высоковольтная сеть

Формула изобретения

1. Высоковольтная сеть, содержащая основную и обходную системы сборных шин, в которой к основной системе подсоединен источник, например силовой трансформатор, к обеим системам - каждая из ВЛ (воздушная линия) электропередач, а к обходной системе - еще и шунтовая БСК (батарея статических конденсаторов), отличающаяся тем, что сеть имеет две обходные системы шин, к каждой из которых присоединена одна из цепей двухцепной ВЛ, оба дальних конца которых соединены межцепным разъединителем, а БСК подсоединена к одной из обходных шин.

2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что она имеет два дополнительных разъединителя, соединяющих обходные шины высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ.

3. Сеть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что налипший на провода обеих цепей в циклон непогоды лед и снег стряхивается силой электромагнитного взаимодействия прямого и обратного тока БСК, пропускаемого в течение нескольких секунд по петле последовательно соединенных обеих цепей ВЛ.

4. Сеть по п.3, отличающаяся тем, что каждая из цепей ВЛ имеет провода по обе стороны от стойки опоры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроэнергетики, а точнее к электрической защите голых проводов линии электропередач в циклон осенне-зимней непогоды от гололеда.

Общеизвестен такой аналог участка сети, распределяющей электрическую энергию от одного или нескольких источников между потребителями электроэнергии, как высоковольтная сеть, содержащая основную и обходную системы сборных шин, в которой к основной системе подсоединен источник, например силовой трансформатор, к обеим системам - каждая из ВЛ (воздушная линия) электропередач и к основной системе - еще и шунтовая БСК (батарея статических конденсаторов) [1], а также поочередная плавка гололеда на голых проводах той или иной ВЛ джоулевым теплом самих проводов, генерируемым большим током ее искусственного короткого замыкания [2].

В этих аналогах плавка гололеда током искусственного короткого замыкания одной из ВЛ несовместима с основным назначением шунтовой БСК [1, 6] как силового узла, компенсирующего паразитные перетоки реактивной мощности, повышающего кпд электропередач и регулирующего рабочее напряжение участка сети, по следующей причине: чем больше диэлектрическая емкость указанной БСК, толще провода и меньше длина ВЛ, тем шире круг лавины потери рабочего напряжения у всех смежных с данной линией других линий и потребителей электроэнергии. В результате неизвестно, что хуже: аналоговая плавка льда током искусственного к.з. одной из ВЛ или невмешательство собственника электросетей в буйство циклона гололеда на всей совокупности ВЛ данного участка сети с последующим послеаварийным восстановлением порванных стихией проводов и сломанных опор без всякой надежды на их спасение при повторе циклона непогоды.

Ничего этого нет в участке высоковольтной сети по прототипу [3].

Едва уловимое отличие прототипа [3] от аналогов [1, 2, 5, 6] - подсоединение шунтовой БСК не к основной, а именно к обходной системе шин, позволило круто, почти на 180°, повернуть фазу большого тока плавки гололеда в проводах той или иной ВЛ электропередач. С использованием по второму назначению той же БСК, исключением из плавки искусственной закоротки, сохранением рабочего напряжения у всех потребителей данного участка сети и мощностей источника и БСК, а также надежды успешной защиты всей совокупности ВЛ данного участка при возврате циклона.

