РД 34.20.511 Часть 1

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВТЕХУПРАВЛЕНИЕ ГЛАВНИИПРОЕКТ

СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА И ИНФОРМАЦИИ СОЮЗТЕХЭНЕРГО

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПЛАВКЕ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

Часть I

РД 34.20.511

(МУ 34-70-027-82)

УДК 621.313.315.1

Срок действия установлен

с 01.01.83 г.

до 01.01.90 г.

продлен до 31.12.99 г.

РАЗРАБОТАНО Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ) и Львовским ордена Ленина политехническим институтом

СОСТАВИТЕЛИ В.В. Бургсдорф, Л.Г. Никитина (ВНИИЭ), Л.А. Никонец, П.Р. Хрущ (ЛПИ)

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем Заместитель начальника К.М. Антипов

Главниипроектом Главный инженер В.К. Гусев

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Отложение гололеда, изморози и мокрого снега* представляет большую опасность для нормальной эксплуатации воздушных: линий электропередачи (ВЛ).

_____________

* В дальнейшем все виды гололедно-изморозевых образований именуются гололедом.

1.2. Отложения гололеда могут вызвать:

а) разрегулировку проводов и тросов и их сближение между собой;

б) сближение проводов и тросов при их подскоке вследствие неодновременного сброса гололеда;

в) пляску проводов;

г) обрыв проводов и тросов;

д) разрушение опор;

е) перекрытие линейной изоляции ВЛ при таянии вследствие значительного снижения льдоразрядных характеристик изоляторов по сравнению с влагоразрядными характеристиками, по которым обычно выбирается необходимый уровень линейной изоляции.

1.3. Наиболее эффективным средством борьбы с гололедом является плавка гололеда. Она позволяет в короткий срок удалить гололед.

1.4. При проектировании ВЛ, трассы которых приходят в районах гололедности, а также в районах интенсивной и частой пляски проводов, плавку гололеда рекомендуется предусматривать на проводах линий напряжением до 220 кВ включительно. Плавка гололеда на тросах должна предусматриваться в тех случаях, когда возможно опасное приближение освободившихся от гололеда проводов к тросам, покрытым гололедом.

На линиях 330 и 500 кВ в указанных районах, а также на ВЛ 35-220 кВ в III районе гололедности вопрос об организации плавки гололеда должен решаться на основе технико-экономического анализа целесообразности ее применения с учетом аварийного недоотпуска энергии потребителям, а также значения линии в энергосистеме.

Плавка гололеда должна быть предусмотрена для ВЛ, построенных по нормам, которые не соответствуют требованиям действующих нормативных документов.

1.5. Источники питания схем плавки гололеда должны быть размещены на наиболее крупных узловых подстанциях энергосистемы из числа расположенных в сильно гололедных районах. Разработка проектов установок плавки гололеда (УПГ) и схем плавки должна производиться одновременно.

1.6. Плавку гололеда следует начинать при достижении нормативных гололедно-ветровых нагрузок на проводах. Чтобы обеспечить это требование на всех линиях, взаимосвязанных по режиму плавки гололеда, следует учитывать реальные нагрузки и направление гололедонесущего потока по отношению к трассе ВЛ, поэтому на части линий плавку гололеда следует начинать заблаговременно. Очередность плавки определяется с учетом ответственности потребителей и наличия резервного питания.

1.7. Минимально необходимое количество УПГ в электрической сети должно быть достаточным для выполнения плавки гололеда на всех ВЛ за 12 ч для сети 110 кВ и выше и за 8 ч для сети 35 кВ.

1.8. Если отключение ВЛ 110-220 кВ приводит к перерыву электроснабжения, плавку гололеда рекомендуется проводить с по фазным выводом ВЛ из работы. При несоответствии качества напряжения на шинах нагрузки требованиям ГОСТ 13109-69 целесообразно предусматривать мероприятия по симметрировании неполно фазных режимов работы сети.

1.9. Для снижения затрат на организацию плавки гололеда на ВЛ с расщепленными проводами целесообразно сооружать их с изолирующими дистанционными распорками. Расстояние между распорками должно быть таким, чтобы предотвратить схлестывание между проводами фазы при неодновременном сбросе гололеда.

1.10. Для своевременного предупреждения об опасных нагрузках от гололеда должны проводиться специальные наблюдения. С этой целью заранее должны быть определены контрольные точки на линии, подвергающиеся сильному обледенению (обычно в наиболее возвышенных местах трассы), по которым можно судить об опасности гололедообразования. Наблюдения могут проводиться непосредственно на линии электропередачи или на специально смонтированных гололедных постах.

При организации наблюдений за гололедообразованием на ответственных линиях, где может быть гололед с толщиной стенки 15 мм и более, рекомендуется устанавливать автоматические сигнализаторы, которые передают на подстанцию сигнал о появлении гололеда определенного веса в пролетах, подверженных сильному обледенению. Исправность и правильная работа сигнализаторов должны проверяться непосредственно перед гололедным сезоном.

1.11. Как правило, схема плавки гололеда должна вводиться в работу не позднее, чем за 1,0 ч после команды диспетчера о применении плавки.

С этой целью должна быть заранее проработана последовательность всех операций по сборке схемы плавки и выполнение мероприятий, обеспечивающих их быстрое завершение. Для сборки схемы плавки гололеда должны использоваться коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, отделители) с дистанционным управлением и лишь в отдельных случаях - с применением ручных приводов. Временные соединения, собираемые на болтах, шлейфы, накладки, закоротки и т.п., не допускаются.

1.12. Сборка и разборка схем плавки гололеда производится по специальным программам, предусматривающим выдачу диспетчером комплексных оперативных заданий с учетом максимально возможной одновременности производства операций, включая необходимые изменения в релейной защите. Во всех случаях необходимо предусмотреть блокировки от ошибок при сборке схем плавки.

