Электропередача

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) Электропередача, содержащая на передающем и приемном концах две трехфазные системы шин, к которым приложены системы напряжений, сдвинутые на угол до 180, двухцепную линию электропередачи с изолированными друг от друга сближенными проводами фаз, провода фаз одной цепи которой подключены к одной трехфазной системе шин, а провода другой цепи линии подключены к другой трехфазной системе шин,причем каждый провод каждой фазы каждой цепи линии по концам соединен со всеми тремя фазами системы шин через выключатели и установленные между выключателями и шинами коммутационные аппараты,три из которых являются трехпозиционными, при этом каждый трехпозиционный коммутационный аппарат включен между проводами одной из фаз одной цепи и проводами всех фаз другой цепи, а фазы линии сближены попарно по одной от каждой цепи, отличающаяся тем, что линия дополнительно снабжена шестью двухпозиционными коммутационными аппаратами и двумя группами однопозиционных коммутационных аппаратов с числом аппаратов двенадцать в каждой группе, причем двухпозиционные аппараты подсоединены своими концами к каждому 1571 1 проводу каждой цепи и через пару последовательно соединенных однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к соответствующей фазе соответствующей системы шин, а аппараты второй группы попарно включены в каждую цепь между фазами А-С, С-В, В-А, при этом один из них подключен одним концом между двухпозиционным коммутационным аппаратом и однопозиционным коммутационным аппаратом первой группы, а другим концом к одному из проводов между выключателем и двухпозиционным коммутационным аппаратом, второй коммутационный аппарат этой же пары концом подключен между однопозиционным коммутационным аппаратом первой группы и шиной, а другим концом к другому проводу той же фазы также между выключателем и двухпозиционным коммутационным аппаратом, причем один конец каждого из трехпозиционных коммутационных аппаратов подсоединен к проводам соответствующей фазы одной цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы, другие концы первого трехпозиционного коммутационного аппарата подключены к проводам каждой фазы второй цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы, а второго и третьего трехпозиционных коммутационных аппаратов - между двухпозиционными коммутационными аппаратами и однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы. Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к воздушным линиям электропередач трехфазного переменного тока. Известна электропередача переменного тока, содержащая две трехфазные системы шин передающего конца, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на угол до 180, а также двухцепную линию электропередачи, в которой каждая фаза каждой цепи расщеплена на два изолированных друг от друга провода, которые расположены на поверхности замкнутого контура 1. Однако эта электропередача обладает большим числом аппаратов для выполнения различных установившихся режимов. Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропередача переменного тока, в которой линия электропередачи содержит расщепленные фазы, провода которых соединены с шинами всех трех фаз передающей и приемной подстанций через выключатели и трехпозиционные разъединители, установленные между выключателями и шинами 2. К недостаткам этой электропередачи относятся большое число коммутационных аппаратов и небольшое количество возможных режимов. Задачей изобретения является упрощение электропередачи и оперативного управления ее режимами. В электропередаче, содержащей на передающем и приемном концах две трехфазные системы шин, к которым приложены системы напряжений, сдвинутые на угол до 180, двухцепную линию электропередачи с изолированными друг от друга сближенными проводами фаз, провода фаз одной цепи которой подключены к одной трехфазной системе шин, а провода другой цепи линии подключены к другой трехфазной системе шин, причем, каждый провод каждой фазы каждой цепи линии по концам соединен со всеми тремя фазами системы шин через выключатели и установленные между выключателями и шинами коммутационные аппараты, три из которых являются трехпозиционными, при этом каждый трехпозиционный коммутационный аппарат включен между проводами одной из фаз одной цепи и проводами всех фаз другой цепи, а фазы линии сближены попарно по одной от каждой цепи, линия дополнительно снабжена шестью двухпозиционными коммутационными аппаратами и двумя группами однопозиционных коммутационных аппаратов с числом аппаратов двенадцать в каждой группе. Двухпозиционные аппараты подсоединены своими концами к каждому проводу