Плавка гололеда на воздушных линиях электропередачи

Плавка гололеда на линиях электропередачи: методы, инновации, эксплуатация Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мясоедов Ю.В., Коржова О.Н.

В статье рассмотрены методы плавки гололеда на линиях электропередачи, а также причины возникновения гололеда . Проанализирована надежность электроснабжения во время его плавки .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Плавка гололеда на линиях электропередачи: методы, инновации, эксплуатация»

Ю.В. Мясоедов, О.Н. Коржова

ПЛАВКА ГОЛОЛЕДА НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ: МЕТОДЫ, ИННОВАЦИИ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В статье рассмотрены методы плавки гололеда на линиях электропередачи, а также причины возникновения гололеда. Проанализирована надежность электроснабжения во время его плавки.

Ключевые слова: плавка, гололед, линия, надежность, метод, эксплуатация.

Актуальность выбранного для исследования вопроса связана с большим количеством аварий в электрических сетях, происходящих из-за неблагоприятных погодных условий, связанных с интенсивной гололедно-ветровой нагрузкой. Участившиеся аварии на ЛЭП, — по-видимому, результат общего потепления климата, они требуют немало сил и средств на их предотвращение [1].

В связи с этим следует рассмотреть последствия возникновения гололеда, исследовать широко используемые и инновационные методы его плавки, оценить надежность электроснабжения при такой плавке.

Рассмотрим влияние гололеда на провод марки АС-185/43. Данный провод имеет массу 846 кг на километр длины. При толщине гололеда 20 мм его масса увеличится в 3,7 раза, при толщине 40 мм — в 9 раз, а при толщине 60 мм — в 17 раз [2]. Увеличение массы провода приводит к тому, что из строя выходит линейное оборудование и опоры, поддерживающие провод.

Для уменьшения количества аварий, связанных с выходом из строя линейного оборудования, покрытого слоем льда, необходимо своевременно проводить плавку гололеда.

Эксплуатирующие энергетические организации могут проводить плавку льда несколькими способами.

Одним из методов, получившем широкое распространение, является метод наложения. При его использовании на рабочий ток линии накладывается постоянный либо переменный ток, генерируемый посторонним источником. Данный метод не требует отключения потребителей.

Метод наложения переменного тока применяется в сетях напряжением до 110 кВ и ниже, с сечением проводов до 300 мм.

Применение метода наложения постоянного тока осуществляется с использованием устройств плавки гололеда (УПГ) с выпрямительными установками. УПГ размещается в узле электрической сети, от которого отходит максимальное количество линий, подлежащих обогреву. Напряжение источника переменного тока и его мощность должны быть в 5-10 раз больше, чем для источника постоянного тока, поэтому экономически целесообразна плавка гололеда при помощи постоянного тока.

На воздушных линиях напряжением 6-10 кВ плавка льда осуществляется с помощью токов однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания. В ТП устанавливаются специальные трансформаторы, используемые только с этой целью.

Такие трансформаторы обеспечивают ток плавки, больший или равный длительно допустимому току нагрузки. Данный способ не находит широкого применения из-за потребности в дополни-

тельном дорогостоящем оборудовании и переходе воздушных линий на самонесущий изолированный провод (СИП).

Инновационным методом плавки гололеда является метод, основанный на скин-эффекте. Скин-эффект состоит в том, что токи высокой частоты в отличие от постоянного тока не распределяются равномерно по сечению проводника, а концентрируются в очень тонком слое его поверхности [3]. Токи высокой частоты генерируются мощными радиопередатчиками, которые подключаются к проводам ЛЭП через устройство согласования с нагрузкой.

Для локальной плавки гололеда применяется мобильная установка, которая представляет собой контейнеровоз с электрооборудованием и дизельной электростанцией, обеспечивающей ее питание. Установка подключается к воздушной линии с помощью гибких кабелей и нагревает провода.

