ОБЩАЯ СХЕМА ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА В РАЙОНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА БАЗЕ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Щуров Артем Николаевич

• Щуров Артем Николаевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Щуров Артем Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТРЁХФАЗНО-ТРЁХФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1.1. Способ плавки гололёда импульсами постоянного тока одновременно на трёх фазах воздушной линии

1.2. Схемы, реализующие способ плавки гололёда управляемыми импульсами постоянного тока

1.2.1. Схема ДУ ВУПГ с одним источником питания и 6-ю полюсами на базе непосредственного преобразователя частоты

1.2.2. Схема ДУ ВУПГ с одним источником питания и 4-мя полюсами на базе непосредственного преобразователя частоты

1.2.3. Схема ДУ ВУПГ с двумя источником питания, включёнными последовательно

1.2.4. Схема ДУ ВУПГ с двумя источниками питания, включёнными параллельно

1.2.5. Схема ДУ ВУПГ со звеном постоянного тока и тиристорным коммутатором

1.2.6. Схемы ДУ ВУПГ со звеном постоянного тока, тиристорным коммутатором и питанием от двух трёхфазных источников

1.2.7. Питание ДУ ВУПГ от двухфазного источника

1.2.8. Классификация схем ДУ ВУПГ

1.3. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА ОТ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

2.1. Оптимальное управление полнофункциональными схемами ДУ ВУПГ

2.2. Оптимальное управление схемами ДУ ВУПГ с ограниченной функциональностью

2.3. Оптимальное управление ДУ ВУПГ при плавке гололёда на коротких линиях электропередачи

2.4. Оптимизация числа коммутаций полюсов ДУ ВУПГ

2.5. Выбор максимальной длительности периода повторяемости импульсов постоянного тока

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. СПОСОБЫ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА НА ПРОВОДАХ ВЛ ОТ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Сравнение способов плавки гололёда в распределительных сетях

10 - 110 кВ

3.2. Зоны плавки гололёда от ДУ ВУПГ

3.2.1. Зона одновременной плавки гололёда на трёх фазах ВЛ

3.2.2. Зона поочерёдной плавки гололёда на фазах ВЛ

3.2.3. Схема с удлинителем для плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи

3.3. Использование земли в качестве токопровода при плавке гололёда импульсами постоянного тока

3.4. Снижение тока плавки использованием бестоковых пауз

3.5. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ СХЕМЫ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА ОТ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

4.1. Расчётные таблицы для определения параметров режима плавки гололёда на ВЛ

4.2. Расчёт параметров режима плавки гололёда на ВЛ с использованием расчётных таблиц

4.2.1. Расчёт максимально допустимого тока участка ВЛ, свободного от гололёда

4.2.2. Расчёт тока профилактического подогрева

4.2.3. Расчёт тока 40-минутной плавки

4.2.4. Расчёт тока 7-минутной плавки

4.2.5. Расчёт толщины стенки гололёда, проплавляемой заданным током плавки за 40 мин

4.2.6. Расчёт времени плавки гололёда при заданных токе плавки и толщине

стенки гололёда

4.2.7. Расчёт времени /-плавки при нарастании толщины стенки гололёда

4.3. Определение времени плавки гололёда и расхода электроэнергии при увеличении тока плавки до максимально допустимого значения

4.4. Интегральная оценка эффективности схем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи

4.4.1. Расчёт интегрального показателя эффективности для участка воздушной линии

4.4.2. Расчёт интегрального показателя эффективности для ВЛ, состоящей из участков с разными марками проводов

4.4.3. Расчёт интегрального показателя эффективности для электрической сети или отдельного района

4.4. Способы повышения эффективности схем плавки гололёда

4.5. Исследование интенсивности гололёдообразования на проводах ВЛ с использованием опытных данных

4.6. Имитационное моделирование плавки гололёда в районе электрических сетей

4.6.1. Общие сведения об имитационном моделировании

4.6.2. Обоснование необходимости и назначение имитационного моделирования плавок гололёда в районе электрических сетей

4.6.3. Выбор подстанций для установки ДУ ВУПГ и ЗРПГ

4.6.4. Алгоритм имитационного моделирования плавок гололёда в районе электрических сетей

4.6.5. Пример имитационного моделирования плавок гололёда в Александровском РЭС

4.7. Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА

5.1. Выбор программируемого логического контроллера как основного элемента

системы управления ДУ ВУПГ

5.2. Промышленные испытания системы управления макетом дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда

5.3. Программа для ЭВМ «Расчёт настроек контроллера плавки гололёда»

5.4. Контроль отказов дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда

5.5. Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А. Расчётные таблицы для проводов марки АС 70/11, АС 120/19,

АС 240/39

Приложение Б. Конфигурации распределительных сетей и варианты размещения

ДУ ВУПГ

Приложение В. Алгоритм управления микропроцессорным контроллером

Mitsubishi ALPHA XL, установленным в макете ДУ ВУПГ

Приложение Г. Пояснения к алгоритму программы «Расчёт настроек контроллера

плавки гололёда (IceMelting)»

Приложение Д. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ОБЩАЯ СХЕМА ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА В РАЙОНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА БАЗЕ ДИСКРЕТНО УПРАВЛЯЕМОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Тяжёлые отложения в форме льда и мокрого снега на токоведущих проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи (ВЛ) могут вызвать многочисленные и продолжительные нарушения в работе электрических сетей. Гололёдообразование на ВЛ может приводить к тяжёлым последствиям: разрушение опор, проводов, тросов, гирлянд изоляторов, арматуры, в тяжёлых случаях повреждаются многие линии на большой территории.

Актуальность проблемы гололёдообразования на проводах, опорах и тросах ВЛ подтверждается множеством публикаций, первые из которых датируются первой половиной XX века [3, 7]. Большой вклад в разработку мероприятий по предотвращению и ликвидации гололёдных аварий внесли учёные Львовского ордена Ленина политехнического института, Новочеркасского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени Серго Орджоникидзе и Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова, Всесоюзного научно-исследовательского института электроэнергетики и ОАО «Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы», Ростовского института инженеров железнодорожного транспорта и Ростовского государственного университета путей сообщения, института «Южэнергосетьпроект», Уфимского государственного авиационного технического университета, ОАО «Башкирэнерго» и др. Для многих районов Российской Федерации проблема борьбы с гололёдом продолжает оставаться злободневной и в наше время [60, 70, 81].

Высокий интерес к борьбе с гололёдом на ВЛ проявляют учёные иностранных государств - Канады [91, 94, 96], Франции [84], Германии [93], Польши [97], Соединённых Штатов Америки [90, 104], Японии [89], Италии [105] и т. д. После разрушительного ледяного шторма в 2009 году, исследования в указанном научном направлении начали проводить учёные Китая [87, 103].

В кандидатской диссертации члена-корреспондента Российской академии наук, доктора технических наук, профессора, председателя Научного совета РАН по проблемам надёжности и безопасности больших систем энергетики Дьякова

Анатолия Фёдоровича «Системный подход к проблеме предотвращения и ликвидации гололёдных аварий» (НПИ, 1983 г.) предложена методика применения системного подхода к решению сложной многофакторной и стохастической проблемы обеспечения надёжности электроэнергетических систем (ЭЭС) в условиях гололёдно-ветровых ситуаций путем комплексного, взаимосвязанного и пропорционального рассмотрения всех обстоятельств, путей и методов решения этой проблемы [13]. Доработанная комплексная система мероприятий по предотвращению и ликвидации гололёдных аварий приведена в [11]. Способы борьбы с гололёдом в России и за рубежом подробно рассмотрены в [57].

