МУ 34-70-028-82 Методические указания по плавке гололеда постоянным током. Часть 2

1.1. 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 BУKH-1200-14000, ВУКН-1600-14000, ВУКН-1200-8000.

Преобразователи выполняются на неуправляемых вентилях по трехфазной мостовой схеме.

Первые два типа преобразователей предусмотрены для работы от шин напряжением 10,5 кВ, а третий - 6,3 кВ. Установка специального трансформатора для питания преобразователя допускается только при отсутствии на подстанции необходимых ступеней номинального напряжения. Преобразователи, рассчитанные на напряжение 10,5 кВ, могут подключаться к шинам 6,3 кВ.

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

Один из полюсов преобразователя, включенного в схему обогрева ВЛ, должен быть заземлен. При последовательном соединении преобразователей заземляется перемычка, соединяющая полюсы преобразователей. При этом напряжение на преобразователь подается от отдельных секций шин, между которыми не должно быть гальванической связи.

1.2. Подключение преобразователей к шинам 6-10 кВ обусловливает некоторые особенности в работе электрической сети, работающей параллельно с преобразователем.

В нормальном режиме подключение преобразователя к шинам 6-10 кВ эквивалентно заземлению нейтрали через вентили преобразователя. На изоляцию сети при этом накладывается постоянное напряжение, равное половине амплитуды линейного напряжения. В силу этого в аварийных режимах работы сети 6-10 кВ, к которой подключен преобразователь, например, при несимметричных КЗ со стороны питания преобразователя (однофазное КЗ на шинах, пробой плеча преобразователя) , в токах повреждения появляется постоянная составляющая, а их амплитуда за счет постоянных составляющих увеличивается по сравнению с амплитудой тока КЗ на полюсах преобразователя до 2 раз. Это может привести к отказу выключателя, а также к ложной работе релейной защиты, питающейся от трансформаторов тока. Поэтому необходимы устройства защиты, ограничивающие воздействия, вызванные включением преобразователей, и обеспечивающие достаточную чувствительность при первичных токах с постоянными составляющими*.

________________

* Нестандартное оборудование поставляется Львовским политехническим институтом.

Для уменьшения воздействий, связанных с работой преобразователя, целесообразно при возможности осуществлять его питание от отдельной секции шин, не имеющей электрической связи с распределительной сетью.

Пониженный уровень изоляции преобразователя для плавки гололеда по сравнению с уровнями изоляции оборудования электрической сети, от которой он питается, требует специальной защиты установки плавки гололеда (УГП) от перенапряжений.

Для ограничения токов короткого замыкания преобразователей УПГ следует применять токоограничивающие реакторы, уменьшающие мощность короткого замыкания источника питания. Необходимое значение сопротивления реакторов в зависимости от мощности КЗ на шинах источника питания можно определять по кривым рис.1-3.

1.3. Принципиальная схема УПГ приведена на рис.4. Основным элементом защиты УПГ является быстродействующий дуговой высоковольтный короткозамыкатель (БДВК), обеспечивающий перевод опасных несимметричных коротких замыканий в трехфазное замыкание с меньшими токами. Быстродействие БДВК обеспечивается введением в пространство между силовыми электродами двух вспомогательных электродов. Устройства защиты подают сигнал на отпирание тиристорного контактора (ТК), вследствие чего между вспомогательными электродами возникает электрическая дуга, шунтирующая промежутки между силовыми электродами. Тиристорный контактор следует питать от шин 0,4 кВ, напряжение на которых не должно понижаться ниже 70% номинального при коротком замыкании между полюсами преобразователя. Типовые схемы релейной защиты, управления и автоматики УПГ приведены на рис.5-10.

1.5. Трансформаторы напряжения НКФ, подключенные к линии, на которой предусматривается плавка гололеда постоянным током, должны быть присоединены с помощью конденсатора (рис.12), либо отключены.