каждой цепи и через пару последовательно соединенных однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к соответствующей фазе соответствующей системе шин. Аппараты второй группы попарно заключены в каждую цепь между фазами А-С, С-В, В-А. При этом один из них подключен одним концом между двухпозиционным коммутационным аппаратом и однопозиционным коммутационным аппаратом первой группы, а другим концом к одному из проводов между выключателем и двух позиционным коммутационным аппаратом. Второй коммутационный аппарат этой же пары концом подключен между однопозиционным коммутационным аппаратом первой группы и шиной, а другим концом к другому проводу той же фазы также между выключателем и двухпозиционным коммутационным аппаратом. Один конец каждого из трехпозиционных коммутационных аппаратов подсоединен к проводам соответствующей фазы одной цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы. Другие концы первого трехпозиционного коммутационного аппарата подключены к проводам каждой фазы второй цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы, а 1571 1 второго и третьего трехпозиционных коммутационных аппаратов - между двухпозиционными коммутационными аппаратами и однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы. Электропередача отличается видом коммутационных аппаратов и их связями с остальными элементами электропередачи. Технический результат заключается в том, что уменьшено число коммутационных аппаратов на каждом конце и увеличивается число возможных режимов электропередачи. На фиг.1 представлена схема соединения проводов фаз с помощью выключателей и коммутационных аппаратов на фиг.2 общая схема опоры линии электропередачи на фиг.3,4,5,6 векторные диаграммы напряжений на фиг.7,8,9,10,11,12 показаны режимы работы электропередачи. В схеме электропередачи (фиг.1) показаны две трехфазные системы 1 и 2 шин передающего конца, напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на угол 180, выключатели 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,шесть двухпозиционных аппаратов с контактами 15 и 16,17 и 18,19 и 20, 2 и 22, 23 и 24, 25 и 26 (по числу фаз двух цепей линии), две группы однопозиционных коммутационных аппаратов с числом аппаратов двенадцать в каждой группе, аппараты первой группы 27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38, (по удвоенному числу фаз двух цепей) установлены между двухпозиционными коммутационными аппаратами и шинами,аппараты второй группы 39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50 (по удвоенному числу фаз двух цепей) попарно установлены между фазами А-С, С-В, В-А каждой цепи линии. Для электропередачи со сдвигом систем напряжений на угол 180 векторная диаграмма показана на фиг.3, для сдвига систем напряжений, сдвинутых на угол 120, векторная диаграмма показана на фиг.4, на угол 60 - на фиг.5, на угол 0 - на фиг.6. На схеме фиг.1 показана двухцепная линия электропередачи, в которой каждая фаза каждой цепи расщеплена на два изолированных друг от друга провода. Первая цепь содержит расщепленную фазу а, состоящую из проводов 1, а 1, расщепленную фазу , состоящую из проводов 1, 1, расщепленную фазу с, состоящую из проводов 1, 1. Вторая цепь содержит расщепленную фазу а, состоящую из проводов а 2, а 2, расщепленную фазу ,состоящую из проводов 2, 2, расщепленную фазу с, состоящую из проводов с 2, с 2. На линии сближены провода пар расщепленных фаз, по одной от каждой цепи 1, а 1, а 2, а 2 1, 1, 2, 2 1, 1, с 2, с 2(фиг 1,2). Провода расщепленных фаз подключены к системам шин следующим образом (фиг.1) провод 1 фазы а первой цепи подсоединен через выключатель 3 и контакт 15 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 28,27 однопозиционых коммутационных аппаратов первой группы, а также через контакт 41 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 30,29 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам 1, А 1. Аналогичным образом к этим фазам подключен провод а 1. Провод 1 подсоединен через выключатель 5 и контакт 17 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 30,29 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы, а также через контакт 43 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 32,31 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам С 1,В 1. Аналогичным образом к этим фазам подключен провод 1. Провод 1 подсоединен через выключатель 7 и контакт 19 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 32,31 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы, а также через контакт 39 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 28,27 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам А 1, С 