При проведении плавки иногда уменьшается надежность электроснабжения потребителей, так как некоторые методы требуют отключения части линий или увеличения нагрузки в определенном узле. Эффект же от плавки гололеда заключается в повышении надежности благодаря сокращению количества аварий, происходящих на воздушных линиях в холодное время года.

В условиях эксплуатации целесообразно использовать Приказ Минэнерго России [4], который содержит требования к оснащению воздушных линий схемами плавки гололеда и эксплуатации указанных схем, а также проведению самого процесса плавки. Например, ПАО «ФСК ЕЭС» в преддверии осенне-зимнего периода 2019/2020 гг. уже приступило к проверке технического состояния систем плавок гололеда на линиях электропередачи 220-500 кВ в Южном и Северо-Кавказ-ском федеральных округах, а также выработке необходимых мероприятий, позволяющих успешно бороться с обледенением воздушных линий и обеспечивающих надежное электроснабжение потребителей.

Из всего сказанного можно сделать вывод о необходимости внедрения инновационных методов плавки гололеда, учитывая возможность их применения при сохранении функциональной надежности электроснабжения потребителей.

1. Каганов, В.И. Как расплавить лед на проводах ЛЭП // Наука и жизнь. — 2008. — № 8.

2. Дьяков, А.Ф., Засыпкин, A.C., Левченко, И.И. Предотвращение и ликвидация гололедных аварий в электрических сетях. — Пятигорск: Изд-во РП «Южэнерготехнадзор», 2000.

3. Елизарьев, А.Ю., Валеев, А.Р. Плавка гололеда на воздушных линиях электропередачи без отключения потребителей // Вестник УГАТУ. — 2015. — Т. 19, № 4. — С. 59-65.

4. Приказ Минэнерго России от 19.12.2018 № 1185 «Об утверждении требований по плавке гололеда на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи», регистрационный номер № 53476.

РД 34.20.512 Руководящие указания по плавке гололеда на ВЛ напряжением до 20 кВ, проходящих в сельской местности

Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроэнергетики, Всесоюзным государственным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом «Сельэнергопроект» (Украинское отделение) и районным энергетическим управлением Башкирэнерго

1. Основные методические указания по плавке гололеда 1 содержатся в «Руководящих указаниях по плавке гололеда на воздушных линиях электропередачи» (СЦНТИ OPГРЭС, 1969). Настоящие Руководящие указания отражают характерные особенности плавки гололеда на ВЛ напряжением до 20 кВ, проходящих в сельской местности.

________________
1 Здесь и далее под гололедом подразумеваются все виды обледенения проходов ВЛ.
2. Отложения гололеда представляют большую опасность для нормальной эксплуатации ВЛ.
Образование гололеда может вызвать:
а) разрегулирование проводов, их сближение и замыкание;

б) интенсивную пляску проводов, вызывающую их короткие замыкания, ожоги проводов и, как следствие, их обрывы, а в некоторых случаях повреждение креплений;

в) перегрузку и обрывы проводов;

г) разрушение опор в результате обрыва проводов, когда возникающие неуравновешенные тяжения на опоры от оставшихся целыми проводов значительно превышают расчетные;

д) разрушение опор в результате совместного воздействия гололеда и сильного ветра, направленного под углом 60-90° к ВЛ.

Учитывая чрезвычайно тяжелый характер гололедных аварий и большой ущерб, наносимый ими народному хозяйству из-за аварийного недоотпуска электроэнергии и затрат на восстановление нормального электроснабжения, необходимо принимать меры по предотвращению гололедных аварий путем своевременной плавки гололеда на проводах ВЛ электрическим током.

3. Плавка гололеда является эффективным способом предупреждения гололедных аварий на ВЛ. Плавка позволяет в короткий срок удалить гололед на десятках километров линий, предупредив опасную перегрузку, обрывы и сближение проводов, разрушение опор и ликвидировать пляску проводов.