1.6. Если преобразователи для плавки гололеда установлены на подстанции с синхронными компенсаторами (СК), то токи высших гармоник, генерируемые преобразователем, замыкаются через систему и СК. Часть токов высших гармоник, замыкающихся через СК, приводит к дополнительному нагреву его ротора. С увеличением тока плавки и соответственно токов высших гармоник в СК нагрев ротора может достигнуть предельно допустимого. На рис.13 приведены зависимости предельного тока плавки от мощности КЗ на шинах 6-10 кВ (эквивалентного сопротивления системы) с учетом дополнительного нагрева СК токами высших гармоник. Если реальный ток плавки превышает допустимые значения (см. рис.13), синхронные компенсаторы на период плавки необходимо отключать. При невозможности отключения СК последовательно с ними должен быть включен реактор, ограничивающий часть тока гармоник, замыкающегося через СК. Сопротивления реактора могут быть найдены по рис.14, а реактивная мощность СК может быть определена по рис.15.

1.8. Допускается использование контура заземления подстанций в качестве рабочего заземлителя при плавке гололеда током до 1200 А. В этом случае присоединение полюса преобразователя к контуру подстанции с целью обеспечения термической стойкости горизонтальных и вертикальных электродов заземлителя, а также для уменьшения шаговых напряжений должно быть выполнено тремя лучами (сечение которых должно быть проверено на термическую стойкость) и расходящимися в разные стороны от точки присоединения к полюсу на расстояние не менее 50 м. При этом каждый луч должен быть соединен с элементами контура во всех точках пересечения. Возможность использования контура заземления в качестве рабочего заземлителя при токах свыше 1200 А требует экспериментальной проверки или обоснования в каждом конкретном случае.

Контур подстанции, используемый в качестве рабочего заземлителя, должен быть защищен от термического поражения (рис.17 и 18).

1.9. При использовании контура заземления подстанции в качестве рабочего заземлителя, появляющееся на нем постоянное напряжение 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.

Допустимые значения постоянных токов в однофазных трансформаторах, отнесенные к амплитуде тока холостого хода трансформатора при номинальном напряжении, приведены в табл.1.

Таблица 1

     
Предельные значения подмагничивающих токов для однофазных трансформаторов

Допустимые значения постоянного тока в трехфазных трансформаторах разной мощности в зависимости от рабочего напряжения приведены на рис.19 и 20.

1.10. При проведении расчетов по определению значений постоянного тока в нейтралях трансформаторов необходимо принимать сопротивления контуров заземления подстанций постоянному току в осенне-зимний период.

Если значения постоянных токов превышают допустимые, в нейтрали трансформаторов (автотрансформаторов) следует включить устройства заземления нейтрали (УЗН), препятствующие протеканию в них постоянного тока (рис.21 и 22).

1.11. При включении короткозамыкателя УЗН установка плавки гололеда должна быть отключена, чтобы избежать растекания постоянного тока в нейтрали.

Если УЗН размещен на одной подстанции с УПГ, то отключение УПГ при включении короткозамыкателя УЗН может производиться от блок-контакта или реле-повторителя короткозамыкателя.

Если УЗН размещен на подстанции, соединенной с УПГ обогреваемой линией, то следует предусматривать специальную схему (рис.24, 25), позволяющую автоматически отключать УПГ при срабатывании короткозамыкателя УЗН.

1.12. Сборка схемы соединения проводов ВЛ при плавке производится с помощью переключающего устройства, например, согласно рис.26. Разъединители устройства Р-6, Р-7 и Р-8 должны соответствовать классу напряжения ВЛ. Остальные разъединители (P-1, Р-2, Р-3, Р-4 и Р-5) - класса 35 кВ.

1.13. 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.

1.14. При необходимости регулирования напряжения в УПГ с несколькими преобразователями каждый из них целесообразно подключить через отдельный токоограничивающий реактор, а между реакторами установить разъединители, например, в соответствии с рис.27. Это позволяет регулировать напряжение плавки изменением числа реакторов, включенных между шинами и преобразователем, либо соединением их по схеме делителя напряжения и тем самым расширить диапазон длин и сечений проводов обогреваемых ВЛ. При этом может быть сокращено количество УЗН, устанавливаемых на подстанциях сети.

