ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
WIND ENERGY
Статья поступила в редакцию 08.08.13. Ред. рег. № 1730
The article has entered in publishing office 08.08.13 . Ed. reg. No. 1730
УДК 621.311.61
АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЧАСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ЛЭП НА ОСНОВЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Г.И. Волович, И.М. Кирпичникова, Е.В. Соломин, Д.В. Топольский, И.Г. Топольская
ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (Национальный Исследовательский Университет) 454080 г. Челябинская область, Челябинск, пр. Ленина 76 Тел. (912) 317-1805, факс: (351) 264-7694, e-mail: nii-uralmet@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 13.08.13 Заключение совета экспертов: 18.08.13 Принято к публикации: 23.08.13
В статье приведено описание конструкции энергоустановки автономного энергоснабжения на основе ветроэнергетической установки и возможности ее применения.
Ключевые слова: ветроэнергетика, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетическая установка, альтернативная энергетика, электронный трансформатор тока.
AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF HIGH VOLTAGE PART OF MEASURING TRANSFORMER OF POWER LINE ON THE BASE OF WIND TURBINE
G.I. Volovich, I.M. Kirpichnikova, E.V. Solomin, D.V. Topolsky, I.G. Topolskaya
FGBOU VPO "South Ural State University" (National Research University)
454080 Chelyabinsk region, Chelyabinsk, Lenina Prospect, 76 Tel: +7 (912) 317-1805, fax: (351) 264-7694, e-mail: nii-uralmet@mail.ru
Referred: 13.08.13 Expertise: 18.08.13 Accepted: 23.08.13
The paper describes the design of autonomous power supply station based on wind turbine and application opportunities. Keywords: wind power, renewable energy sources, wind turbine, alternative energy, electronic current transformer.
Введение
В последние десятилетия сформировалось направление преобразования тока высокого напряжения в сигнал низкого напряжения, функционально связанный с измеряемым током [1-3], так называемые электронные трансформаторы тока (ЭТТ).
В преобразователях этого типа ток большой силы в линиях электропередач (ЛЭП) высокого напряжения (ВН) преобразуется в ток меньшей силы или в напряжение, пропорциональное первичному току на стороне ВН. Затем этот ток преобразуется в последовательность импульсов, которая передается на сторону низкого напряжения (НН) по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). На стороне НН эта последовательность импульсов преобразуется
либо снова в аналоговый сигнал, пропорциональный измеряемому току, либо в цифровой сигнал надлежащего формата.
Достоинствами таких приборов являются небольшая масса, высокая точность, относительно низкая стоимость, низкая взрыво- и пожароопасность.
Блок-схема электронного трансформатора тока, согласно ГОСТ Р МЭК 60044-8-2010 [4], представлена на рис. 1.
Устройство состоит из двух частей: высоковольтной части (ВЧ), которая имеет потенциал, близкий к потенциалу ЛЭП, и низковольтной части (НЧ), имеющей потенциал, близкий к потенциалу земли. ВЧ и НЧ разделены высоковольтной изолирующей опорой.
Первичный детектор тока, в качестве которого может быть использован трансформатор тока, пояс Рогов-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 09 (131) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Ветроэнергетика
ского, шунт или оптико-электронный преобразователь, преобразует первичный (измеряемый) ток в электрический сигнал в виде тока или напряжения, или в параметры светового потока. Первичный конвертор преобразует эти сигналы в импульсы с широтной, частотной или кодовой модуляцией. Система передачи, как пра-
вило, оптико-волоконная. Она преобразует эти импульсы в оптические сигналы и передает их по ВОЛС вторичному конвертору, который снова преобразует их в аналоговые или цифровые электрические сигналы и передает конечному приемнику.
Рис. 1. Блок-схема электронного трансформатора Fig. 1. Chart of electronic transformer
Схема первичного конвертора должна включать микроконтроллер (МК) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) повышенной точности для преобразования сигнала от трансформатора тока. Поскольку значительная часть моделей современных МК имеет встроенные АЦП, то сигналы от пояса Рогов-ского можно преобразовывать такими АЦП. Кроме того, первичный конвертор должен содержать оптические приемник и передатчик.
Новый способ электроснабжения первичного конвертора
Питание первичного конвертора может осуществляться следующим образом:
1) путем отбора части энергии от проводника, по которому течет измеряемый ток;
2) преобразованием части напряжения высоковольтного проводника;
3) передачей энергии от НЧ через высоковольтную изоляцию;
4) от автономного аккумулятора с подзарядкой от возобновляемых источников;
5) комбинацией указанных способов.
В связи с активным развитием возобновляемых источников энергии предлагается новый способ электроснабжения ВЧ измерительных трансформаторов тока на основе ветроэнергетической установки (ВЭУ) обращаемого типа.
