Ijsvorming- een gevaarlijk fenomeen dat de kenmerken en kwaliteit van constructies, hun sterkte en uiteindelijk de duurzaamheid en veiligheid verslechtert. IJsvorming verhoogt de windweerstand aanzienlijk, wat kan leiden tot de vernietiging van structuren en mechanismen.

Ijsvorming veroorzaakt storingen in hoogspanningslijnen, wat nog een reden is om na te denken over de middelen om ze te beschermen en maatregelen te nemen. De belangrijkste beschermingsmiddelen tegen ijsvorming zijn verwarming of speciale anti-ijsvormingsmiddelen.

In de wereldpraktijk worden organosilicaatsamenstellingen het meest gebruikt om anti-ijsvormingscoatings te creëren. Ze worden gebruikt om ijsvorming te bestrijden op verschillende instrumenten en apparaten die in het industriële en economische complex worden gebruikt, bijvoorbeeld hoogspanningsleidingen.

In sommige delen van het noorden verstoren ijs en verschillende soorten ijsvorming op de draden van de hoogspanningslijnen de normale werking ervan. Hoogspanningsdraden zijn vaak onderhevig aan ijsvorming, wat de integriteit van het uniforme systeem verstoort, wat tot ongelukken en zelfs rampen kan leiden.

De traditionele belangrijkste maatregelen om ijs op elektriciteitsleidingen te bestrijden zijn: het verwijderen van ijs van draden en kabels met behulp van elektrische stroom of mechanische middelen, evenals het preventief verwarmen van de draden.

De mechanische methode vereist veel tijd en aanzienlijke arbeidskosten, en wordt in de meeste gevallen niet geschikt geacht. Smeltend ijs door elektrische stroom is in de meeste gevallen gevaarlijk voor de integriteit van draden en steunconstructies. Het energieverbruik van dergelijke regelingen is zeer hoog.

De voorgestelde methode om ijs op een lijndraad te bestrijden met een inductiestroom van dezelfde lijn, door te bewegen "inductietorpedo" van het ene draadbevestigingspunt naar het andere, binnen één overspanning, is een nieuwe richting in de strijd tegen ijsvorming op hoogspanningslijnen.

Voordelen van deze methode:

Volledige autonomie van de beweging van de “torpedo” binnen één vlucht;

Mogelijkheid om “torpedo’s” te installeren in de gebieden van hoogspanningslijnen die het meest kwetsbaar zijn voor ijsvorming;

Onmeetbaar lager energieverbruik vergeleken met bestaande methoden;

De mogelijkheid om op commando van een coördinator op afstand een “torpedo” te starten en te stoppen met behulp van een gecodeerd signaal via HF-communicatie. Tussen deze signalen vindt volledige zelfcontrole plaats via een systeem van eindschakelaarcontacten;

Het verminderen van de kans op draadbreuken in hoogspanningslijnen en vernietiging van dragende elementen van steunen, waardoor de “dans van draden” wordt geëlimineerd;

Betrouwbaarheid in werking en duurzaamheid, eenvoud van ontwerp en lage fabricagekosten;

Het is niet nodig om de "torpedo" gedurende de gehele gebruiksduur te onderhouden.

Lijndraden zijn niet bestand tegen het gewicht van sneeuw en ijs, wat leidt tot schade en zelfs breuk. Als gevolg hiervan zullen elektrische installatiewerkzaamheden moeten worden uitgevoerd om de elektriciteitsleidingen te herstellen. Er wordt effectief gebruik gemaakt van een gecontroleerd ijssmeltapparaat dat gebruik maakt van een thyristorgestuurde gelijkrichter. Het is speciaal ontworpen om ijsvorming op hoogspanningsleidingen tegen te gaan. Opgemerkt moet worden dat voorheen een ongereguleerde gelijkrichter werd gebruikt om ijs op het station te smelten. Een kenmerk van het moderne apparaat is dat het onmiddellijk reageert op de smeltstroom van ijs, waardoor oververhitting van draden en bliksemkabels wordt voorkomen, aangezien de glasvezelcommunicatielijnen die zijn ingebouwd in de bliksembeveiligingskabels van hoogspanningslijnen een dergelijke invloed niet accepteren. Bovendien is de bediening van dit apparaat veel eenvoudiger dan zijn voorganger. Het versnelt het smeltproces met een orde van grootte, zonder dat een toename van het vermogen van de geïnstalleerde transformatorapparatuur nodig is. De werking van installaties kan vanuit het Network Control Center in realtime worden gemonitord.

3.3 Bediening van kabellijnen tot 35 kV
Om de staat van de kabellijnen te controleren wordt toezicht uitgeoefend door periodieke doorloop en inspectie door speciaal daarvoor aangewezen installateurs binnen de in de PTE gestelde termijnen, en door technisch en technisch personeel binnen de door de PTE gestelde termijnen. lokale instructies.

1. Er worden buitengewone rondes en inspecties uitgevoerd tijdens overstromingen en na regenbuien, maar ook wanneer lijnen worden losgekoppeld door relaisbeveiliging.

2. Bij het rondlopen en inspecteren van kabeltracés die in open gebieden zijn aangelegd, is het noodzakelijk om:

· controleer of er op de route geen werkzaamheden worden uitgevoerd die niet zijn gecoördineerd met de exploiterende organisatie (constructie van constructies, afgraven van land, beplanting, inrichting van pakhuizen, heien, palen, enz.), en ook of er geen blokkades van de routes met sneeuw, afval, slakken, afval, er waren geen storingen of aardverschuivingen;

· inspecteer de kruispunten van kabeltracés met spoorwegen en let op de aanwezigheid van waarschuwingsposters;

· inspecteer de kruispunten van kabelroutes met snelwegen, sloten en sloten;

· inspecteer de staat van apparaten en kabels die over bruggen, dammen, viaducten en andere soortgelijke constructies zijn gelegd;

· controleer op plaatsen waar kabels de muren van gebouwen of steunen van bovengrondse elektriciteitsleidingen verlaten de aanwezigheid en staat van kabelbescherming tegen mechanische schade, de bruikbaarheid van eindkoppelingen;

3. Bij het rondlopen en inspecteren van kabellijnroutes die in gesloten gebieden zijn aangelegd, is het, naast het voldoen aan de vereisten van clausule 2, noodzakelijk om:

· bij de inspectie van het tracé een vertegenwoordiger betrekken van de organisatie die verantwoordelijk is voor de bescherming van kabels en andere gerelateerde constructies;

· bij het opsporen van defecten op lijnroutes, opdracht geven tot het elimineren ervan;

· indien er gebreken worden geconstateerd die niet binnen de gestelde termijn bij de vorige inspectie zijn verholpen, stel dan een protocol op over de overtreding.

