一種多功能直流融冰自動轉換電路及其轉換方法

信息來源:電力國際信息參考  發布時間2016-08-03

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一、      技術方案

技術領域

本發明是一種多功能直流融冰自動轉換電路及其轉換方法,特別是一種涉及能夠實現晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電抗器(TSR)、直流融冰及其等效試驗功能相互自動轉換的電路及其轉換方法,屬于高壓及特高壓電網輸電線路直流融冰應用的創新技術。

背景技術

輸電線路在冬季覆冰嚴重威脅電力系統的安全運行。由于導線上增加了冰載荷,對導線、鐵塔和金具都會帶來一定的機械損壞,覆冰嚴重時會斷線、倒桿塔,導致大面積停電事故,對國民經濟造成重大損失。隨著全球氣候的不斷惡化,冰災對輸電線路造成的危害越發嚴重。特別是2008年初的冰災,對我國電網造成了巨大的損失。國內外研究融冰的幾種思路為:將電能轉化為熱能融冰;將電能轉化為機械能以破壞輸電線上的覆冰的物理結構,達到使覆冰脫落的目的;直接破壞物理結構的機械法除冰。 我國自上世紀70年代以來就一直在220kV以下線路上采用交流短路方法對嚴重覆冰線路進行融冰,對防止冰災起到了一定的作用。由于交流融冰需要很高的熱量,且交流線路存在電抗,致使220kV及以下線路融冰時要求的融冰電源容量是線路實際融冰功率的5-10倍;對于500kV以上超高壓和特高壓交流輸電線路融冰時要求的融冰電源容量是線路實際融冰功率的10-20倍。在實施交流電流短路融冰時往往存在融冰電源容量遠遠不足的問題。因此,對于500 kV或更高電壓等級輸電線來說,由于難以找到滿足要求的融冰電源,采用交流短路融冰方案不可行。 由于交流短路融冰法的局限,國際上自上世紀80年代開始就一直在探討直流融冰的可能和開發直流融冰裝置。1998年的北美冰風暴災難后,魁北克水電局與AREVA公司合作開發了一套直流融冰裝置,該裝置裝設于魁北克的Lévis變電站,2008年完成現場調試。但是到目前為止,該裝置還沒有用于過實際融冰。 2008年冰災后,我國電力科技工作者自主進行了直流融冰技術及裝置的研發,成功研發出了具有完全自主知識產權的大功率直流融冰裝置,主要包括帶專用整流變壓器、不帶專用整流變壓器和車載移動式等多種型式,進而在全國進行了推廣應用。 20111月,受持續低溫雨雪凝凍天氣影響,南方電網供電區域內貴州大部分地區、廣西桂北地區、廣東粵北地區和云南滇東北地區的輸變電設施相繼出現覆冰險情,先后導致141410kV及以上線路、7035kV及以上變電站停運。2011年次冰災是繼2008年之后南方電網遭遇的又一次特重冰災。但與2008年多條線路斷線倒塔、500kV主網架遭受重創、電網多處解列或孤網運行、大量減供負荷相比,本次冰災期間未發生220kV及以上線路倒塔事故,未發生縣級及以上城市停電事故,確保了電網安全穩定運行和電力正常供應。2011年冰災中,南方電網已經安裝的19套直流融冰裝置首次得到了全面實戰檢驗,發揮了巨大的作用,累計對110kV及以上線路融冰227次,其中500kV線路40余次。 鑒于直流融冰裝置實際應用效果,我國電網企業從2011年開始又進行了新一輪的大規模推廣應用。 2009-2011年覆冰期中的實際應用中發現現有直流融冰裝置存在需要優化的地方:①換流器中飽和電抗器噪聲較大;②對短線路融冰出現電流斷續;③需要接入輸電線路才能進行融冰裝置通流試驗,既受電網運行方式限制,也給電網的正常運行造成影響。

