Підвищення надійності розподільчої мережі 10 кВ

4.2 Новий спосіб плавки ожеледі

 

Новий спосіб плавки ожеледі на проводах ліній електропередач, що не потребує відключення обігріваємих ліній, заснований на використанні резонанса струмів в паралельному контурі, що включає ділянку на котрій плавиться ожеледь. Принципово важливою особливістю способу є можливість локалізації великого струму тільки на ділянці плавки ожеледі при обміні реактивними потужністями між кінцями ділянки, тоді як на головних ділянках електропередачі протікає стру навантаження, і струм, що відповідає потужності, яка витрачається на плавку і підтримання коливань енергії в контурі. Плавка відбувається в симетричному трифазному режимі (виключається електромагнітний вплив на канали зв’язку) одночасно на всіх трьох фазах ПЛ без використання робочих заземлень і без відключання споживачів.

4.2.1 Характеристика нового способу.

Між кінцями лінії  створюється штучно переток реактивної потужності, котрий і викликає нагрів проводів. При резонансі струмів  в розгалуженому колі, що складається  із двох паралельних віток, одна з яких має тільки індуктивність, а друга тільки ємність, які є джерелами реактивної потужності різних знаків, струм на вході кола рівний нулю, енергія в коло не поступає. А проходить лише коливальний перехід енергії із електричного поля в магнітне і навпаки. Якщо хоча б одна із віток має реактивний опір, то струм на вході кола вже не дорівнює нулю і в коло поступає енергія від джерела живлення. При цьому сума енергій електричного і магнітного полів не залишається сталою і тому існують проміжки часу, протягом яких енергія від джерела живлення переходить в енергію електричного і магнітного полів, а також проміжки часу, протягом яких енергія із цих полів поступає в активний опір цих віток і перетворюється в тепло. У відповідності із цим принципом було запропоновано створити струм плавки, як правило, тільки на ділянці яка обігрівається. Це досягається тим, що пристрій плавки ожеледі виконується у вигляді двох трифазних джерел реактивної потужності (ДРП), один з яких є споживачем реактивної енергії, а інший її генератором (наприклад у вигляді батареї статичних конденсаторів), підключених по кінцям обігріваємої ділянки і утворюючих разом з ним коливальний контур, близький до резонансу струмів. При такому способі плавки ожеледі забезпечується зменшення втрат активної потужності в самому пристрої і зниження втрат потужності і напруги в тракті передачі активної потужності для плавки ожеледі за рахунок вироблення і споживання реактивної потужності на самих обігріваємих ПЛ і підтримка вдопустимих межах напруги на кінцях ділянок, що її приймають. Витримка останньої умови дозволяє здійснювати плавку ожеледі без відключення споживачів.

До переваг нового способу плавки ожеледі слід віднести підвищення селективності  і ефективності плавки ожеледі ділянок  ПЛ, що входять в любий онтур схеми  в мережі як з ізольованою, так і глухо заземленою нейтраллю. Це досягається за рахунок виключення обтікання струмами плавки ліній паралельних ділянці плавки ожеледі і не потребуючих цієї плавки, а також за рахунок локалізації потоків реактивної потужності при плавці на радіальних лініях, які складаються із послідовних ділянок або ділянок, що відходять від загальних шин підстанції або електростанції, реалізуємої (локалізації) шляхом установки одного загального для всіх ділянок плавки ожеледі ДРП одного знаку і ДРП іншого знаку на кінці кожної з цих ділянок-променів. Ще до переваг цього способу слід віднести придушення в енергосистемі непарних гармонік, кратних третій і зумовлених можливою несиметрією вихідної напруги джерела живлення, якщо виконати ДРП по схемі “трикутник”, а також виключення втрат енергії в пристроях робочого заземлення і затрат на їх створення і експлуатацію, виключення електромагнітного впливу на канали зв’зку.

4.2.2 Розрахункові оцінки можливостей нового способу ПО.

Для проведення розрахунків  режимів плавки ожеледі на проводах ПЛ по методу резонанса струмів з  метою експрес-оцінки його можливостей  і меж застосування використовується обчислювальна програма PG2E на базі програмного матиматичного комплексу MATHCAD для ПК. З допомогою цієї програми проведені оцінювальні досліди режимів плавки ожеледі на проводах ПЛ 10, 35, 110 кВ по новому способу на прикладах хем радіальної мережі і при наявності джерел живлення з двох сторін ПЛ. джерела живлення задаються у вигляді постійних комплексних значень фазних ЕРС (кВ) із постійними комплексними внутрішніми опорами (Ом),котрі вказуються користувачем програми. Навантаження у вузлах задаються постійними опорами, як це прийнято при розрахунках струмів КЗ для потреб релейного захисту. Параметри повітряної лінії задаються питомими комплексними опорами (Ом/км) і довжинами (км), причому схема заміщення ПЛ реалізована для мережі 10-35 кВ із зосередженими параметрами без врахування ємнісної провідності на землю, а для мережі 110 кВ з урахуванням ємнісної провідності, реалізованій по П-подібній схемі заміщення; відключення ПЛ від роботи в програмі виконано параметричним шляхом – заданням дуже великої її довжини.

