Устройство для плавки гололеда постоянным током

 

Р

onHCAHHIE

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмх

Соцмалмстмческмх

Респубпмк пч649078 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.11.74 (21) 2079652/07 (51) М. Кл.

Н 02 G 7/16 с присоединением заявокМК 2079153/07.

2079154/07, 2079173/07, 2079183/07 (23) Приоритет по п.4 от 28.11.74

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и стираний

Опубликовано 25 02.79.Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 27.02.79 (53) УДК 621.315. .1-75(088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Бургсдорф, Г. А. Генрих, Л. А. Никонец, А. Д. Кондратьев, B. Я. Кузнецов и В. B. Мишин

Львовский ордена Ленина политехнический институт и районное энергетическое управление "Сахалинэнерго" (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА

ПОСТОЯННЪ|М ТОКОМ

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при плавке гололеда постоянным током на проводах и тросах высоковольтных линий электропередачи.

Известно устройство для плавки гололеда постоянным током на проводах высоко- 5 вольтных линий электропередачи, содержащее преобразователь, подключенный к прогреваемому контуру, образованному выделенной для плавки фазой воздушной линии и заземлителями конечных подстанций. Класс напряжения выпрямителя обычно на несколь ко ступеней ниже класса напряжения (1).

Осуществление плавки гололеда с помощью такой установки обычно не встречает особых технических препятствий на линиях напряжением до 35 кВ включительно. На линиях более высокого напряжения 110—

220 кВ и выше возникают трудности, обусловленные наводками тока и напряжения промышленной частоты от проводов линии.

Кроме того, в установившемся. режиме впрямленный ток преобразователя промодулирован составляющей промышленной частоты, вызываемой наведенной в контуре плавки переменной ЭДС. При глубине модуляции более 0,05 в фазных токах,преобразователя возникают постоянные составляющие, приводящие к несимметричному подмагничиванию магнитопровода питающего трансформатора. При этом имеет место и более широкий гармонический спектр фазных токов преобразователя.

Величины наводимых в контуре плавки

ЭДС и переменной составляющей выпрямленного тока на линиях до 35 кВ включительно не опасны для выпрямителей класса 10 кВ, используемых для плавки гололеда. На линиях напряжения 110 кВ и выше эти наводки переменного тока и напряжения во многих случаях опасны и недопустимы для таких выпрямителей и питающих их трансформаторов. В результате становится невозможным применение выпрямительных мостов напряжением 10 — 35 кВ, а в ряде случаев и само осуществление плавки гололеда при пофазном выводе проводов линий напряжением 110 кВ и выше.

Предлагаемое устройство позволяет избежать влияния всех. отмеченных неблагоприятных факторов и осуществлять плавку гололеда при пофазном выводе проводов линии напряжением 110 кВ и выше с помощью

649078 выпускаемых промышленностью мощных выпрямительных мостов класса 10 и 35 кВ.

Целью изобретения является ограничение перенапряжений на выпрямителе, возникающих в контуре плавки гололеда при вводе и выводе его из работы, а также предупреждение протекания через выпрямитель переменной составляющей тока контура плавки.

Это достигается за счет подключения параллельно выводам постоянного напряжения фильтра, состоящего из последовательно включенных конденсаторной батареи и реактора, настроенных в резонанс на промышленную частоту.

Для уменьшения установленных мощностей, а следовательно, и стоимости элементов фильтра один из элементов фильтра зашунтирован разрядником, например искровым.

Для повышения надежности в работе параллельно фильтру установлен коммутирующий аппарат. включающийся при срабатывании упомянутого разрядника.

Реактор фильтра может быть подключен последовательно с конденсатором через согласующий трансформатор.

Для повышения надежности устройства между точкой присоединения фильтра и выводом постоянного тока преобразователя включено сопротивление.

В качестве токоограничивающего сопротивления могут быть использованы провода (тросы) других воздушных линий, отходящих от шин подстанции, на которой установлен преобразователь либо реакторы.

Для улучшения технико-.экономических показателей в контур тока фильтра включен регулируемый по фазе и величине источник напряжения промышленной частоты.

Б качестве упомянутого источника может быть применен однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена в рассечку нейтрального вывода обмотки высокого напряжения автотрансформатора (трансформатора), подключенного к двум работающим фазам прогреваемой линии. Для более точной компенсации переменного тока наводки в цепи постоянного тока преобразователя целесообразно параллельно вторичной обмотке упомянутого однофазного трансформатора подключить согласующую комплексную нагрузку, параметры которой определяются характером разбаланса элементов фильтра промышленной частоты.