Недостаток прототипа состоит в схемном недоразвитии высоковольтной сети, заключающемся в ограничении пропуска дополнительного большого тока шунтовой БСК лишь через такие ВЛ, у которых отношение удельных индуктивного к активному слагаемым погонного сопротивления x₀/r₀ 0,63 [4]. Этого ограничения нет в предлагаемой схеме высоковольтной сети благодаря следующей группе изобретений: 1) сеть имеет две обходные системы шин, к каждой из которых присоединена одна из цепей двухцепной ВЛ, оба дальних конца которых соединены межцепным разъединителем, а БСК подсоединена к одной из обходных шин; 2) сеть имеет два дополнительных разъединителя, соединяющих обходные системы шин высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ; 3) налипший на провода обеих цепей в циклон непогоды лед и снег стряхивается силой электромагнитного взаимодействия прямого и обратного тока БСК, пропускаемого в течение нескольких секунд по петле последовательно соединенных обеих цепей ВЛ; 4) каждая из цепей ВЛ имеет провода по обе стороны от стойки опоры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дана электросхема, фиг.2 - схема противогололедного расположения фаз-проводов обеих цепей на двухцепной опоре ВЛ, фиг.3 - диаграмма поворота фазы тока шунтовой БСК и где 1 - обе цепи двухцепной ВЛ электропередач, каждая из цепей которой имеет линейный выключатель 2 (фиг.1), обходной разъединитель 3 и присоединена не только к основной системе сборных шин 4 источника - силового трансформатора 5, потребителей электроэнергии 6, но и к одной из двух обходных систем шин 7; каждая из систем шин 7 снабжена обходным выключателем 8 и противогололедным чередованием шин-фаз, например A₁ C₂B₁/B₂C₁A₂ , а шунтовая БСК 9 подсоединена к одной из 7; обе цепи 1 в дальнем конце двухцепной ВЛ имеют межцепной разъединитель 10; между обходными системами 7 высокого и среднего напряжения, например 220 и 110 кВ, сеть имеет межсистемные разъединители 11, 12; ±J ₉ (фиг.3) - большой (по сравнению с малым током потребителей 6 данной ВЛ) ток шунтовой БСК 9; К₀ и К - коэффиценты передачи рабочего напряжения источника 5 разомкнутому началу одной из цепей 1 до и в момент пропуска J₉ через обе цепи.

Работает группа изобретений так. В норме, когда гололеда нет, выключатели 2 (фиг.1) включены, разъединители 3, 10 и 11, 12 отключены, а ближайший к БСК 9 обходной выключатель 8, по надобности, включен или отключен. Каждая из двух цепей 1 двухцепной ВЛ нагружена небольшим током своих потребителей 6 и имеет нормальное чередование фаз-проводов, например A ₁B₁C₁/A₂B₂C ₂ по обе стороны от стойки опоры. Шунтовая БСК 9 либо выдает свой реактивный ток +J₉ источнику-трансформатору 5, повышая кпд и мощность последнего (вместе с кпд и мощностью питающей его ВЛ 1 более высокого напряжения), либо находится в резерве, ожидая очередного скачка суммарной реактивной нагрузки потребителей 6 данного участка сети.

Как только поступает радиопрогноз: ОЖИДАЕТСЯ ГОЛОЛЕД, то поочередно включаются обходной 3 в начале одной из цепей 1 двухцепной ВЛ (фиг.1), межцепной 10 в дальнем конце ВЛ, обходной 8 в начале второй цепи 1, а линейные 2 обеих цепей и ближний к БСК 9 обходной 8 первой цепи отключаются. С этого момента через фазы-провода A₁C₂B ₁/B₂C₁A₂ по обе стороны от стойки общей опоры, а точнее через A₁B₁ C₁/A₂B₂C₂ указанной ВЛ 1 (фиг.2), потечет дополнительный большой ток ±J ₉ шунтовой БСК 9 (фиг.3). Благодаря взаимному пересечению площадей треугольников A₁B₁C₁ и С₂В₂А₂ обеих цепей 1 (фиг.2) и сохранения того же направления вращения поля их больших токов ±J₉, что и в нормальном режиме (против часовой стрелки), работает уже иная, чем в прототипе, дробь погонного сопротивления, а именно (x₀-x_м)/r₀ , где х_м=-0,85х₀ - взамоиндуктивное сопротивление обеих цепей 1. По сути, дополнительный ток +J₉ фаз-проводов одной цепи A₁B₁C₁ индуктивно помогает протеканию дополнительного тока -J₉ в таких же проводах А₂В₂С₂ другой цепи, и наоборот. Поэтому соблюдается условие (х₀-x _м)/r₀ 0,63 [4].

