CN102315615A - 一种车载式直流融冰装置及其保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种车载式直流融冰装置及其保护方法。包括有阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc，采用风冷却的换流器R，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp和Idn，阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc及换流器R及直流侧电压互感器Udp和Udn、直流侧电流互感器Idp和Idn均与控制保护***C连接，变电站的电网电压互感器Uab、Ubc和Uac与控制保护***C在融冰时临时进行连接。本发明车载式直流融冰装置设计合理，投资少，成本低；本发明车载式直流融冰装置的保护方法确保直流融冰装置满足各线路安全快速融冰的需求，并降低直流融冰装置的投资。本发明是一种设计巧妙，性能优良，投资低，保护功能齐备，适用于电网中低压线路的方便实用的车载式直流融冰装置及保护方法。
Description
技术领域
本发明是一种车载式直流融冰装置及其保护方法，特别是一种适用于电网中低压（110kV及以下）线路融冰的车载式直流融冰装置及其保护方法，属于输电网输电线路直流融冰应用的创新技术。
背景技术
电网是关系国家能源安全和国民经济命脉的重要基础设施和公用事业，承担着为经济社会发展和国计民生提供重要的能源保障、促进经济社会可持续发展的重大责任。随着现代化水平的不断提高，全社会对电力的依赖程度越来越高，对电力供应的质量也提出了更高要求。
低温雨雪冰冻天气引起的输电线路覆冰是众多国家电力***所面临的严重威胁之一，严重的覆冰会引起电网断线、倒塔，导致大面积停电事故，也使得快速恢复送电变得非常困难。20世纪40年代以来，冰灾的威胁一直是电力***工业界竭力应对的一大技术难题。1998年北美风暴给美加电网带来了严重的影响，造成了范围广阔的电力中断。2005年，低温雨雪冰冻天气曾给我国华中、华北电网造成严重的灾害。2008年1-2月，低温雨雪冰冻天气再次袭击我国南方、华中、华东地区，导致贵州、湖南、广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，给国民经济和人民生活造成巨大损失。
为应对越来越频繁的冰灾对电力***基础设施的严重威胁，工业界与学术界研究了多种除冰/融冰技术。其中，直流融冰的基本原理是通过大功率整流装置将交流转换为直流以对覆冰导线加热进行融冰。直流融冰技术克服了交流融冰的限制，直流融冰时线路阻抗的感性分量不起作用，大大降低了直流融冰所需的容量，提高了融冰效率；直流融冰时直流电压连续可调，通过调整直流输出电压，可以满足不同长度线路的融冰要求，且不需要进行阻抗匹配，大大降低了融冰对电力***运行方式的苛刻需求；安装于枢纽变电站的直流融冰装置可对全站所有的进出线开展融冰工作。
国际上，前苏联自1972年开始使用二极管整流装置融冰，后来采用可控硅整流装置。俄罗斯直流研究院成功研制了2个电压等级的可控硅整流融冰装置：14kV（由11 kV交流母线供电）和50kV（由38.5 kV交流母线供电）。14kV装置的额定功率为14MW，50kV装置的额定功率为50MW。50MW 装置于1994年在变电站投运，并成功应用于一条315 km长的110kV输电线路的除冰。1998年北美冰灾后，魁北克水电局与AREVA T&D 公司投入2500万欧元，合作开发了直流融冰装置，并在魁北克电网的Lévis变电站安装了一套直流融冰装置，容量250 MW，直流输出电压±17.4 kV，设计目的是对4条735kV和2条315kV线路进行融冰。该装置2008年完成现场试验，但至今未进行过实际融冰。
2008年冰灾后，我国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器、不带专用整流变压器和车载移动式等多种型式，进而在全国进行了推广应用，到目前为止，共有约20余套直流融冰装置投入运行，其中南方电网内布置有19套。
2009年1月，贵州电网公司对500千伏福施Ⅱ线、220千伏福旧线、110千伏福牛线110千伏水树梅线进行了直流融冰，云南电网公司对220千伏昭大Ⅰ线进行了直流融冰，广东电网公司对110kV通梅线线进行直流融冰。2009年11月，云南电网公司对110千伏大中T线进行了直流融冰。初期的实际应用表明直流融冰技术是电网除冰的有效手段。
2011年1月，大面积覆冰再次袭击南方电网，南方电网内已经安装的19套直流融冰装置均发挥了重大作用，对110kV以上线路进行直流融冰共计217条次，其中500kV交流线路33条次，充分发挥了直流融冰装置的威力，确保了电网的安全。
已经推广应用的带专用整流变压器和不带专用整流变压器的直流融冰装置安装于变电站，其体积和重量决定了其在冰灾期间不能实现灵活移动。鉴于其投资较大且不能灵活移动，因此不适于在电网中低压（110kV及以下）线路推广应用。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，投资少，成本低的适用于电网中低压（110kV及以下）线路融冰的车载式直流融冰装置。本发明不需要配置专用整流变压器，采用风冷***，其重量约800-1500kg，可安放在汽车上能够方便地采用汽车进行移动，对电网中低压线路（110kV及以下）融冰长度超过50km。
本发明的另一目的在于提供一种确保直流融冰装置满足中低压线路安全快速融冰的需求，并降低直流融冰装置的投资的车载式直流融冰装置的保护方法。