4. При проектировании ВЛ 6-20 кВ плавку гололеда следует предусматривать для районов, в которых принята нормативная толщина стенки гололеда 20 мм и более, а также для районов, в которых возможна частая: и интенсивная пляска проводов. Для районов, в которых нормативная толщина стенки гололеда принята менее 20 мм, вопрос об организации плавки гололеда должен решаться на основе технико-экономического расчета целесообразности ее применения.

5. Для своевременного предупреждения диспетчера сетевого предприятия об образовании на ВЛ опасных гололедных отложений необходимо вести специальные наблюдения на линиях или специально смонтированных гололедных постах.

6. Плавку гололеда следует начинать с таким расчетом, чтобы при продолжающемся гололедообразовании она была успешно завершена на всех линиях, взаимосвязанных по режиму плавки. Очередность плавки определяется важностью потребителей, технологичностью организации плавки и наличием резервного питания.

7. На линиях, на которых предусматривается плавка гололеда, необходимо произвести перед гололедным сезоном тщательный осмотр и опробование всех элементов электрической схемы плавки и принять меры, обеспечивающие нормальную их работу в режиме плавки.

8. Для успешной плавки необходимо заранее проработать последовательность всех операций по проведению плавки и составить технологические карты плавок гололеда.

Пример технологической карты плавки гололеда приведен в приложении 1. Как правило, для сборки и разборки схемы плавки следует использовать коммутационные аппараты по возможности с дистанционным управлением. Применение шлейфов, накладок, закореток не рекомендуется. В случае необходимости их применения должны быть приняты меры для удобной и быстрой их установки.

9. Плавка гололеда может производиться способом трехфазного к.з. при использовании номинального напряжения сети в длительном или повторно-кратковременном режиме к.з.

Способ трехфазного к.з. применяется также и при использовании пониженного напряжения (обычно с использованием передвижных трансформаторов).

Для плавки гололеда может использоваться и способ двухфазного к.з. при номинальном напряжении сети в длительной режиме к.з.

Кроме того, на линиях с двусторонним питанием для плавки гололеда может быть применено встречное включение фаз.

Плавка гололеда на проводах линий электропередачи напряжением 6 — 10 кВ

Плавка гололеда на проводах линий электропередачи напряжением 6 - 10 кВ

При перемещении воздуха над поверхностью земли теплые массы, содержащие влагу в виде паров воды, приходят в соприкосновение с холодным воздухом. В пограничном слое этих двух масс во пуха создаются условия для существования переохлажденных паров воды, которые, соприкасаясь с частями линий электропередачи при температуре ниже нуля, образуют кристаллы льда на конструктивных элементах линий.

Капли тумана, дождя и мокрый снег, оседающие на проводах, тросах и конструкциях опор, имеющих отрицательную температуру, также образуют лед или смерзшуюся вокруг проводов ледяную массу. Это явление называется гололедам. Гололед — это сплошной твердый осадок в виде прозрачного или матового льда с расчетной плотностью 0.9 х 10 3 кг/см3.

При значительных гололедных отложениях возможны обрывы проводов и поломка деталей опор или самих опор, поэтому должны быть приняты меры по удалению гололеда с проводов линии.

Наибольшее распространение на отключенных линиях напряжением 6 — 10 кВ получили методы плавки гололеда током однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания. При этом в ТП должны быть установлены специальные трансформаторы, используемые только для плавки гололеда и обеспечивающие ток плавки, равный длительно допустимому току нагрузки данной линии или превышающий длительно допустимый ток не более чем в 1,5 раза.

Схемы плавки гололеда токами однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания на отключенных линиях приведены на рис. 1.

Здесь на другом конце линии искусственно устраивается замыкание одной, двух или трех фаз на землю. Напряжение должно быть таким, чтобы обеспечить прохождение тока плавки, равного или превышающего длительно допустимый ток линии.