1. Аналогичным образом к этим фазам подключен провод 1. В качестве коммутационных аппаратов могут использоваться разъединители, выключатели нагрузки,выключатели и т. п. Их вид определяется на основании технико-экономических расчетов. Провод 2 фазы а второй цепи линии подсоединен через выключатель 9 и контакт 21 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 34,33 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы, а также через контакт 47 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 36,35 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам В 2, 2. Аналогичным образом к этим фазам подключен провод 2. Провод 2 подсоединен через выключатель 11 и контакт 23 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 36,35 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы,а также через контакт 49 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 38,37 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам С 2,В 2. Аналогичным образом подключен к этим фазам провод 2. Провод с 2 подсоединен через выключатель 13 и контакт 25 двухпозиционного коммутационного аппарата и контакты 38,37 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы, а также через контакт 45 однопозиционного коммутационного аппарата второй группы и контакты 34,33 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы к фазам А 2, С 2. Аналогичным образом подключен к этим фазам С 2. Электропередача содержит трехпозиционные коммутационные аппараты с контактами 51-53, 54-56,57-59 (по числу фаз одной цепи). Одни концы этих аппаратов подсоединены к проводам соответствующей фазы одной цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами 33 и 34, 35 и 36, 37 и 38. Другие концы первого трехпозиционного аппарата первой группы с контактами 51-53 подключены к проводам каждой фазы другой цепи между последовательно соединенными однопозиционными коммутационными аппаратами первой группы 27 и 28, 29 и 30, 31 и 32, а аппараты с 1571 1 контактами 54-56, 57-59 подключены в точках между двухпозиционными коммутационными аппаратами 15,16 17,18 19,20 и контактами 28,30,32 однопозиционных коммутационных аппаратов первой группы. Схема соединений на приемном конце электропередачи аналогична (на фиг.1 не показана). Провода двухцепной линии закреплены на опоре 60 с траверсой 61 и изоляционными элементами 62 и 63 (фиг.2). Каждая расщепленная фаза каждой цепи состоит из двух проводов (например, фаза А 1 первой цепи из проводов 1, а 1), и провода пар расщепленных фаз, по одной от каждой цепи, сближены (на фиг.2 провода располагаются по одной окружности) . В результате в электропередаче имеется возможность изменения угла фазового сдвига между напряжениями сближенных проводов, а следовательно, и изменения баланса реактивной мощности линии. Рассмотрим различные режимы электропередачи, режим реактивной мощности и режим напряжений линии электропередачи в зависимости от величины генерируемой линией реактивной мощности (зарядной мощности). В режимах, когда требуется максимальная генерация реактивной мощности (например, в режимах наибольших нагрузок электропередачи или электрической системы), электропередача работает с углом сдвига систем напряжений, приложенных к разным цепям линии 180, при этом емкость и зарядная мощность линии максимальные. Для обеспечения такого режима создается следующая схема (фиг.1) включены аппараты 3,15,28,27,4,16 5,17,30,29,6,18 7,19,32,31,8,20 для подсоединения проводов 1, а 1 1, 1 1, 1 к первой системе шин , и аппараты 9,21,34,33,10,22 11,23,36,35,12,24 13, 25,38,37,14,26 для подсоединения проводов а 2, а 2 2, 2 с 2, с 2 к второй системе шин Остальные аппараты отключены. В результате на каждую расщепленную фазу каждой цепи подается напряжение от одноименной системы шин в соответствии с векторной диаграммой (фиг.3). Например, на расщепленную фазу 1, а 1 первой цепи подается напряжение с фазы А 1 первой системы шин и т.д. Из векторной диаграммы напряжений на линии для данного режима (фиг.3) видно, что между любой парой напряжений сближенных фаз разных цепей линии имеет место угол 180 (например между 1 и 2). Электропередача позволяет дискретно изменять угол сдвига векторов систем напряжений на линии с шагом 60180,120,60,0. Если в каком-либо режиме требуется уменьшить генерацию реактивной мощности по сравнению с режимами при угле 180, то переходят к схеме с меньшим углом. Для обеспечения угла 120 (фиг.4) необходимо отключить выключатели 9,10,11,12,13,14, отключить контакты 33,35,37, и включить контакты 52,56,57 (табл.1), после чего включить выключатели 9,10,11,12,13,14. Таблица. 