С эксплуатационной точки зрения, довольно сложно разработать такую общую стратегию, которая позволила бы предотвратить нарушения в работе всех линий электропередачи в регионе. Одним из первичных элементов разработки общей стратегии является оценка ожидаемых гололёдных нагрузок на основе анализа имеющейся базы данных о характере и периодах повторяемости экстремальных гололёдных явлений.

Для разработки стратегии предотвращения опасных последствий необходимо изучение и анализ существующих методов уменьшения и удаления гололёдных отложений - de-icing (DI) или предотвращения интенсивных гололёдных образований anti-icing (AI) на проводах и тросах. Подробно системы мониторинга гололёдообразования и сброса гололёда, а также применяемые в различных странах методы предотвращения гололёдообразования и удаления гололёда с проводов воздушных линий электропередачи (ВЛ) описаны в рекомендательном материале, разработанном группой B2.29 Исследовательского комитета «Воздушные линии» Международной конференции СИГРЭ и опубликованном в форме технической брошюры ТВ 438 в декабре 2010 г. [102].

Методы предотвращения и удаления гололёдных отложений могут быть отнесены к одной из следующих категорий:

- пассивный метод, базирующийся на использовании естественных физических свойств материалов и процессов;

- методы механического разрушения и удаления гололёдных образований;

- методы теплового воздействия - профилактический подогрев проводов ВЛ (в том числе наложенным током) и плавка гололёда.

Пассивные методы не требуют использования дополнительных источников энергии. Они предполагают повышение механической прочности и использование нагрева проводов действующих линий токами нагрузки. Пассивные методы включают также те противогололёдные меры, которые способствуют уменьшению размеров гололёдных отложений и прочности их сцепления с проводами и тросами.

В качестве примера применения пассивного метода можно назвать установку на ВЛ ограничителей закручивания проводов, применяемых для уменьшения налипания мокрого снега, а также для образования на проводах односторонних гололёдных гребешков, которые сбрасываются раньше, чем цилиндрические гололёдные муфты, при повышении температуры окружающей среды или собственно провода [55].

К категории пассивных методов относится применение закрепляемых на проводах колец или спиралей, способствующих сбросу мокрого снега при его скольжении по наружному повиву провода, что в совокупности с ограничителями кручения проводов позволяет снизить размеры и массу отложений [85, 105].

Разновидностью пассивных методов борьбы с гололёдом являются покрытия токоведущего провода специальными материалами, обладающими ферромагнитными свойствами, которые при понижении температуры нагреваются за счёт потерь на перемагничивание [83, 100].

Методы механического разрушения гололёдных отложений ускоряют сброс и освобождение проводов и грозозащитных тросов от соответствующих гололёдных и комбинированных гололёдно-ветровых нагрузок. Сравнительные оценки показывают, что для применения механических методов разрушения и удаления гололёда требуется значительно меньше энергии, чем при использовании тепловых методов удаления сформировавшихся гололёдных отложений (плавки гололёда). Механические методы имеют преимущество по сравнению с методами плавки гололёда на коротких участках ВЛ [74].

Методы теплового воздействия предполагают использование средств повышения температуры проводов или грозозащитных тросов для предотвращения процесса гололёдообразования или с целью создания необходимых условий для проплавления и сброса сформировавшихся гололёдных муфт. Одним из таких методов является профилактический подогрев проводов

ВЛ. Токи профилактического подогрева меньше токов плавки гололёда, к их величине предъявляются менее жесткие требования (достаточно нагреть провода до температуры выше 0°С) и достигаются перераспределением нагрузки в электрической сети, содержащей обогреваемую ВЛ. Профилактический подогрев - длительный процесс (до нескольких суток), во время которого изменяются нагрузки и климатические условия. На практике было отмечено, что профилактический подогрев зачастую начинает способствовать налипанию отложений на провода. С этим связано негативное отношение в ряде энергосистем к самому мероприятию [80].

Плавка гололёда на проводах и тросах ВЛ является наиболее эффективным средством предотвращения гололёдных аварий [12, 38]. Для организации плавки гололёда в различных странах применяются как установки, основанные на использовании переменного тока [32, 86, 98], так и системы плавки постоянным током [66, 95]. Проведённый автором диссертации патентный поиск выявил большое число патентов, посвящённых разработке установок и способов плавки гололёда на проводах ВЛ [43 - 47 и др.].

В зависимости от схемы источника питания и схемы соединения проводов ВЛ плавка гололёда на фазных проводах переменным током может производиться следующими способами [11]:

- короткого замыкания, когда обогреваемую линию закорачивают с одного конца, а с другого к ней подключают источник питания, мощность которого достаточна, чтобы обеспечить протекание требуемого тока плавки;

- встречного включения фаз, при котором фазные провода на противоположных концах ВЛ подключаются к различным по величине или (и) по фазе напряжениям источников питания;

- перераспределения нагрузок в электрической сети с помощью специальных схемно-режимных мероприятий с целью повышения токовой нагрузки ВЛ, провода которой подлежат обогреву, до необходимой величины;

- наложения токов, когда с помощью специально устанавливаемого оборудования, например, вольтодобавочного трансформатора, на рабочий ток накладывается дополнительный ток, создаваемый в контуре, частью которого является обогреваемая ВЛ.

Наибольшее распространение в электрических сетях энергосистем получил способ плавки гололёда током короткого замыкания как наиболее простой и эффективный, позволяющий максимально автоматизировать процесс сборки схемы плавки и восстановления нормальной работы электрической сети.

Кроме традиционных способов плавки гололёда переменным током известны и запатентованы другие способы плавки гололёда, получившие ограниченное распространение [23, 92, 99, 104].

Чтобы удалить гололёд с достаточно протяженных линий с помощью плавки переменным током, требуются источники значительной мощности. Провода ВЛ представляют собой активно-индуктивную нагрузку, модуль сопротивления которой

Щ = >/я2 + К)2 ,

полная мощность, необходимая для плавки гололёда

^=I пл-IЩ,

где Я - активное сопротивление цепи, Ь - индуктивность цепи; ю - угловая частота, 1пл - требуемый ток плавки.

Отсюда следует, что с уменьшением частоты тока плавки ю снижается значение , что приводит к снижению мощности 5 установки плавки гололёда

(УПГ), необходимой для расплавления гололёдной муфты. Минимальная установленная мощность УПГ будет необходима при нагреве проводов ВЛ постоянным током (ю = 0).

Плавка постоянным током более предпочтительна для длинных линий с проводами большого сечения и для ВЛ с расщеплёнными фазами, так как для этих линий ооЬ » Я и требуется большая мощность источника питания.

Выпрямительные установки различных типов являются источниками постоянного (выпрямленного) тока плавки гололёда. В составе эксплуатируемых в настоящее время выпрямительных установок для плавки гололеда (УПГ) применяются трехфазные мостовые неуправляемые (диодные) выпрямители типа ВУКН, В-ТПЕД, выпускаются и устанавливаются выпрямители В-ТППД [11].

Установки плавки гололёда с диодным выпрямителем обладают ограниченными возможностями регулирования выпрямленного напряжения за

счёт изменения коэффициента трансформации питающего трансформатора или автотрансформатора. Этот недостаток подобных УПГ влечёт за собой ряд неудобств при эксплуатации установок: затруднённый подбор режима плавки, невозможность плавного включения и выключения установки, что может вызвать появление опасных перенапряжений на вентилях преобразователя, усложнение выполнения защиты от токов КЗ [2].

На подстанциях, расположенных в районах с повышенной гололёдной нагрузкой, к которым примыкают воздушные линии разного класса напряжения и разной длины, необходимость плавить гололёд на линиях вызывает потребность иметь источник управляемого (регулируемого) тока плавки с широкой вариацией напряжения на выходе источника. Связано это, как правило, с большим диапазоном длин проплавляемых линий - от нескольких км до нескольких сотен км [44].