Схема плавки гололеда

Рис. 1. Схема плавки гололеда: а — с поочередным закорачиванием одной фазы, б — с поочередным закорачивание двух фаз, в — при последовательном соединении двух фаз линии (в змейку), г — с установкой трехфазной закоротки в конце линии

Вместо устройства закороток в конце линии может быть применен способ встречного включения (на разные фазы через провод линии) трансформаторов, устанавливаемых па обоих концах линии. Ток получающегося короткого замыкания должен обеспечить плавление гололеда на проводах линии электропередачи.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Инструкция по плавке гололеда на ЛЭП 35-110кВ

1.1. Настоящая инструкция определяет порядок действий персонала по плавке гололеда на проводах и тросах ВЛ и по действиям персонала при появлении гололеда.
1.2. Настоящая инструкция разработана на основании:

ГКД 34,20,507-2003 «Техническая эксплуатация электрических станций и сетей. Правила»;
Типовой инструкции «Ликвидация аварий и технологических нарушений режима на энергопредприятиях и в энергообъединениях» (СОУ-Н МПЕ 40.1.20.563:2004);
Правил устройства электроустановок;
«Методические указания по плавке гололеда переменным током» МУ 34-70-027-872, Союзтехэнерго, 1983 г.;
Инструкции «По плавке гололеда на проводах и тросах ВЛ 35кВ и выше».

1.3. Знание настоящей инструкции обязательно для:
а) оперативного и оперативно-производственного персонала электрических сетей;
б) диспетчеров ОДС;
в) персонала службы линий.

2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА.

2.1. Гололедный период в регионе начинается 15 октября и заканчивается 15 апреля.
2.2. Для ВЛ 35кВ и выше, проходящих в районах с толщиной стенки гололеда 20 мм и более (ВЛ, проходящие в зоне интенсивного гололедообразования), а также в местах с частыми образованиями гололеда или изморози в сочетании с сильными ветрами и в районах с частой и интенсивной пляской проводов, обязательно должна быть предусмотрена плавка гололеда на проводах и тросах ВЛ.
2.3. Отложение изморози или гололеда на проводах линий электропередачи вызывается замерзанием переохлажденных капель паров при резком переходе температуры окружающего воздуха из положительной области в отрицательную.
Отложение гололеда (изморози) на линиях электропередачи могут вызвать:

разрегулировку проводов и грозозащитных тросов и их сближение между собой;
сближение проводов и тросов при их подскоке вследствие неодновременного сброса гололеда;
пляску проводов;
обрыв проводов и тросов;
разрушение опор;
перекрытие линейной изоляции ВЛ при таянии вследствие значительного снижения льдоразрядных характеристик изоляторов по сравнению с влагоразрядными характеристиками, по которым обычно выбирается необходимый уровень линейной изоляции.

Таблица №1

ФОРМА ОБРАЗОВАНИЯ

минимальные значения толщины стенки (гребня) отложений, являющихся опасным) в мм

плотность — 0,9 (лед)

плотность — 0,5
(рыхлый гололед)

плотность — 0,2 (иней)

2.4. Существующие методы плавки гололеда на тросах:
— трос – трос;
— трос – земля;
— два троса – земля.
2.5. Существующие методы плавки гололеда на проводах:

трехфазное к.з.;
двухфазное к.з.;
однофазное к.з. («змейка»);
током нагрузки;
наложением уравнительных токов.

2.6. Общее информирование о гололедообразовании производится по каналам оперативной связи, через средства массовой информации — по данным гидрометеорологических государственных служб, Министерства по чрезвычайным ситуациям Украины.
2.7. В случае возникновения условий для образования гололеда дежурный диспетчер ОДС (через дежурный персонал подстанций и обходчиков линий электропередачи) должен систематически следить за появлением образований на проводах ВЛ и при достижении гололедом или изморозью опасных значений, приступать к их плавке, руководствуясь указаниями настоящей Инструкции.
2.8. При появлении пляски проводов на линии (при образовании одностороннего гололеда, изморози и поперечном к линии ветре) плавка гололеда должна производиться в независимости от достижения величин, указанных в табл.1

3. КАРТЫ-ПРОГРАММЫ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА.