1 Положение контактов коммутационных аппаратов Положение контактов коммутационных аппаратов 34 35 36 37 38 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59-- - - - -- - -- - -Примечание - показывает выключенное положение контакта. Аналогичные синхронные переключения производятся и на приемном конце линии. При этих переключениях кратковременно снимается напряжение со второй цепи линии, но это не приводит к погашению потребителей, так как в работе остается первая цепь, параллельная второй. Из векторной диаграммы напряжений для данного режима (фиг.4), видно, что между любой парой напряжений сближенных фаз разных цепей линии имеет место угол 120 (например 1 и 2). Для остальных режимов напряжений при угле 60 и 0, (фиг.5, фиг.6) положение контактов коммутационных аппаратов представлено в табл.1. 1571 1 Из табл.1 видно, что при переходе от данного режима к другому число включений аппаратов равно трем, и число отключений аппаратов также равно трем, т.е. всего 6 операций. Например, при переходе от режима 180 к режиму 120 нужно отключить 33,35,37 и включить 52,56,57. Частота переходов от одного режима к другому определяется требованиями электрической системы, в которой работает данная электропередача. В зависимости от требований возможно сезонное изменение режима (т.е. несколько раз в год), недельное или суточное. Для пояснения сущности предлагаемого технического решения рассмотрим также несколько возможных ситуаций аварийного режима работы линии электропередачи. Первый режим - короткое замыкание между двумя сближенными проводами, которые относятся к разным цепям, например, между 1 и с 2 (фиг.7). В этом случае электропередача переводится в режим работы с нулевым фазовым сдвигом путем подключения проводов обеих цепей к одной системе шин А 1,В 1, С 1 (см. табл.1). Аналогичным образом , если это потребуется по режиму работы электрической сети, все провода цепей могут быть подключены к другой системе шин А 2, В 2, 2 (не показаны). Описанный режим может быть использован также при проведении ремонтных работ на проводах линии без снятия напряжения. При этом технология работ ничем не отличается от технологии на обычных линиях ,так как все провода, расположенные на одном контуре , находятся под одним и тем же напряжением. Второй режим - обрыв одного провода, например, с 2 (фиг.8). Посредством выключателя 14 этот провод отсоединяется от сети, при этом для сохранения симметрии выключателями 12,10 отключаются от системы шин провода в 2, а 2. Из оставшихся проводов формируется три цепи, подключенные к одной системе шин,например к А 1, В 1, С 1 с расположением проводов всех фаз каждой цепи на отдельном контуре. Первая цепь образуется из проводов а 1, а 1, а 2 включением следующих аппаратов 3,15,27,28 4,42 9,21,34,53. При этом провод а 1 оказывается подключенным к фазе А 1 системы шин 1, провод а 1 к фазе В 1, а провод а 2 к фазе С 1 системы шин 1. Для образования второй цепи из проводов 1, 1, 2 включены следующие аппараты 5,17,30,29 6,44 11,23,36,54. При этом провод 1 оказывается подключенным к фазе В 1, провод 1, к фазе С 1, провод 2 к фазе А 1. Третья цепь образуется из проводов с 1, с 1, с 2 включением следующих аппаратов 7,19,32,31 8,40 13,25,38,58. При этом провод с 1, оказывается подключенным к фазе С 1, провод с 1 к фазе А 1, провод с 2 к фазе В 1. Все контакты остальных одно- и двухпозиционных коммутационных аппаратов разомкнуты и выключатели 10,12,14 отключены. Таким образом создаются три трехфазные линии электропередачи, обеспечивающие с момента аварии передачу электроэнергии потребителям. Третий режим - выход из строя всех проводов, расположенных по одной окружности, например с 1, с 1,с 2, с 2 (фиг.9). В этом случае для симметрии, отсоединяются от системы шин также провода а 2, 2 . Из оставшихся проводов для передачи энергии потребителям создаются две трехфазные цепи линии электропередачи, провода фаз каждой из которых подключаются к одной и той же системе шин. Схема подключения оставшихся в работе проводов не отличается от схемы во втором режиме, положение контактов коммутационных аппаратов при этом режиме представлено в табл.2. Таблица 2 Режимы, Положение контактов коммутационных аппаратов В третьем режиме каждая из созданных цепей также может быть подключена к отдельной системе шин(фиг.10). Положение всех аппаратов для этого режима и остальных режимов представлены в табл.2. Возможны и другие варианты, в которых при выходе из строя части проводов обеспечивается живучесть предлагаемой электропередачи. Некоторые из них показаны на фиг.11 и 12, где отключено по два провода,расположенных на каждой окружности. оставитель Л.З.Униговская Редактор В.Н.Позняк Корректор Т.Н.Никитина Заказ 2631 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66