Конденсаторная батарея должна выбираться с учетом постоянной составляющей напряжения, равной выпрямленному напряжению выйрямителя.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства плавки гололеда с простейшим. фильтром промышленной частоты, подключенным параллельно выводам постоянного тока преобразователя; на фиг. 2 — аналогичное устройство с фильтром, один из элементов которого зашунтирсгван разрядни5

З5

55 ком; на фиг. 3 — устройство с дополнительным коммутационным аппаратом, шунтирующим фильтр; на фиг. 4 — устройство с фильтром, реактор которого подключен через согласующий трансформатор; на фиг. 5 — устройство, в котором провода линии, используемой для ограничения переменного тока, замыкающегося через преобразователь, подключены между землей и выводом постоянного тока преобразователя; на фиг. 6 — устройство, в котором провода линии, используемой для ограничения переменного тока, замыкающегося через преобразователь, подключены между потенциальным выводом постоянного тока преобразователя и точкой подключения фильтра к прогреваемому контуру; на фиг. 7 — устройство, использующее провода отключенной воздушной линии одновременно для подвода постоянного тока к прогреваемому контуру и для ограничения переменной составляющей тока наводки, замыкающегося через преобразователь; на фиг. 8 и 9 — устройства, использующие реакторы, подключенные соответственно между землей и полюсом преобразователя и между потенциальным выводом постоянного тока преобразователя и точкой подключения фильтра к прогреваемому контуру; на фиг. 10 устройство, содержащее простейший фильтр промышленной частоты, последовательно которому включен источник регулируемого напряжения; на фиг. 11 показаны возможные варианты включения регулируемого источника последовательно в контур тока сложного фильтра промышленной частоты; на фиг. 12 — вариант реализации автоматически регулируемого источника напряжения промышленной частоты.

На всех фигурах показаны провода двух фаз и воздушной линии, оставшиеся в работе, третий провод 1 отключен от шин 2, 3 приемной и передающей подстанции и подключен с одной стороны непосредственно к заземлителю 4 и с другой стороны — к заземлителю 5 через параллельно включенные между собой выпрямитель 6 и фильтр, состоящий из батареи конденсаторов 7 и реактора 8.

На фиг. 1 фильтр состоит из последовательно включенных между собой конденсаторной батареи 7 и реактора 8, настроенных в резонанс на промышленной частоте. При наличии переменной составляющей тока в контуре плавки к вентилям и изоляции вентилей будет приложено только падение напряжения от переменной составляющей тока контура на фильтре. Поскольку фильтр на промышленной частоте настроен в резонанс, падение напряжения. этой части на нем близко к нулю и определяется в установив, шемся режиме лишь активным сопротивлением фильтра. Основная доля тока промышленной частоты протекает через фильтр 7, 8, ми нуя вы пр я м ител ь 6.

4О

Постоянный ток замыкается по контуру: полюс преобразователя — провод линии 1— земля — другой полюс преобразователя.

При появлении тока к.з. напряжение на элементах фильтра увеличивается пропорционально увеличению тока наводки в проводе !.

На полюса выпрямителя 6 воздействует лишь падение напряжения на суммарном сопротивлении фильтра, обусловленное неточностью настройки его отдельных элементов и наличием активного сопротивления реактора. При появлении токов к.з. в работающих проводах линии 9, 10 наводки в проводе 1 превышают токи наводок в нормальном режиме. Для уменьшения установленной мощности элементов фильтра параллельно одному из них установлен разрядник 11, (фиг. 2). Наиболее удобно разрядник 11 расположить параллельно. реактору фильтра 8.

При срабатывании разрядника 11 общее сопротивление фильтра резко возрастает и переменный ток замыкается преимущественно через преобразователь.

В связи с кратковременностью такого режима возникающее при этом подмагничивание трансформатора, питающего преобразователь 6, не опасно. В связи с малым расстоянием между электродами разрядника 11 дуга, возникающая при его срабатывании, может не погаснуть, что требует в отдельных случаях отключения работающих фаз 9 и 10 линии, несмотря на ликвидацию к.з. Особо опасно срабатывание разрядника 11 при отключенном питании выпрямителя 6. Из-за отсутствия пути для протекания тока наводки ток через разрядник в этом режиме будет наибольшим.