В настоящее время начато применение для плавки гололёда управляемых тиристорных выпрямительных установок - двухполюсных преобразователей, управление которыми осуществляется изменением угла регулирования [35]. При увеличении угла регулирования ток плавки уменьшается, что позволяет поддерживать его на заданном значении. Применение данного способа управления позволяет упростить переключающее устройство для подвода регулируемого постоянного напряжения к фазам воздушной линии из-за уменьшения числа схем соединения проводов. Однако даже эти современные установки плавки гололёда обладают существенным недостатком -необходимостью плавки гололёда на трёх фазах ВЛ в несколько циклов.

В основу диссертации лёг новый способ плавки гололёда на проводах трёхфазной воздушной линии электропередачи [42], позволяющий добиться одновременного окончания плавки на всех трёх фазах ВЛ.

Как правило, в настоящее время плавка гололёда на ВЛ района электрических сетей осуществляется от территориально удалённых друг от друга источников питания. Необходимость использования нескольких источников питания усложняет координацию действий работников подстанций и диспетчерского персонала, увеличивая суммарное время плавки гололёда на ВЛ района электрических сетей. Недостаточно быстрое реагирование диспетчера на

гололёдную обстановку может привести к увеличению времени плавки гололёда, а в некоторых особо сложных случаях сделать плавку неэффективной.

Основным документом, регламентирующим действия диспетчера при осуществлении плавки гололёда на конкретной ВЛ, является программа плавки гололеда (ППГ). Однако анализ ППГ, применяемых в электрических сетях филиала ОАО «МРСК Юга» - «Ростовэнерго» и филиала ОАО «МРСК Северного Кавказа» - «Ставропольэнерго», показал, что они обладают существенным недостатком: определение эффективности схем плавки гололёда (СПГ) осуществляется по времени плавки, которое рассчитывается при заданных погодных параметрах (например, диаметр гололёдной муфты = 3,5 см, скорость ветра V г = 5 м/с, температура воздуха = -5 °С). Подобный подход не

учитывает изменение скорости ветра по трассе ВЛ, не позволяет сделать заключение об эффективности плавки при других погодных условиях и объективно сравнивать различные варианты СПГ.

Актуальность темы диссертации подтверждается п. 2.5.16 ПУЭ-7 [52]: «Для ВЛ, проходящих в районах с толщиной стенки гололеда 25 мм и более, а также с частыми образованиями гололеда или изморози в сочетании с сильными ветрами и в районах с частой и интенсивной пляской проводов, рекомендуется предусматривать плавку гололеда на проводах и тросах. Для сетевых предприятий, у которых свыше 50% ВЛ проходят в указанных районах, рекомендуется разрабатывать общую схему плавки гололеда».

Цель работы: разработка общей схемы плавки гололёда на проводах воздушных линий электропередачи в районе электрических сетей на базе дискретно управляемой выпрямительной установки.

При этом поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Разработка и анализ схем дискретно управляемых выпрямительных установок плавки гололёда.

2. Оптимизация управления установкой плавки гололёда.

3. Исследование способов и схем плавки гололёда на проводах воздушной линии электропередачи от дискретно управляемой выпрямительной установки.

4. Разработка общей схемы плавки гололёда от дискретно управляемой выпрямительной установки в районе электрических сетей.

5. Имитационное моделирование плавки гололёда от дискретно управляемой выпрямительной установки в районе электрических сетей.

6. Разработка для реализации в микропроцессорном контроллере алгоритмов управления дискретно управляемой выпрямительной установкой.

Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, оптимизации, теории электрических цепей, имитационного моделирования, компьютерного моделирования электрических схем, численного эксперимента и промышленной проверки.

Научная новизна работы. Разработан на базе трёхфазно-трёхфазных преобразователей новый тип дискретно управляемых выпрямительных установок плавки гололёда, реализующих одновременную плавку гололёда на трёх фазах воздушной линии электропередачи при неравномерном гололёдообразовании на них. Предложена методика, обеспечивающая определение оптимальных параметров настройки системы управления дискретно управляемой выпрямительной установкой плавки гололёда. Разработана методика определения зон плавки гололёда от дискретно управляемой выпрямительной установки, по которой строится граф-схема, обеспечивающая эффективную плавку гололёда на ВЛ района электрических сетей. Предложен способ оценки эффективности схем плавки гололёда на проводах воздушных линий электропередачи и введён новый показатель, который позволяет объективно сравнивать эффективность СПГ при различных погодных условиях. Предложен табличный способ, позволяющий с приемлемой точностью рассчитывать параметры режима плавки гололёда методом линейной интерполяции, в том числе без использования ЭВМ.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математических моделей и методов, приемлемой сходимостью результатов лабораторного и компьютерного экспериментов, положительными результатами промышленных испытаний. Использованные в диссертации допущения не противоречат физике рассматриваемых процессов.

Соответствие паспорту специальности: в соответствии с формулой специальности 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы в диссертационной работе целью исследования является совершенствование теоретической и технической базы одной из областей

электроэнергетики с целью обеспечения надёжной транспортировки электроэнергии.

Отражённые в диссертации научные положения соответствуют области исследования специальности 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы, а именно:

- к п. 5 «Разработка методов диагностики электрооборудования электроустановок» паспорта специальности 05.14.02 относится разработанный способ выявления отказов отключения или включения тиристорных плеч дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда;

- к п. 6 «Разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике» относится предложенная методика построения имитационной модели плавок гололёда в районе электрических сетей в зависимости от величины интегрального показателя эффективности схем плавки гололёда;

- к п. 8 «Разработка методов статической и динамической оптимизации для решения задач в электроэнергетике» относится предложенная методика определения параметров настройки системы оптимального дискретного управления трёхфазно-трёхфазным тиристорным выпрямителем;

- к п.13 «Разработка методов использования ЭВМ для решения задач в электроэнергетике» относится разработанная программа для ЭВМ, предназначенная для расчёта настроечных данных (продолжительности токовых импульсов и бестоковых пауз) программируемого логического контроллера в составе системы управления ДУ ВУПГ. Теоретическая значимость результатов работы:

1. Классификация схем дискретно управляемых выпрямительных установок плавки гололёда, созданных с участием автора на базе трёхфазно-трёхфазных тиристорных преобразователей, и предложенные релейно-контактные модели обеспечивают анализ структуры и функционирования установок в множестве рабочих режимов.

2. Новый интегральный показатель эффективности схем плавки гололёда позволяет оптимизировать централизованную плавку гололёда в районе электрических сетей.

3. Предложенная методика проверки допустимости использования земли в качестве токопровода решает задачу эквивалентирования сети с бесконечным числом заземлённых нейтралей.

Практическая значимость результатов работы:

1. Сокращение времени плавки гололёда на проводах воздушной линии электропередачи и расхода электроэнергии за счёт применения и оптимизации управления дискретно управляемой выпрямительной установкой.

2. Упрощение определения параметров режима плавки гололёда на сталеалюминиевых проводах в зависимости от толщины стенки гололёда и погодных условий с использованием разработанных автором расчётных таблиц.

3. Предложенная граф-схема плавки гололёда в районе электрических сетей позволяет оптимизировать очерёдность применения схем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи района электрических сетей.

4. Способ выявления отказов отключения и включения тиристорных плеч дискретно управляемой выпрямительной установки повышает аппаратную надёжность установки плавки гололёда.