1.13. Релейная защита устройств плавки гололеда и электроустановок, питающих эти устройства, должна соответствовать требованиям действующих ПУЭ и Руководящих указаний по проектированию устройств плавки гололеда. Выполнение релейной зашиты устройств плавки гололеда, как правило, не должно обусловливать изменений в схемах и функционировании защит смежных элементов и сети в целом.

2. РАСЧЕТНЫЙ ТОК И ВРЕМЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ПРОВОДАХ И ТРОСАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

2.1. При определении токов и времени плавки необходимо учитывать энергию на расплавление льда, на теплоотдачу в окружающую среду и на нагрев провода до температуры, при которой может начаться плавление льда (перед включением тока плавки температура провода может быть близка к температуре воздуха).

2.2. Плавку гололеда следует производить возможно большими токами, что позволяет быстрее завершить ее и восстановить нормальную схему работы сети. Одновременно это способствует уменьшению затрат электроэнергии на плавку, поскольку энергия, отдаваемая в окружающую среду, непосредственно зависит от длительности обогрева.

2.3. Режим плавки гололеда должен выбираться по наиболее обледенелому участку линии, поэтому плавка будет продолжаться и тогда когда в местах с меньшей толщиной стенки гололед освободит провода, и они начнут интенсивно нагреваться. При неравномерном обледенении линии могут встречаться участки, на которых гололед вообще не образовался. Поэтому предельный ток плавки гололеда должен выбираться с учетом нагрева провода (троса), на котором не было гололеда.

Допустимая температура нагрева провода определяется двумя условиями:

- сохранением механической прочности провода (табл. 2.1);

- приближением во время плавки провода к земле или пересекаемым объектам.

Таблица 2.1

Допустимая температура нагрева проводов при плавке гололеда по условию механической прочности проводов

На время плавки гололеда с учетом ее кратковременности допускаемые расстояния между проводами и землей или пересекаемым объектом приведены в табл. 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2

Наименьшие расстояния между проводами ВЛ и землей или пересекаемым объектом, допустимые на время плавки

Таблица 2.3

Наименьшие расстояния между проводами или между проводами и тросами пересекающихся ВЛ, допускаемые на время плавки

По допустимым на время плавки расстояниям между проводом и землей или пересекаемым объектом определяется стрела провеса, соответствующее ей механическое напряжение в проводе и допустимая температура нагрева провода.

2.4. При определении наибольших допустимых токов плавки температуру воздуха и скорость ветра принимают по наблюдениям метеорологических станций или гололедных постов на участках со слабым гололедом или в местах, где он не образуется в момент проведения плавки гололеда.

Определение наибольших допустимых токов плавки может быть произведено по формуле:

                (2.1)

,                      (2.2)

где Iмд - наибольший допустимый ток плавки, А;

- сопротивление 1 м провода или троса при допустимой температуре провода, Ом (см. табл. П1.1);

d - диаметр провода или троса, см;

ε - постоянная лучеиспускания (для медных и алюминиевых проводов имеет значение порядка 0,6, для стальных тросов - порядка 0,3);

tдоп - допустимая температура нагрева провода, °С;

t - температура воздуха, °С;

v - скорость ветра, м/с.

Первая формула применяется для погоды со скоростью ветра менее 1,0 м/с; вторая - со скоростью ветра более 1,0 м/с, В табл. П1.2 приведены наибольшие токи плавки для характерных погодных условий.

2.5. Время плавки гололеда зависит от значения тока, размеров и плотности гололедно-изморозевых образований, их формы, скорости ветра и температуры воздуха.

Расчет требуемого тока и времени плавки в длительном режиме может быть произведен по формуле:

,                     (2.3)

где Iп - ток плавки, А;

R - сопротивление 1 м провода или троса при 0 °С, Ом;

τ - время плавки, ч;

∆t - разность между температурой провода и воздуха, °С;

γг - объемный вес гололеда, г/см ;

b - толщина стенки гололеда, см;

d - диаметр провода, см;

D - внешний диаметр провода с гололедом, см;

Rто - тепловое сопротивление 1 м гололедного цилиндра при переходе от внутренней к наружной поверхности, ;

,                                                         (2.4)

Rт1 - тепловое сопротивление при переходе с 1м длины наружной поверхности обледенелого провода в воздухе, ;

для гололеда,                                   (2.5)

для изморози,                                  (2.6)

λ - коэффициент теплопроводности, для льда принимается равным 2,27⋅10-2 , а для изморози по дочитывается по формуле:

λ = (2,1 +42γг +216)10-4, Вт/см°С,                                      (2.7)

С - теплоемкость материала провода Вт⋅с/(г⋅°С) для стали 0,462, для алюминия 0,92, для меди 0,38;

γп - объемный вес материала провода, г/см3;

S - сечение провода, см2.

В приложении 2 приведены графики зависимости тока и времени плавки гололеда, пользуясь которыми можно определить требуемые значения токов при различной длительности плавки для характеристик практических случаев.

2.6. Плавка гололеда токами, превосходящими длительно допустимые по условию нагрева проводов, может проводиться в повторно-кратковременном режиме. Методика расчета режима плавки в повторно-кратковременном режиме КЗ приведена в приложении 3.

2.7. Учитывая возможное изменение погодных условий и погрешности в определении размеров, плотности гололеда и сопротивления проводов для обеспечения надежной плавки ее продолжительность следует увеличивать на 25-30% по сравнению с расчетной.

2.8. Значение тока и времени плавки одностороннего гололеда с толщиной стенки 10 мм характерной для возникновения пляски примерно соответствует времени плавки цилиндрического гололеда с толщиной стенки 5 мм. В приложении 4 приведены значения требуемых токов и время плавки, полученные экспериментальным путем.

2.9. При профилактическом нагреве проводов повышают токовую нагрузку линии до значения, при котором отложение гололеда на проводах не происходит. Для этого необходимо, чтобы температура провода при гололедообразовании была выше 0 °С. При температуре воздуха около нуля и ветрах со скоростью 1-2 м/с, характерных для целого ряда случаев обледенения, профилактический нагрев может применяться успешно. При скоростях ветра более 3-4 м/с и температурах ниже –5 °С профилактический нагрев требует больших токов. Профилактический нагрев проводов применяется в случае, когда гололед захватывает ограниченную часть сети, где могут быть повышены токи до требуемого значения.