1.15. На подстанциях с блоками автотрансформатор - вольтодобавочный трансформатор (АТ-ВДТ) и при использовании выпрямителя целесообразно выполнить источник плавки гололеда с регулируемым постоянным током плавки и тем самым обеспечить обогрев ВЛ в широком диапазоне длин и сечений проводов. Для этого собирается схема АТ-ВДТ, описанная в разд.3.3 "Руководящих указаний по плавке гололеда", ч.1, отличающаяся от нее лишь тем, что к возбуждающей обмотке (ВО) ВДТ присоединен выпрямитель. Гармоники выпрямленного тока могут вызвать перенапряжения на индуктивном сопротивлении нагрузки выпрямителя - ВЛ. Поэтому для ограничения этих перенапряжений параллельно выводам постоянного тока выпрямителя установлены фильтры второй и шестой гармоник. УПГ (рис.28) является генератором гармоник напряжения, а не тока. Схема релейной защиты УПГ приведена на рис.29 и 30.

1.16. Допускается последовательное и параллельное включение преобразователей, питаемых от ВДТ, с преобразователями, питаемыми от шин низкого напряжения подстанции через токоограничивающие реакторы (рис.31).

1.17. На подстанции с шунтирующей конденсаторной батареей (ШКБ-1) 35-110 кВ может быть выполнена установка для плавки гололеда с регулируемым током. Ее элементы могут использоваться также для регулирования реактивной мощности (рис.32).

1.18. При плавке гололеда последовательно с ШКБ-1 к ее нейтрали подключается регулировочной обмоткой (РО) вольтодобавочный трансформатор (ВДТ). Возбуждающая обмотка (ВО) ВДТ соединена с отдельной секцией шин (СШ 10 кВ). К СШ 10 кВ подключен преобразователь. Секционный выключатель ЗВ отключен. Ток ШКБ, протекая через РО ВДТ, наводит ток в ВО ВДТ. Наведенный ток выпрямляется преобразователем и замыкается через обогреваемую линию. Ток в схеме определяется напряжением и сопротивлением ШКБ, т.е. ВДТ работает в режиме трансформатора тока с регулируемым коэффициентом трансформации.

В схеме установлены быстродействующий дуговой высоковольтный короткозамыкатель БДВК-1 и шунтирующий выключатель 2 В, на включение которых действуют защиты ВДТ, преобразователя и обогреваемого контура. БДВК-1 предназначен также для защиты оборудования от перенапряжений при обрывах в обогреваемом контуре.

1.19. Для регулирования реактивной мощности в негололедный период ШКБ-1 на ВО ВДТ подается напряжение включения 3 В. Преобразователь плавки при этом должен быть отключен. Регулируемое напряжение ВДТ изменяет напряжение на ШКБ-1 и тем самым регулирует мощность, генерируемую ШКБ-1. С целью защиты ВДТ от атмосферных перенапряжений в обычных условиях эксплуатации, а также регулирования напряжения на шинах НН параллельно его возбуждающей обмотке устанавливают дополнительную ШКБ-2 небольшой мощности (см. рис.32).

Типовые схемы релейной защиты, автоматики и управления приведены на рис.33-39.

2.1. 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. Рекомендуемые схемы плавки от УПГ с одним преобразователем для радиальных ВЛ приведены на рис.40-46. Примерный диапазон обогреваемых участков показан на рис.47.

2.2. Если применение одного преобразователя не позволяет получить необходимый ток плавки, следует увеличить количество преобразователей, включенных последовательно в обогреваемый контур. Возможные схемы плавки приведены на рис.48-53.

2.3. Для ВЛ сверхвысокого напряжения значительной экономии установленной мощности для плавки гололеда можно добиться за счет применения изолирующих дистанционных распорок между проводами в фазе. С целью существенного снижения необходимого уровня изоляции распорок (в несколько раз) рекомендуется контур плавки собирать из проводов разных фаз (см. рис.53).