Omdat een efficiënte werking van windenergiecentrales alleen mogelijk is waar er sterke en constante wind waait, zijn de grote windparken in Europa vooral geconcentreerd in het noorden en noordwesten van het continent. De wind daar is eigenlijk best geschikt. Maar het klimaat is niet erg goed.

De strenge winters die zo typerend zijn voor Scandinavië creëren een zeer ernstig probleem: ijsvorming op de messen. En dit brengt meerdere problemen tegelijk met zich mee, zegt de Zweedse meteoroloog Stefan Söderberg, onderzoeker bij Weathertech in Uppsala: “Wanneer zich een ijskorst op de bladen vormt, verslechteren hun aerodynamische eigenschappen merkbaar – net zoals soms gebeurt met vliegtuigen. de prestaties van de windenergiecentrale nemen af. Ten tweede verstoort ijs de balans van het windwiel, wat leidt tot verhoogde slijtage van de lagers en de windgenerator als geheel. En ten slotte kan men de gevaren die gepaard gaan met stukken ijs niet negeren de uiteinden kunnen afbreken en over aanzienlijke afstanden vliegen."

De computer kiest het optimale systeem

Exploitanten in Noord-Europa worden elke winter elke dag met dit soort problemen geconfronteerd. Het is duidelijk dat het technische denken niet al die tijd sluimerde, maar verschillende technische oplossingen heeft ontwikkeld voor het probleem van ijsvorming op de messen. Eigenlijk zijn er niet zo veel van deze oplossingen; de enige vraag is welke van hen het meest effectief is in bepaalde specifieke bedrijfsomstandigheden. Tot nu toe moest je het intuïtief, dat wil zeggen bijna willekeurig, beantwoorden.

Nu heeft Stefan Söderberg samen met een groep collega's een computermodel ontwikkeld waarmee je virtueel verschillende strategieën kunt testen voor het bestrijden van ijsvorming op de bladen van windenergiecentrales en de optimale kunt selecteren voor elk individueel windpark. De wetenschapper legt uit: “Zowel ontdooisystemen als anti-icingsystemen bestaan ​​doorgaans uit drie componenten: een detector, een regeleenheid en het verwarmingssysteem zelf. Bij ontdooisystemen wordt de verwarming van de bladen ingeschakeld zodra de detector registreert ijsvorming. Bij preventiesystemen, ijsvorming, wordt de verwarming ingeschakeld op het moment dat de weersomstandigheden ijsvorming waarschijnlijk maken, dat wil zeggen zonder te wachten op de vorming van een daadwerkelijke ijskorst.”

Een helikopter is een duur maar effectief middel

Dit is natuurlijk allemaal prachtig, maar wat als windenergiecentrales helemaal niet zijn uitgerust met een bladverwarmingssysteem - en tot nu toe is de meerderheid dat wel? In Noord-Zweden zijn er in ieder geval vele honderden windturbines niet voorzien van ingebouwde ontdooisystemen. Voor dergelijke gevallen werd een zeer interessant idee naar voren gebracht door Hans Gedda, een ingenieur bij het adviesbureau H Gedda Consulting in Buden.

Context

Hij stelde voor om windwielijsvorming met een helikopter te bestrijden. Natuurlijk is dit plezier eerlijk gezegd niet goedkoop, maar onder bepaalde omstandigheden kan het zichzelf terugbetalen, zegt de auteur van het ongebruikelijke idee: “Als je de komende dagen optimale weersomstandigheden verwacht, dat wil zeggen sterke en stabiele wind , en je windgeneratoren zijn uitgeschakeld vanwege ijsvorming en kunnen geen elektriciteit produceren, dan is het direct zinvol om ze van het ijs te bevrijden, zelfs vanuit een helikopter.”

De messen worden niet allemaal tegelijk, maar één voor één met hete anti-ijsvormingsvloeistof besproeid. Het blad dat aan deze procedure wordt onderworpen, moet altijd verticaal naar beneden zijn gericht, dat wil zeggen dat nadat de verwerking van het ene blad is voltooid, het windwiel zo moet worden gedraaid dat het volgende blad dezelfde positie inneemt. Dit is nodig en heel belangrijk, benadrukt Hans Edda, anders kunnen stukken gesmolten ijs die van grote hoogte vallen bij het vallen de overige bladen of de naaf beschadigen.

IJsvorming is een vrijwel universeel fenomeen

“We hopen dat deze hele procedure niet meer dan twee uur zal duren, anders wordt het te duur”, zegt de ingenieur. “Maar als de installaties, ijsvrij, minimaal twee dagen bij goede wind draaien, zal dat wel gebeuren genoeg zijn voor deze helikopteroperatie die zichzelf heeft terugverdiend."

Waar de ijsvorming bij windturbines niet wordt aangepakt, varieert het gemiddelde jaarlijkse verlies – of beter gezegd de gemiddelde jaarlijkse gederfde winst – van vijf tot tien procent, en in sommige regio’s zelfs tot 20 procent.

Bovendien geldt dit probleem niet alleen voor Scandinavië, zegt Stefan Söderberg: “IJsvorming komt in veel delen van de wereld voor - bijna overal waar het in de winter sneeuwt. Het enige dat nodig is voor dit effect is een temperatuur onder nul en een hoge luchtvochtigheid onderkoeld water kan in de atmosfeer aanwezig zijn bij temperaturen tot minus twintig graden. Dat wil zeggen dat de kans op bevriezing van windturbinebladen ook groot is in Duitsland. Toen ik voor het eerst aan dit onderwerp begon te werken, hadden we het altijd alleen over regio's met een zeer streng klimaat – zoals Scandinavië. Zweden heeft net als Noorwegen en Denemarken zeer koude winters, maar ijsvorming kan optreden bij temperaturen die slechts iets onder nul liggen.”