При проведенні розрахунків змінювалась довжина обігріваємої ділянки (ПЛ2) від усередненого значення до максимального за умовами забезпечення сруму, достатнього для плавки ожеледі в межах допустимих відхилень у вузлах навантаження джерела реактивної потужності задаються номінальними трифазними потужностями (МВАр), причому, для індуктивних ДРП (шунтуючих реакторів) ці потужності – від’ємні числа, а для ємнісних ДРП (батарей статичних конденсаторів) – додатні числа. Розраховуються потенціали вузлів мережі, струми і напруги всіх віток схеми, а також потоки потужності по ПЛ і потужності ДРП, відхилення напруг у вузлах від номінальної.

 

Рис.4.5 - Розрахункова схема електропередачі 35 кВ:

cosj=0,8; Sн₂=6МВА; Sн₃=3МВА; Sн₄=1 МВА; Sт₁=4 МВА; е_к=12,5%

При проведенні розрахунків  ППО використовувались в основному ДРП, електричні характеристики яких приведені в табл.4.4.

Таблиця 4.4. Електричні характеристики джерел реактивної потужності

Клас напруги Uном,  кВ	Електричні  характеристики ДРП
	ємнісних			індуктивних
	С, мкФ	Qном,МВАр	Іном, А	L, мГн	Qном,МВАр	Іном, А
10	50	1,57	100	183,8	1,73	100
	100	3,14	200	31,9	3,46	200
35	14	5,39	100	643,2	6,06	100
	28	10,78	200	321,6	12,12	200
	44	16,94	310	214,4	18,19	300
110	4	15,21	88	2022	19,05	100
	10	38,01	220	1011	38,08	200
	14	53,22	310	673,8	57,12	300

 

Для спрощення обчислень  при визначенні параметрів плавки ожеледі  всі розрахунки виконані для номінальних  трифазних потужностей реакторів  і конденсаторів при номінальній  напрузі мережі, в котрій вони використовуються. При цьому номінальні ряди потужностей батарей статичних конденсаторів були визначені орієнтовно, виходячи із кратності їх ємності 2 мкФ і значень номінального струму 100, 200 і 300 А при напрузі 1,1 до номінальної для мережі. Номінальні ряди шунтуючих реакторів визначались також виходячи із їх номінальних струмів 100, 200 і 300 А, але при номінальній напрузі мережі (реактори будуть працювати при пониженій напрузі мережі, конденсатори – при підвищеній, а при включенні ППО бажано мати їх струми близькі по значенню). Вказана дискретність можливих ступенів ДРП визначена із умови забезпечення при їх комутації відхилення напруги у вузлах електропередачі в межах не більше ±10% і можливості забезпечення струму в ПЛ, достатнього для здійснення плавки ожеледі. В деяких випадках для уточнення можливості здійснення плавки ожеледі розрахунки виконувались для ДРП, потужності котрих виходили із прийнятого ряду (при конкретному проектуванню можливий заказ ДРП з відпайками з номінальними потужностями, відповідаючі розрахунковим значенням потужності для даного об’єкта).

Приклади повітряних ліній, прийняті при розрахунках  наведені в табл. 4.5.

Таблиця 4.5. Параметри повітряних ліній прийнятих при розрахунках

Клас напруги Uном, кВ	Марка провода	Розрахункові параметри ПЛ
		Питомий опір, Ом/км			Питома ємність мкСм/ /км	Найбільш допустимий струм плавки, А
		активний		індуктивний		(v = 2 м/с;    t = 0 ºC і v = 4 м/с;    t = -10ºC)	(v = 2 - 5 м/с;    t = -5 ºC)
		t = 0 ºC	t = 110ºC
10	АС 50/8	0,548	0,767	0,432	-	343 – 434	295 – 540
	АС 95/16	0,277	0,388	0,411	-	533 – 645	475 – 830
35	АС 50/8	0,548	0,767	0,432	-	343 – 434	295 – 540
	АС 70/11	0,389	0,544	0,420	-	428 – 519	375 – 675
	АС120/19	0,227	0,318	0,403	-	610 – 737	545 – 950
110	АС 120/19	0,227	0,318	0,423	2,69	610 – 737	545 – 950
	АС 150/24	0,180	0,251	0,416	2,74	710 – 857	650 – 1110
	АС 185/29	0,147	0,206	0,409	2,82	807 – 972	955 – 1270

 

При виконанні розрахунків  режимів ПО використані слідуючі умови і обмеження.

