Предотвращение и ликвидация гололедных аварий - Плавка гололеда

Глава 3. Плавка гололеда переменным и постоянным током

3.1.Общие сведения

Наиболее эффективное средство предупреждения гололедных аварий - плавка гололеда на проводах и тросах ВЛ. Она позволяет удалить гололед на десятках километров линий в течение 0.5...1 часа, предотвратить опасную перегрузку и ликвидировать пляску проводов.
Для нагрева проводов может использоваться как переменный, так и постоянный ток. Применение переменного тока не требует значительных затрат, поскольку плавка производится непосредственно от существующей сети, но возможно при относительно небольших длинах обогреваемых линий, требуемых токах плавки и напряжениях. Для мощных линий с проводами больших сечений и значительной длины преимущество имеет плавка постоянным током. Мощность питающего источника постоянного тока составляет для линий 220 кВ и выше порядка 20+10% от требуемой при переменном токе, но необходим преобразователь переменного тока в постоянный - выпрямительная установка, которая сравнительно дорога. Практическое применение получили установки плавки гололеда с выпрямительными установками (ВУ), состоящими из выпрямительных мостов типа ВУКН—1200—14000 или В-ТПЕД— 1,6к— 14к, для плавки гололеда постоянным током на проводах, а также грозозащитных тросах ВЛ-330-500 кВ.

Плавка гололеда переменным током

Плавка гололеда на ВЛ переменным током применяется в сетях напряжением 110кВ и ниже с проводами сечением до 300мм и длине обогреваемых линий в диапазонах 10...25, 15...40, 50... 125 и 150...200 км при напряжении источника питания соответственно 6, 10, 35 и 110кВ.
В энергосистеме применяются несколько способов плавки гололеда переменным током [15,17]:

1. плавка по способу короткого замыкания;
2. плавка по способу встречного включения фаз источников;
3. плавка по способу перераспределения нагрузок;
4. плавка по способу наложения токов.

Плавка по способу короткого замыкания.

3. Внедрение схем плавки гололеда и

1. инструктажи;
2. обучение на рабочем месте, дублирование;
3. проверка знаний;
4. техническая учеба на полигонах и тренажерах;
5. противоаварийные тренировки;
6. смотры-конкурсы, соревнования на звание «лучший по профессии».                     

6. Изучение и внедрение результатов отраслевой НИОКР по основным направлениям повышения надежности ЭЭС при ГВС

При плавке гололеда током короткого замыкания обогреваемую линию следует закорачивать с одного конца, а с другого к ней необходимо подвести напряжение, достаточное, чтобы обеспечить протекание по проводам требуемого для плавки тока (рис.3.1).

Рис.3.1. Схемы плавки гололеда способом короткого замыкания :
а)     подключение ВЛ W к шинам системы;
б)     подключение ВЛ W через трансформатор Т;
в)     подключение ВЛ W к выделенному генератору G;
г)      подключение ВЛ W к выделенному блоку;
д)     двухфазное короткое замыкание К(2); с) "змейка"
Плавка гололеда может проводиться путем:
• трехфазного короткого замыкания К(3);

1. двухфазного короткого замыкания К(2)
2. однофазного короткого замыкания К(1) при последовательном соединении проводов всех фаз — схема «змейка».

Ток плавки для вышеперечисленных схем соответственно определяется по формулам:

где Uл — линейное напряжение; Rз — сопротивление заземления; Z — сопротивление фазы обогреваемой линии; Zc —сопротивление системы, приведенное к шинам НН питающего трансформатора; Z0 — сопротивление обогреваемой линии, провода которой собраны в «змейку»;

здесь R/уд.пр - удельное сопротивление провода, Ом/км; Ryд.з - удельное сопротивление земли, Ом/км; Dcr — среднее геометрическое расстояние между осями проводов ВЛ, м; dnp — расчетный диаметр провода, м; D - глубина залегания обратного тока в земле 1000 м; Х0уд - удельное сопротивление нулевой последовательности (для ВЛ 35-110кВ с проводами АС- 50-АС-240 и среднегеометрическим расстоянием между проводами 3-5 м Х0уд=1,3ч-1,5 Ом/км); lвл- длина ВЛ.
Метод трехфазного короткого замыкания является простым и удобным, поскольку плавка гололеда производится сразу на всех фазах. При применении способа двухфазного короткого замыкания плавку гололеда на линии следует производить сначала на двух фазах, а затем на третьей в сочетании с одним из освободившихся от гололеда проводов. Схему "змейка" следует применять на коротких линиях, когда имеющиеся напряжения слишком велики для плавки по методу трехфазного короткого замыкания.
При плавке гололеда на ВЛ 35-110 кВ по методу трехфазного и двухфазного КЗ допускается закорачивание проводов заземляющими  ножами, если их спуск к контуру заземления проверен на термическую устойчивость. Если допускает схема подстанции, целесообразно параллельное включение нескольких заземляющих ножей (например, заземляющих ножей линейного и обходного разъединителей).
Подбором напряжения источника и длины обогреваемой линии обеспечивается необходимый ток плавки. Большие возможности регулирования напряжения достигаются при выделении для плавки специального генератора (или нескольких генераторов), это позволяет в широких пределах изменить ток и длину линий, на которых проводят плавку. При выделении для плавки отдельного трансформатора возможно произвести регулировку напряжения во всем диапазоне имеющихся ответвлений.
Если плавка производится от шин сети, то напряжение может изменяться в ограниченных пределах, соответственно ограниченно может меняться длина обогреваемой линии. Возможные длины линий для различных проводов при использовании стандартных напряжений в сети приведены в табл.3.1. При этом время плавки составляет 10-40 мин при следующих условиях: температура воздуха 0= -5°С, скорость ветра v=5m/c, направление ветра - перпендикулярно линии.
Таблица 3.1