Реализация работы (практическое внедрение). Диссертация выполнена по заказу и в сотрудничестве с «Федеральной сетевой компанией Единой энергетической системы» (ОАО «ФСК ЕЭС»), ОАО «МРСК Северного Кавказа». Результаты диссертационных исследований прошли промышленную проверку в ходе испытаний макета дискретно управляемой выпрямительной установки на подстанции 110 кВ «Ессентуки-2». С участием автора было разработано и внедрено в учебный процесс учебно-методическое пособие «Расчётные таблицы для выбора и анализа схем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи».

Положения, выносимые на защиту:

- схемы установок на базе трёхфазно-трёхфазных преобразователей,

обеспечивающих плавку гололёда управляемыми импульсами постоянного

тока;

- методика определения параметров настройки системы оптимального

дискретного управления трёхфазно-трёхфазным выпрямителем;

- расчётные таблицы, составленные для сталеалюминиевых проводов, и использующиеся для определения параметров режима плавки гололёда в зависимости от толщины стенки гололёда и погодных условий;

- методика определения зон плавки от дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда;

- способ оценки эффективности схем плавки гололёда на проводах воздушных линий электропередачи;

- имитационная модель плавки гололёда от дискретно управляемой установки в районе распределительных электрических сетей. Апробация работы. Основные результаты научных исследований,

представленные в диссертации, были доложены на научных конференциях: Межрегиональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных Южного федерального округа «Студенческая научная весна», Новочеркасск, 2009, 2011 г.г.; всероссийский научный семинар «Кибернетика энергетических систем», Новочеркасск, 2011, 2012, 2013, 2014 г.г.; XXI конференция «Релейная защита и автоматика энергосистем», Москва, 2012 г.; IV международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодёжи», Новочеркасск, 2013 г.; Региональная научно-техническая конференция (конкурс научно-технических работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области «Студенческая научная весна-2014», Новочеркасск, 2014 г.; Итоговая сессия по Программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2014» («УМНИК») Ростовской области, Ростов-на-Дону, 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 14 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патент на полезную модель. Подана 1 заявка об официальной регистрации программы для ЭВМ и 2 заявки на получение патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 105 наименований и 5 приложений. Полный объем работы составляет 176 страниц основного текста, иллюстрированного рисунками и таблицами на 78 страницах, и приложений на 63 страницах.

ГЛАВА 1. ТРЁХФАЗНО-ТРЁХФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЁДА НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1.1. Способ плавки гололёда импульсами постоянного тока одновременно на трёх фазах воздушной линии

Применение трёхфазно-трёхфазного тиристорного преобразователя [15] (ТТТП - «трёхфазный источник питания - три фазы ВЛ») позволяет отказаться от применяемой в настоящее время поочередной плавки гололёда за два или три цикла по схемам «фаза - фаза», «фаза - 2 фазы» [11] и выполнять одновременную плавку гололёда на трёх фазах воздушной линии электропередачи. Известны схемы ТТТП с фазовым управлением, осуществляемым изменением угла регулирования независимо в каждой из нескольких катодных и анодных трёхфазных тиристорных групп. При этом способе управления достигается цель снижения расхода электроэнергии и времени плавки гололёда, но существенно усложняется и удорожается тиристорный преобразователь. Следует отметить также, что управление трёхфазно-трёхфазным тиристорным преобразователем по условию поддержания одинакового действующего значения тока в фазах приводит к разновременности проплавления фаз, поскольку, как правило, различны отложения гололёда на подветренной и надветренной фазах воздушной линии, на проводах разных ярусов. После опадания гололёда на одной или двух фазах плавка по существующим схемам продолжается, т.е. энергия, затрачиваемая на нагрев фаз, освободившихся от гололёда, бесполезно теряется.

В предлагаемом способе управление ТТТП для одновременной плавки гололёда на трёх фазах ВЛ осуществляется двумя способами:

- непрерывное управление, обеспечивающее формирование последовательности импульсов постоянного тока и бестоковых пауз одновременно в трёх фазах ВЛ. Схема соединения фаз ВЛ после каждого импульса изменяется. Длительность импульсов влияет на действующее

значение тока за период повторяемости импульсов и определяется по толщине стенки гололёда на каждой из трёх фаз воздушной линии и погодными условиями; - дискретное управление, осуществляемое путём изменения параметров схемы плавки гололёда (СПГ): длины проплавляемой ВЛ, числа источников питания ТТТП (1 или 2), числа фаз трёхфазного источника питания (3 или 2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Щуров Артем Николаевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Александров А. А., Щуров А. Н. Повышение эффективности схемы плавки гололёда в сети 110 кВ Центральных электрических сетей «Ставропольэнерго» // Материалы докладов международной научно-технической конференции «Энергетика глазами молодёжи». В 2 т. - 14-18 октября 2013г, Новочеркасск: ЮРГПУ, Том 1. 610 с., С. 279-283.

2. Балыбердин Л. Л., Галанов В. И., Шершнев Ю. А. Комбинированная установка «Управляемый выпрямитель для плавки гололёда - статический тиристорный компенсатор» / Электрические станции. 1999. №3. С. 56 - 59.

3. Бургсдорф В. В. Сооружение и эксплоатация линий электропередачи в сильно гололёдных районах. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1947.

4. Бургсдорф В. В., Никитина Л. Г. Определение допустимых токов нагрузки воздушных линий электропередачи по нагреву проводов. - Электричество, 1989, №11.

5. Васильев Ф. П., Иваницкий А. Ю. Линейное программирование. - М.: Факториал, 1998. - 176 с.

6. Володин В. Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем. -СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 392 с.: ил.

7. Воробьев А. А. К вопросу о борьбе с обледенением проводов и тросов / Известия Томского Трудового Красного Знамени Политехнического Института имени С. М. Кирова. 1948 г. Том 66. С. 19 - 21.

8. Гольдштейн М. Е. Вентильные системы возбуждения синхронных генераторов: Учебное пособие / Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1996. - 100 с.

9. ГОСТ 2.701 - 2008. Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

10. ГОСТ 839-80. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Введен 01.01.81.

11. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах: учеб. пособие / И. И. Левченко, А. С. Засыпкин, А. А. Аллилуев, Е. И. Сацук. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. -448 с.: ил.

12. Денисенко. Г. И., Генрих Г. А., Никонец Л. А. Повышение надёжности работы воздушных линий электропередачи за счет плавки гололёда на их проводах и тросах / Львовский ордена Ленина политехнический институт, 1969. - 389 с.

13. Дьяков А. Ф. Системный подход к проблеме предотвращения и ликвидации гололёдных аварий в энергосистемах. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 160 с.

14. Дьяков А. Ф., Левченко И. И., Засыпкин А. С. Информационная система контроля гололёдообразования на воздушных линиях электропередачи, Энергетик.-2005, №11, С. 20-25.

15. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М. «Энергия», 1977.

16. Засыпкин А. С., Засыпкин А. С. (мл.) Нагрев проводов ВЛ электрическим током при плавке гололёда в повторно-кратковременном режиме // Изв. вузов. Электромеханика. 2014. №4. С. 75 - 83.

17. Засыпкин А. С., Сацук Е. И., Щуров А. Н. Расчётные таблицы для выбора и анализа схем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи: учебно-методическое пособие / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ). 2013. - 102 с.

18. Засыпкин А. С., Шовкопляс С. С., Щуров А. Н. Управление током универсальной установки плавки гололёда // Изв. вузов. Электромеханика. 2014. №3. С. 86 - 90.

19. Засыпкин А. С., Щуров А. Н., Шовкопляс С. С. Схема с удлинителем для плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №3. С. 61 - 63.

20. Засыпкин А. С., Щуров А. Н. Интегральная оценка эффективности схем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №4. С. 42 - 45.

21. Засыпкин А. С., Щуров А. Н. Использование земли в качестве токопровода при плавке гололёда импульсами постоянного тока // Изв. вузов. Электромеханика. 2014. №2. С. 73 - 77.