本发明的技术方案是：本发明的车载式直流融冰装置，包括有阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc，采用风冷却的换流器R，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp和Idn ，其中阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端均通过隔离刀闸K及交流侧供电断路器QF与变电站的电网连接，阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的另一端分别与换流器R连接，换流器R正极与直流侧电压互感器Udp及直流侧电流互感器Idp连接及与融冰线路的A相导线或B相导线或C相导线连接，换流器R负极与直流侧电压互感器Udn及直流侧电流互感器Idn连接及与融冰线路的A相导线或B相导线或C相导线连接，阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc及换流器R及直流侧电压互感器Udp和Udn、直流侧电流互感器Idp和Idn均与控制保护***C连接，变电站的电网电压互感器Uab、Ubc和Uac与控制保护***C在融冰时临时进行连接。
上述其中阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端均通过隔离刀闸K连接。
上述交流侧供电断路器QF、隔离刀闸K设置在变电站内。
上述直流侧不设接地点。
上述换流器直流侧输出电流定为800-1200A，额定电压12-13kV，换流器采用风冷却，具有大角度额定电流运行能力。
上述阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端通过进线变电站内交流电源的连接采用预制接头临时进行连接;上述的换流器R正负极与融冰线路各相导线在开展融冰时采用预制接头临时进行连接;上述控制保护***C需用的变电站的110kV电压互感器Uab、Ubc和Uac的电压信号采用预制接头与控制保护***C在开展融冰时临时进行连接。
上述阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc，采用风冷却的换流器R，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp和Idn、控制保护***C及其它辅助设备均安放在一个柜体内，总重量约为800-1500kg，并安放在汽车上进行移动。
上述换流器还能够连接无功补偿和谐波抑制的滤波器组。
本发明车载式直流融冰装置的保护方法，直流融冰装置的测量点包括有交流阀侧三相电压(Uva、Uvb、Uvc)、三相电流(Iva、Ivb、Ivc)、直流侧电流(Idp、Idn)、直流侧电压直流侧电流(Udp、Udn)共10个测量点。
本发明直流融冰装置的保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区三个部分。
本发明直流融冰装置的保护配置为交流过电压保护、交流低电压保护、交流过流保护、阀短路保护、桥差动保护、直流过流保护、晶闸管结温监视、误触发保护、直流过压保护、直流欠压保护、直流50Hz保护、直流100Hz保护、开路试验保护和融冰线路直流电压差动保护。
本发明车载式直流融冰装置设计合理，投资少，成本低；本发明车载式直流融冰装置的保护方法确保直流融冰装置满足各线路安全快速融冰的需求，并降低直流融冰装置的投资成本。本发明是一种设计巧妙，性能优良，投资低，保护功能齐备，方便实用的车载式直流融冰装置及其保护方法。
附图说明
图1为本发明提出的车载式直流融冰装置主接线及其测量点配置示意图。
具体实施方式
实施例：
本发明提出的车载式直流融冰装置能够进行融冰的典型中低压线路长度如表1所示，表1中给出的长度综合考虑了直流融冰装置容量和直流侧最大输电电压的限制。
本发明提出的车载式直流融冰装置的电源直接取110kV变电站主变10kV侧。典型110kV或35kV主变低压侧短路电流小于常用普通晶闸管导通状态涌浪(非重复)电流，也即典型110kV主变均可提供换流器换相需要的换相电抗。
这种车载式直流融冰装置的主接线如图1所示，采用6脉动整流，且直流侧不设接地点。换流器直流侧输出电流定为800-1000A，额定电压12-13kV，采用风冷。图1中点划线内设备即为车载式直流融冰装置，包括换流器本体、阀侧电流互感器、直流侧电流互感器、电压互感器、控制保护设备及其它辅助设备，安放在一个定制柜体内，总重量约800-1500kg，可放在汽车上在各变电站之间进行移动。直流融冰装置运行时产生的无功和谐波可通过将站内原电容补偿装置改造为兼顾车载直流融冰装置运行的滤波装置。考虑到融冰的短时性，在一定条件下，如果能够将一台110kV主变10kV侧腾空以作为换流器的输入电源，则也可以不配置滤波器组进行无功补偿和谐波抑制。滤波器可以根据具体情况决定是否配置。
整流回路中平波电抗器的主要作用是防止电流断续、限制电流脉动和短路电流。如前所述，110kV主变能够限制短路电流。110kV及以下线路电抗比直流电阻大4倍以上，时间常数T＝L/R>4/314=12.7ms，6脉动全波桥式整流的脉动周期Ts＝20/6=3.3ms，融冰回路的时间常数大于电流脉动周期，电流不会断续，所以不需要设置专门的平波电抗器。同理，典型110kV主变能够提供换流器需要的换相电抗且限制短路电流,所以不需要专门设置换相电抗。
本发明提出车载式直流融冰装置与融冰线路和站内交流电源的临时连接采用预制接头。