2.4. Применение схемы трехвентильного преобразователя (рис.54 с постоянным напряжением, равным половине напряжения мостового выпрямителя, позволяет существенно расширит диапазон длин обогреваемых ВЛ за счет организации плавки гололеда на более коротких линиях. Совместная работа трехвентильного преобразователя с мостовым выпрямителем (рис.55) позволяет получить напряжение, в 1,5 раза превышающее напряжение последнего. В качестве реактивного сопротивления в схемах рис.54 и 55 могут быть использованы шунтовые реакторы, имеющиеся на подстанции, или реакторы от неработающих в данный момент преобразователей плавки (при их большом числе, выбранном по условиям плавки на ВЛ высших классов напряжения, отходящих от подстанции). Примерная область наиболее оптимального использования трехвентильного преобразователя показана на рис.47.

2.5. При необходимости можно сочетать плавку гололеда на одной фазе с передачей мощности по оставшимся двум фазам в неполнофазном режиме (рис.56). Для улучшения качества напряжения на шинах нагрузки в нейтралях трансформаторов должны быть установлены конденсаторные батареи, сопротивление которых равно 1/3 индуктивного сопротивления нулевой последовательности той ветви схемы замещения сети, в рассечку которой включены конденсаторы. По току конденсаторные батареи должны быть рассчитаны на тройной ток нормального режима максимальной нагрузки той ветви схемы, в рассечку которой они включены. Питание сети желательно осуществлять со стороны обмотки питающего трансформатора, собранной в "треугольник". Если это затруднительно, то в фазные обмотки трансформатора, собранные в "треугольник", включается коммутационный аппарат, размыкающий "треугольник" на время неполнофазного режима. Применение рекомендуемой схемы (см. рис.56) позволяет увеличить передаваемую в неполнофазном режиме мощность в несколько раз по сравнению с традиционными схемами. Ограничения в передаваемой мощности могут возникать только по условию допустимого тока в нейтральном выводе обмоток трансформатора либо автотрансформатора. Схема конденсаторной батареи и ее релейной защиты приведена на рис.57.

2.6. Расчет тока плавки гололеда от преобразователя, подключенного к шинам 6-10 кВ, должен проводиться по следующим выражениям:

1. а) для моста, собранного по трехфазной мостовой схеме

   ;                                                  (2.1)

2. б) для трехвентильного преобразователя

   ,                                               (2.2)

   
   где - линейное напряжение на шинах питания;

   - индуктивное сопротивление контура коммутации преобразователя;

   - омическое сопротивление контура плавки гололеда;

   - индуктивное сопротивление реактора на промышленной частоте.

2.7. Выбор конкретной схемы плавки гололеда проводится по диапазону желаемых токов плавки с учетом нагрузочной способности преобразователя.

Плавка гололеда от установки с блоком автотрансформатор - вольтодобавочный трансформатор

2.8. Применение ВДТ в качестве источника плавки позволяет существенно расширить зоны обслуживания УПГ и сократить суммарное время плавки. Возможные схемы плавки приведены в п.2.1. При проведении пофазной плавки не требуется установка вспомогательного фильтра промышленной частоты, включенного последовательно в контур плавки.

Дополнительно следует указать, что комбинация регулируемого (с применением ВДТ) и нерегулируемого источника напряжения позволяет в ряде случаев существенно уменьшить суммарное время плавки. В качестве примера на рис.58 приведена схема плавки от указанных источников, позволяющая обогреть провода всех фаз за один цикл плавки. Примерные зоны применения источника с регулируемым напряжением приведены на рис.59.

2.9. Расчет режимов работы УПГ, питаемой от автотрансформатора с ВДТ, аналогичен приведенному выше для источника переменного тока. Единственное отличие заключается в замене сопротивления фазы контура плавки на эквивалентное активное сопротивление, равное 0,6. Ток плавки определяется: .

2.10. Расчет режимов УПГ, питаемой от блока AT-ВДТ, при наличии последовательно включенного преобразователя с неизменным уровнем напряжения приведен в приложении 1.