In Duitsland lijkt het er echter op dat niemand deze kwestie nog serieus heeft genomen. Daarom wordt hier, in tegenstelling tot Scandinavië, verondersteld dat windgeneratoren bij de eerste tekenen van ijsvorming op de bladen eenvoudigweg worden uitgeschakeld. Er is maar één windturbine uitgerust met een verwarmingssysteem – voor het hele land.

Kuvshinov AA, doctor in de technische wetenschappen, Togliatti State University;
Karmanov VF, algemeen directeur,
Akhmetzhanov N.G., hoofdspecialist van Energy T LLC (Tolyatti);
Shkuropat IA, Ph.D., CJSC "GK "Electroshield TM-Samara", Samara;
Galiev IT, postdoctorale student, afdeling IIT NRU MPEI,
Aleksandrov N.M., postdoctorale student van de APP-afdeling van SamSTU;
Khrennikov A.Yu., doctor in de technische wetenschappen, JSC "STC FGC UES"

Invoering

Bij het exploiteren van bovengrondse elektriciteitsleidingen (OHL's) in een aantal regio's doet zich in de herfst-winterperiode een ernstig probleem van bevriezing van draden voor, aangezien de gemiddelde tijd voor het elimineren van ijsongevallen de gemiddelde tijd voor het elimineren van ongevallen veroorzaakt door andere redenen met 10% overschrijdt. of vaker. Uit onderzoek blijkt dat ijsafzetting op bovengrondse elektriciteitsleidingen ontstaat bij een luchttemperatuur van ongeveer min 5 °C en een windsnelheid van 5-10 m/s. De toegestane wanddikte van de met ijs bedekte koppeling varieert van 5 tot 20 mm voor bovengrondse lijnen met een spanning van 3-330 kV, gelegen in klimaatgebieden met ijsomstandigheden van de categorieën I-IV.

Als passieve maatregel om ijs te bestrijden kunnen verschillende zeer sterke draden worden gebruikt. Bijvoorbeeld ACCC-draad (Aluminium Conductor Composite Core - aluminiumdraad met een composietkern gemaakt van verschillende materialen. De ACCC-geleiderkern is maatvast, omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt (1,6,10-6 °C-1) bijna een orde van grootte kleiner dan die van staal (11.5.10-6 °C-1). Daarom zijn ACCC-draden lange tijd bestand tegen hoge temperaturen, waardoor de vorming van ijs wordt voorkomen.

Ook opmerkelijk is Aero-Z®-draad, die bestaat uit een of meer concentrische lagen ronde draden (binnenlagen) en "Z"-draden (buitenlagen). Elke draadlaag is over de lengte gedraaid, gemaakt met een bepaalde spoed. Het gladde oppervlak vermindert de windbelasting met 30-35% en voorkomt het vastplakken van sneeuw en ijs. Aero-Z®-draad heeft echter een beperking wat betreft het smelten van ijs, omdat het geen langdurige temperatuurstijgingen boven 80 ° C toelaat.

Over het algemeen is de praktische implementatie van passieve methoden voor het bestrijden van ijs alleen mogelijk met het ontwerp en de inbedrijfstelling van nieuwe hoogspanningslijnen. De reconstructie van “oude” bovengrondse lijnen gaat gepaard met aanzienlijke kosten.

Daarom blijft de taak van het ontwikkelen van actieve methoden voor het bestrijden van ijsafzettingen op bovengrondse elektriciteitsleidingen relevant. Traditionele methoden zijn onder meer het smelten van ijs op bovengrondse elektriciteitsleidingen met wisselstroom door kunstmatig kortsluiting te creëren of met gelijkstroom met behulp van ongecontroleerde of gecontroleerde gelijkrichters. In het eerste geval is schade aan de bovenleiding echter mogelijk, en in het tweede geval worden dure gelijkrichters het grootste deel van het kalenderjaar niet gebruikt. Tegelijkertijd opent de huidige staat van de elementbasis van vermogenselektronica extra mogelijkheden en stimuleert het de ontwikkeling van nieuwe methoden voor het bestrijden van ijsafzettingen, vrij van deze nadelen. Een groot aantal wetenschappelijke publicaties is gewijd aan de studie van ijsvorming en de strijd tegen ijsafzettingen. Dit werk stelt de taak van het systematiseren en vergelijken van analyse van bestaande methoden voor het bestrijden van ijsafzettingen, waarvan de oplossing het mogelijk zal maken om uit de beschikbare verscheidenheid aan technische oplossingen de meest rationele voor lokale omstandigheden te kiezen.

Classificatie van methoden voor het bestrijden van ijs

Bekende apparaten en methoden maken gebruik van de volgende soorten fysieke invloed om ijs- en vorstafzettingen van elektriciteitsdraden te verwijderen (Figuur 1):

• thermische impact door de draad te verwarmen tot een temperatuur van 120-130 °C, waarbij de ijzige koppeling smelt, of door preventieve verwarming van de draden met 10-20 °C om ijsvorming te voorkomen;
• thermodynamische invloed door voorverwarmen tot de vorming van een ondergedompelde laag tussen de draad en de ijsmantel en het daaropvolgende “schudden van de draden met Ampere-kracht” dat optreedt wanneer een krachtige stroompuls wordt doorgegeven;
• elektromechanische impact door periodiek stroompulsen door te geven, waardoor mechanische trillingen van de draden en vernietiging van de ijskoppeling ontstaan; de effectiviteit van elektromechanische invloeden wordt verbeterd door parameters van stroompulsen die mechanische resonantie veroorzaken;
• mechanische impact door het bewegen van vijzels langs de draad met behulp van windenergie, de energie van het elektromagnetische veld van de fasestroom van een bovenleiding, permanente magneten, een lineaire asynchrone motor of het creëren van trillingen van draden met behulp van een mechanische trillingsgenerator (niet verder beschouwd, aangezien ze worden praktisch niet gebruikt).

