактивной мощности;
2) В 2008 году доктор технических наук, профессор МИРЭА В. Каганов
1 SCIENCE TIME 1
предложил новый способ борьбы с гололедом на проводах ЛЭП . 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). К недостаткам такого способа можно отнести следующее:
- необходимость постоянного прогрева проводов для предотвращения гололедообразования;
- высокая стоимость источников высокочастотного тока необходимой мощности.
В настоящий момент известны следующие системы мониторинга.
Известно устройство телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на проводах ЛЭП, с использованием концевых линейных заградителей и систем присоединения. Данное устройство состоит из двух генераторов синусоидальных сигналов близких по частоте. В устройстве также имеется два полосовых фильтра, настроенных на соответствующие частоты, подключенные ко второй системе присоединения. В потенциально гололедоопасных районах устанавливается датчик гололедно-ветровых нагрузок посредством механического присоединения к траверсе опоры ЛЭП и к проводу с использованием плунжера - с другой стороны. Недостатками представленного устройства являются сложность и громоздкость конструкции, низкая скорость передачи данных.
Существует также система передачи сигналов по ЛЭП для обнаружения отложений гололеда на проводах, включающая в себя блок управления передачей информации в виде высокочастотного генератора, подключенного посредством фильтра присоединения. В состав системы также входит конденсатор связи с фазным проводом ЛЭП, подключенный к блокам измерения. Из других компонентов системы можно выделить блок управления приемом, в состав которого входит блок сигнализации, соединенный посредством фильтра присоединения, а также конденсатор связи с фазным проводом ЛЭП. Задачей блока управления передачей информации является формирование сигнала, отражающего интенсивность процесса гололедообразования в виде дискретных высокочастотных колебаний на выходе генератора [2,3].
Наиболее действенный способ борьба с гололедообразованием на воздушных линиях электропередач 6(10Й кВ является «скин-эффект».
Рис. 3 «Скин-эффект»
К достоинствам такого способа можно отнести следующее:
1. Разогрев линий электропередач токами высокой частоты позволит предотвращать образование гололёда на проводах, поскольку можно нагреть их до 10-20°С, не дожидаясь образования плотного льда. Отключать от электрической сети потребителей не придётся — высокочастотный сигнал к ним не проникнет. Способ позволяет не допускать появления гололёда на проводах, а не начинать с ним бороться после того, как ледяная «шуба» их окутает.
2. Поскольку провода можно нагревать всего на 10-20°С, то по сравнению с плавкой, требующей нагрева проводов до 100-130°С, значительно уменьшается расход электроэнергии.
3. Так как сопротивление проводов токам высокой частоты по сравнению с промышленной (50 Гц) резко возрастает, коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую оказывается велик. Это в свою очередь приводит к снижению требуемой мощности. На первых порах, по всей видимости, можно ограничиться частотой около 100 МГц генератора мощностью 20-30 кВт, воспользовавшись существующими вещательными радиопередатчиками.
Борьба с обледенением проводов линий электропередач и контактных сетей остается одной из главных для многих регионов Земного шара. Каждый из применяемых в настоящее время способов борьбы с гололедом обладает определенными недостатками. Поэтому разработка эффективных, экономичных, безопасных устройств и методов, направленных на недопущение обледенений, снижение размеров и удаление гололедных отложений, остается актуальной задачей.
1 SCIENCE TIME 1
Литература:
1. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. - М., Энергия, 584 с.
2. Правила устройства электроустановок / Под ред. М.М. Соколова. - М.: Энергоатомиздат, 2006. - 565 с.
3. Правила устройства электроустановок. Минэнерго, Санкт-Петербург, 2001.
4. Справочник по проектированию линий электропередачи / Под ред. И.А. Реута и С.С. Рокотяна. - М, Энергия, 1980.
5. Системы государственных стандартов безопасности труда и безопасности в чрезвычайных ситуациях. - Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 2008. - 320 с.
6. Устройство для борьбы с гололедными отложениями на проводах ВЛ. -НИИПТ, Санкт-Петербург, 2009.