2.10. Ток профилактического нагрева может быть рассчитан по формулам, приведенным в п. 2.4, с учетом температуры провода, равной +1 °С.

В приложении 5 приведены кривые токов для профилактического нагрева проводов при различных температурах воздуха и скоростях ветра.

3. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПРИ ПЛАВКЕ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

Выбор источника питания схем плавки гололеда определяется протяженностью прогреваемых ВЛ, сечением их проводов, главной схемой соединения и мощностью оборудования электрических станций и подстанций, от которых проводится плавка.

Подстанции с регулированием напряжения посредством изменения коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов

3.1. В качестве источника питания на подстанциях используются специально выделенный трансформатор или системы шин (СШ) 6-35 кВ, питающиеся от трансформатора Т, подключенного к СШ через выключатель 1B (рис. 1).

В схемах подстанций должна предусматриваться перемычка (П), подключаемая с одной стороны к линии или к обходной системе шин (ОСШ) через разъединитель РПГ соответствующего класса напряжения, а с другой стороны - через выключатель 2В к источнику питания.

3.2. Для сокращения времени сборки схем плавки гололеда и повышения надежности электроснабжения потребителей целесообразно автоматизировать процесс сборки схем плавки и ввода ВЛ в работу после окончания плавки.

Возможные варианты схемы подключения установки для плавки гололеда (УПГ) расположенной на подстанции с ОСШ приведены на рис. 2 и 3, которые обеспечивают автоматизацию плавки гололеда на ВЛ, соединяющей эту подстанцию с подстанцией без ОСШ. В этом случае подвод напряжения от УПГ к обогреваемой ВЛ необходимо производить через обходной выключатель ОВ (см. рис. 2). На противоположном конце ВЛ целесообразно предусмотреть короткозамыкатель и отделитель, соединенные по схеме рис. 3.

Рис. 1. Схема источника питания для плавки гололеда переменным током с перемычкой между ячейкой плавки гололеда (2В) и обогреваемой ВЛ. Пунктиром показано подключение ячейки плавки при наличии ОСШ.

Рис. 2. Принципиальная схема подключения УПГ к прогреваемой ВЛ через обходной выключатель

Рис. 3. Принципиальная схема закорачивающего пункта на ВЛ с автоматическим управлением режима плавки

Схемы автоматизации приведены в приложении 6 (рис. П6.1 и П6.2). При наличии в конце линии подстанции с входным выключателем схемы управления и автоматизации плавки гололеда могут быть выполнены без установки дополнительных коммутационных аппаратов.

Подстанции с регулированием напряжения посредством линейных регулировочных трансформаторов

3.3. Наличие на подстанции линейного регулировочного трансформатора (ЛРТ) позволяет использовать его в качестве источника плавки гололеда. Если уровень напряжения на шинах НН подстанции без ЛРТ допустим для местной нагрузки, рекомендуется всю нагрузку сети низкого напряжения подключить непосредственно к обмотке низкого напряжения автотрансформатора. Принципиальная схема приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема подстанции с линейным регулировочным трансформатором (ЛРГ) используемым для плавки гололеда:

1P÷4Р, 6Р - дополнительно устанавливаемые разъединители; 2В - выключатель установки плавки гололеда; 1П, 2П - дополнительные перемычки

Подстанции с блоками автотрансформатор – вольтодобавочный трансформатор

3.4. Подстанции с блоками автотрансформатор-вольтодобавочный трансформатор (АТ-ВДТ) позволяют получить источник плавки гололеда с регулированием тока плавки от нуля до номинального значения, что существенно расширяет диапазон длин обогреваемых ВЛ. Для этого собирается схема (рис. 5), в которой возбуждающая обмотка (ВО) вольтодобавочного трансформатора, соединенная треугольником, отключена от ввода НН автотрансформатора и к ней присоединены провода обогреваемой ВЛ, закороченные на противоположном конце ВЛ. Регулировочная обмотка (РО) вольтодобавочного трансформатора остается подключенной к нейтральным выводам AT. Отключение ВО вольтодобавочного трансформатора от ввода НН автотрансформатора должно производиться только при нулевом напряжении на РО вольтодобавочного трансформатора. В такой схеме при введении в работу РО вольтодобавочного трансформатора и наличии перетока нагрузки через AT от обмотки ВН к обмотке СН ток его общей обмотки протекает также через РО вольтодобавочного трансформатора и наводит ток в возбуждающей обмотке. Этот наведенный ток замыкается по проводам обогреваемой ВЛ. Поскольку выделяемая в проводах мощность, как правило, в несколько раз меньше мощности перетока через AT, ток общей части обмотки AT практически не зависит от сопротивления обогреваемой ВЛ. Таким образом вольтодобавочный трансформатор переводится в режим трансформатора тока. В схеме рис. 5 предусмотрены выключатель 1B и быстродействующий дуговой высоковольтный короткозамыкатель (БДВК), на включение которых действуют зашиты вольтодобавочного трансформатора и обогреваемого контура при повреждениях во время плавки. Дуговой короткозамыкатель защищает также оборудование схемы от перенапряжения при обрывах в обогреваемой ВЛ, так как имеет регулируемые искровые промежутки.

3.5. Для плавки не допускается использование вольтодобавочного трансформатора в режиме регулировочного трансформатора при питании его ВО от шин НН автотрансформатора и подключении проводов обогреваемой ВЛ к РО вольтодобавочного трансформатора, отсоединенной от нейтральных выводов AT. В этом случае любое КЗ в контуре плавки будет эквивалентно витковому замыканию вольтодобавочного трансформатора.

Выключатель 2В установки (см. рис. 5) обеспечивает также возможность вывода вольтодобавочного трансформатора в ремонт без отключения AT.

