Способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной воздушной линии электропередачи при коротком замыкании на работающей линии
Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение безопасности работ в электроустановках путем снижения наведенного напряжения на месте производства работ. Согласно способу в месте производства работ соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии в звезду, центр которой соединяют заземляющим проводом с контуром заземления опоры линии. Предварительно определяют величину тока источника наведенного напряжения на отключенной линии при коротком замыкании на работающей линии, по величине которого формируют мощность конденсаторной батареи автономного источника тока, которую постоянно заряжают от автономного источника электрической энергии. При производстве работ измеряют ток в проводе, соединяющем звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, по величине которого в реальном времени формируют в блоке управления управляющее воздействие, которое подают на блок формирования компенсирующего тока, на выходе которого, используя зарядную мощность конденсаторной батареи, устанавливают мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току, подают компенсирующий ток в провод, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии и контролируют величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обеспечения мер безопасности во время работ на отключенных воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий, в том числе и при возникновении коротких замыканий на работающих линиях.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 97].
Правилами устройства электроустановок [ПУЭ, Утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8 июля 2002 г. №204] при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких линиях, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключенных проводах потенциала ниже 25 В. В соответствии с правилами формируется перечень линий, которые после отключения находятся под наведенным напряжением. В перечень вносятся воздушные линии (их участки), значение наведенного напряжения на которых превышает 25 В, а также воздушные линии, сооруженные на двухцепных (многоцепных) опорах. Значения наведенного напряжения получают при помощи упрощенной методики расчета или измерений на линии.
При этом никак не определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий при коротких замыканиях на работающих линиях, когда наведенное напряжение в период действия короткого замыкания может достигать сотен вольт, что создает высокую вероятность угрозы жизни работающим.
Известно, что на любой воздушной линии, проходящей параллельно с другими воздушными линиями, непрерывно наводится сторонний потенциал, обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга. Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения. Наведенный на каждой из таких линий потенциал (наведенное напряжение) можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной.
Известен способ снижения индуктивного влияния сетей переменного тока на проводные коммуникации связи [патент RU №2298487, МПК В60М 1/06, В60М 3/00 (2006.01), опубл. 10.05.2007], в котором используют дополнительный регулируемый источник компенсирующего напряжения, находящегося в противофазе к питающему (к наведенному) напряжению. Дополнительный регулируемый источник компенсирующего напряжения подключают к дополнительному проводу, расположенному параллельно проводам связи, заземленному с одной стороны. В результате сложения электрических полей питающего (наведенного) напряжения и источника компенсирующего напряжения, снижается практически до нуля электрическое влияние сети на смежные проводные линии связи.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является подключение регулируемого источника компенсирующего напряжения к контуру заземления через дополнительный провод, расположенный параллельно проводам связи.
В данном способе компенсируется только электрическая составляющая наведенного напряжения и не затрагивается электромагнитная составляющая, что не исключает появление наведенного напряжения от электромагнитной составляющей.
Известен способ снижения электромагнитных влияний электрических сетей железных дорог на каналы проводной связи [Авт. свид. №1400922 от 12.12.1988 г., МПК В60М 1/06, Бюл. №35 от 23.09.1991 г.]. В этом способе получаемый сигнал тягового тока сдвигается по фазе на 180° электрических, усиливается до необходимого уровня и через источник тока подается в защитный провод.
В данном способе компенсируется только электромагнитная составляющая наведенного напряжения и не затрагивается электрическая составляющая, что не исключает появление наведенного напряжения от электростатической составляющей.
Общеизвестен способ уменьшения наведенного напряжения путем заземления проводов фаз отключенной линии на месте производства работ, [ПУЭ, Утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8 июля 2002 г. №204]. Электростатическая составляющая наведенного напряжения на проводах отключенной воздушной линии обусловлена воздействием на них электрического поля остающейся в работе соседней (влияющей) линии и зависит только от уровня напряжения влияющей линии. Значение этой составляющей одинаково по всей длине отключенной воздушной линии. Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении ее в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной воздушной линии по концам (на подстанциях) и на месте производства работ. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения обусловлена суммарным влиянием магнитных полей, создаваемых токами фазных проводов влияющей линии. Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения является неизменность ее значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлен в одном или даже в нескольких местах.
Известен способ компенсации наведенного напряжения [патент RU №2541508], принятый за прототип, в котором соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии с контуром заземления опоры линии в месте производства работ, предварительно определяют мощность источника наведенного напряжения, формируют автономный источник мощности с возможностью регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения, измеряют с помощью вольтметра величину наведенного напряжения на месте производства работ, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник мощности, на котором устанавливают напряжение, равное по величине и находящееся в противофазе к измеренному наведенному напряжению, и контролируют по показаниям вольтметра величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, следующие: соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии с контуром заземления опоры линии в месте производства работ, предварительно определяют мощность источника наведенного напряжения, формируют автономный источник мощности, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник мощности, контролируют по показаниям вольтметра величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
Предлагаемый по прототипу способ позволяет снизить наведенное напряжение в месте производства работ на отключенной линии до значений, не превышающих 25 В, если на работающей линии существует установившийся нормальный режим. Однако, в случае возникновения на работающей линии короткого замыкания, наведенное напряжение в месте производства работ будет существенно превышать напряжение, которое создает регулируемый вручную источник мощности, и остаточное наведенное напряжение будет существенно превышать 25 В, создавая смертельную опасность для работающих.