В настоящее время ЛЭП имеют большую протяженность, в связи с чем контроль электрических па-
раметров магистрали вдали от источника и потребителя серьезно затруднен. Размещение низковольтного оборудования на высоковольтной магистрали осложнено из-за отсутствия источника энергопитания измерительной техники. Данная проблема решается с помощью установки непосредственно на ЛЭП устройств измерения тока. Как правило, эту роль исполняют измерительные трансформаторы. Однако в этом случае необходимо автономное энергопитание, гальванически развязанное с ЛЭП. Подведение дополнительных кабелей к измерительному оборудованию, находящемуся на магистрали, нецелесообразно ни с технической, ни с экономической точки зрения.
Известен ряд технических решений, целью которых является автономное энергоснабжение объектов, и ряд патентов, посвященных питанию автономных трансформаторов. Недостатками указанных технических решений являются ограниченность применения энергогенерирующего оборудования, отсутствие возможности использования предлагаемых устройств в качестве обращаемых конструкций, низкая эффективность выработки на малых ветрах в континентальном климате, в некоторых случаях высокая быстроходность роторов ВЭУ, дороговизна и сложность преобразования и передачи электроэнергии, а также наличие посторонних звуков при работе устройств.
В предлагаемом способе техническое решение достигается созданием низковольтного устройства автономного энергоснабжения измерительного оборудования на основе возобновляемого источника энергии - ветра. Устройство расположено на корпусе
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 09 (131) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Г.И. Волович, И.М. Кирпичникова и др. Автономное энергоснабжение ВЧ измерительного трансформатора ЛЭП на основе ВЭУ
измерительного оборудования высоковольтной ЛЭП и представляет собой обращаемую конструкцию ВЭУ с системой управления и аккумулирования электроэнергии. При этом корпус измерительного оборудования в форме цилиндра расположен непосредственно на высоковольтной магистрали.
За счет давления потока ветра на лопасти турбины ВЭУ обращаемая конструкция приходит во вращение, вследствие чего происходит выработка электроэнергии. За счет системы управления полученная энергия расходуется как на энергопитание измерительного оборудования (в данном случае измерительного трансформатора), так и на аккумулирование в литий-ионных аккумуляторах, расположенных в корпусе измерительного оборудования.
Конструкция и работа устройства автономного энергоснабжения
Устройство представляет собой (рис. 2-3) ротор ВЭУ, который состоит из направляющих поток ветра пластин 1, лопастей 2, индуктора 3 с магнитами 4 и двухфазной катушки 5.
При воздействии потока ветра на лопасти 2 ротор ВЭУ приходит во вращение вокруг корпуса 11 на подшипниках 10.
За счет прохождения обмоток катушки 5 через магнитное поле магнитов 4 в катушке 5 генерируется ЭДС и возникает переменный электрический ток, подаваемый через проводники 6 на систему управления 7, представляющую собой выпрямитель, и далее после выпрямления на аккумуляторные батареи 8 и измерительное оборудование 9 (в данном случае ВЧ электронного измерительного трансформатора). В корпусе 11 находится измерительное оборудование 9, при этом корпус неподвижно закреплен на магистральном проводе 12.
Рис. 2. Устройство автономного энергоснабжения измерительного трансформатора в виде ВЭУ Fig. 2. Autonomous power supply device for measuring transformer in the form of wind turbine
Рис. 3. Устройство автономного энергоснабжения измерительного трансформатора в виде ВЭУ Fig. 3. Autonomous power supply device for measuring transformer in the form of wind turbine
Заключение
Проведенные теоретические, патентные и экспериментальные исследования выявили возможность получения значимых научных результатов, позволяющих перейти к созданию нового вида научно-технической продукции - новому классу высоковольтных устройств - цифровым измерительным трансформаторам тока (ЦТТ), что в данной области является «прорывной» технологией. На основе проведенных исследований разработан и создан опытный образец ЦТТ для ЛЭП переменного тока класса напряжения 220 кВ с диапазоном измерений 60-600 А, класса точности 0,28 на основе электромагнитного трансформатора тока со встроенным электронным блоком преобразования аналогового сигнала в цифровой код и передачей этого сигнала по оптоволоконному кабелю.
Научные исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, ГК №14.516.12.0007 от 18.06.2013.
Список литературы
1. Адоньев Н.М., Афанасьев В.В., Жалалис Л.В. Оптико-электронный трансформатор тока на 750 кВ с прямой модуляцией светового потока // Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1972. № 6 (15). С. 19 - 20.
2. Шапиро Е.З. Перспективные измерительные технологии в области измерений и анализа качества электрической энергии и особенности их метрологического обеспечения // Законодательная и прикладная метрология. 2006. № 5.
3. Гречухин В.Н. Электронные трансформаторы тока и напряже
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.