Рис. 5. Схема подстанции с вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) со стороны нейтрали общей части обмотки автотрансформатора (AT) используемым для плавки гололеда переменным током:

1В - шунтирующий выключатель; БДВК - быстродействующий дуговой высоковольтный короткозамыкатель; РО - регулировочная обмотка ВДТ; ВО - возбуждающая обмотка ВДТ.

Подстанции с шунтирующими реакторами

3.6. Для обогрева проводов и тросов могут использоваться шунтирующие реакторы.

4. СХЕМЫ, РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ЗОНЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ НА ПРОВОДАХ

Плавка гололеда коротким замыканием

4.1. При плавке гололеда коротким замыканием 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. 6).

Рис. 6. Схема плавки гололеда способом короткого замыкания:

а - трехфазное короткое замыкание; б - двухфазное короткое замыкание; в - схема "змейка".

Плавка гололеда может проводиться путем:

- трехфазного короткого замыкания;

- двухфазного короткого замыкания;

- однофазного короткого замыкания при последовательном соединении проводов всех фаз.

Ток плавки для вышеперечисленных схем соответственно определяется по формулам:

.                                                          (4.1)

.                                                            (4.2)

,                                                   (4.3)

где Iл - линейное напряжение, кВ;

Z - сопротивление фазы обогреваемой линии, Ом/км;

Z0 - сопротивление обогреваемой линии, провода которой собраны в "змейку", Ом/км;

Zc - сопротивление системы, приведенное к шинам НН питающего трансформатора, Ом;

l - длина линии, км;

Rзаз - сопротивление заземления, Ом.

,                                             (4.4)

rп - сопротивление провода, Ом/км;

rз - сопротивление земли, принимается равным 0,05 Ом/км;

D - среднее геометрическое расстояние между осями проводов ВЛ, м;

ρ - расчетный диаметр провода, м;

D3 - глубина залегания обратного провода в земле ≈ 1000 м.

Метод трехфазного короткого замыкания является простым и удобным, поскольку плавка гололеда производится сразу на всех фазах.

4.2. 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.

Если плавка производится от шин системы, то напряжение, а, следовательно, и длина обогреваемой линии могут изменяться в ограниченных пределах.

4.3. 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).

4.4. Большие возможности регулирования режима плавки достигаются при выделении для плавки одного или нескольких генераторов.

При выделении для плавки отдельного трансформатора возможно произвести регулирование напряжения во всем диапазоне имеющихся ответвлений, т.е. в пределах ±2×2,5% для обычных трансформаторов (автотрансформаторов) и ±16% для трансформаторов, снабженных устройствами для регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой.

Области применения переменного тока для плавки гололеда по способу трехфазного короткого замыкания от трансформаторов различной мощности со стандартными напряжениями приведены на рис. 7. Максимальные длины обогреваемых участков определены при минимальном (часовом) токе плавки, минимальные - при максимально допустимом токе для проводов различных сечений. Расчетные условия приняты по IV климатическому району при температуре окружающего воздуха –5 °С и скорости ветра 5 м/с.

4.5. Для регулирования тока плавки можно включить последовательно с обогреваемой линией дополнительные участки линии (не требующие обогрева) или реакторы.

4.6. Для ВЛ с изолированными расцепленными проводами в фазе для снижения требуемой для плавки мощности целесообразны схемы плавки гололеда, в которых контур протекания тока плавки создается из проводов расщепленной фазы с помощью коммутационных аппаратов (рис. 8). Значения реактивных сопротивлений при плавке гололеда по схемам рис. 8 для ВЛ с изолированными расщепленными проводами в фазе при расстоянии между проводами δ 40 см приведены в табл. 4.1. Допустимые длины участков плавки и требуемые значения реактивной мощности при плавке гололеда по схемам рис. 8 (время плавки 1 ч, температура воздуха –5 °С, диаметр гололедной муфты - 5 см) приведены в табл. 4.2. При необходимости плавки гололеда на участках меньшей длины рабочее напряжение плавки должно быть снижено.

Рис. 7. Диапазоны длин обогреваемых участков ВЛ 35-220 кВ со сталеалюминиевыми проводами сечений 35-500 мм2 - при плавке гололеда переменным током:

- - - - - огибающая минимальных длин ВЛ при плавке гололеда от источника неограниченной мощности;

- ⋅ - ⋅ - огибающая максимальных длин ВЛ;

-- огибающая минимальных длин ВЛ при плавке гололеда от источника мощностью 4-153 мВ⋅А;

а - при питании от источника мощностью 4-125 МВ⋅А; б - при питании от источника мощностью 4-400 МВ⋅А

Рис. 8. Схемы плавки гололеда для ВЛ с расщепленными проводами:

а, б, в, г - расщепление на два провода; д - расщепление на три провода.

4.7. В случае использования источника с регулированием тока (на подстанции с блоками АТ-ВДТ по схеме рис. 5) плавка гололеда проводится трехфазным коротким замыканием (см. рис. 6).

4.8. Диапазоны длин обогреваемых участков ВЛ со сталеалюминиевыми проводами сечений 35÷500 мм2 при плавке от блока АТ-ВДТ существующих типов ВДТ приведены на рис. 9.

Рис. 9. Диапазоны длин обогреваемых участков ВЛ 35-220 кВ с проводами сечений 35-500 мм2 при плавке гололеда переменным током от блока АТ-ВДТ:

-- ограничения по допустимому напряжению ВДТ;

- - - - ограничения по допустимому току ВДТ.

Плавка гололеда уравнительными токами

4.9. Способ плавки уравнительными токами за счет встречного включения фаз заключается в том, что на одном конце провода обогреваемые линии присоединение к фазам А, В и С на другом - соответственно к фазам В, С и А (рис. 10).

Рис. 10. Схема плавки гололеда по способу встречного включения

Таким образом, на обогреваемую линию подается не фазное напряжение источника тока плавки гололеда, как при способе короткого замыкания, а линейное. Это позволяет увеличить длину линий, на которых производится плавка гололеда, на 73% или увеличить ток плавки. Ток плавки подсчитывается по формуле:

,                                                                 (4.5)

где - линейное напряжение источника плавки;

- полное сопротивление цепи плавки.