Figuur 1 – Classificatie van methoden voor het verwijderen van ijsafzettingen van bovenleidingdraden:

CF – geregelde gelijkrichter;

STK – statische thyristorcompensator;

IF – frequentieomvormer;

NFC – directe frequentieomvormer;

UPK – longitudinale compensatie-inrichting

Er moet alleen worden opgemerkt dat er een algemeen nadeel is van mechanische systemen, namelijk de noodzaak van handmatige installatie op de draad, verwijdering van de draad en overdracht van de ene draad naar de andere. Hiervoor zijn speciale apparatuur (hoogwerker) en onderhoudspersoneel nodig, wat de bedrijfskosten verhoogt en het gebruik op moeilijk bereikbare plaatsen bemoeilijkt.

Thermisch effect door wisselstroom

IJssmelten met wisselstroom wordt gebruikt op bovengrondse lijnen met spanningen onder 220 kV met draden met een doorsnede van minder dan 240 mm2. De stroombron bestaat doorgaans uit de rails van 6-10 kV-substations of een afzonderlijke transformator. Het ijssmeltcircuit moet zo worden geselecteerd dat de stroom door de bovenleidingsdraden 1,5-2 keer hoger is dan de toegestane stroom op lange termijn. Deze overmaat wordt gerechtvaardigd door de korte duur van het smeltproces (~1 uur), maar ook door een intensievere koeling van de draad in de winter. Voor staal-aluminiumdraden van het AC-type met een doorsnede van 50-185 mm2 ligt de geschatte waarde van de stroom van één uur voor smeltend ijs in het bereik van 270-600 A, en de stroom die de vorming van ijs voorkomt ijs op de draden ligt in het bereik van 160-375 A.

Het is echter vaak onmogelijk om de vereiste waarde van de kortsluitstroom alleen te selecteren door een ijssmeltcircuit te kiezen. Het overschrijden van de bovengenoemde smeltstroomwaarden kan leiden tot uitgloeien van de draden met als gevolg onomkeerbaar sterkteverlies. Bij lagere waarden is een enkele kortsluitstroom mogelijk niet voldoende om het ijs volledig te verwijderen. Dan moeten kortsluitingen meerdere keren worden herhaald, wat de gevolgen nog verergert.

Door het gebruik van een thyristor-wisselspanningsregelaar, waarvan het diagram wordt weergegeven in figuur 2, kunt u deze negatieve gevolgen vermijden. In de ijssmeltmodus is schakelaar 7 uit en schakelaar 8 aan. Mogelijke methoden om de smeltstroom te regelen zijn pulsfase door de schakelhoeken van de vermogensthyristors 1, 2 en 3 te veranderen, of pulsbreedte door het aantal perioden van spanningstoevoer te veranderen.

Figuur 2 – Installatie voor blindvermogencompensatie en ijssmelten

In de blindvermogencompensatiemodus is schakelaar 7 ingeschakeld en schakelaar 8 uitgeschakeld. In dit geval vormen de vermogensthyristors 1, 2, 3 en de reactoren 4, 5, 6 een thyristor-reactorgroep die is verbonden in een driehoek, die een element is van een statische thyristorcompensator. De auteurs erkennen ook de mogelijkheid om condensatoren te gebruiken in plaats van reactoren. In dit geval wordt de reactieve vermogenscompensatie uitgevoerd met behulp van een instelbare condensatorbank.

Ongeacht de controlemethode wordt het ijssmelten echter uitgevoerd met wisselstroom op industriële frequentie en vereist het een aanzienlijke capaciteit van de stroombron (tientallen MB.A), aangezien de actieve weerstand van de bovenleidingdraden veel kleiner is dan de inductieve weerstand. Het totale vermogen van de bron neemt toe vanwege de grote en nutteloze reactieve belasting voor smeltend ijs. De smeltefficiëntie kan worden verhoogd door longitudinale capacitieve compensatie van inductieve reactantie in het geval van het gebruik van condensatoren als onderdeel van de voorgestelde installatie. De auteurs hielden echter geen rekening met deze mogelijkheid.

Een gecombineerde installatie voor het compenseren van reactief vermogen en smeltend ijs, waarvan het diagram wordt weergegeven in figuur 3, verdient aandacht. In de ijssmeltmodus wordt schakelaar 7 ingeschakeld, waardoor reactor 6 wordt gerangeerd, schakelaar 9 condensatorbank 8 uitschakelt en schakelaar 10 wordt ingeschakeld. In dit geval is het mogelijk om tegelijkertijd op alle draden van de bovenleiding te smelten.

Figuur 3 – Gecombineerde installatie voor blindvermogencompensatie en ijssmelten

In de zijn schakelaars 7 en 10 uitgeschakeld en schakelaar 9 ingeschakeld. Als resultaat wordt een typisch statisch compensatorcircuit gevormd, gebaseerd op transistormodules 1, 2 en 3, reactoren 5, 6 aan de AC-zijde en condensatorbank 8 aan de DC-zijde. Een dergelijke structuur kan zowel in de opwekkingsmodus als in de modus voor reactief energieverbruik werken.

Een belangrijk nadeel van de in figuur 3 getoonde installatie is het onvolledige gebruik van het klepdeel in de smeltmodus. Dit wordt verklaard door het feit dat de smeltstroom alleen door de "lagere" schakelaars van fase 1, 2 en 3 van de convertorbrug vloeit. Om het brugcircuit om te zetten in drie AC-schakelaars zijn extra schakelapparatuur en aanzienlijke complicaties van het stroomcircuit vereist.

Thermisch effect door gelijkstroom

Voor het eerst werd het gelijkstroomsmelten van ijs opgemerkt als een veelbelovende richting in de strijd tegen ijsafzettingen op fasegeleiders van bovengrondse lijnen. Tot de eerste seriële installaties voor het smelten van ijs met gelijkstroom behoren de omvormers VUKN-16800-14000, gemaakt volgens het Larionov-schema op basis van silicium ongecontroleerde kleppen VK-200 met een gelijkgerichte spanning van 14 kV, een gelijkgerichte stroom van 1200 A en een uitgangsvermogen vermogen van 16800 kW. Schema's voor het smelten van ijs met gelijkgerichte stroom worden in detail besproken in.

