Устройство для плавки гололеда на проводах линии электропередачи

Полезная модель относится к области электротехники и преобразовательной техники и может быть использована в стационарных и мобильных установках для плавки гололеда на проводах линий электропередачи (ВЛ).

Технический результат полезной модели - сокращение времени плавки гололеда на трехфазной линии электропередачи и снижение расхода электроэнергии, необходимой для плавки гололеда на всех трех проводах.

Устройство содержит источник (1) постоянного тока с выходным конденсатором (2), трехфазный мостовой преобразователь (3) на полностью управляемых вентилях (4), (5), (6), (7), (8), (9) и трехфазный мостовой выпрямитель (10), подключенные к источнику (1) постоянного тока согласно (анодными выводами к «плюсу» источника (1)) и встречно соответственно, при этом трехфазные выводы (11), (12), (13) выпрямителя и трехфазные выводы (14), (15), (16) преобразователя соединены и предназначены для подключения к проводам (17), (18), (19) линии электропередачи, замкнутым на удаленном конце. В установившемся режиме система управления (20) генерирует серию импульсов, обеспечивающих поочередное включенное состояние трех из шести полностью управляемых вентилей (4)-(9) на каждом полупериоде рабочей частоты. 1 ил.

Область техники

Полезная модель относится к области электротехники и преобразовательной техники и может быть использована в стационарных и мобильных установках для плавки гололеда на проводах линий электропередачи (ВЛ).

Уровень техники

Одним из основных показателей установок для плавки гололеда на проводах ВЛ является ограниченное время операции плавки. Это связано с тем, что на время плавки гололеда ВЛ отключается, что приводит к перерыву питания потребителей энергией и приносит значительный ущерб производству.

Известно устройство для плавки гололеда выпрямленным током на проводах трехфазных ВЛ, позволяющее плавить лед одновременно на всех трех проводах линии. Устройство устанавливается на подстанции и содержит одномостовой выпрямитель, включаемый на линию, в которой три провода соединены параллельно, причем в качестве обратного провода используется земля (патент РФ 81404 от 10.03.2009).

Устройство позволяет одновременно проводить нагрев всех проводов ВЛ. При этом время отключения электроснабжения потребителей минимально.

Недостатком устройства является необходимость иметь заземляющие устройства в начале и конце линии, рассчитанные на большой ток. Кроме того, установленная мощность источника питания должна быть в три раза выше мощности, необходимой для плавки гололеда на одном проводе. Такое устройство особенно сложно реализовать для мобильной установки.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототипом) является устройство для плавки гололеда, содержащее источник постоянного тока, подключенный к цепи нагружения в виде трехфазной линии электропередачи по схеме последовательного соединения фаз линии "провод - два в параллель" (патент РФ 2309522 от 27.10.2007).

Недостатком этого устройства является то, что необходимая температура нагрева провода для плавки гололеда достигается только в одном проводе, по которому проходит сумма токов двух других проводов, равная току источника питания. После очистки от гололеда первого провода, последовательно на его место в схеме включаются второй и третий провода. На обработку трехфазной линии при такой технологии требуется в три раза больше времени, чем в устройстве по патенту 81404.

Другим недостатком устройства прототипа является неэффективный расход электроэнергии на нагрев двух параллельно соединенных проводов, обеспечивающих замкнутый контур для соединения третьего провода с источником постоянного тока.

Раскрытие полезной модели

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в сокращении времени плавки гололеда на трехфазной линии электропередачи и снижении расхода электроэнергии, необходимой для плавки гололеда на всех трех проводах.

Предметом полезной модели является устройство для плавки гололеда на проводах линии электропередачи, содержащее источник постоянного тока с выходным конденсатором, трехфазный мостовой преобразователь на полностью управляемых вентилях и трехфазный мостовой выпрямитель, подключенные к источнику постоянного тока согласно и встречно соответственно, при этом трехфазные выводы выпрямителя и преобразователя соединены и предназначены для подключения к проводам линии электропередачи, замкнутым на удаленном конце.

Физическая сущность предлагаемой полезной модели состоит в уменьшении времени процесса плавки гололеда за счет одновременного прогрева всех трех проводов линии и последовательном переключении проводов в структурной схеме последовательного соединения "провод - два параллельных провода". Эта структурная схема предлагаемой полезной модели позволяет формировать на нагрузке ступенчатую форму низкочастотного переменного напряжения. В связи со значительным понижением частоты индуктивность линии проявляется только в моменты коммутации полностью управляемых вентилей. При этом режим нагрева каждого провода ВЛ определяется эффективным значением тока, циклически изменяющегося на каждом полупериоде от максимального значения до половины от максимального значения. При этом среднее значение тока за полупериод рабочей частоты равно

где Id - ток источника питания.

Эффективное значение тока в проводе при ступенчатой форме равно

где - коэффициент формы тока.

Для нашего случая =2/3 (И.М.Чиженко, B.C.Руденко, В.И.Сенько. Основы преобразовательной техники. / М. - Высшая школа. 1974. С.293), тогда

Величина тока плавки гололеда для различных сечений проводов при заданной температуре и скорости ветра определяется по Методическим указаниям по плавке гололеда переменным током МУ 34-70-027-82 (раздел "Плавка гололеда постоянным током").