4.10. При встречном включении фаз полная мощность и токи, в начале и конце обогреваемой линии одинаковы, если равны напряжения источников (рис. 11).

Рис. 11. Векторная диаграмма при обогреве линии по способу встречного включения.

4.11. Перетоки активной и реактивной мощностей между подстанцией I и обогреваемой линии могут быть определены по формулам:

РI = UIcos(φ - 30°);                                                 (4.6)

QI = UIsin(φ - 30°).                                                (4.7)

Соответственно для подстанций II и обогреваемой линии перетоки активной и реактивной мощностей определяются выражениями:

РII = UIcos(150° - φ);                                                 (4.8)

QII = UIsin(150° - φ).                                                (4.9)

Подстанция, имеющая резервы активной и реактивной мощности, должна подключаться к линии с опережающим углом φ.

4.12. Плавка гололеда уравнительными токами может применяться для линии, расположенных между соседними подстанциями, имеющими связи по линиям высокого напряжения (наиболее распространенный случай), при параллельных линиях, а также в кольце. При этом по условию качества напряжения в работе могут оставаться потребители, подключенные к питающим шинам или удаленные от них на расстояние до 100% длины обогреваемой линии.

4.13. С целью сохранения питания потребителей, подключенных к обогреваемой линии по всей ее длине, может быть применена схема встречного включения фаз, векторы напряжения которых сдвинуты на 60 эл. град. Дня этого в кольцевой сети (рис. 12) устанавливается секционирующий выключатель (В5), нормально отключенный.

Рис. 12. Схема плавки гололеда по способу встречного включения без отключения нагрузки:

Л1, Л2 - обогреваемые ВЛ.

Таблица 4.1.

Расчетные параметры ВЛ 330-500 кВ с изолирующими дистанционными распорками

Таблица 4.2

Зона и мощность плавки гололеда на ВЛ 330-500 кВ с изолирующими дистанционными распорками

Линии сети подключаются к независимым источникам с указанным сдвигом фаз векторов напряжения. При плавке гололеда выключатель В5 включается. При этом на рабочий ток накладывается дополнительный ток, обусловленный разностью напряжений двух независимых источников питания, значение которого определяется из выражения:

.                                                               (4.10)

В качестве независимых источников питания могут использоваться либо шины разных подстанций, либо разные секции или системы шин одной подстанции.

Схема релейной зашиты кольцевой сети для случая питания от разных секций одной подстанции приведена на рис. П7.1, а для случая питания от разных подстанций - на рис. П7.2, П7.3. На линии с отпайками при плавке на магистральной ее части при повреждениях на отпайках значения токов КЗ могут быть недостаточны для работы релейной защиты. В этом случае необходимо установить на отпайке дополнительный выключатель. Дополнительный коммутационный аппарат на отпайке от магистрали необходим, если результирующее электрическое сопротивление отпайки совместно с электрическим сопротивлением участка кольцевой сети от места подключения отпайки до ближайшей питающей подстанции превышает сопротивление контура плавки.

Плавка гололеда перераспределением нагрузок

4.14. Токовая нагрузка обогреваемой линии повышается путем перераспределения нагрузки в сети до требуемого (для осуществления плавки) значения. Перераспределение нагрузки достигается путем:

а) повышения нагрузки станций, передающих энергию через обогреваемую линию;

б) повышения нагрузки подстанции, питаемых по обогреваемой линии путем переключений в сети более низкого напряжения;

в) отключения части линий, в результате которого повышается передаваемая мощность по обогреваемой линии. Практически с этой целью отключают параллельную с обогреваемой линию или прибегают к разрезанию колец.

4.15. С целью сохранения надежности работы системы при плавке гололеда отключаемые линии должны быть оборудованы устройствами для немедленного автоматического включения их при исчезновении напряжения на шинах нагрузки. Обогреваемую линию следует стремиться загружать активной мощностью, поскольку при этом в меньшей степени нарушается режим напряжений в сети.

4.16. Для коротких двух цепных ВЛ либо кольцевых сетей целесообразна плавка гололеда уравнительным током, полученным в результате изменения коэффициента трансформации питающих трансформаторов. Причем, если на одной из шин напряжение увеличивается на величину то на другой системе шин (например, на обходной) его следует уменьшить на .

Величину можно определить из выражения:

.                                                       (4.11)

Результирующий ток в проводах определяется как векторная сумма уравнительного и рабочего тока нагрузки.

Плавка гололеда наложением токов

4.17. При этом способе на рабочий ток накладывается дополнительный ток, создаваемый в контуре, частью которого является обогреваемая линия. Для этого в контур включается источник ЭДС, значение и фаза которой подбирается таким образом, чтобы увеличить ток до требуемого значения.

4.18. Для наложения токов могут быть использованы кольцевые участки и параллельные линии (рис. 13).

Рис. 13. Схемы плавки гололеда по способу включения ЭДС в контур:

а - при параллельных линиях; б - при кольцевой сети.

4.19. При параллельных линиях и в кольцевых сетях для наложения тока следует использовать вольтодобавочные трансформаторы с соответствующим

уровнем изоляции, включая их в рассечку кольцевой сети (рис. 14). Вольтодобавочные трансформаторы позволяют регулировать значения продольной и поперечной ЭДС и тем самым обеспечить оптимальный режим плавки.

Рис. 14. Включение вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) в рассечку кольцевой сети:

а - при параллельных линиях; б - при кольцевой сети.

4.20. Пофазная плавка токами наложения может применяться в сетях, работающих с незаземленной нейтралью (рис. 15). При использовании схем с пофазной плавкой гололеда необходимо проверить электромагнитное влияние на каналы связи.

Рис. 15. Схема пофазной плавки токами наложения.

4.21. Ток наложения подсчитывается по формуле:

,                                                     (4.12)

где - дополнительное напряжение, созданное в контуре, кВ;

- полное сопротивление контура, Ом.

Ток наложения складывается с рабочим током линии геометрически.