De nadelen van de methode zijn onder meer het feit dat de bovenleidingen moeten worden uitgeschakeld en dat de gelijkrichter het grootste deel van het kalenderjaar niet wordt gebruikt, omdat de noodzaak om ijs te smelten alleen in de winter voorkomt. U kunt het voorstel noteren om ijs met een pulserende stroom te smelten zonder de bovenleiding uit te schakelen. De gelijkrichtereenheid is zodanig in de snede van de verwarmde draad opgenomen dat er geen gelijkstroom door de wikkelingen van vermogenstransformatoren en stroomtransformatoren stroomt. Het verwarmen van de draden wordt uitgevoerd door een pulserende stroom die een wisselcomponent bevat, bepaald door de belasting van de bovenleiding, en een directe component, bepaald door de gelijkgerichte spanning en de actieve weerstand van het smeltcircuit. Een dergelijk voorstel vergroot echter niet de mate van gebruik van gelijkrichteenheden, en vereist voor praktische implementatie aanvullende schakelapparatuur.

In dit opzicht zijn pogingen om de functionaliteit uit te breiden door een gelijkrichteenheid voor het smelten van ijs en een apparaat voor blindvermogencompensatie in één installatie te combineren volkomen gerechtvaardigd. Dit opent de mogelijkheid om de apparatuur het hele jaar door te laten werken, wat de economische efficiëntie aanzienlijk verhoogt.

JSC NIIPT heeft een container-type converterapparaat ontwikkeld voor een gecombineerde installatie van ijssmelten en reactief vermogencompensatie (Figuur 4).

Figuur 4 – Diagram van een container-type converterapparaat (a) en een gecombineerde installatie (b) voor het smelten van ijs en reactief vermogencompensatie

Het convertorapparaat (Figuur 4) omvat:

• transportcontainer 1,
• 2 thyristormodules met 3 besturingseenheden,
• geforceerd luchtkoelsysteem 4,
• scheider 5 met elektromechanische aandrijving 6,
• anode 7, kathode 8 en fase 9 aansluitingen van de convertorbrug,
• controle-, regel-, beveiligings- en automatiseringssysteem 10,
• scheiders 11, 12 en condensatorbanken 13.1, 13.2 en 13.3.

Elektrische apparatuur is bedoeld voor gebruik in gebieden met gematigde en koude klimaten (versie UHL 1) en is gehuisvest in een gesloten stalen container die op het open deel van de fundering van het onderstation is geïnstalleerd. De voeding wordt geleverd door de 10 kV-wikkeling van een speciale transformator. Een gecombineerde installatie wordt samengesteld uit de convertorapparaten getoond in figuur 4a, waarvan het diagram wordt getoond in figuur 4b.

In de ijssmeltmodus zijn de scheiders 11, 12 gesloten (Figuur 4b), de scheiders 5 (Figuur 4a) zijn open. Er wordt een driefasige bruggelijkrichterschakeling samengesteld, die een nominale gelijkgerichte spanning van 14 kV, een nominale smeltstroom van 1400 A en regeling van de smeltstroom in het bereik van 200-1400 A levert.

In de zijn de scheiders 11 en 12 open en zijn de scheiders 5 gesloten. Er wordt een circuit van condensatorbank 13.1, 13.2 en 13.3 samengesteld, bestuurd door thyristormodules 2 die parallel met de ruggen tegen elkaar zijn aangesloten. In de compensatiemodus is echter alleen stapsgewijze blindvermogensregeling mogelijk.

Het laatste nadeel kan worden vermeden in een gecombineerde installatie voor smeltend ijs en blindvermogencompensatie, waarvan het diagram wordt weergegeven in Figuur 5 (ontwikkeld door JSC NIIPT).

Figuur 5 – Gecombineerde installatie voor smeltend ijs en blindvermogencompensatie

De gecombineerde installatie omvat een voedingstransformator 1, driefasige scheiders 2 en 16, driefasige reactoren 3 en 15, een hoogspanningsbrugomzetter 4, een DC-condensatorbank 5, eenfasige scheiders 6 en 7, een besturingssysteem 8, assemblages van 9-14 volledig bestuurde apparaten met omgekeerde diodes en resonantietransformator 17.

In de ijssmeltmodus zijn de scheiders 6, 7 en 16 ingeschakeld. Het smelten gebeurt met behulp van gelijkstroom. De smeltstroom wordt geregeld door hoogfrequente PWM. Wanneer de belastingsstroom bijvoorbeeld door de diodes van de assemblages 13 en 10 gaat, wordt een volledig bestuurd apparaat van assemblage 9 of 14 in PWM-modus aangesloten. In dit geval wordt kortstondig een tweefasige kortsluiting 9 - 10 of 13 - 14 gevormd. De snelheid waarmee de kortsluitstroom stijgt, wordt beperkt door reactor 3. Door de keuze van de frequentie en de PWM-modulatiecoëfficiënt wordt de thyristor uitgeschakeld voordat de kortsluitstroom een ​​gevaarlijk niveau bereikt. In dit geval is het geleidbaarheidsinterval van de thyristor kleiner dan in de. In de blindvermogencompensatiemodus zijn de scheiders 6, 7 en 16 uitgeschakeld. Hoogspanningsbrugconverter 4 werkt in “STATCOM”-modus.

Volgens een aantal auteurs, die zich baseren op hun eigen werkervaring, is slechts 7 tot 30% van de lengte van de verwarmde draad tijdens het smelten daadwerkelijk bedekt met ijs. Dit wordt verklaard door het feit dat individuele delen van de bovenleiding, als gevolg van de rotatiehoeken en het onvermogen om de richting van de wind te voorspellen op het moment van ijsvorming, zich in verschillende klimatologische omstandigheden bevinden. Er wordt dus een aanzienlijk deel van de elektriciteit verspild. In dit verband is een mobiele installatie voorgesteld waarmee u naar gebieden van bovengrondse lijnen kunt reizen waar ijsvorming op draden is gedetecteerd.

