Въздушни линии
Алексей Кувшинов, Доктор на техническите науки, Държавен университет в ТолиатиАлександър Хренников, Доктор на техническите науки, STC FGC UES JSC, МоскваВладимир Карманов, Генерален директорНариман Ахметжанов, Главен специалист на Energia T LLC, Толиати
ПАСИВНИ И АКТИВНИ МЕРКИ
Като пасивна мярка против заледяване могат да се използват различни кабели за тежък режим. Например тел ACCC (Aluminium Conductor Composite Core - алуминиев проводник с композитна сърцевина), който представлява набор от алуминиеви проводници около епоксидна сърцевина от въглеродни влакна и стъклени влакна [2]. Сърцевината на проводника ACCC е стабилна по размери, тъй като нейният коефициент на топлинно разширение (1,6 x 10 -6 °C) е почти с порядък по-нисък от този на стоманата (11,5 x 10 -6 °C -1). Следователно проводниците ACCC могат да издържат на високи температури за дълго време, предотвратявайки образуването на лед.
Също така трябва да се отбележи Aero-Z® телта, която се състои от един или повече концентрични слоя кръгли телове (вътрешни слоеве) и Z-образни телове (външни слоеве). Всеки слой тел има усукване по дължина, направено с определена стъпка. Гладката повърхност намалява натоварването от вятър с 30-35% и предотвратява залепването на сняг и лед. Тел Aero-Z ® обаче има ограничение за топене на лед, тъй като не позволява дълготрайно повишаване на температурата над 80 °C.
Като цяло практическото прилагане на пасивни методи за справяне с лед е възможно само при проектиране и въвеждане в експлоатация на нови електропроводи. Реконструкцията на стари въздушни линии е свързана със значителни разходи.
Следователно не губиот значение е задачата за разработване на активни методи за справяне с ледените отлагания по въздушните линии. Традиционните методи включват топене на лед върху проводници на въздушни линии с променлив ток чрез изкуствено създаване на къси съединения (SC) или с постоянен ток с помощта на неконтролирани или контролирани токоизправители [3, 4]. Въпреки това, в първия случай е възможно повреда на проводниците на въздушната линия, а във втория случай скъпите токоизправители не се използват през по-голямата част от календарната година.
В същото време текущото състояние на елементната база на силовата електроника отваря допълнителни възможности и стимулира разработването на нови методи за борба с отлаганията от обледеняване, които са лишени от тези недостатъци. Голям брой научни публикации са посветени на изследването на образуването на лед и борбата с ледените отлагания.
Тази статия поставя задачата за систематизиране и сравнителен анализ на съществуващите методи за справяне с ледени отлагания, чието решение ще позволи да се избере от наличния набор от технически решения най-рационалното за местните условия.
КЛАСИФИКАЦИЯ НА НАЧИНИ ЗА БОРБА С ЛЕД
За отстраняване на отлаганията от лед и скреж от проводниците на електропроводите, известните устройства и методи използват следните видове физическо въздействие (фиг. 1):
- термично въздействие чрез нагряване на проводника до температура 120–130 °C, при която ледената втулка се топи, или чрез превантивно нагряване на проводниците с 10–20 °C за предотвратяване образуването на лед;
- термодинамичен ефект чрез предварително нагряване на проводника, докато се образува потопен слой между проводника и ледената втулка и последващото "разклащане" на проводниците от силата на Ампер, която възниква при преминаванемощен токов импулс;
- електромеханично действие чрез периодично предаване на токови импулси, причиняващи механични вибрации на проводниците и разрушаване на ледения съединител. Ефективността на електромеханичните въздействия се повишава с такива параметри на токовите импулси, които предизвикват механичен резонанс;
- механично действие чрез преместване на винтовете по проводника с помощта на вятърна енергия, енергията на електромагнитното поле на фазовия ток на въздушната линия, постоянни магнити, линеен асинхронен двигател или създаване на вибрации на проводника с помощта на механичен генератор на колебания. (Не се разглежда допълнително, тъй като техниката на преобразуване практически не се използва). Трябва само да се отбележи общият недостатък на механичните системи, който се състои в необходимостта да се монтират ръчно върху жицата, да се извадят от жицата и също да се окачат от една жица на друга. Това изисква специално оборудване (автовишка) и обслужващ персонал, което увеличава оперативните разходи и затруднява използването в труднодостъпни места.