4.22. Для повышения эффективности плавки гололеда способ наложения токов можно сочетать с перераспределением нагрузок.

4.23. Схемы наложения токов при наличии вольтодобавочного трансформатора и трансформаторов с РПН позволяют быстро собрать схему для обогрева линии и восстановить нормальную работу сети после проведения плавки.

5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СХЕМ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

Подстанции с регулированием напряжения посредством изменения коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов

5.1. В тех случаях, когда плавка гололеда переменным током неосуществима при данной мощности трансформаторов подстанции и заданных номинальных напряжениях, следует предусматривать плавку гололеда постоянным током. Для этих целей могут использоваться преобразователи ВУКН-1200-14000; ВУКН-1600-14000; ВУКН-1200-8000.

Преобразователи выполняются на неуправляемых вентилях по трехфазной мостовой схеме.

В зависимости от параметров обогреваемых ВЛ может быть применено параллельное включение нескольких преобразователей (до трех) и последовательное (до двух), а также их последовательно-параллельное соединение.

5.2. Подключение преобразователей к шинам 6-10 кВ обуславливает некоторые особенности в работе электрической сети, работаю- щей параллельно с преобразователем.

Нормальные и аварийные режимы работы сети характеризуются такими факторами, как наложение постоянной составляющей напряжения на изоляцию сети, появление постоянных составляющих в токах аварийных режимов и др. Это может привести к отказу выключателя, а также к ложной работе релейной зашиты. Необходимы устройства защиты, ограничивающие воздействия, вызванные наличием преобразователя.

Пониженный уровень изоляции преобразователей для плавки гололеда по сравнению с уровнями изоляции оборудования электрической сети, от которой он питается, требует специальной зашиты установки плавки гололеда от перенапряжений.

Для ограничения токов короткого замыкания преобразователей УПГ следует применять токоограничивающие реакторы, уменьшающие мощность короткого замыкания источника питания.

5.3. Трансформаторы напряжения НТМИ и НКФ, подключенные к шинам питания преобразователя и к линии, на которой предусматривается плавка гололеда, должны быть подключены по специальным схемам.

5.4. Совместная работа УПГ с синхронными компенсаторами и конденсаторными батареями ограничена воздействием высших гармонических, генерируемых преобразователями УПГ.

5.5. Допускается использование контура заземления подстанции в качестве рабочего заземлителя при плавке гололеда током до 1200 А. Должна быть предусмотрена зашита контура от термического поражения.

5.6. Наличие на контуре заземления подстанции постоянного тока при его использовании в качестве рабочего заземлителя приводит к протеканию части постоянного тока плавки через глухозаземленные нейтрали трансформаторов, установленных на этой подстанции. Это приводит к некоторому увеличению тока холостого хода и потерь в стали трансформаторов (автотрансформаторов). Для устранения указанного явления в нейтрали трансформаторов (автотрансформаторов) следует включить специальные устройства.

5.7. С целью обеспечения высокочастотной связи по обогреваемой ВЛ целесообразно выполнить подвод постоянного тока к проводам ВЛ таким образом, чтобы он протекал через ВЧ заградители или установить в цепи преобразователя на стороне постоянного тока дополнительный заградитель.

Подстанции с блоками автотрансформатор – вольтодобавочный трансформатор

5.8. На подстанциях с блоками автотрансформатор - вольтодобавочный трансформатор (АТ-ВДТ) и при использовании выпрямителя можно обеспечить регулирование тока плавки и тем самым обеспечить обогрев ВЛ в широком диапазоне длин и сечений проводов. Для этого собирается схема АТ-ВДТ, описанная в п. 3.3 и отличающаяся от нее тем, что к возбуждающей обмотке ВДТ присоединен выпрямитель. Подключение выпрямителя вызывает ряд особенностей в работе основного оборудования подстанции и требует принятия специальных мер. Допускается совместное включение преобразователей, питаемых от ВДТ, с преобразователями, питаемыми от шин низкого напряжения подстанций.

Подстанции с шунтирующими конденсаторными батареями

5.9. На подстанции с шунтирующей конденсаторной батареей 35-110 кВ может быть выполнена установка для плавки гололеда с регулируемым током. Ее элементы могут использоваться также для регулирования реактивной мощности.

5.10. Рекомендации по выбору схем присоединения УПГ, выбору параметров отдельных элементов УПГ, схем релейной защиты, автоматики и управления источников питания схем плавки гололеда постоянным током приведены в части 2 настоящих Методических указаний, которые издаются отдельно.

6. СХЕМЫ, РАСЧЕТ РЕЖИМОВ И ЗОНЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

Плавка от преобразователя, подключенного к шинам 6-10 кВ или к трансформатору

6.1. При плавке гололеда постоянным током возможен дискретный выбор тока изменением схем соединения проводов отдельных фаз линии. Выбор рациональной схемы плавки зависит от параметров ВЛ, электрической сети и источников питания. Некоторые из рекомендуемых схем плавки от УПГ с одним преобразователем приведены на рис. 16-20. Примерный диапазон обогреваемых участков показан на рис. 21.

Рис. 16. Схема "змейка".

Рис. 17. Схема "провод-два провода".

Рис. 18. Схема "провод-провод".

Рис. 19. Схема "провод-земля".

Рис. 20. Схема "три провода - провод - земля".

Рис. 21. Диапазон длин обогреваемых участков ВЛ от УПГ (источник напряжения):

I - ВУКН-1200-14000; II - ВУКН-1200-8000.

6.2. Если применение одного преобразователя не позволяет получить необходимый ток плавки, следует увеличить количество преобразователей, включенных последовательно в обогреваемый контур.

6.3. При необходимости можно сочетать плавку гололеда на одной фазе с передачей мощности по оставшимся двум фазам в неполнофазном режиме. С целью улучшения качества напряжения на шинах нагрузки и увеличения пропускной способности ВЛ в неполнофазном режиме следует применять специальные устройства.