В таких случаях целесообразно применение устройства, показанного на фиг. 3. Параллельно фильтру подключен шунтируюший его коммутационный аппарат 12 для возможности проведения оперативных переключений в цепи питания преобразователя и повышения надежности работы фильтра и разрядников. Команда на включение коммутационного аппарата подается от датчика, реагируюшего на срабатывание разрядника 11.

На фиг. 4 фильтр промышленной частоты образован батареей конденсаторов 7 и реактором 8, подключенным последовательно упомянутой батарее конденсаторов через согласующий трансформатор 13. Постоянный ток замыкается по контуру: полюс преобразователя — провод линии 1 — земля — другой полюс преобразователя.

Переменный ток, наводимый в проводе 1 токами проводов 9. и 1О, в нормальном режиме работы замыкается в основном через фильтр промышленной частоты. Токи фильтра, не превышающие номинального значения не должны вызвать насыщения магнитопровода. При увеличении тока наводки сверх

f0 .f5

З0 номинального значЕния, что имеет Место, например, при коротком замыкании вследствие насышения магнитопровода, резко увеличивается ток намагничивания согласуюшего трансформатора 13. Величина суммарной индуктивности реактора и трансформатора падает, что вызывает рассогласование элементов фильтра. Его результирующее сопротивление возрастает. Пути замыкания токов наводки изменяются.

В аварийном режиме токи наводок протекают преимущественно по контуру: провод 1 — выпрямитель 6 — обмотка питаюröåão трансформатора — выпрямитель 6— земля.

В связи с кратковременностью существования аварийного режима возникаюшее при этом подмагничивание трансформатора, питающего преобразователь. не опасно.

На фиг. 5 — 9 для увеличения сопротивления переменному току в цепь постоянного тока выпрямителя 6 между точкой присоединения фильтра 7, 8 и выводом выпрямителя 6 включено сопротивление. При наличии на подстанции с преобразователем значитель ного количества отходящих воздушных линий их параллельно соединенные тросы могут быть включены в качестве сопротивления

14 между выводом постоянного тока преобразователя 6 и землей. Изоляция тросов должна быть рассчитана на величину падения напряжения от тока плавки на сопротивлении тросов (фиг. 5).

Вместо тросов могут быть использованы провода одной из линий электропередачи.

Использование проводов особенно эффективно при пофазной плавке на воздушной линии, отходящей от промежуточной подстанции, имеющей электрическую связь с подстанцией, на которой установлен преобразователь.

В этом случае фильтр 7, 8 устанавливают на промежуточной подстанции, а плавку производят выпрямителем 6, установленным на другой питающей подстанции (фиг. 6).

При необходимости установки фильтра 7, 8 преобразователя 6 на одной и той же подстанции и пофазной плавке на воздушной линии, отходящей от шин промежуточной подстанции, можно использовать провода соединяющей линии 14 одновременно и для подвода постоянного напряжения к прогреваемому контуру (например две фазы) и для распределения тока наводки между параллельно подключенными ветвями выпрямителя 6 и фильтра 7, 8 (одна фаза) как показано на фиг. 7.

В тех случаях, когда плавка производится на проводах воздушной линии, отходящей от той же подстанции, на которой установлен выпрямитель 6, а использование проводов или тросов других линий невозможно или нежелательно, целесообразно в качестве сопротивлений использовать реакторы !5 как показано на фиг. 8, 9.

649078

1О

Формула изобретения

25 зо

Применение реакторов 15 в цепи постоянного тока нс оказывает влияния на режим плавки постоянным током и существенно вли яет на перераспределение току между параллельными ветвями фильтра 7, 8 и преобразователя 6. Включение реактора 15 между выводом преобразователя и землей (фиг. 8) позволяет выбрать его опорную изоляцию минимальной, а также ограничить сверхтоки через вентили преобразователя при коротких замыканиях на землю в питающей сети переменного тока. Подключение реактора 15 между потенциальным выводом преобразователя 6 и точкой подключения фильтра 7, 8 к прогреваемому контуру (фиг. 9) может быть полезным, например, по условиям организации высокочастотной связи по прогреваемому проводу воздушной линии электропередачи.

Наличие результирующего нескомпенсировжшого сопротивления фильтра обуслав, ивает з.-ачительный отсос переменного тока в ветвь преобразователя. Для компенсации внутреннего сопротивления фильтра предлагается вкл;очить пОследовательно в его цепь источник напряжения !6 (фиг. 10. 11). Величина и фаза напряжения источника 16 определяется режимом нагрузки, параметрами линии и фазой наведенного тока. Правильно выбранная фаза и величина напряжения источника 16, обеспечивает отсос всего тока наводки в фильтр, что благоприятно сказывается на рсжиме работы питающего выпрямителя 6 трансформатора.