Плавка ожеледі виконується  на ПЛ 2, що є ділянкою лектропередачі із одностороннім живленням.

Використовуються ДРП фіксованої номінальної потужності, кратній  прийнятим ступеням дискретності, що не мають плавного регулювання.

Розрахунки режимів і тривалість процеса проводяться при температурі  провода 0 °С, що відповідає процесу  плавки, при направлені вітру перпендикулярно трасі ПЛ, при швидкості вітру v=5 м/с, температурі повітря t = 5°С, густині ожеледних відкладень 0,9 г/см³ при товщині стінки b = 2 см.

При плавці ожеледі на ПЛ 110 кВ враховується ємнісна провідність лінії по П-подібній схемі заміщення, причому зарядна потужність кожної лінії розподіляється порівну між примикаючими до неї вузлами і об’єднується із

потужностями навантажень  в цих вузлах.

Отримані в результаті розрахунків значення основних параметрів вихідних, проміжних (виникаючих короткочасно між комутаціями в процесі зборки схеми) і під час плавки ожеледі режимів зведені в табл. 4.6.

Слід відмітити орієнтовний  характер цих результатів через  можливі різниці між номінальними потужностями ступенів ДРП, прийнятих  в розрахунках і реальними, котрі будуть виготовлятися промисловістю, а також між прийнятою розрахунковою схемою електропередачі і реальною схемою, між розрахунковими і реальними метеоумовами.

Навіть при наявності невеликого ряду ступенів номінальних потужностей ДРП існує більше одного рішення завдання створення струму плавки ожеледі в необхідному діапазоні його значень при забезпеченні допустимих відхилень напруги у вузлах мережі, тому є можливість оптимізації ПО.

4.2.3 Плавка ожеледі на ПЛ 10 кВ.

Дані розрахунків показують можливість ПО на ПЛ цього класу напруги довжиною від 0,5 до 15 км. Розрахунки 3, 4, 5, показують зміну напруги і струму під час зборки схеми ПО і послідовність вмикання ДРП у вузлі 3, потім вмикається індуктивний ДРП у вузлі 2.

По закінченню плавки відключення ДРП проводиться у зворотній послідовності. Такий порядок комутації забезпечує підтримання напруги плавки у схемі не тільки під час плавки, ала і при зборці – розбірці схеми ПО. Тривалість плавки ожеледі при розрахункових струмах складає 16-19 хв.

У вихідних режимах передбачено  ввімкнення батарей статичних конденсаторів (БСК) у вузлах 4 і 3 для підтримання  напруги.

4.2.4 Плавка ожеледі на ПЛ 35 кВ.

Розрахунки показали, що на радіальнвй ПЛ цього класу напруги плавку можна здійснити при довжині нагріваємої ділянки 2 до 70 км (провода АС 70) і довжині наступної ділянки 50 км. При цьому режимі ПО проводиться із використанням ступенів потужності ДРП того ж порядку, що і при більш коротких ПЛ.

Для ПЛ 35 кВ довжиною l2 = 70 км розрахункове значення струму ПО, рівне Іпо = 551 А, на 13 А перевищує значення максимального допустимого струму Імд = 538 А, визначене для найбільш неприємного напрямку вітру (з точки зору перегріву проводів – вздовж траси ПЛ). Однак вказане значення струму Іпо відповідає температурі провода 0 °С. Щоб струм ПО знизився до    534 А достатньо нагріву провода до 10 °С. Спеціальними розрахунками, заснованими на методиках [3, 4], було встановлено, що при розрахункових кліматичних умовах (tп = -5°С; v = 5м/с; KL = 0,5; b = 2см; γ = 0,9г/см³) і вказаних в табл. 3 потужностях ДРП (режим 10) по закінченню плавки температура провода, що встановиться не буде перевищувати 66 °С, а струм ПО в лінії буде не меншим 456 А. При вказаному значенні струму розрахунковий час ПО стінки льоду товщиною 2 см буде не більшим 24 хв. Для початкового значення струму ПО (551 А) tпг = 15 хв. Фактичний час плавки ожеледі буде біля 20 хв.