22. Засыпкин А. С., Щуров А. Н. Разработка общей схемы плавки гололёда от ДУ ВУПГ на ВЛ района электрических сетей // Изв. вузов. Электромеханика. 2014. №.1. С. 76 - 82.

23. Каганов В. И. Предупреждение образования гололёда на проводах ЛЭП с помощью дискретного метода преобразования электромагнитной энергии в тепловую / Энергобезопасность и энергосбережение. 2012. №6. С. 5 - 9.

24. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование / Издательская группа BHV, 2004, — 847 с.

25. Климатология / О. А. Дроздов, В. А. Васильев, Н. В. Кобышева, А. Н. Раевский, Л. К. Смекалова, Е. П. Школьный. Учебник.-Л.:Гидрометеоиздат, 1989.

26. Контроллеры Альфа Mitsubishi Electric [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //www.esspb.ru/alpha controllers .html, свободный (дата обращения 19.01.15)

27. Контроль отказов дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда / А. С. Засыпкин, О. Ю. Новиков, С. С. Шовкопляс, А. Н. Щуров // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №1. С. 19 - 23.

28. Левченко И. И., Аллилуев А. А., Рябуха Е. В. Расчет параметров плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи / Юж. - Рос. гос. техн. унт. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. - 76 с.

29. Левченко И. И., Сацук Е. И. Программа расчета режимов плавки гололеда постоянным током на проводах воздушных линий электропередачи («ГОЛОЛЕД»). - Свидет. об офиц. регистр. программ для ЭВМ №2008611091, 2008.

30. Лунгу К. Н. Линейное программирование. Руководство к решению задач. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 128 с.

31. Маркин В. В., Миронов В. Н., Обухов С. Г. Техническая диагностика вентильных преобразователей / М.: Энергоатомиздат. 1985. - 152 с.

32. Методические указания по плавке гололеда переменным током. Ч.1.-М.:Союзтехэнерго, 1983.

33. Методические указания по плавке гололёда постоянным током. Ч.2. М.: Союзтехэнерго, 1983. - 68 с.

34. Мобильная установка для плавки гололеда на ВЛ 110-220 кВ / Сон Э. Е., Исакаев Э. Х., Тюфтяев А. С., Терешонок Д. В., Антонов Б. М., Королев В. К., Мордынский, В. Б., Коновалов, П. А. // Электрические станции. - 2013. -№ 2. С. 46 - 49.

35. МЭС Юга установили пилотный образец управляемого устройства плавки гололеда на подстанции 220 кВ Яблоновская [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.fsk-ees.ru/press center/company news/? ELEMENT_ID=1558&sphrase_id=229480, свободный (дата обращения 19.01.15)

36. Нагрев неизолированных проводов воздушных линий электропередачи / Е. П. Фигурнов, Ю. И. Жарков, Т. Е. Петрова, А. Б. Кууск // Электричество. 2013. №6. С. 19 - 25.

37. Никифоров А. Н. Методы оптимизации учеб. пособие / ЮРГТУ(НПИ); -Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2007. - 160 с.

38. Никонец Л. А. Комплексные системы плавки гололёда / Львов: издательское объединение «Выща школа», 1984. - 240 с.

39. Определение времени плавки гололеда групп ВЛ 220-500 кВ основной сети операционной зоны ОЭС Юга, связанных по режиму / А. А. Тетерядченко, Д. Г. Корнов, Х. А. Узденов, В. М. Пасторов // Материалы докладов международной научно-технической конференции «Энергетика глазами молодёжи». В 2 т. - 14-18 октября 2013г, Новочеркасск: ЮРГПУ, Том 1. 610 с., С. 557-561.

40. Оптимальное управление трёхфазно-трёхфазным тиристорным выпрямителем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи / А. С. Засыпкин, И. И. Левченко, Е. И. Сацук, С. С. Шовкопляс, А. Н. Щуров // Изв. вузов. Электромеханика. 2012. №4. С. 35 - 40.

41. Палий И. А. Линейное программирование. Учебное пособие / И. А. Палий. — М.: Эксмо, 2008. — 256 с.

42. Патент на изобретение №2465702, H02G 7/16, Заявл. 14.06.11. Опубл. 27.10.12. Способ плавки гололёда на проводах трехфазной воздушной линии электропередачи / Бердников Р. Н., Горюшин Ю. А., Дементьев Ю. А., Засыпкин А. С., Левченко И. И., Сацук Е. И., Шовкопляс С. С.

43. Патент на изобретение №2435266, H02G 7/16, Заявл. 25.06.10. Опубл. 27.11.11. Способ плавки гололеда на проводах ВЛ и устройство для его осуществления / Гуревич М. К., Репин А. В., Шершнев А. Ю., Шершнев Ю. А.

44. Патент Яи 2309522 С1 Способ включения двухмостового преобразователя, работающего в режиме плавки гололёда.

45. Патент на изобретение №2478244, И020 7/16, Заявл. 31.03.11. Опубл. 27.03.2013. Способ плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи 6(10) кВ / Чалый А. М., Минаев В. С., Фурин С. С.

46. Патент на изобретение №2505903, H02G 7/16, H02J3/18, Заявл. 14.06.2012. Опубл. 27.01.2014. Комбинированная установка для компенсации реактивной мощности и плавки гололеда (варианты) / Сташинов Ю. П., Конопелько В. В.

47. Патент на изобретение №2422963, H02G 7/16, Заявл. 10.12.2010. Опубл. 27.06.2011. Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушной линии (варианты) / Балыбердин Л. Л., Дайновский Р. А., Краснова Б. П., Лозинова Н. Г., Мазуров М. И.

48. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. -М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 с.: ил.

49. Петрова Т. Е. Расчёт нагрева проводов контактной сети // Вестник ВНИИЖТ. 1987. №3. С. 52 - 54.

50. Половко А. М., Бутусов П. Н. Интерполяция. Методы и компьютерные технологии их реализации. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 320 с.: ил.

51. Правила устройства электроустановок. - 6-е изд., переработанное и дополненное. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.: ил.

52. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 522 с.

53. Презентация Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы, слайд №12 - Новые методы разрушения гололёда и наледи на проводах и грозотросах воздушных линий электропередачи [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.interef.ru/upload/docs/tumanin.ppt, свободный (дата обращения 19.01.15)

54. Реклоузеры SMART35 35 кВ. ЗАО «ГК «Таврида Электрик» [Электронный ресурс] - Режим доступа:

http://www.tavrida.ru/Product/VacuumRecloser Са1си1а^о1^а^оп/8МАНТ35Л свободный (дата обращения 19.01.15)

55. Рекомендации по применению ограничителей гололедообразования и колебаний ОГК, гасителей пляски ГПП и ГПР / Филиал ОАО «Инженерный центр ЕЭС» - «Фирма ОРГРЭС». Москва, 2005.

56. Релейная защита дискретно управляемой выпрямительной установки плавки гололёда на ВЛ / А. С. Засыпкин, И. И. Левченко, Е. И. Сацук, С. С. Шовкопляс, А. Н. Щуров // Релейная защита и автоматика энергосистем: Сборник докладов XXI конференции (Москва, 29-31 мая 2012). - М: ВВЦ, 2012. С. 108-111.

57. Рудакова Р. М., Вавилова И. В., Голубков И. Е. Методы борьбы с гололедом в электрических сетях энергосистем / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, ОАО Башкирэнерго. - Уфа: УГАТУ, 2005. - 187 с.

58. Руководство по программному обеспечению AL-PCS/WIN-E [Электронный ресурс] - Режим доступа: httpV^M^e^/upload/iblock^e/rukovodstvo-po-programmnomu-obespecheniyu rus.pdf, свободный (дата обращения 19.01.15)

59. Сацук Е.И. Электротепловые и механические процессы в воздушных линиях электропередачи. - Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2010.- 106 с.