Конкретный вариант реализации автоматического регулирования величины и фазы источника напряжения !6 представлен на фиг. 12. Возможность его осуществления основана на наличии жесткой связи между величиной и фазой тока в нейтрали автотранс-. форматора (трансформатора) 17, подключенного к работающим фазам прогреваемой линии, и наведенного тока в отключенной фазе 1 воздушной линии. В качестве источника напряжения используют однофазный трансформатор 13. Вторичная обмотка трансформатора подключена последовательно с фильтром 7, 8. Первичная обмотка подключена в рассечку упомянутого силового автотрансформатора (трансформатора) 17.

Коммутационный аппарат 18 при отсутствии плавки включен. После сборки схемы плавки и подачи постоянного напряжения на преобразователь 6 коммутационный аппарат 18 отключают, чем обеспечивают принудительное замыкание тока наводки через фильтр 7, 8. Коэффициент трансформации однофазного трансформатора 13 равен отношению (по модулю) величины тока в нейтрали автотрансформатора 16 и величины наведенного тока в проводе 1.

Так как между этими токами из-за влияния активного сопротивления провода 1 имеется некоторый сдвиг по фазе, предлагается для уменьшения отсоса тока в цепь пре образователя 6 подключить параллельно- обмотке трансформатора 13 комплексную нагрузку 19. Характер нагрузки 19 определяется характером разбаланса элементов конкретного фильтра. В каждом отдельном случае параметры нагрузки 19 определяются с помощью элементарного расчета.

Требуемая мощность источника напряжения, включенного последовательно с фильтром, как правило не превышает 10 — 15 кВт, установленная мощность элементов фильтра может быть уменьшена во много раз.

1. Устройство для плавки гололеда постоянным током при пофазном выводе из работы проводов воздушной линии электропере-. дачи с подключенными к линиям трансформаторами с заземленными нейтралями, содержащее выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью ограничения перенапряжений на выпрямителе, возникающих в контуре плавки гололеда при вводе и выводе его из работы, и предупреждения протекания через выпрямитель переменной составляющей тока контура плавки, параллельно рыводам. постоянного напряжения выпрямителя подключен фильтр тока промышленной частоты.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения его надежности, один из элементов фильтра зашунтирован разрядником.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, параллельно фильтру установлен коммутирующий аппарат, включающийся при появлении тока в цепи упомянутого разрядника.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтр содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно с емкостью, в цепь вторичной обмотки которого включен реактор.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, между точкой присоединения фильтра и выводом постоянного тока преобразователя включено сопротивление.

6. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что сопротивление включено между потенциальным выводом преобразователя и точкой присоединения фильтра.

7. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что сопротивление включено между выводом преобразователя и землей.

8. Устройство ло пп. и 5, отличающееся тем, что в качестве сопуотивлекия используются провода (тросы) воздушных линий электропередачи.

9. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что в качестве сопротивления используются реакторы.

649078

10. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что, с целью обогрева проводов воздушной линии, питаемой от промежуточной подстанции, связанной линией с полюсом преобразователя, установленного на питающей подстанции, в качестве сопротивления использован один из приводов соединяющей линии, один конец которого заземлен со стороны промежуточной .подстанции, а другой

его конец подключен к другому полюсу преобразователя.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей, в контур тока фильтра последовательно включен регулируемый по фазе и величине источник напряжения промышленной частоты.

12. Устройство по пп. 1 и 11, отличаюи ееся тем, что, в качестве регулируемого по фазе и величине источника напряжения про.мышленной частоты применена вторичная обмотка однофазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена между нейтралью обмотки высокого напряжения трансформатора (автотрансформатора), соединенного с двумя фазами прогреваемой воздушной линии, и землей, 13. Устройство по пп. 1 и 12, отличаю1р и1ееся тем, что параллельно вторичной обмот. ке однофазного трансформатора, подключенной последовательно в контур тока фильтра промышленной частоты, присоединена согласующая комплексная нагрузка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бургсдорф В. В. Плавка гололеда постоянным током без отключения линий, «Электрические станции», 1945, № 10.

649078

Фиг. 11 фиг. 12

Составитель Л. Никитина

Техред О. Луговая Корректор Л. Веселовская

Тираж 856 Подписное

Редактор Е. Кравцова

Заказ 57! /51

ГГНИИПИ Государственного комитета СССР (Io делам изобретений и открыл ий

I 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГГП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4