2.11. Расчет режимов УПГ, питаемой от конденсаторной батареи через ВДТ, приведен в приложении 2.

2.12. Расчет режимов работы УПГ, питаемой через ВДТ от конденсаторной батареи при наличии в контуре плавки гололеда последовательно включенного источника постоянного напряжения, приведен в приложении 3.

2.13. Если нагрузка AT недостаточна, с помощью схемы рис.54, питаемой от возбуждающей обмотки ВДТ, возможно увеличение тока плавки по сравнению с током, получаемым по схеме рис.28.

Коммутация вентилей преобразователя обеспечивает генерирование в индуктивности реакторов значительных апериодических составляющих токов каждый период промышленной частоты. При этом соответственно увеличивается ток плавки. Возможная кратность увеличения тока плавки в зависимости от параметров обогреваемого контура и значения сопротивления реактора приведены на рис.60. Сопротивление может подбираться либо подбором реактора с необходимой индуктивностью, либо подбором колебательного контура из параллельно включенных индуктивности и емкости.

Расчет режимов работы такой УПГ производится в соответствии с п.2.9 с учетом следующих изменений:

1. 1. Эквивалентное сопротивление УПГ определяется:

   ,                            (2.3)

   
   где - кратность увеличения выпрямленного тока в трехвентильной схеме по сравнению с мостовой схемой выпрямления. Значение определяется по рис.61 для конкретного значения и ;

   - индуктивное сопротивление реактора.

2. 2. Ток плавки определяется:     

   .

3. 3. не должен превышать значений, ограниченных кривыми для заданного на рис.60.

Рис.62. Схема установки плавки гололеда переменным током с шунтовым реактором

Рис.63. Релейная защита и управление установки плавки гололеда переменным током с шунтовым реактором

1. Для заданного контура плавки определяется необходимый ток плавки гололеда

2. Определяется суммарное напряжение от двух преобразователей

Проверяется условие .

3. Определяется напряжение на преобразователе с неизменным уровнем напряжения (ИПН):

,

где - напряжение питания ВУКН-ИПН

,

- сопротивление системы, трансформатора и токоограничивающего реактора на частоте 50 Гц.

4. Определяется напряжение на преобразователе, питаемом от AT с ВДТ (ИПТ):

.

5. Определяется сопротивление контура плавки для ИПТ

.

6. Производится расчет режимов работы ИПТ в соответствии с п.2.9 настоящих Руководящих указаний и приложением 4. При этом, для расчета по п.3 приложения 2 вместо следует подставить значение .

7. Если в результате расчетов значение тока для ИПТ получилось меньше , то необходимо провести мероприятия по увеличению тока и повторить расчет режима ИПТ. При этом значение не изменяется.

8. Если в результате повторного расчета режима ИПТ получилось , то следует провести расчеты по оценке условий режимов работы AT в соответствии с пунктами 7, 8 приложения 4. При этом следует учесть, что значение должно быть определено с учетом .

9. Если в результате выполнения расчетов по п.6 данного расчета получилось , то следует повторить расчеты по пп.2, 4, 5, 6 данного расчета.

10. Для нового значения , полученного после выполнения п.9 данного расчета следует определить и провести расчеты по оценке условий режимов работы AT.

11. Если схема УПГ выполнена таким образом, что преобразователь ИПН питается от обмотки НН AT, к которому подключен ВДТ с ИПН, и после анализа режимов работы данного AT выяснилось, что напряжение питания ВУКН ИПН отличается от принятого в п.3 данного расчета значения , следует повторить расчет для нового значения .

1. Сопротивление конденсаторной батареи:

.

2. Сопротивление рассеяния обмоток ВДТ для произвольного значения :

.

3. Параметр, эквивалентирующий по основной гармонике всю УПГ, включая обогреваемый контур и ВДТ

.

4. Ток в регулировочной обмотке ВДТ

.

5. Ток плавки гололеда

.