60. Специалисты «Ставропольэнерго» проводят модернизацию схемы плавки гололеда на ЛЭП [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.yuga.ru/news/320234/, свободный (дата обращения 19.01.15)

61. Сравнение способов плавки гололёда в распределительных сетях 10 - 110 кВ / А. С. Засыпкин, И. И. Левченко, Е. И. Сацук, С. С. Шовкопляс, А. Н. Щуров // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №1. С. 23 - 28.

62. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». Методика расчёта предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий. Дата введения: 13.02.2013.

63. СТО 56947007-29.240.55.113-2012 Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» Методические указания по применению сигнализаторов гололёда (СГ) и прогнозированию гололёдоопасной обстановки. Дата введения: 27.01.2012.

64. Тимашова Л. В., Мерзляков А. С., Назаров И. А. Допустимые токовые нагрузки для проводов воздушных линий // Воздушные линии. Эксплуатация. 2013. №1 (6). С. 30 - 39.

65. Трёхфазно-трёхфазные тиристорные преобразователи для плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи / А. С. Засыпкин, И. И. Левченко, Е. И. Сацук, С. С. Шовкопляс, А. Н. Щуров // Изв. вузов. Электромеханика. 2012. №2. С. 50 - 52.

66. Управляемый выпрямитель для плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах ВЛ [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.niipt.ru/departments/nio 4/ice-1 .pdf, свободный (дата обращения 19.01.15)

67. Уточнения к основам теории нагревания проводов воздушных линий электропередачи / Е. П. Фигурнов, Ю. И. Жарков, Т. Е. Петрова, А. Б. Кууск. // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №1. С. 36 - 40.

68. Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей / 3-е изд. - М.: ЭНАС, 2009. - 309 с.

69. Фигурнов Е. П., Жарков Ю. И., Петрова Т. Е.Уточнённая методика расчёта нагрева проводов воздушных линий электропередачи // Электрические станции, 2013. №9. С. 54 - 59.

70. Филиал МРСК Северного Кавказа - «Ставропольэнерго» завершил осенне-зимний максимум нагрузок 2013-2014 гг. с хорошими результатами [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.mrsk-sk.ru/press center/company news/detail.php?ID=8561, свободный (дата обращения 19.01.15)

71. Черешнюк С. В., Луговой В. А., Тимашова Л. В. Современный подход к учету климатических нагрузок на воздушные линии электропередачи / Материалы докладов международной конференции "ENERGY OF MOLDOVA - 2012. REGIONAL ASPECTS OF DEVELOPMENT" October 46, 2012 - Chisinau, Republic of Moldova. С. 543 - 549.

72. Чиженко И. М. Справочник по преобразовательной технике / К., «Техшка», 1978.

73. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука — М.: Мир, 1978. - 420 с.

74. Шкапцов В. А. Системы прогнозирования и мониторинга сброса гололёда / Электроэнергия: передача и распределение. 2011. №1. С. 24 - 28.

75. Шовкопляс С. С. Плавка гололеда на многократно заземленных грозозащитных тросах индуктированным током от установки плавки гололеда повышенной частоты // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №1. С. 65 - 68.

76. Щуров А. Н. Алгоритм управления дискретно управляемой выпрямительной установкой плавки гололёда на воздушных линиях

электропередачи // Студенческая научная весна - 2014: материалы Регион. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых вузов Ростовской области / Юж. - Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014. С. 161 - 162.

77. Щуров А. Н. Оптимальное управление четырёхполюсным трёхфазно-трёхфазным тиристорным выпрямителем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи // Изв. вузов. Электромеханика. 2012. №5. С. 64 -68.

78. Щуров А. Н. Система управления четырёхполюсным тиристорным выпрямителем плавки гололёда на воздушных линиях электропередачи // Изв. вузов. Электромеханика. 2013. №1. С. 63 - 65.

79. Щуров А. Н., Титов Д. Е. Исследование интенсивности гололёдообразования на проводах ВЛ с использованием опытных данных // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2014. №3. С. 25 - 29.

80. Электроустановки для профилактического антигололедного обогрева проводов воздушных линий электропередачи: учеб. пособие / И. И. Левченко, А. С. Засыпкин, А.А. Аллилуев, Е.И. Сацук. - Юж.- Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. 26 с.

81. Энергетики филиала ОАО «МРСК Юга» - «Ростовэнерго» восстанавливают нарушенное непогодой энергоснабжение потребителей Ростовской области [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://mrsk-yuga.ru/news/index/novosti kompanii/?id=1073, свободный (дата обращения 19.01.15)

82. Юдин Д. Б., Гольштейн Е. Г. Задачи и методы линейного программирования. М. «Советское радио», 1961.

83. Anti-icing and deicing techniques / Editorial Board // Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 1 - 4.

84. Bernard Dalle, Pierre Admirat Wet snow accretion on overhead lines with French report of experience / Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 43 - 51.

85. Borut Zemljaric A comparison of two practical approaches to preventing interspan phase contacts during snow shedding on the same 110-kV overhead line / Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 52 - 59.

86. Breaking the ice: de-icing power transmission lines with high-frequency, highvoltage excitation / C. R. Sullivan, V. F. Petrenko, J. D. McCurdy, V. Kozliouk // IEEE Industry Applications Magazine, 2003. vol. 9, no. 5, pp. 49-54.

87. DC ice-melting model for wet-growth icing conductor and its experimental investigation / SongHai Fan, XingLiang Jiang, LiChun Shu, CaiXin Sun, DaXing Wang // Science China Technological Sciences, 2010. Vol. 53. P. 3248 - 3257.

88. DiLin - Monitoring and Diagnostic System for Overhead Power Lines Condition Monitoring [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://dimrus.com/dilin_e.html, свободный (дата обращения 19.01.15)

89. Gorow Wakahama, Daisuke Kuroiwa, Kazuo Goto Snow accretion on electric wires and its prevention / Journal of Glaciology, 1977. Vol. 19. P. 479 - 487.

90. Hyde M. Merrill, James W. Felte Transmission Icing: A Physical Risk with a Physical Hedge // Power Engineering Society General Meeting, 2006. P. 4147 -4154.

91. Ice on Power Lines [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.hydro.mb.ca/safety/electricity/ice on power lines.shtml, свободный (дата обращения 19.01.15)

92. Joshua D. McCurdy, Charles R. Sullivan, Victor F. Petrenko Using Dielectric Losses to De-Ice Power Transmission Lines with 100 kHz High-Voltage / IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2001. P. 2515-2519.

93. Lasse Makkonen, Bodo Wichura Simulating wet snow loads on power line cables by a simple model / Cold Regions Science and Technology, 2010. №61. P. 73 -81.

94. Manitoba Hydro Mitigates Ice Issue on Power Lines [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://tdworld.com/features/manitoba-hydro-mitigates-ice-issue-power-lines, свободный (дата обращения 19.01.15)

95. Masoud Farzaneh Atmospheric Icing of Power Networks // Springer. 2008. 381 p.

96. Mathematical model of ice melting on transmission lines / S. Yu. Sadov, P. N. Shivakumar, D. Firsov, S. H. Lui, R. Thulasiram // Springer Science + Business Media B.V., 2006. P. 273 - 286.

97. Michal Tomaszewski, Bogdan Ruszczak Analysis of frequency of occurrence of weather conditions favouring wet snow adhesion and accretion on overhead power lines in Poland / Cold Regions Science and Technology, 2013. №85. P. 102 - 108.

