Методи за предотвратяване на инциденти с лед в България
ТОПЕН ЛЕД НА ВЛ 110—500 KV
Авариите, причинени от лед и вятър, са сериозен проблем за електрическите мрежи от всички класове на напрежение (1). Днес топенето на лед се използва на линии 110-500 kV с променливи, постоянни и постоянни регулирани токове. Всеки метод на топене изисква организирането на верига, състояща се от източник и обект на топене (фазови проводници, мълниезащитни кабели), сглобени по един или друг начин. При топене с променлив ток, за да се постигне стойността му в проводника, от една страна, необходима за проникване на отлагания от лед и скреж, и от друга страна, да не се надвишава максималния работен ток за този тип проводник, е необходимо съответно да се избере импедансът на натоварване, тъй като напрежението на източника е фиксирано. На практика, за да се организира такъв избор, е необходимо да се свържат няколко линии последователно, като се използва цял комплекс от разединители в различни точки на мрежата, дори ако трябва да се стопи само една въздушна линия. Създаването на сложна схема за топене изисква значително време - 6-7 часа или повече, докато ледената ситуация трябва да бъде решена възможно най-скоро.
От началото на 60-те години се използва топене на постоянен ток от диодни токоизправители. Този метод обаче, без да позволява регулиране на напрежението на източника, води до същите проблеми като топенето с променлив ток.
Във всеки случай топенето на постоянен ток е много по-икономично от променлив ток, тъй като чисто активен товар R работи при постоянен ток и целият ток от източника се нагрява; с променлив ток, за да се получи същия отоплителен ток, е необходимо по-голямо напрежение на източника, т.к. натоварването е импеданс
където: L - индуктивност на товара, f - промишленчестота. За въздушни линии 300–500 kV топенето на променлив ток е технически трудно осъществимо поради високата консумация на енергия. Таблица 1.
Таблицата показва, че колкото по-мощна е въздушната линия, която трябва да бъде освободена от ледени отлагания, толкова по-изгодно е използването на постоянен ток.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТОПЕНЕТО НА ЛЕДА НА МЪЛНИЕВИ ВЪЖЕТА
Опитът в експлоатацията на въздушните линии показва, че кабелите са податливи на аварии от заледяване дори в по-голяма степен от фазовите проводници, а прекъсването на кабела извежда цялата въздушна линия от работа. Трудностите при топенето на лед върху кабелите са причинени по-специално от факта, че кабелите на повечето въздушни линии имат заземяване на всички опори или на значителна част от тях. За да се създаде верига за топене, всички заземявания за ледения сезон трябва да бъдат премахнати. Това изисква окачване на кабели върху изолатори от клас на напрежение, съответстващ на напрежението на източника на топене. Ежегодното провеждане на такива събития създава значителни технически и икономически трудности. Освен това, по очевидни причини, операторите често настояват да организират топенето на кабела, без да изключват съответната въздушна линия. Тогава веригата на стопилката обикновено се формира с помощта на "земята", което създава редица допълнителни проблеми. При топене с постоянен ток, получените значителни токове в "земята" влияят върху работата на оборудването за релейна защита и автоматика. Използването на високоволтови трансформаторни намотки за топене на кабели с променлив ток води до необходимостта от укрепване на изолацията на кабелното окачване и след това до промяна на изискванията за опори, до необходимостта от тяхната подмяна. В резултат на това в повечето случаи не е възможно да се осигури топенето на лед върху кабелите по цялата им дължина без изключване на въздушната линия (1). Като изходот разпоредбата се разглежда възможността за изоставяне на мълниезащитни кабели, чиито функции за намаляване на пренапреженията от мълния са възложени на отводители на пренапрежения, разположени върху опори по трасето на въздушната линия. Обосновката за такава подмяна и методите за избор на вида, количеството и местоположението на инсталацията на разрядника са дадени в литературата (3).
ТОПЕНЕ НА ЛЕД НА ВЛ 6—35 KV
Предварителен анализ на технологичните повреди в редица региони за 2009–2010 г., извършен от DC Research Institute. показа, че делът на линиите с високо напрежение 110-500 kV представлява по-малко от 10% от всички аварии с леден вятър (въпреки че последствията от аварии на големи въздушни линии са опустошителни). Повечето от проблемите са в областни, общински и селски мрежи с напрежение 6-35 kV. Ситуацията особено се влоши през зимата на 2010/2011 г., когато се случиха масови спирания на такива въздушни линии в централните райони на България, включително Москва. Част от авариите не са пряко свързани с обледеняване на ВЛ (тесни просеки по ВЛ, падащи дървета), а някои са обусловени именно от явления лед-скреж.