發明內容

本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種大大降低直流融冰裝置運行時的噪聲,使其多種模式能夠實現相互自動轉換,不需要接入輸電線路即可完成直流融冰裝置的通流試驗,有效地解決日常運行維護問題的多功能直流融冰自動轉換電路。本發明設計合理,方便實用。本發明的另一目的在于提供一種操作簡單,使用方便的多功能直流融冰自動轉換電路的轉換方法。本發明的技術方案是:本發明的多功能直流融冰自動轉換電路,包括有至少一個由如下構件組成的分轉換電路,該分轉換電路包括有不帶飽和電抗器的六脈動換流器R,電抗器L1a、L1bL1c,電抗器L2a、L2bL2c,三相刀閘Sac1、Sac2Sac3,單相刀閘SV1、SV2、SV3、SV4SV5。分轉換電路中不帶飽和電抗器的六脈動換流器R與電抗器L1a、Lb、Lc相連,與電抗器L2a、L12b、L2c相連;電抗器L2a、L2b、L2c通過三相刀閘Sac1與電抗器L1c、L1b、L1a分別對應相連;三相刀閘Sac3一端與不帶飽和電抗器的六脈動換流器R一端相連,另一端短接;三相刀閘Sac2一端與電抗器L2a、L2b、L2c相連,另一端短接;單相刀閘SV1、SV2、SV3與不帶飽和電抗器的六脈動換流器R中閥臂V1、V2、V3、V4、V5、V6相連,SV4連接于電抗器L2bL2c相間,SV5連接于電抗器L2aL2c相間。 上述轉換電路中的六脈動換流器R不帶飽和電抗器。 上述轉換電路中電抗器L1a、L1bL1c的電感值為電抗器L2a、L2b、L2c0.05-0.2倍,電抗器L1a、L1bL1c的額定電流值按融冰模式要求設計,電抗器L2a、L2b、L2c的額定電流值按晶閘管控制電抗器(TCR)或晶閘管投切電抗器(TSR)模式要求設計。 上述多功能六脈動直流融冰自動轉換電路包括有一個分轉換電路、直流側轉換刀閘Sdc1、Sdc2、Sdc3SVdc4,隔離刀閘K,斷路器QF,以及控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP,直流側轉換刀閘Sdc1Sdc2并聯后與分轉換電路中三相刀閘Sac3短接端相連;單相刀閘Sdc3Sdc4并聯后與分轉換電路中三相刀閘Sac2短接端相連;分轉換電路通過隔離刀閘K和斷路器QF與變電站35kV10kV母線相連,刀閘Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和斷路器QF的位置信號及換流器交流側電流信號Iva、Ivb、Ivc及直流側電流信號Idp、Idn及直流側電壓信號Udp、Udn及六脈動換流器R的監測信號接入控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP;控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP發出刀閘和斷路器QF的分合命令及發出六脈動換流器R的控制和觸發命令。 上述多功能串聯型十二脈動直流融冰自動轉換電路包括有兩個首尾串聯連接的分轉換電路,分別為分轉換電路TC1及分轉換電路TC2,Y/Y聯結變壓器T1、Y/△聯結變壓器T2,直流側轉換刀閘Sdc1、Sdc2、Sdc3SVdc4,隔離刀閘K,斷路器QF,以及控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP,且兩個分轉換電路連接中點接地,分轉換電路TC1Y/Y聯結變壓器T1相連,分轉換電路TC2Y△聯結變壓器T2相連;分轉換電路TC1TC2中不帶飽和電抗器的六脈動換流器R通過三相刀閘Sac3短接端首尾相連;直流側轉換刀閘Sdc1Sdc2并聯后與分轉換電路TC1中三相刀閘Sac2短接端相連;單相刀閘Sdc3Sdc4并聯后與分轉換電路TC2中三相刀閘Sac2短接端相連;Y/Y聯結變壓器T1、Y/△聯結變壓器T2通過隔離刀閘K和斷路器QF與變電站35kV10kV220kV母線相連。