Een mobiele generator voor het smelten van ijs op bovenleidingsdraden wordt uitgevoerd op een voertuigplatform; de stroomvoorziening (0,4 kV) van de driefasige gelijkrichterbrug wordt geleverd door twee ADV320-dieselgeneratoren van elk 320 kW. Er zijn geleiders met aansluitingen voorzien voor aansluiting op bovenleidingdraden en elektrische rails voor het verbinden van draden langs de overspanning tussen steunen volgens het ijssmeltschema. De overwogen technische oplossing zorgt voor het smelten van ijs over de lengte van twee overspanningen van een bovenleiding op fasedraden en een bliksembeveiligingskabel.

Een gemeenschappelijk nadeel van alle apparaten die thermische effecten met gelijkstroom implementeren, is de noodzaak om een ​​ijssmeltcircuit van draad naar draad of van draad naar twee draden te gebruiken. In ieder geval nemen de smelttijd en daarmee de energiekosten toe. Om de smelttijd te verkorten, moet de voorkeur worden gegeven aan het smeltschema "drie draden - aarde", maar de aardingsapparaten van onderstations zijn in de regel niet ontworpen voor een relatief lange gelijkstroomstroom tot 2000 A.

Thermische blootstelling aan ultralaagfrequente stroom

De technische inhoud van dit soort invloeden is dat het smelten wordt uitgevoerd met een laagfrequente stroom die wordt gegenereerd door een driefasige autonome spanningsomvormer, en dat de effectieve waarde van de smeltstroom wordt ingesteld en op het vereiste niveau wordt gehouden door de voedingsspanning te veranderen. .

Wanneer de uitgangsspanningsfrequentie van een autonome omvormer tienden van Hz en lager bedraagt, wordt de stroom in de lijndraden vrijwel uitsluitend beperkt door de actieve weerstand. Als gevolg hiervan neemt de toegestane lengte van de bovenleiding toe in vergelijking met smelten met wisselstroom met industriële frequentie, wordt de organisatie van het smelten vereenvoudigd, wordt de duur van het ijssmeltproces verkort en wordt de hoeveelheid extra schakelapparatuur verminderd.

Het diagram van een gecombineerde installatie voor smeltend ijs en reactief vermogencompensatie, waarbij de voorgestelde methode wordt geïmplementeerd, wordt weergegeven in figuur 6.

Figuur 6 – Gecombineerde installatie voor smeltend ijs en blindvermogencompensatie

De gecombineerde installatie omvat driefasige brugconverters op volledig bestuurde halfgeleiderschakelaars 1 en 7, driepolige schakelaars 2, 5, 8, 9, driefasige smoorspoelen 3, 4, condensatorbank 6 en besturingssysteem 10.

In de ijssmeltmodus zijn schakelaars 5 en 8 ingeschakeld en schakelaar 9 uitgeschakeld. Brugomzetter 1 werkt in de bestuurde gelijkrichtermodus, en brugomzetter 7 werkt in de modus van een driefasige autonome spanningsinverter. Het smelten wordt gelijktijdig uitgevoerd op drie draden van de bovenleiding. In de blindvermogencompensatiemodus zijn schakelaars 5 en 8 uitgeschakeld en schakelaar 9 ingeschakeld. Brugconverters 1 en 7 werken parallel.

De schakelhoek wordt iets kleiner dan 180° gekozen. Het actieve vermogen dat nodig is om de spanning op condensatorbank 6 te handhaven, wordt uit het netwerk verbruikt. Aan de AC-zijde van brugconverters 1 en 7 wordt wisselstroom gegenereerd. De fase van de eerste harmonische wordt over een hoek verschoven ten opzichte van de fasespanningen van de stroombron. Als de amplitude van de eerste harmonische van de gegenereerde spanning de amplitude van de stroombronspanning overschrijdt, genereren brugconverters 1 en 7 reactief vermogen, en als dit minder is, verbruiken ze reactief vermogen. Door de modulatiecoëfficiënt van hoogfrequente PWM te veranderen, wordt de amplitude van de eerste harmonische van de gegenereerde spanning geregeld, en bijgevolg de grootte en richting van het reactieve vermogen.

Thermische blootstelling aan hoogfrequente stroom

De methode is dat zonder de bovenleiding van consumenten los te koppelen, een stroom met een frequentie van 50-500 MHz van de generator naar de fasedraden wordt geleverd via een aanpassingsapparaat en. In een homogene geleider concentreert de wisselstroom zich in de oppervlaktelaag, waarvan het dunner worden met toenemende frequentie leidt tot een toename van de weerstand van het deel van de geleider waar de stroom doorheen gaat. Dit betekent dat bij dezelfde hoeveelheid stroom die door de draad vloeit, hoe hoger de signaalfrequentie, hoe groter het thermische vermogen dat op de geleider wordt gedissipeerd. Bij MHz neemt de weerstand van aluminiumdraden bijvoorbeeld 600 keer of meer toe.

Er is aangetoond dat het met een hoogfrequent generatorvermogen van enkele tientallen kW mogelijk is om de draad met 10-20 °C te verwarmen, wat de vorming van ijsafzettingen zou moeten voorkomen. Om het gevormde ijs te verwijderen en het ijs te smelten, is verwarming tot een temperatuur van 100-180 ° C vereist. Dienovereenkomstig zullen aanzienlijk hogere energiekosten en een langere smeltprocedure vereist zijn.

Daarom is deze methode het meest geschikt om te gebruiken voor preventieve doeleinden om ijsvorming te voorkomen, omdat deze wordt geïmplementeerd zonder dat consumenten worden losgekoppeld. Het gebruik van generatoren met een frequentiebereik van 87,5-108 MHz brengt echter het risico met zich mee dat er intense radio-interferentie in het VHF-bereik ontstaat.

Thermodynamische invloed

Het verwarmen van de draad met een hoogfrequente stroom kan niet alleen de vorming van ijsafzettingen voorkomen, maar ook worden gebruikt om de procedure voor het verwijderen van een reeds gevormde ijskoppeling te vergemakkelijken. Dit wordt vooral gebruikt in het apparaat, waarvan het diagram wordt weergegeven in figuur 7.

Figuur 7 – Apparaat voor het verwijderen van sneeuw- en ijslaag van hoogspanningsdraden

Het geautomatiseerde werkstation van het coördinatorwerkstation 6 en de controller 5 zorgen voor een ononderbroken werking van het onderstation met weergave van operationele informatie op het lichtdisplay 7.