6.4. Расчет тока плавки от преобразователя, подключенного к шинам 6-10 кВ, должен проводиться по формуле:

,                                                         (6.1)

где Ел - линейное напряжение на шинах питания, кВ;

Xк - индуктивное сопротивление контура коммутации преобразователя, Ом;

Rк.п - омическое сопротивление контура плавки, Ом.

Плавка от установок с блоком автотрансформатор – вольтодобавочный трансформатор

Применение ВДТ в качестве источника плавки позволяет существенно расширить зоны обслуживания УПГ и сократить суммарное время плавки.

Комбинация регулируемого (с применением ВДТ) и нерегулируемого источников напряжения позволяет в ряде случаев существенно уменьшить суммарное время плавки. Примерные зоны применения источника с регулируемым напряжением приведены на рис. 22.

Рис. 22. Диапазон длин обогреваемых участков ВЛ от УПГ (источник тока):

I - ВУКН-1200-14000; II - ВУКН-1200-8000.

6.5. Схемы плавки гололеда на проводах ВЛ от УПГ с различным количеством преобразователей, рекомендации по проведению пофазной плавки гололеда, по расчету режимов регулируемых (с применением ВДГ) УПГ, а также другие сведения, касающиеся схем и расчета плавки гололеда постоянным током, приведены в части 2 настоящих Методических указаний, которые издаются отдельно.

7. СХЕМЫ, РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА НА ТРОСАХ

7.1. Ток и время плавки гололеда на стальных тросах могут быть рассчитаны по формулам, приведенным в разд. 2. Кроме того, в приложении 2 приведены графики тока и времени плавки для характерных практических случаев.

Высокое сопротивление тросов позволяет существенно снизить требуемый ток плавки гололеда по сравнению с токами плавки гололеда на проводах. Поскольку включение тросов для плавки не влияет на передачу энергии по линии, их обогрев может проводиться заблаговременно и более длительно. Это позволяет увеличить практический диапазон токов плавки.

7.2. Простейшая схема плавки гололеда на тросе приведена на рис. 23.

Рис. 23. Схема "трос-земля".

Место заземления троса определяется номинальным напряжением источника плавки и длиной троса. С целью увеличения протяженности обогреваемых тросов можно подключить источники плавки с обоих концов троса (рис. 24). В тех случаях, когда на приемной подстанции нет необходимого напряжения для плавки гололеда, можно использовать провода отключенной линии для подачи напряжения плавки на обогреваемый трос. В ряде случаев целесообразно совмещать плавку на проводах с плавкой на тросах (рис. 25 и 26).

Рис. 24. Схема "трос-земля" при подключении источников плавки с двух концов троса.

Рис. 25. Использование проводов отключенной ВЛ для подачи напряжения плавки на обогреваемый трос.

Рис. 26. Одновременная плавка гололеда на проводах и тросах.

7.3. Возможные схемы плавки на линии с двумя тросами приведены на рис. 27-31. В последнем случае (см. рис. 31) плавка на тросах проводится в два этапа.

Рис. 27. Схема "трос-трос"

Рис. 28. Схема "трос-трос" при подключении источников плавки с двух концов троса

Рис. 29. Схема "два троса - земля".

Рис. 30. Схема "два троса - земля" при подключении источников, плавки с двух концов троса.

Рис. 31. Схема для плавки в два этапа: "трос-трос" и "два троса - трос - земля".

Плавить гололед на коротких тросовых подходах рекомендуется от шунтирующих реакторов, если такие установлены на подстанции. Возможно также применение специальных трансформаторов на напряжение 1-4 кВ с ответвлениями через 1 кВ. Такие трансформаторы могут быть изготовлены силами ремонтных заводов энергосистем. Для применения более высоких напряжений при плавке гололеда может быть использовано последовательное соединение тросов нескольких смежных линий. Возможность применения на питающих линиях электрифицированных железных дорог схем с использованием земли в качестве обратного провода требует экспериментальной проверки в отношении помех в линиях связи, сигнализации и автоблокировки железных дорог.

7.4. Сопротивление троса складывается из активного, внутреннего и внешнего индуктивных сопротивлений.

Значение активного и внутреннего индуктивного сопротивлений троса зависят от значения протекающего тока и принимаются в соответствии с данными рис. 32.

Рис. 32. Зависимости активного Rт (а) и внутреннего индуктивного Xвн (б) сопротивлений стальных тросов от тока.

Средние значения внешнего индуктивного сопротивления троса могут быть приняты в соответствии с данными табл. 7.1.

Таблица 7.1

Средние значения внешнего индуктивного сопротивления троса

Пользуясь графиками рис. 32 и данными табл. 7.1, полное сопротивление троса может быть подсчитано по формуле:

,                                            (7.1)

где Rт - активное сопротивление троса, Ом/км;

Rз = 0,05 Ом/км (сопротивление земли);

Хвн - внутреннее индуктивное сопротивление троса, Ом/км;

Хн - внешнее индуктивное сопротивление троса, Ом/км.

Для часто применяемой при плавке гололеда плотности тока 2 А/мм2 в табл. 7.2 даны необходимые расчетные данные о сопротивлениях стальных тросов.

Таблица 7.2

Сопротивления стальных тросов (Ом) на километр линии

7.5. Возможные длины участков линий, на которых может быть проведена плавка гололеда на тросах при различных напряжениях источника, приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3

Средние длины линий (км) при плавке гололеда на тросах сечением 35, 50, 70 мм2 с плотностью тока 2 А/мм2

7.6. Переменный ток плавки определяется по формуле:

,                                        (7.2)

,                                                     (7.3)

где Rзаз - сопротивление заземления троса, Ом.

Сопротивление заземления троса, по возможности, должно быть небольшим, особенно при плавке на коротких тросовых подходах от специальных однофазных трансформаторов, поэтому рекомендуется усиливать контур заземления опоры, на которой устанавливается закоротка, до значений, не превышающих 4 Ом.

Для обеспечения безопасности следует ограждать контур заземления опоры, если потенциал его превышает 100 В. Ограждаемая территория вокруг опоры определяется шаговым напряжением.