3.1. Технологические карты плавки гололеда (изморози) на проводах и тросах линий электропередачи напряжением 35кВ и выше разрабатываются для ВЛ, подверженных интенсивному гололедообразованию в двух вариантах по каждой ВЛ.
Разработанные карты-программы плавки гололеда подписываются руководством ОДС, СПС, РЗА и утверждаются главным инженером электрических сетей.
3.2. В качестве расчетных принимаются следующие условия:

толщина стенки гололеда равна 2 см;
температура окружающего воздуха -5°С;
скорость ветра 5 м/сек.

3.3. Выбранные режимы плавки гололеда прорабатываются на предмет возможности их реализации по режиму сети и по условиям РЗА.
3.4. Карты-программы плавки гололеда по ВЛ-110 кВ и выше, которые находятся в оперативном ведении ДД облэнерго , ДД ЭС, направляются на согласование в облэнерго.

4. ОРГАНИЗАЦИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА.

4.1. На ВЛ, имеющих плавку на проводах и тросе, необходимо в первую очередь производить плавку на тросе для предупреждения опасных сближений троса с проводом и избежать обрыва троса при больших перегрузках весом гололеда, который, как правило, больше на тросе, чем на проводах.
В отдельных случаях удаление гололеда с троса является достаточным для предупреждения повреждения ВЛ.
4.2. Режим плавки выбирается по наиболее гололедному участку ВЛ.
4.3. Плавку следует производить возможно большими токами, для ее быстрейшего завершения и восстановления схемы нормального режима.
4.4. Плавка гололеда на линиях электропередачи, находящихся в управлении диспетчера ОДС после поступления соответствующей информации от персонала подстанций и обходчиков производится под руководством дежурного диспетчера по аварийным заявкам.
4.5. Плавка гололеда на линиях электропередачи 110кВ и выше, находящихся в ведении диспетчера ДОЭ, а также на линиях, плавка по которым осуществляется с использованием электрооборудования, находящегося в ведении диспетчера ДЭС, производится по аварийным заявкам, передаваемым диспетчеру ДОЭ.
4.6. В заявке указывается:
4.6.1. Диспетчерское наименование ВЛ;
4.6.2. Номер технологической карты-программы.
4.6.3. Характеристика гололеда или изморози:
— форма – цилиндрический или односторонний;
— толщина стенки гололеда (см);
— структура гололеда.
4.6.4. Метеоданные:
— температура воздуха t°С;
— скорость ветра м/сек;
— направление ветра по отношению к направлению линии;
— характер осадков(снег, мокрый снег, дождь, туман).
4.7. Плавка гололеда производится по технологическим картам-программам по варианту №1. При невозможности выполнить плавку по варианту №1 плавка производится по варианту №2.
4.8. На подстанциях, участвующих в переключениях по созданию схем плавки гололеда, на основании технологических карт-программ должны быть разработаны и утверждены местные программы с конкретной детализацией для использования их оперативным персоналом.
4.9. Операции по подготовке схем плавки должны проводиться одновременно на разных объектах, если это ускоряет сбор схемы плавки. Такие операции в картах указаны под одним номером с разными индексами (например: 2, 2а, 2б).
4.10. Из-за потребления значительной реактивной мощности при плавке гололеда токами КЗ необходимо на время плавки максимально загрузить источники реактивной мощности, прилегающие к району плавки.
Плавку гололеда на тросах следует производить в любое время суток, а плавку на ВЛ рекомендуется проводить в дневное время.
4.11. При плавке гололеда в ряде случаев токи плавки могут оказаться выше номинальных токов проводов и оборудования, участвующих в схеме плавки гололеда Максимально допустимый ток должен определяться с учетом технического состояния линии из расчета нагрева провода (троса) не более чем до 90°С без гололеда.

Наибольшие допустимые токи плавки при различных условиях в соответствии с «Методическими указаниями по плавке гололеда переменным током» МУ 34-70-027-872 приведены в таблице №2

Таблица №2

МАРКА
ПРОВОДА

скорость ветра м/сек и температура воздуха в градусах