Elektromechanische invloed

Het is bekend dat wanneer stroom vloeit, parallelle draden worden aangetrokken of afgestoten onder de werking van de Ampere-kracht die daartussen ontstaat. Wanneer er periodiek stroompulsen worden doorgegeven, ondergaan de bovenleidingdraden mechanische trillingen, waardoor ijs- en rijpafzettingen worden vernietigd. De frequentie van de stroompulsen moet dicht bij de mechanische resonantie liggen en de amplitude moet voldoende zijn om externe en interne wrijvingskrachten te overwinnen. De verandering in de uitgezonden stroom kan strikt periodiek zijn, een schommelende frequentie hebben, variëren volgens een harmonische wet, of de vorm hebben van pulstreinen met bepaalde wetten voor het veranderen van frequentie, amplitude en werkcyclus. Figuur 8 toont een van de mogelijke implementatieopties voor een geautomatiseerd ontijzingssysteem dat de voorgestelde methode implementeert.

Figuur 8 – Systeem van elektromechanische invloed op bovenleidingdraden om ijs te verwijderen

Vermogenstransformator 1 zet de voedingsspanning om naar de gewenste waarde. De vermogenselektronica-eenheid corrigeert de spanning die wordt ontvangen van vermogenstransformator 1 en genereert stroompulsen van de vereiste grootte, vorm en frequentie, die door de draden 2 van de bovenleiding worden gevoerd. Het besturingssysteem, een programmeerbare logische controller, verwerkt informatie van externe sensoren voor ijs- en windbelasting 3, vochtigheid 4 en temperatuur 5, stelt de vereiste vorm en frequentie van stroompulsen in voor de vermogenselektronica en regelt de werking van het systeem als geheel.

Bij gebruik van deze methode in de praktijk is een zorgvuldige en nauwkeurige berekening van de grootte en frequentie van stroompulsen noodzakelijk om de mogelijke negatieve gevolgen van resonantie te elimineren. Om de efficiëntie van de vernietiging van ijsafzettingen te vergroten, moeten stroompulsen door draden worden geleid die op verschillende niveaus liggen. Hierdoor kun je de traagheid van ijs en de zwaartekracht als een extra destructieve factor gebruiken.

Deze methode vereist, net als bij smelten, het uitschakelen van de bovenleiding. De tijd van mechanische vernietiging van ijs is echter aanzienlijk korter dan de tijd die wordt besteed aan het smelten. Daarom zullen de energiekosten voor het reinigen lager zijn dan bij het smelten van ijsafzettingen.

Conclusies

De dominante trend in de ontwikkeling van nieuwe middelen om ijsafzettingen op bovengrondse elektriciteitslijnen te bestrijden is het gebruik van gecombineerde convertoreenheden die in staat zijn ijs te smelten wanneer dat nodig is, en de rest van de tijd reactief vermogen te compenseren.

De meest veelbelovende is het smelten van ijs met een ultralaagfrequente stroom, die de voordelen combineert van smelten met wisselstroom met industriële frequentie (op drie draden tegelijk) en smelten met gelijkstroom (alleen beperkt door actieve weerstand, soepele regeling van de smeltstroom). Bijkomend voordeel is dat de installatie voor het smelten van ijs met ultralaagfrequente stroom eenvoudig kan worden omgebouwd tot een statische blindvermogencompensator. Hierdoor kunt u het hele kalenderjaar dure convertorapparatuur gebruiken. Er blijft echter een nadeel bestaan ​​als de noodzaak om de bovenleiding uit te schakelen voor reiniging.

De technologie van flexibele wisselstroomtransmissie, waarbij gebruik wordt gemaakt van conversieapparatuur die theoretisch in staat is om, indien nodig, bijvoorbeeld preventieve verwarming van draden te leveren om de vorming van ijsafzettingen te voorkomen, kan het mogelijk maken om de laatste nadeel.

Referenties

Elektrotechnisch naslagwerk: 3 delen. T.3. In 2 boeken. Boek 1. Productie en distributie van elektrische energie (onder de algemene redactie van MPEI-professoren: I.N. Orlova (hoofdredacteur), enz.). 7e druk, herz. en extra – M.: Energoatomidat. – 1988 – 880 blz.

Alekseev B.A. Vergroting van de capaciteit van bovengrondse elektriciteitsleidingen en het gebruik van nieuwe soorten draden // ELEKTRO. – 2009. - Nr. 3. – Blz. 45-50.

KB 34.20.511 (MU 34-70-028-82) Richtlijnen voor het smelten van ijs met wisselstroom. Ch.1.M.: Sojoeztekhenergo, 1983.

RD 34.20.511 (MU 34-70-028-82) Richtlijnen voor het smelten van ijs met gelijkstroom. Ch.2.M.: Sojoeztekhenergo, 1983.

RF-patent 2505898 MKI H02G7/16, H02J3.18. Installatie voor compensatie van reactief vermogen en smelten van ijs // Yu.P. Konopelko. – Publ. 27-01-2014.

RF-patent 2505903 MKI H02J3/18, H02G7/16. Gecombineerde installatie voor blindvermogencompensatie en ijssmelten // Yu.P. Stashinov, V.V. Konopelko. – Publ. 27-01-2014.

Burgsdorf V.V. IJs smelten met gelijkstroom zonder de leiding los te koppelen // Elektrische stations. – 1945. - Nr. 11.

Hoogspanningsgelijkrichter installatietype VUKN-16800-14000. Een geannoteerde lijst van de belangrijkste onderzoeks- en ontwikkelingswerkzaamheden die zijn uitgevoerd aan het Mordoviaanse Wetenschappelijk Onderzoek Elektrotechnisch Instituut (1965-1968). – Informelektro, 1970.

Genrikh G.A., Denisenko G.I., Mishin V.V., Stryapan V.N. Speciale bedrijfsmodi van krachtige statische omvormers voor ijssmeltinstallaties op elektriciteitsleidingen. – Uitgeversvereniging “Vishcha School”. – 1975. – 242 blz.

RF-patent 2390895 MKI H02G7/16, H02J3/18. Container-type converterapparaat voor een gecombineerde installatie van ijssmelten en reactief vermogencompensatie // M.K. Gurevich, M.A. Kozlova, A.V. Lobanov, A.V. Repin, Yu.A. Sjersjnev. – Publ. 27/05/2010.