линий, реакторы или устанавливать закоротку на линии.
Установка закоротки нежелательна с точки зрения оперативности плавки. Для ускорения сборки схемы и последующего восстановления нормальной работы в выбранном месте необходимо заранее смонтировать закорачивающий разъединитель (или выключатель), к которому перед гололедным сезоном присоединяются шлейфы проводов.
Плавка по способу встречного включения фаз. Способ встречного включения фаз заключается в том, что на одном конце линии провода присоединяются к фазам А, В и С, а на другом — соответственно В, С и А или С, А и В (рис.3.2). Таким образом, на обогреваемую линию подается не фазное напряжение, как при способе короткого замыкания, а линейное.

Рис.3.2.Схемы планки гололеда по способу встречного включения фаз

Ток плавки при этом рассчитывается по формуле

Рис.3.3. Векторная диаграмма при обогреве линии по способу встречного включения фаз
где Zc, ZC2 - сопротивления системы со стороны подстанций 1 и II.
При угле между током плавки и напряжением U, φ=60° подстанция II отдаст в обогреваемую линию только реактивную мощность, при φ>60° — получает активную и отдает реактивную, а при φ<60° — отдает и активную и реактивную мощности (на рис.3.3 покачан угол φ=45° для схемы рис.3.2,а). Поэтому подстанция, имеющая резервы активной и реактивной мощности, должна подключаться к линии с опережающим углом φ.
Активная и реактивная мощности от подстанций I и II могут быть определены по формулам:

Плавка гололеда по способу встречного включения может применяться для линий, расположенных между соседними подстанциями, имеющими мощные связи по линиям высокого напряжения, при параллельных линиях и в кольце.
Плавка по способу перераспределения нагрузок. При таком способе плавки токовая нагрузка линии повышается путем перераспределения нагрузки в сети, что достигается с помощью следующих основных мероприятий:

1. повышение нагрузки станций, передающих электроэнергию по обогреваемой линии;
2. повышение нагрузки подстанций, питаемых по обогреваемой линии, путем переключений в сетях более низкого напряжения;
3. отключение части линий сечения, в результате чего повышается передаваемая мощность по обогреваемой линии.

Основным преимуществом способа плавки гололеда перераспределением нагрузок является сохранение обогреваемой линии в эксплуатации при ее номинальном напряжении. Однако осуществить необходимое для плавки значительное повышение токовых нагрузок не во всех случаях оказывается практически возможным. Кроме того, этот способ обычно требует отключения других линий, что приводит к снижению надежности электроснабжения потребителей и сопровождается некоторым снижением напряжения в части сети, примыкающей к обогреваемой линии. Поэтому обогреваемую линию следует стремиться загружать активной мощностью, поскольку при этом в меньшей степени нарушается режим напряжений в сети.
Этот способ наиболее целесообразно применять для предварительного обогрева проводов ВЛ, препятствующего гололедообразованию.

Рис.3.4. Схемы плавки гололеда по способу включения источника ЭДС в контур
Плавка по способу наложения токов. При этом способе на рабочий ток накладывается дополнительный ток, создаваемый в контуре, частью которого является обогреваемая линия (рис.3.4). Для этого в контур включают источник ЭДС, величина и фаза которого подбираются таким образом, чтобы увеличить ток до требуемой величины.

Для наложения токов могут быть использованы кольцевые участки сети и параллельные линии. В качестве источника ЭДС целесообразно использовать вольтодобавочный трансформатор, включая его в рассечку кольца (рис.3.5). Вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) позволяет регулировать величину продольной и поперечной ЭДС и тем самым обеспечить оптимальный режим плавки. Для уменьшения мощности вольтодобавочного трансформатора следует включать его не в обогреваемую линию, а в линию с наименьшей нагрузкой.

Рис.3.5. Схемы плавки гололеда по способу включения ВДТ в контур
В сетях с изолированной нейтралью может применяться также пофазная плавка токами наложения (рис.3.6).
Ток наложения рассчитывается по формуле

где ид - дополнительное напряжение, созданное в контуре; Z - полное сопротивление контура.

Рис.3.6. Пофазная плавка гололеда токами наложения
Ток наложения складывается с рабочим током линии геометрически: Подбирая угол вектора дополнительного напряжения, возможно обеспечить близкое совпадение по фазе тока наложения и рабочего тока. Для повышения эффективности плавки способ наложения токов можно сочетать с перераспределением нагрузок.