98. Michel Landry, Roger Beauchemin, Andre Venne De-icing EHV Overhead Transmission Lines by Short-circuit Currents // IEEE Canadian Review - Spring / Printemps, 2001. P. 10 - 14.

99. Pierre Couture Smart Power Line and photonic de-icer concepts for transmissionline capacity and reliability improvement / Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 13 - 22.

100. S. Farhadi, M. Farzaneh, S.A. Kulinich Anti-icing performance of superhydrophobic surfaces / Applied Surface Science, 2011. №257. P. 6264 -6269.

101. Simple Application Controllers MITSUBISHI ELECTRIC [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/sac/index.html, свободный (дата обращения 19.01.15)

102. Systems for prediction and monitoring of ice shedding, anti-icing and de-icing for power line conductors and ground wires, CIGRE Working Group B2.29, December 2010.

103. Temperature characteristic of DC ice-melting conductor / Songhai Fan, Xingliang Jiang, Caixin Sun, Zhijin Zhang, Lichun Shu // Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 29 - 38.

104. Victor F. Petrenko, Charles R. Sullivan, Valeri Kozlyuk Variable-resistance conductors (VRC) for power-line de-icing / Cold Regions Science and Technology, 2011. №65. P. 23 - 28.

105. Wet snow hazard for power lines: a forecast and alert system applied in Italy / P. Bonelli, M. Lacavalla, P. Marcacci, G. Mariani, G. Stella // Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2011. №11. P. 2419-2431.

Приложение А. Расчётные таблицы для проводов марки АС 70/11, АС 120/19,

АС 240/39

Провод АС 70/11

Таблица А

Максимально допустимый ток /мд, А

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Направление ветра, у=0 град

0 417 510 597 657

-5 428 523 613 674

-10 438 536 629 691

-15 448 549 644 708

-20 458 561 658 724

Направление ветра, у=90 град

0 543 672 792 874

-5 558 690 814 897

-10 571 707 835 920

-15 585 724 855 943

-20 598 741 874 964

Таблица Б

Критическая толщина стенки гололёда Ьг. кр, мм

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

0 25 37 51 62

-5 23 35 49 60

-10 21 32 46 57

-15 19 30 43 55

-20 17 27 40 52

Таблица В

Ток профилактического подогрева /пп, А

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Направление ветра, у=90 град

0 99 123 146 162

-5 214 267 317 350

-10 279 348 413 456

-15 336 420 498 550

-20 385 481 570 630

Провод АС 70/11 Таблица Г

Ток 40-минутной плавки /(40), А _Направление ветра, [=90 град_

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Толщина стенки гололёда Ьг=5 мм

0 205 215 225 232

-5 253 280 307 325

-10 293 333 371 397

-15 328 379 426 458

-20 360 420 475 514

Ьг=10 мм

0 275 281 288 293

-5 312 333 352 366

-10 346 377 407 427

-15 376 417 455 481

-20 405 453 499 530

Ьг=15 мм

0 330 335 340 344

-5 362 379 394 405

-10 392 418 442 459

-15 419 454 486 507

-20 445 487 526 552

Ьг=20 мм

0 377 381 386 388

-5 406 420 433 442

-10 433 455 476 490

-15 458 488 516 534

-20 482 519 552 575

Ьг=30 мм

0 457 460 463 466

-5 482 492 502 509

-10 506 523 539 550

-15 528 551 573 587

-20 550 579 606 623

Ьг=40 мм

0 525 528 530 532

-5 548 556 564 569

-10 569 583 596 605

-15 590 609 627 638

-20 610 634 656 670

Провод АС 120/19

Таблица А

Максимально допустимый ток /мд, А

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Направление ветра, [=0 град

0 595 725 847 931

-5 610 744 870 955

-10 625 762 892 979

-15 639 780 913 1003

-20 653 797 933 1026

Направление ветра, [=90 град

0 771 952 1121 1235

-5 792 977 1151 1269

-10 811 1002 1181 1301

-15 830 1026 1209 1333

-20 849 1049 1237 1363

Таблица Б

Критическая толщина стенки гололёда Ьг. кр, мм

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

0 22 33 45 55

-5 20 31 43 53

-10 18 28 41 50

-15 17 26 38 48

-20 15 24 36 46

Ток профилактического подогрева /пп, А

Таблица В

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

0 139 174 207 228

-5 302 377 447 494

-10 394 492 583 644

-15 475 593 703 776

-20 544 679 805 889

Провод АС 120/19 Таблица Г

Ток 40-минутной плавки /(40), А Направление ветра, [=90 град

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Толщина стенки гололёда Ьг=5 мм

0 307 320 334 343

-5 371 409 446 471

-10 427 482 535 571

-15 475 545 612 657

-20 519 602 680 733

Ьг=10 мм

0 413 422 431 438

-5 463 491 518 536

-10 508 552 593 621

-15 550 606 659 695

-20 589 656 720 763

Ьг=15 мм

0 497 504 511 516

-5 540 562 584 598

-10 579 615 649 671

-15 616 663 708 737

-20 651 708 762 798

Ьг=20 мм

0 569 575 580 584

-5 607 626 644 656

-10 643 673 701 720

-15 676 717 755 780

-20 709 758 805 836

Ьг=30 мм

0 691 695 699 701

-5 723 737 750 759

-10 754 777 799 813

-15 783 815 844 864

-20 812 851 888 912

Ьг=40 мм

0 794 797 800 802

-5 823 834 845 852

-10 850 869 887 898

-15 877 903 927 943

-20 904 936 966 985

Провод АС 240/39

Таблица А

Максимально допустимый ток /мд, А

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Направление ветра, [=0 град

0 935 1133 1322 1449

-5 959 1163 1356 1488

-10 981 1191 1390 1525

-15 1003 1219 1423 1561

-20 1025 1245 1454 1596

Направление ветра, [=90 град

0 1205 1482 1743 1919

-5 1236 1521 1789 1970

-10 1267 1560 1835 2020

-15 1296 1597 1879 2069

-20 1325 1633 1922 2117

Таблица Б

Критическая толщина стенки гололёда Ьг. кр, мм

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

0 19 28 38 46

-5 18 26 36 45

-10 16 24 35 43

-15 15 23 33 41

-20 13 21 30 39

Таблица В

Ток профилактического подогрева /п.п, А

_Направление ветра, [=90 град_

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

0 216 270 320 354

-5 469 585 693 765

-10 612 763 903 998

-15 738 920 1089 1203

-20 845 1053 1247 1378

Провод АС 240/39 Таблица Г

Ток 40-минутной плавки 1(40), А _Направление ветра, [=90 град_

Температура воздуха 0в,°С Скорость ветра уг, м/с

2 5 10 15

Толщина стенки гололёда Ьг=5 мм

0 510 530 550 565

-5 606 662 718 755

-10 688 772 853 907

-15 762 868 969 1038

-20 829 955 1074 1155

Ьг=10 мм

0 692 705 718 728

-5 764 806 847 874

-10 831 895 958 1000

-15 892 977 1057 1112

-20 950 1052 1149 1214

Ьг=15 мм

0 835 845 855 862

-5 896 929 961 983

-10 953 1006 1056 1090

-15 1007 1077 1144 1189

-20 1059 1144 1226 1281

Ьг=20 мм

0 956 965 973 979

-5 1011 1038 1065 1083

-10 1062 1106 1149 1178

-15 1111 1171 1228 1266

-20 1158 1232 1302 1349

Ьг=30 мм

0 1163 1169 1175 1179

-5 1208 1229 1248 1261

-10 1252 1286 1318 1339

-15 1294 1340 1384 1413

-20 1335 1393 1447 1483

Ьг=40 мм

0 1337 1342 1347 1350

-5 1378 1394 1410 1420

-10 1416 1444 1470 1486

-15 1455 1492 1527 1550

-20 1492 1539 1583 1612

Приложение Б. Конфигурации распределительных сетей и варианты

размещения ДУ ВУПГ

Название конфигурации сети Принципиальная схема сети Варианты размещения ДУ ВУПГ

Радиальная с одной ВЛ ЦП|® " (1) в центре питания (ЦП) -основная; (2) - дополнительная, если зона плавки, обеспечиваемая (1), недостаточна; требуется выбор ПС для (2) и ЗРПГ для (1)