Изобретение направлено на решение задачи повышения безопасности работ в электроустановках.
Технический результат изобретения заключается в снижении наведенного напряжения на месте производства работ при коротких замыканиях на работающей линии до величин, меньших 25 В, требуемых по правилам техники безопасности.
Технический результат достигается тем, что в способе компенсации наведенного напряжения на отключенной воздушной линии электропередачи при коротком замыкании на работающей линии, в месте производства работ соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии в звезду, центр которой соединяют заземляющим проводом с контуром заземления опоры линии, предварительно определяют параметры источника наведенного напряжения, формируют автономный источник электроэнергии с возможностью регулирования, измеряют величину наведенного напряжения на месте производства работ, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник, согласно изобретению предварительно определяют величину тока источника наведенного напряжения на отключенной линии при коротком замыкании на работающей линии, по величине которого формируют величину мощности конденсаторной батареи автономного источника тока, которую постоянно заряжают от автономного источника электрической энергии, а при производстве работ измеряют ток в проводе, соединяющем звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, по величине которого в реальном времени формируют в блоке управления управляющее воздействие, которое подают на блок формирования компенсирующего тока, на выходе которого, используя зарядную мощность конденсаторной батареи, устанавливают мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току, подают компенсирующий ток в провод, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, и контролируют величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
Отличия от прототипа доказывают новизну технического решения, охарактеризованного в формуле изобретения.
Новый подход позволяет повысить безопасность работ в электроустановках, за счет снижения наведенного напряжения на месте производства работ как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на работающей линии до величин, меньших требуемых по правилам техники безопасности (25 В), что подтверждает соответствие заявляемых технических решений условию патентоспособности «промышленная применимость».
Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованного в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 представлена схема двухцепной воздушной линии с заземлением проводов трех фаз отключенной линии на месте производства работ и с подключенным регулируемым источником тока;
на фиг. 2 представлена схема замещения линии на фиг. 1 для расчета по программе в фазных координатах на компьютере;
на фиг. 3 представлена схема одного участка схемы замещения линии на фиг. 2 с учитываемыми в расчете параметрами линии;
на фиг. 4 представлена схема подключения источника тока для обеспечения компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной линии электропередачи при коротком замыкании.
На фиг. 1 показана воздушная линия 1, включенная между подстанциями 2 и 3, питающимися от систем 4 и 5, и воздушная линия 6, отключенная от подстанций 2 и 3 выключателями 7 и 8. Провода фаз отключенной линии 6 заземляющими проводами 9 соединены в звезду, центр которой соединен заземляющим проводом 26 с заземляющим контуром 10 опоры линии, заземляющим проводом 27 через источник тока 11 с выносным заземлителем 12 и заземляющим проводом 28 через вольтметр 13 с другим выносным заземлителем 14.
На фиг. 2 показана схема замещения воздушных линий 1 и 6 в трехфазном виде для расчета на компьютере по программе в фазных координатах. Питающие системы показаны в виде трех ЭДС 15, одинаковой величины и сдвинутых относительно друг друга на угол 120 градусов. Средняя точка ЭДС 15 через сопротивление заземлителя 16 соединена с точкой нулевого потенциала. Линии разбиты на участки, ограниченные точками 17 (узлами). Каждому узлу присвоен номер. Между каждыми двумя узлами проводов расположены связи, носящие активно-индуктивный характер 18. Средняя точка заземляющих проводов 9 соединена через сопротивление 19 заземляющего контура опоры 10 с точкой нулевого потенциала. Источник тока 11 соединен через сопротивление 20 заземлителя 12 с точкой нулевого потенциала. Вольтметр 13 соединен через сопротивление 21 заземлителя 14 с точкой нулевого потенциала.
На фиг. 3 показана схема замещения одного из участков схемы замещения воздушных линий 1 и 6 в трехфазном виде для расчета на компьютере по программе в фазных координатах. Здесь между узлами проводов линии показаны полные сопротивления проводов 22. Между проводами показаны емкостные сопротивления 23 и емкостные сопротивления на землю 24 каждого провода. Между проводами показаны сопротивления взаимоиндукции 25.