RF-patent 2376692 MKI H02G7/16, H02J3/18. Gecombineerde installatie voor smeltend ijs en blindvermogencompensatie // M.K. Gurevitsj, A.V. Repin, Yu.A. Sjersjnev. – Publ. 20/12/2009.

RF-patent 2522423 MKI H02G7|16. Mobiele stroomgenerator voor het smelten van ijs op bovengrondse elektriciteitsleidingen // A.V. Kozlov, A.N. Chulkov, A.V. Shurupov, A.A. Vinogradov. – Publ. 07/10/2014.

RF-patent 2505897 MKI H02G7/16. Methode voor het gecontroleerd smelten van ijs op bovengrondse elektriciteitsleidingen met behulp van wisselstroom // Yu.P. Stashinov, V.V. Konopelko. – Publ. 31/05/2012.

RF-patent 2356148 MKI H02G7/16. Methode en inrichting voor het bestrijden van ijs op elektriciteitsleidingen // V.I. Kaganov. – Publ. 20/05/2009.

RF-patent 2520581 MKI H02G7/16. Apparaat voor het verwijderen van sneeuw- en ijslaag van elektriciteitskabels // N.D. Shelkovnikov, D.N. Sjelkovnikov. – Publ. 27/06/2014.

RF-patent 2166826 MKI H02G7/16, B60M1/12. Methode voor het verwijderen van ijs uit bovenleidingen en hoogspanningsleidingen // A.V. Efimov, A.G. Galkin. – Publ. 05/10/2001.

RF-patent 93184 MKI H02G7/16 voor een gebruiksmodel. Apparaat voor het reinigen van elektriciteitsdraden // R.R. Sattarov, F.R. Ismagilov, M.A. Almaev. – Publ. 20/04/2010.

Kochkin V.I. Nieuwe technologieën voor het vergroten van de transmissiecapaciteit van elektriciteitsleidingen. Gecontroleerde vermogensoverdracht // Elektrotechnisch nieuws. – 2007. - Nr. 4 (46).

Het artikel “High Energy” (“PM” nr. 9 "2015) vermeldt de strijd tegen ijsvorming op elektriciteitsdraden. Om de draden te verwarmen met behulp van wisselstroom zijn hoge energiekosten nodig; het is economisch niet rendabel. Daarom is directe elektrische Voor deze doeleinden wordt stroom gebruikt. Voor hoogspanningslijnen met een lage spanningswaarde (minder dan 220 kV) is het, rekening houdend met het voedingssysteem en de technische kenmerken, heel goed mogelijk om wisselstroom te gebruiken. Preventieve maatregelen omvatten preventieve verwarming van de draden om te voorkomen dat ze bevriezen. Met behulp van speciale transformatoren worden er extra lusstromen in het ringsysteem gecreëerd, zodat u de draden kunt verwarmen en ijsvorming kunt voorkomen het geval is bij het gebruik van gelijkstroom, en zorgt zo voor een ononderbroken werking van het netwerk. Alexey Grunev

Gesprek door de grond

In het artikel "Op weg naar myelofoon" ("PM" nr. 8 "2015) wordt als voorbeeld van het gebruik van een ferrimagneet het gebruik ervan voor het uitwisselen van gegevens met de elektronica voor het boren van "projectielen" gegeven. verduidelijkend dat we het hebben over de zogenaamde telemetrische systemen die zijn ontworpen om gegevens uit de diepte te verzamelen tijdens het boren en informatie naar het oppervlak te verzenden, bijvoorbeeld voor het besturen van de boorkop, en om snel beslissingen te nemen over het wijzigen van de boormodus kan inderdaad worden gebruikt, maar alleen als het mogelijk is een nuttig signaal te isoleren tegen de achtergrond van een zeer hoog ruisniveau. In telesystemen kan de datatransmissiesnelheid via een hydraulisch communicatiekanaal op basis van een harmonische golf oplopen tot 10 bits/. s, hoewel dit meestal beperkt is tot 4 bits/s om batterijenergie te besparen. Naast draadloze communicatiekanalen, zoals hydraulische, worden zowel bekabelde als elektromagnetische kanalen gebruikt, en akoestisch, hoewel ze een aantal beperkingen hebben. Kirill Truchanov

De koning is niet echt!

Op de cover van "PM" nr. 9 "2015 zijn een vliegdekschip en een T-50-vliegtuig afgebeeld, maar in het artikel "Atomic Tsar-Ship" zelf, op de foto gesigneerd PAK FA, een F-22 Raptor. Vanuit het perspectief van de boeg lijken deze vliegtuigen inderdaad op elkaar, maar er is één essentieel detail waarmee je gemakkelijk en snel onderscheid kunt maken tussen deze twee vliegtuigen. De F-22-motoren bevinden zich parallel aan elkaar en op korte afstand, terwijl de T-50-motoren bevinden zich in een aanzienlijke hoek ten opzichte van elkaar en de staartpunt wordt ertussen geplaatst, waar de remparachute zich bevindt. Jevgeni Kunasjov

PM: Onze excuses aan al onze lezers voor de technische fout die heeft geleid tot de plaatsing van de verkeerde illustratie.

Familieverbindingen

In het artikel ‘Where Should A Gentleman Rush’ (‘PM’ nr. 8 ‘2015) staat dat de technologie door de drager van Engelse tradities is geërfd van de ‘huidige Duitse moedermaatschappij van BMW waar BMW inderdaad onlangs het moederbedrijf van is geworden’ Rolls-Royce, maar het een ouder noemen is niet helemaal correct. Gennady Drager

PM: Tot 1998 behoorde Rolls-Royce Motors tot het Vickers-concern. In 1998 verkocht het concern alles aan VW behalve het recht om het merk Rolls-Royce te gebruiken. Het merk werd overgedragen aan BMW, waar ze nieuwe auto's ontwikkelden en een nieuwe fabriek bouwden. BMW is dus de moedermaatschappij waarvan Rolls-Royce de motor, elektronica en ophangingsonderdelen uit de 7 Serie kreeg.