Если ток плавки меньше необходимого тока, то следует увеличить значения и повторить расчеты.

6. При получении необходимого значения определяем напряжение плавки:

.

Проверяем выполнения условия:

.

В приведенных выражениях использованы следующие обозначения:

- номинальное напряжение КБ;

- номинальная мощность КБ;

- реальное напряжение сети, к которой подключена КБ.

1. Выполняются расчеты в соответствии с п.1-5 приложения 4.

2. Производится расчет режимов работы ИПТ в соответствии с пп.1-5 приложения 2. При этом вместо подставляется значение .

3. Если в результате расчетов значение тока для ИПТ оказалось меньше , то следует увеличить значение и повторить расчет режима работы ИПТ. При этом значение не изменяется.

4. Если в результате расчетов режима ИПТ получилось , то следует повторить расчеты по п.1 данного расчета для нового значения .

5. Проводится расчет режимов работы ИПТ в соответствии с пп.1-5 приложения 4 для нового значения .

Рис.П4.1. Расчетная схема для определения тока плавки от УПГ с преобразователем,
питающимся от блока АТ-ВДТ

Расчет режима плавки гололеда производится в следующей последовательности:

1. 1. Определяем эквивалентные параметры электрической сети относительно места подключения регулировочной обмотки ВДТ. Эквивалентная ЭДС источника

   .

   Внутреннее сопротивление источника ЭДС

   ,

   
   где - напряжения на выводах обмоток ВН и СН автотрансформатора AT при отключенной регулировочной обмотке ВДТ (разомкнута нейтраль AT);

   - ток в последовательной части обмотки AT при отключенной регулировочной обмотке ВДТ;

   - сопротивление рассеяния последовательной части обмотки AT;

   - коэффициент трансформации AT между обмотками ВН и СН;

   , - токи выводов обмоток ВН и СН AT в нормальном (до плавки) режиме работы.

2. 2. Определяем сопротивление рассеяния обмоток ВДТ для установленного коэффициента трансформации :

   ,

   
   где - паспортное напряжение короткого замыкания ВДТ;

   - паспортные параметры регулировочной обмотки ВДТ;

   - максимально возможный коэффициент трансформации ВДТ.

3. 3. Определяем результирующее сопротивление контура плавки, приведенное к регулировочной обмотке и ВДТ:

   .

4. 4. Определяем ток в регулировочной обмотке ВДТ

   .

5. 5. Определяем ток плавки гололеда

   .

Если меньше необходимого тока плавки, то следует повторить расчеты для случая . Если и в этом случае ток плавки меньше необходимого, то следует провести мероприятия по увеличению загрузки общей части обмотки AT. В числе таких мероприятий может быть:

1. а) перераспределение нагрузки между элементами электрической сети;

2. б) создание дополнительных перетоков реактивной мощности в электрической сети за счет регулирования напряжения на шинах подстанций;

3. в) создание уравнительных перетоков мощности через AT с УПГ за счет изменения коэффициентов трансформации у параллельно работающих AT.

После увеличения загрузки AT необходимо повторить расчет, начиная с пункта 1. Если ток плавки достаточен, выполняем следующий этап расчета.

6. Определим напряжение плавки:

.

Проверяем выполнение условия:

.

7. Для оценки влияния работы УПГ на режим электрической сети определим параметры лучей трехлучевой схемы замещения (рис.П4.2), эквивалентирующей AT, ВДТ и обогреваемый контур:

;

;

,

где - сопротивления рассеяния обмоток ВН, СН и НН AT, приведенные к напряжению обмотки ВН.

8. Используя известные методы расчета, определяем токи и напряжения обмоток AT, к которому подключен ВДТ с УПГ. Так, например, при заданной величине напряжения на шинах ВН, напряжения на шинах СН и НН определяются:

;

,

где , , - напряжение и токи обмоток СН и НН AT, приведенные к обмотке ВН.

Текст документа сверен по:
/ Министерство энергетики
и электрификации СССР. -  
М.: СПО Союзтехэнерго, 1983