Радиальная с двумя ВЛ (1) в (ЦП) - основная, плавка поочерёдно на ВЛ1 и ВЛ2; (2) - дополнительная, если зона плавки, обеспечиваемая (1), недостаточна; требуется выбор ПС для (2) и ЗРПГ для (1)

Замкнутая с одним центром питания и одной ВЛ ЦП^^ (1) в (ЦП) - основная, плавка всего кольца с установкой ДУ ВУПГ и ЗРПГ в ЦП или выбор ПС для ЗРПГ; (2) - дополнительная, если зона плавки, обеспечиваемая (1), недостаточна; требуется выбор ПС для (2) и для ЗРПГ при плавке от (1) и (2)

Замкнутая с одним центром питания и двумя ВЛ (1) в ЦП - основная; варианты СПГ: - плавка каждой ВЛ всего кольца с установкой ДУ ВУПГ и ЗРПГ в ЦП; - плавка одновременно двух ВЛ (на головных участках) при наличии (2); (2) - дополнительная; варианты СПГ: - плавка каждой ВЛ; - плавка одновременно двух ВЛ на прилегающем участке.

Название конфигурации сети Принципиальная схема сети Варианты размещения ДУ ВУПГ

С двухсторонним питанием по одной ВЛ V®'1 ЦП: (1), (2), (3) - возможные места установки от одной до трёх ДУ ВУПГ.

С двухсторонним питанием по двум ВЛ Ш" 'У V д'1"" (1), (2), (3) - возможные места установки от одной до трёх ДУ ВУПГ. Варианты СПГ: 1 - ВЛ1 и ВЛ2 поочерёдно; 2 - плавка прилегающих участков двух ВЛ одновременно (параллельно или последовательно).

Узловая с тремя центрами питания ® (1), (2), (3), (4), (5) -возможные места установки ДУ ВУПГ. Варианты СПГ: 1 - без отключения нагрузки; 2 - с отключением нагрузки при минимизации количества ПС с ДУ ВУПГ.

Многоконтурная ЦП1 ЦП3 V ® ЦП2 ■ (1), (2), (3), (4), (5), (6) -возможные места установки ДУ ВУПГ. (1), (2), (3) - основные в ЦП; (4), (5), (6) - дополнительные для плавки без отключения потребителей.

Радиально-магистральные нерезервированные 1 > • -• (1) - основная, плавка поочередно на ответвлениях; (2) - дополнительная, для плавки одновременно на нескольких ответвлениях.

Радиально-магистральные резервированные 1 к (1) - основная; (2) - дополнительная. Варианты СПГ: - одновременно на нескольких ответвлениях через магистраль; - поочередно на ответвлениях и магистрали.

ЦП • •

'Ъь V

Приложение В. Алгоритм управления микропроцессорным контроллером Mitsubishi ALPHA XL, установленным

в макете ДУ ВУПГ

оо ип

Приложение Г. Пояснения к алгоритму программы «Расчёт настроек

Программа получает информацию от автоматизированной информационной системы контроля гололёдной нагрузки (АИСКГН), в состав которой входят датчики температуры, скорости и направления ветра, датчики гололёдной нагрузки. Состав входных данных:

- температура воздуха, Зв, °С;

- скорость ветра, уг, м/с;

- гололёдная нагрузка на фазы А, В, С - РгА, Ргв, Ргс, кг.

В случае отсутствия данных о гололёдной нагрузке во всех трёх фазах (датчики гололёдной нагрузки установлены в одной или в двух фазах), предусмотрена возможность задания недостающих значений.

В случае отсутствия данных о температуре воздуха, скорости ветра, направлении ветра предусмотрена возможность задания недостающих значений.

Полученные от датчиков значения гололёдной нагрузки РгА, РгВ, РгС, кг преобразуются в толщину стенки гололёда ЬгА, ЬгВ, ЬгС, мм, на каждой фазе по формуле:

где йпр дгн , мм - диаметр провода, на котором установлен датчик гололёдной нагрузки (ДГН); Рг, кг - масса гололёдных отложений на фазном проводе; рг,

весового пролета. Информация о длинах весовых пролетов и диаметрах проводов, на которых установлены ДГН, составляют «Базу данных о проводах и пролётах с

контроллера плавки гололёда (1сеМеШ^)» 1. Погодные данные (БЛОК 1)

3 3

кг/м - плотность гололёда, принята в расчётах равной 900 кг/м ; /вес, м - длина

ДГН».

Если ДГН на ВЛ несколько, то принимаются к дальнейшим вычислениям показания того ДГН, который сигнализирует о наибольшей гололёдной нагрузке на одну из фаз: (РгА или РгВ или РгС) ^ тах.

Пример выбора данных в случае наличия нескольких ДГН на одной ВЛ.

Показания 1-го ДГН:

РгА = 300 кг;

Рг в = 200 кг;

РгС = 300 кг.

Показания 2-го ДГН: РгА = 600 кг; Рг в = 200 кг; РгС =100 кг;

В таком случае принимаем к расчётам показания 2-го ДГН, так как он сигнализирует о наибольшей гололёдной нагрузке на одну из фаз.

2. База данных о схемах плавки гололёда в районе электрических

сетей

Для каждой СПГ, которая будет реализовываться с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК) должны быть заранее получены данные на основе имитационного моделирования. Для каждой из СПГ должны быть известны:

- номер СПГ;

- название ВЛ или участков ВЛ, входящие в СПГ;

- места установки заземляющих разъединителей плавки гололёда ЗРПГ-1 и ЗРПГ-2;

- максимальное и минимальное сечение (марка) провода, входящие в СПГ;

- геометрическое расположение фаз А, В, С в пространстве: верхняя, средняя и нижняя;

- выпрямленный ток плавки (при = 0 °С, уг = 2 м/с, и проводах ВЛ, покрытых гололёдом по всей длине) по схемам:

• «фаза - две фазы» (Ф - 2Ф) при трёхфазном питании 1(3ф_2ф, А;

• «фаза - фаза» (Ф - Ф) при трёхфазном питании /(3ф_ф, А;

• «фаза - фаза» при двухфазном питании /(ф_ф, А.

Если плавка реализуется по схеме с удлинителем, то отдельно задаются выпрямленные токи плавки:

• на 1 этапе /(удл1), А;

• на 2 этапе по схеме «фаза - две фазы» /¿ф^Ф, А и «фаза - фаза»

I (удл2) А ф-ф , А.

В программе вручную задается только номер СПГ. Все прочие параметры формируют базу данных о схемах плавки гололёда в районе электрических сетей. Дополнительно должен быть задан номинальный выпрямленный ток ДУ

ВУПГ при трёхфазном питании /(3нОМ, А и двухфазном питании /(2дОМ, А. Также отдельно задается значение допустимой средней температуры провода &срд ,°С и максимально допустимое мгновенное значения температуры провода в особой фазе $м.д, оС.

Очерёдность применения каждой конкретной СПГ на ВЛ района электрических сетей определяется значением интегрального показателя эффективности СПГ ^спгвл .

3. Проверка условия «Плавка гололёда на проводах ВЛ»

Возможные варианты:

да - плавка гололёда осуществляется на проводах ВЛ, программа продолжает работу;