8. РАБОТА ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Изоляция электрической сети

8.1. Гололедные отложения на изоляции электрической сети способствуют существенному снижению разрядных характеристик изоляции, что должно учитываться как при эксплуатации, так и при проектировании электрических сетей. С целью повышения надежности работы должны быть оптимизированы уровни внешней изоляции тросов.

Необходимое число изоляторов N должно выбираться по формуле:

,                                                          (8.1)

где U - напряжение, приложенное к изоляции, кВ;

λэ - нормированная удельная эффективная длина пути утечки, см;

L - геометрическая длина пути утечки принятого типа изолятора, см;

Кл - поправочный коэффициент использования длины пути утечки изолятора принятого типа.

   (8.2)

где D - диаметр изолятора, см;

β - номер района загрязненности;

α - номер района гололедности;

Кф - коэффициент формы изолятора.

При коэффициент Кл = 1.

8.2. Уровень изоляции тросов, достаточный для успешного проведения плавки, зависит от способа его выполнения.

При неизменном по длине троса количестве изоляторов при плавке от источника переменного и постоянного тока следует принимать λэ по данным табл. 8.1.

Таблица 8.1

Рекомендуемые значения λэ (см/кВ) при неизменном по длине троса количестве изоляторов при плавке гололеда переменным и постоянным током

При изменении числа изоляторов в гирлянде, пропорциональном значению воздействующего напряжения, λэ следует принимать для переменного напряжения по табл. 8.2 и для постоянного напряжения - по табл. 8.3.

Таблица 8.2

Рекомендуемые значения λэ (см/кВ) при плавке переменным током и числе изоляторов в гирлянде, пропорциональном значению воздействующего напряжения

Таблица 8.3

Рекомендуемые значения λэ (см/кВ) при постоянном U и числе изоляторов, пропорциональном воздействию U.

При определении количества изоляторов N при плавке гололеда на тросах постоянным током необходимо в числитель формулы (8.1) внести поправочный коэффициент ρл, учитывающий отличие разрядных характеристик изоляции при постоянном напряжении от характеристик при переменном напряжении.

.                 (8.3)

Для изоляции тросов рекомендуется применение изоляторов из закаленного стекла.

8.3. Тросовые изоляторы должны шунтироваться искровыми промежутками для защиты от ожогов при грозовых перекрытиях. Значения искровых промежутков выбираются, исходя из следующих положений:

- искровые промежутки не должны пробиваться рабочим напряжением при плавке, а также при перенапряжениях, возникающих в процессе включения схемы плавки;

- искровой промежуток должен быть меньше разрядного напряжения гирлянд изоляторов как при импульсах, так и при промышленной частоте. Значения искровых промежутков для гирлянд из одного, двух и четырех изоляторов приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Характеристики искровых промежутков

Провода и тросы

8.4. Плавка гололеда на тросах должна проводиться до плавки гололеда на проводах. Если невозможно организовать плавку на всем протяжении троса, а на не обогреваемых участках возможно опасное сближение проводов и тросов, то с целью повышения надежности работы ВЛ на этих участках рекомендуется демонтаж тросов. На проектируемых линиях могут быть предусмотрены участки без тросов.

8.5. Перед гололедным сезоном необходимо произвести тщательный осмотр линий, на которых предусматривается плавка, произвести опробование всех элементов электрической схемы плавки и принять меры, обеспечивающие нормальную их работу в режиме плавки.

Перегрузочная способность оборудования

8.6. Для трансформаторов тока, высокочастотных заградителей, контактов выключателей и разъединителей на период плавки гололеда допускается перегрузка на 50%.

Более высокая перегрузка может бить допущена после специальных испытаний или согласования с заводом-изготовителем. Допустимые кратности перегрузки для некоторые типов выключателей, полученные экспериментальный путем, приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Допустимая кратность перегрузки выключателей

8.7. Допустимая кратность перегрузки для шкафов КРУ приведена в табл. 8.6.

Таблица 8.6

Допустимая кратность перегрузки для шкафов КРУ, укомплектованных выключателями

8.8. Генераторы, выделенные для плавки, работают при низком cosφ, что ограничивает их мощность по ротору. В табл. 8.7 приведены располагаемые мощности турбогенераторов при различных коэффициентах мощности.

Таблица 8.7

Мощности турбогенераторов (%) при различных значениях коэффициента мощности

Для гидрогенераторов допустимый ток статора существенно изменяется в зависимости от конструкции машины. Располагаемая мощность при низких cosφ должна определяться для каждого гидрогенератора специальным расчетом на основе его электрических характеристик. При этом наибольший ток ротора может быть принят на 10% выше номинального.

Уточнение располагаемой мощности генераторов при работе с низким cosφ может быть сделано на основе специальных опытов.

8.9. Перегрузочная способность трансформаторов, запроектированных до 1960 г., должна определяться по данным завода-изготовителя.

Для трансформаторов, запроектированных после 1960 г., по ГОСТ 14209-69.

Значение допустимой мощности для плавки определяется предшествующей загрузкой источников, их допустимой перегрузкой и сечением прогреваемого, провода. Зависимости изменения предельной мощности плавки от сечения проводов и предшествующей загрузки трансформатора при cosφн = приведены на рис. 33.

8.10. Перегрузочная способность бетонных реакторов в первом приближении должна определяться, как для сухих трансформаторов по диаграмме нагрузочной способности Шницера.

8.11. Все элементы электрической схемы плавки должны быть рассчитаны на токи плавки с учетом допустимых перегрузок. Элементы оборудования, перегрузка которых превышает допустимую, должны быть заменены или зашунтированы на период плавки.

Рис. 33. Зависимость изменения предельной мощности плавки (S*пл), сечения проводов (F ) и предшествующей загрузки трансформаторов (S*н).

Приложение 1

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДОВ И ДОПУСТИМЫЕ ТОКИ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА

Таблица П1.1

Сопротивления проводов при различных температурах

Таблица П1.2

Небольшие допустимые токи плавки для проводов при различных погодных условиях