本发明提出车载式直流融冰装置测量点布置如图1所示，包括交流阀侧三相电压(Uva、Uvb、Uvc)、三相电流(Iva、Ivb、Ivc)、直流侧电流(Idp、Idn)、直流侧电压直流侧电流(Udp、Udn)等10个测量点。保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区三个部分，保护功能配置如表2所示，共14种保护。
本发明提出的车载式直流融冰装置主要技术参数如表3所示。
该车载直流融冰装置主接线的特点是：
1) 不需要专用整流变压器，直接接在110kV主变10kV侧。
2) 不需要设置换相电抗。
3) 不需要专门设置平波电抗器。
4) 不需要配置直流滤波器或直流阻波器。
5) 直流侧不设置接地点。
6) 换流器直流侧输出电流定为800-1200A，额定电压12-13kV，采用风冷，不采用水冷却***。
7) 可用于绝大多数110kV及以下电压等级线路融冰，要求换流器具有长期大角度大电流运行能力。
8) 换流器本体、阀侧电流互感器、直流侧电流互感器、电压互感器、控制保护设备及其它辅助设备，安放在一个定制箱体内，总重量约800-1500kg。可安放汽车上在各变电站之间进行移动。
9) 直流融冰装置运行时产生的无功和谐波可通过将站内原电容补偿装置改造为兼顾车载直流融冰装置运行的滤波装置。
Claims (10)
1.一种车载式直流融冰装置，其特征在于包括有阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc，采用风冷却的换流器R，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp和Idn ，其中阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端均通过隔离刀闸K及交流侧供电断路器QF与变电站的电网连接，阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的另一端分别与换流器R连接，换流器R正极与直流侧电压互感器Udp及直流侧电流互感器Idp连接及与融冰线路的A相导线或B相导线或C相导线连接，换流器R负极与直流侧电压互感器Udn及直流侧电流互感器Idn连接及与融冰线路的A相导线或B相导线或C相导线连接，阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc及换流器R及直流侧电压互感器Udp和Udn、直流侧电流互感器Idp和Idn均与控制保护***C连接，变电站的电网电压互感器Uab、Ubc和Uac与控制保护***C在融冰时临时进行连接。
2.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述其中阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端均通过隔离刀闸K连接。
3.根据权利要求2所述的车载式直流融冰装置，其特征在于换流阀与供电电源之间不需要进线电抗器。
4.根据权利要求2所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述交流侧供电断路器QF和隔离刀闸K设置在变电站内。
5.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述直流侧不设接地点。
6.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述换流器直流侧输出电流定为800-1200A，额定电压12-13kV，换流器采用风冷却，具有大角度额定电流运行能力。
7.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc的一端通过变电站内交流电源的连接采用预制接头临时进行连接;上述的换流器R正负极与融冰线路各相导线在开展融冰时采用预制接头临时进行连接;上述控制保护***C需用的变电站的110kV电压互感器Uab、Ubc和Uac的电压信号采用预制接头与控制保护***C在开展融冰时临时进行连接。
8.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述阀侧电流互感器Iva、Ivb和Ivc，采用风冷却的换流器R，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp和Idn、控制保护***C及其它辅助设备均安放在一个柜体内，总重量约为800-1500kg，并安放在汽车上进行移动。
9.根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置，其特征在于上述换流器还能够连接无功补偿和谐波抑制的滤波器组。
10.一种根据根据权利要求1所述的车载式直流融冰装置的保护方法，其特征在于直流融冰装置的测量点包括有交流阀侧三相电压(Uva、Uvb、Uvc)、三相电流(Iva、Ivb、Ivc)、直流侧电流(Idp、Idn)、直流侧电压直流侧电流(Udp、Udn)共10个测量点；直流融冰装置的保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区三个部分;直流融冰装置的保护配置为交流过电压保护、交流低电压保护、交流过流保护、阀短路保护、桥差动保护、直流过流保护、晶闸管结温监视、误触发保护、直流过压保护、直流欠压保护、直流50Hz保护、直流100Hz保护、开路试验保护和融冰线路直流电压差动保护。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120111 |