При использовании предлагаемой полезной модели необходимо для получения нужного для заданного режима плавки эффективного тока увеличить значение тока, полученное из Методических указаний, в соотношении 1:0.707, т.е. в 1.41 раза. Для этого в 1.41 раза необходимо увеличить выходное напряжение источника постоянного тока. В итоге мощность источника увеличится в два раза по сравнению с мощностью устройства прототипа. Однако, времени на проведение плавки с использованием предлагаемой полезной моделью требуется в три раза меньше, чем при использовании устройства прототипа. Следовательно, расход энергии на всю операцию плавки сокращается в полтора раза.

Таким образом, предлагаемая полезная модель сокращает технологическое время плавки гололеда на проводах линии электропередач и при этом существенно уменьшает расход энергии на эту операцию.

На фиг.1 представлена электрическая принципиальная схема предлагаемой полезной модели.

Осуществление полезной модели

Устройство содержит источник 1 постоянного тока с выходным конденсатором 2, трехфазный мостовой преобразователь 3 на полностью управляемых вентилях 4, 5, 6, 7, 8, 9 и трехфазный мостовой выпрямитель 10, подключенные к источнику 1 постоянного тока согласно (анодными выводами к «плюсу» источника 1) и встречно соответственно, при этом трехфазные выводы 11, 12, 13 выпрямителя и трехфазные выводы 14, 15, 16 преобразователя соединены и предназначены для подключения к проводам 17, 18, 19 линии электропередачи, замкнутым на удаленном конце.

Полезная модель работает следующим образом.

В установившемся режиме система управления 20 генерирует серию импульсов, обеспечивающих включенное состояние трех из шести полностью управляемых вентилей 4-9 на каждом полупериоде рабочей частоты, как в известных трехфазных инверторах. Таким образом, на нагрузке, которая представлена проводами 17, 18, 19 трехфазной линии электропередачи, формируется знакопеременное напряжение. Импульсы тока от источника питания в проводах линии имеют прямоугольную форму, в связи с чем влияние индуктивности проводов линии сказывается только на коммутационных процессах при переключении полностью управляемых вентилей 4-9. Уровень тока плавки в такой схеме определяется, в основном, активным сопротивлением проводов линии, т.к. индуктивное сопротивление линии постоянному току равно нулю. При этом частоту работы устройства следует выбирать, исходя из оценки влияния коммутационных процессов на эффективное значение тока плавки. Рабочая частота устройства может быть ниже стандартной частоты сети на два порядка и более.

На межкоммутационном интервале при включенных вентилях 4, 5 и 9 оказываются параллельно соединенными провода 17 и 18 линии, а провод 19 включен с ними последовательно. При таком соединении ток в проводах 17 и 18 имеет положительное направление, а ток в проводе 19 - отрицательное. Величина тока в проводе 19 равна току источника питания, а в проводах 17 и 18 ток равен половине величины тока в проводе 19. Каждые 60 электрических градусов происходят изменения в структуре устройства. При очередной коммутации выключается вентиль 4 и включается вентиль 7. В проводе 17 положительное направление тока меняется на отрицательное. Накопленная в индуктивности провода 17 энергия возвращается через неуправляемый выпрямитель 10 в конденсатор 2, включенный на выходе источника 1 постоянного тока. При очередной коммутации выключается вентиль 9 и включается вентиль 6. Теперь ток в проводе 19 меняет направление с отрицательного на положительное.

Параллельно включенными оказываются провода 18 и 19, а провод 17 включается последовательно с ними. Ток в проводе 17 принимает максимальное значение, а ток в проводах 18 и 19 становится равным половине значения тока в проводе 17 при положительном направлении. Накопленная в индуктивности провода 19 энергия возвращается через выпрямитель 10 в конденсатор 2, включенный на выходе источника 1 питания. В зависимости от смены направления тока в проводах 17, 18, 19 меняется и направление тока разряда энергии, накопленной в индуктивности проводов. Включенный в контур тока разряда индуктивности проводов неуправляемый выпрямитель 10 обеспечивает замкнутую цепь для любого направления этого тока.

Последовательное переключение полностью управляемых вентилей 4-9 формирует на проводах 17, 18, 19 линии электропередачи переменный трехфазный ток, эффективное значение которого одинаково для каждого провода и определяется ступенчатой формой этого тока. Таким образом, все три провода 17, 18, 19 нагреваются до необходимой температуры плавки за один выбранный цикл плавки гололеда, что в три раза меньше времени, требуемым для плавки гололеда в тех же условиях, при использовании установки прототипа.

Устройство для плавки гололеда на проводах линии электропередачи, содержащее источник постоянного тока с выходным конденсатором, трехфазный мостовой преобразователь на полностью управляемых вентилях и трехфазный мостовой выпрямитель, подключенные к источнику постоянного тока согласно и встречно соответственно, при этом трехфазные выводы выпрямителя и преобразователя соединены и предназначены для подключения к проводам линии электропередачи, замкнутым на удаленном конце.