Фиг. 1. Класификация на известни методи за отстраняване на ледени отлагания от проводници на въздушни електропроводи
SW - управляван токоизправител; STK - статичен тиристорен компенсатор; FC - честотен преобразувател; NFC - директен честотен преобразувател; PCD - устройство за надлъжна компенсация
Термично излагане на променлив ток с индустриална честота
Топенето на лед с променлив ток се използва само на линии с напрежение под 220 kV с проводници с напречно сечение по-малко от 240 mm 2 [3]. Източникът на захранване обикновено е 6–10 kV подстанционни шини или отделен трансформатор. Схемата за топене на лед трябва да бъде избрана по такъв начин, че да гарантирапотокът на ток през проводниците на въздушните линии, 1,5–2 пъти по-висок от дългосрочно допустимия ток. Този излишък е оправдан от кратката продължителност на процеса на топене (
1 h), както и по-интензивно охлаждане на проводника през зимата. За стандартни стоманено-алуминиеви проводници от тип AC с напречно сечение 50–185 mm 2, приблизителната стойност на едночасовия ток на топене на лед е в диапазона 270–600 A, а токът, който предотвратява образуването на лед върху проводниците, е в диапазона 160–375 A.
Често обаче е невъзможно да се избере необходимата стойност на тока на късо съединение само поради избора на схемата за топене на лед. Превишаването на горните стойности на тока на топене може да доведе до отгряване на проводниците, последвано от необратима загуба на якост. При по-ниски стойности на тока на топене еднократно преминаване на ток на късо съединение може да не е достатъчно за пълно отстраняване на леда. След това късото съединение трябва да се повтори няколко пъти, което допълнително утежнява последствията.
За да се избегнат тези негативни последици, използването на тиристорен регулатор на променливо напрежение, чиято схема е показана на фиг. 2 [5]. В режим на топене на лед ключ7е изключен, ключ8е включен. Възможните начини за регулиране на тока на топене са импулсно-фазови чрез промяна на ъглите на превключване на силовите тиристори1,2,3или широчинно-импулсни чрез промяна на броя на периодите на подаване на напрежение.
Фиг. 2. Инсталация за компенсация на реактивната мощност и топене на лед
1, 2, 3 - мощност тиристори; 4, 5, 6 - реактори; 7, 8 - превключватели
В режим на компенсация на реактивната мощност превключвател7е включен и превключвател8е изключен. В този случай захранващите тиристори1,2,3и реактори4,5,6образуват свързана в триъгълник тиристорно-реакторна група, която е елемент на статичен тиристорен компенсатор. Авторите също допускат възможността за използване на кондензатори вместо реактори. В този случай компенсацията на реактивната мощност ще се извърши с помощта на регулируема кондензаторна банка.
Заслужава внимание комбинираната инсталация за компенсиране на реактивната мощност и топене на лед, чиято схема е показана на фиг. 3 [6]. В режим на топене на лед превключвател7е включен, маневрен реактор6, превключвател9изключва кондензаторната батерия8и превключвател10е включен. В този случай е възможно топене на всички проводници на въздушната линия едновременно.
В режим на компенсация на реактивната мощност ключове7и10са изключени, а ключ9е включен. В резултат на това се формира типична схема на статичен компенсатор на базата на транзисторни модули1,2и3, реактори5,6от страната на променлив ток и кондензаторна батерия8от страната на постоянен ток. Такава структура може да работи както в режим на генериране, така и в режим на потребление на реактивна мощност.
Значителен недостатък на настройката, показана на фиг. 3, е непълното използване на частта на клапана в режим на топене. Това се обяснява с факта, че токът на топене протича само през "долните" превключватели на фази 1, 2 и 3 на преобразувателния мост. За да се преобразува мостовата верига в три превключвателя за променлив ток, ще е необходимо допълнително превключващо оборудване и значително усложняване на захранващата верига.
Фиг. 3. Комбиниран блок за компенсиране на реактивната мощност и топене на лед
1, 2, 3 - транзисторни модули; 4, 7, 9, 10 –ключове; 5, 6 - реактори; 8 - кондензаторна батерия
Материалът ще продължи в следващия брой.