Днес няма ефективни решения за противодействие на заледяването на въздушните линии с ниско напрежение. През последните години различни мрежови организации се обърнаха към нас с молба да организираме евтина система за топене на лед на въздушни линии 6-10 kV. В този случай дължините на проводниците, които трябва да се стопят, варират от 0,3 до 30 km. Най-често въздушните линии 6-10 kV се полагат с проводник AS-35, за който токът на топене е 300 A. Напреженията на източниците на постоянен ток на топене, необходими за различни сегменти на въздушната линия, са дадени в таблица. 2.
Разнообразието от местни въздушни линии 6-10 kV, техният масов характер и разклонение поставят задачата да се разработи някакъв тип оборудване, което е сравнително евтино и подходящо за масова употреба. Разбирайки остротата на проблема, OJSC NIIPT вПо инициатива беше предприета работа, която показа, че проблемът може да бъде решен с помощта на една или друга модификация на мобилно устройство за топене на лед (MUPG).
По принцип са възможни две конструкции на MUPG - със собствен независим източник на енергия (дизел генератор) и с захранване директно от мрежата (например от разпределителна точка 6 или 10 kV). И в двата случая GPMU трябва да се монтира на превозно средство с висока проходимост.
Скица на GPSG с мощност до 10 MW, захранвана от мрежа 6,3 kV, е показана на фиг. 4.
Силовата част, системата за управление и седалката на оператора са поставени в стандартен транспортен контейнер. Цялото електрическо и електронно оборудване има транспортен дизайн и е проектирано да работи при температури на околната среда до -40°C. Теглото на агрегата е не повече от 5 т. Може да се монтира на товарно полуремарке и да се транспортира с всеки трактор. Приблизителната цена на ремаркето е 800 000 рубли, което е по-малко от 10% от общата цена на цялото оборудване на VUPG.
В случаите, когато няма налично мрежово захранване за GPGM, е възможно системата за топене на лед да се захранва от дизелов генератор. В същото време трябва да се отбележи, че ако въздушната линия е дълга и за нейното топене е необходимо напрежение от 10 kV, тогава цената на дизелов генератор (например произведен от Cummins Inc., GB, с мощност 2,5 MW и напрежение 11 kV) е най-малко 600 хиляди долара, което е значително повече от общата цена на оборудването на VUPG. Теглото на такъв дизелов двигател е 17 т. Затова според нас вариантът с високоволтов двигател не решава проблема. В случай на къси изходящи линии или възможността и желанието на услугата за експлоатация на разпределителната мрежа да топи лед в участъци, движейки се по въздушната линия, можетеда се използва MUPG с ниско напрежение, базиран на широко разпространени и сравнително евтини дизелови двигатели с напрежение 0,4 kV на стойност 500-800 хиляди рубли. Топенето може да се извърши както с променлив, така и с постоянен ток. Дължините на разтопените участъци на въздушната линия с проводник AS-35 са дадени в табл. 3. Дизеловите двигатели могат веднага да бъдат оборудвани с прости диодни токоизправители с естествено охлаждане. Прогнозна цена - 20 хиляди рубли.
Експлоатационният опит през есенно-зимния период на въздушни линии от всички класове на напрежение показа необходимостта от масови мерки за предотвратяване на аварии с леден вятър.
Понастоящем най-ефективното средство за борба с отлаганията от лед и скреж върху въздушни линии 110-500 kV е топенето с постоянен регулиран ток с помощта на контролирани токоизправители от типа VUPG, разработени от OAO NIIPT.
Аварии с леден вятър в регионални, общински и селски мрежи с напрежение 6–35 kV се случват по-често, отколкото в главните линии, но днес няма общоприети организационни и технически решения за противодействието им.
Възможно решение на проблема с мрежите 6-35 kV е разработването и разпространението на мобилни устройства за топене на лед от различни видове (високо напрежение, ниско напрежение, със или без собствени независими източници на енергия).
Топенето на лед върху мълниезащитните кабели и OPGW често изисква сложни организационни и технически мерки, поради което, когато е възможно, е препоръчително мълниезащитните кабели да се заменят с разрядници за пренапрежение. Топенето при OPGW, като се има предвид строгото ограничение на температурата на влакното, трябва да се извършва само от VUPG, оборудван с гъвкава многофункционална система за управление, регулиране, защита и автоматизация.