В результате обеспечивается противогололедная защита ВЛ 110-220 кВ с проводами от АС-70 до АС-300 в момент непогоды. Силой F (см. стрелки на фиг.2) взаимного влияния ±J ₉ эти налипания льда не только быстро (в течение секунды) подплавляются, но и стряхиваются. После чего указанные переключения производятся в обратном порядке с восстановлением работы обеих цепей ВЛ 1 по нормальной схеме. Аналогично производится противогололедная защита другой, третьей и остальных двухцепных ВЛ 1 данного участка сети с использованием одной и той же шунтовой БСК 9 по второму назначению с гарантией повторного успеха предлагаемой защиты при возврате циклона. Предусматривается также возможность перевода разъединителями 11 и 12 двухцепной ВЛ -220 кВ в режим ее временной работы на пониженном напряжении 110 кВ (фиг.1) и ее электрическая защита от гололеда вторым назначением шунтовой БСК 9 тоже 110 кВ.

На возможность промышленной применимости данной группы изобретений указывают следующие примеры. Благодаря противогололедной фазировке обходных шин 7 А₁С₂В₁ /В₂С₁А₂ (фиг.1), каждая из двухцепных ВЛ 1 номиналов 10, 110 и 220 кВ некоторого участка сети с проводами АС-70, АС-150 и АС-240 могут временно переключаться в работу с расположением проводов А₁С₂В₁ /В₂С₁А₂ (фиг.2) по обе стороны от стойки общей опоры, с диаметрами окружностей d=3; 6 и 8 м. При х_м=-0,85х₀; (х₀-0,85х ₀)/r₀ 0,15; 0,3 и 0,5 0,63 и х_с=-j15,4; -j152 и -j76 Ом [4, 6 с.260]; при пролете ВЛ между соседними опорами = 100; 150 и 250 м амплитуда дополнительного тока шунтовой БСК 9 ±J₉ составит 450; 490 и 900 А соответственно, которая будет генерировать во всех шести фазах-проводах 1 не только джоулево тепло подплавления льда, но и силы их одновременного стряхивания F (на фиг.2 даны стрелками). При К₀=0,9; 1,05 К_БСК 1,16; 0,95 К=К₀·К_БСК 1,044 [4]. Т.е. все потребители 6 данного участка сети даже не заметят указанных переключений. Такая работа группы изобретений подобна удару «палкой» по каждому пролету каждого из шести проводов обеих цепей 1 двухцепной ВЛ (в данных выше примерах F=3,2; 2,2 и 8,6 кГ).

Только «палкой» электромагнитной, что и указывает на высокий технический уровень патентуемых объектов.

Пора понять, что ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СЕТЬ сложнее сетей железных и шоссейных дорог. Как лошадь способна сбрасывать налипших мух мгновенным подергиванием кожи, так и в данных изобретениях налипший в непогоду лед и снег - мгновенным расширением коридора проводов двухцепной ВЛ!

Литература

1. Берковский A.M. и др. Мощные конденсаторные батареи (шунтовые). М., Энергия, 1967.

2. Руководящие указания по плавке гололеда. /В.В.Бургсдорф и др./ Министерство топлива и энергетики Российской Федерации.1993.

3. Авторское свидетельство СССР № 1179468, Бюл. 1985, № 34 (прототип).

4. Киреев П.А. Об электрической защите проводов ВЛ от гололеда, ж. Энергетик, 2007, № 12.

5. Гальперн М.Л. (Волгоградэнерго). Использование БСК в сельских электрических сетях, ж. Электрические Станции. 1986, № 5.

6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. /В.В.Ершевич и др./ 3-е изд. перераб. и. доп. М., Энергоатомиздат, 1985.