На фиг. 4 показана схема подключения источника компенсирующего тока, состоящая из блока управления 33 и блока формирования компенсирующего тока 35. В схеме измеряют в заземляющем проводе 26 ток устройством 31 и передают его в измерительную систему 36 блока управления 33, измеряют в заземляющем проводе 27 ток устройством 32 и передают его в измерительную систему 36. Из измерительной системы 36 сигнал в цифровом виде поступает в процессор 37, далее поступает в блок широтно-импульсной модуляции 38. Далее сигнал подается в формирователь импульсов 34. В формирователе импульсов 34 создаются управляющие сигналы, которые подаются на биполярные транзисторы 39 блока 35. Транзисторы 39 мгновенно реагируют на управляющие сигналы и, используя энергию конденсаторной батареи 29, создают компенсирующий ток в заземляющем проводе 27. Конденсаторная батарея 29 постоянно заряжается от автономного источника мощности 30. При этом компенсация наведенного напряжения осуществляется как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на работающей линии. В момент короткого замыкания на работающей линии источник мощности 30 отключается от схемы выключателем 40.
Для двухцепной линии на фиг. 1 по схеме замещения на фиг. 2 с учетом фиг. 3 при отключенном источнике компенсирующего тока 11 были проведены серии расчетов по программе в фазных координатах.
Для программы значения комплексных сопротивлений проводов фаз линии и междуфазных комплексных сопротивлений (соответственно, собственных и взаимных сопротивлений) определяются по общеизвестным выражениям (например, Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в энергетических системах, изд-во Энергия, 1970 г., с. 293, 294).
Значения емкостных проводимостей фаз на «землю» и взаимных емкостных проводимостей между фаз определяются по общеизвестным выражениям (например, Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи, Иркутск, уч. пособие, изд-во ИрГТУ, 2001 г., с. 27-29).
При проведении расчетных экспериментов устанавливали поочередно в нескольких точках на работающей линии короткие замыкания и выполняли:
1. заземление на отключенной линии только в месте производства работ;
2. заземление на отключенной линии в месте производства работ и по ее концам,
при этом перемещали точку заземления проводов отключенной линии вдоль линии для каждой точки короткого замыкания.
Полученные результаты позволили определить расчетный ток источника наведенного напряжения и показали, что во всех режимах для рассматриваемого случая (короткое замыкание на работающей цепи двухцепной трехфазной линии 220 кВ длиной 200 км) наведенное напряжение на отключенной цепи превышает нормируемое (25 В). При этом в случае заземления на отключенной линии в месте производства работ и по концам наведенное напряжение на месте производства работ может достигать 1000 В и более, что практически не оставляет шансов сохранения жизни работающему персоналу. В случае заземления на отключенной линии только в месте производства работ наведенное напряжение на месте производства работ достигает не более 200 В.
Для реализации способа предлагается обязательно отключенную линию по концам не заземлять, что позволит существенно уменьшить мощность и размеры компенсирующего устройства. В месте производства работ соединяют заземляющими проводами 9 фазные провода 6 отключенной линии в звезду, центр которой соединяют заземляющим проводом 26 с контуром заземления 10 опоры линии, предварительно расчетным путем на математической модели двухцепной линии (фиг. 2 и фиг. 3) определяют величину тока источника наведенного напряжения на отключенной линии 6 при коротком замыкании на работающей линии 1, по величине которого формируют величину мощности конденсаторной батареи 29 автономного источника тока, которую постоянно заряжают от автономного источника электрической энергии 30, измеряют ток в проводе 26, соединяющем звезду заземляющих проводов 9 с контуром заземления опоры линии 10, по величине которого в реальном времени формируют в блоке управления 33 управляющее воздействие, которое подают на блок формирования компенсирующего тока 35, на выходе которого, используя зарядную мощность конденсаторной батареи 29, устанавливают мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току в проводе 26, подают компенсирующий ток через провод 27 в провод 26, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, и контролируют величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
При этом происходит автоматическое снижение остаточного наведенного напряжения до величин, значительно меньших 25 В, как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на работающей линии.
1. Способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной воздушной линии электропередачи при коротком замыкании на работающей линии, в котором в месте производства работ соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии в звезду, центр которой соединяют заземляющим проводом с контуром заземления опоры линии, предварительно определяют параметры источника наведенного напряжения, формируют автономный источник электроэнергии с возможностью регулирования, измеряют величину наведенного напряжения на месте производства работ, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник, отличающийся тем, что предварительно определяют величину тока источника наведенного напряжения на отключенной линии при коротком замыкании на работающей линии, по величине которого формируют величину мощности конденсаторной батареи автономного источника тока, которую постоянно заряжают от автономного источника электрической энергии, а при производстве работ измеряют ток в проводе, соединяющем звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, по величине которого в реальном времени формируют в блоке управления управляющее воздействие, которое подают на блок формирования компенсирующего тока, на выходе которого, используя зарядную мощность конденсаторной батареи, устанавливают мгновенный ток, равный по величине и находящийся в противофазе к измеренному току, подают компенсирующий ток в провод, соединяющий звезду заземляющих проводов с контуром заземления опоры линии, и контролируют величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отключенную линию обязательно не соединяют по концам с заземляющими контурами подстанций.