刀閘Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和斷路器QF的位置信號及整流變閥側電流信號Iyva、Iyvb、Iyvc、Idva、Idvb、Idvc及網側電流Iya、Iyb、Iyc、Ida、Idb、Idc及直流側電流信號Idp、Idn、Idgn及直流側電壓信號Udp、Udn及六脈動換流器R的監測信號接入控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP;控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP發出刀閘和斷路器QF的分合命令及發出六脈動換流器R的控制和觸發命令。 上述多功能并聯型十二脈動直流融冰自動轉換電路,其特征在于包括有兩個并聯的分轉換電路,分別為分轉換電路TC1及分轉換電路TC2,Y/Y聯結變壓器T1、Y/△聯結變壓器T2,直流側轉換刀閘Sdc1、Sdc2、Sdc3SVdc4,隔離刀閘K,斷路器QF,以及控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP,分轉換電路TC1Y/Y聯結變壓器T1相連,分轉換電路TC2Y△聯結變壓器T2相連;分轉換電路TC1中三相刀閘Sac2短接端和分轉換電路TC2中三相刀閘Sac3短接端相連;分轉換電路TC1中三相刀閘Sac3短接端和分轉換電路TC2中三相刀閘Sac3短接端相連;直流側轉換刀閘Sdc1Sdc2并聯后與分轉換電路TC1中三相刀閘Sac2短接端相連;單相刀閘Sdc3Sdc4并聯后與分轉換電路TC2中三相刀閘Sac2短接端相連;Y/Y聯結變壓器T1、Y/△聯結變壓器T2通過隔離刀閘K和斷路器QF與變電站35kV10kV220kV母線相連。刀閘Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和斷路器QF的位置信號及整流變閥側電流信號Iyva、Iyvb、Iyvc、Idva、Idvb、Idvc及網側電流Iya、Iyb、Iyc、Ida、Idb、Idc及直流側電流信號Idp、Idn及直流側電壓信號Udp、Udn及六脈動換流器R的監測信號接入控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP;控制?;は低?span lang="EN-US" style="line-height: 150%">CP發出刀閘和斷路器QF的分合命令及發出六脈動換流器R的控制和觸發命令。 上述多功能并聯型和串聯型十二脈動直流融冰自動轉換電路運行于融冰模式時為12脈動。 本發明多功能自動轉換電路的轉換方法,包括如下轉換模式: 1)一去一回直流融冰模式(即A-B相導線串聯融冰):三相刀閘Sac1斷開,Sac2Sac3閉合;單相刀閘SV1、SV2SV3斷開,SV4SV5閉合,Sdc1Sdc2閉合,Sdc3Sdc4斷開;交流側隔離刀閘K和斷路QF器閉合; 2)二去一回直流融冰模式(即AB相導線并聯后再與C相導線串聯融冰):三相刀閘Sac1斷開,Sac2Sac3閉合;單相刀閘SV1、SV2SV3斷開,SV4SV5閉合,Sdc1、Sdc2Sdc4閉合,Sdc3斷開;交流側隔離刀閘K和斷路QF器閉合; 3)開路試驗模式:三相刀閘Sac1斷開,Sac2Sac3閉合;單相刀閘SV1、SV2SV3斷開,SV4SV5閉合,Sdc1、Sdc2、Sdc3Sdc4斷開;交流側隔離刀閘K和斷路QF器閉合; 4)零功率試驗模式:三相刀閘Sac1斷開,Sac2Sac3閉合;單相刀閘SV1、SV2SV3斷開,SV4SV5閉合,Sdc1Sdc4斷開,Sdc2Sdc3閉合;交流側隔離刀閘K和斷路QF器閉合; 5)晶閘管控制電抗器(TCR)模式:三相刀閘Sac1閉合,Sac2Sac3斷開;單相刀閘SV1、SV2SV3閉合,SV4SV5斷開,Sdc1、Sdc2、Sdc3Sdc4斷開;交流側隔離刀閘K和斷路器QF閉合; 6)晶閘管投切電抗器(TSR)模式:三相刀閘Sac1閉合,Sac2Sac3斷開;單相刀閘SV1、SV2SV3閉合,SV4SV5斷開,Sdc1、Sdc2、Sdc3Sdc4斷開;交流側隔離刀閘K和斷路器QF閉合。 上述一去一回直流融冰模式、二去一回直流融冰模式、開路試驗模式和零功率試驗模式中,電抗器L1a、L1bL1c作為換相電抗器運行,電抗器L2a、L2bL2c作為平波電抗器運行。上述晶閘管控制電抗器(TCR)模式中,電抗器L1a、L1bL1c,電抗器L2a、L2bL2c作為相控電抗器運行。 上述晶閘管投切電抗器(TSR)模式中,電抗器L1a、L1bL1c,電抗器L2a、L2bL2c作為投切電抗器運行。 本發明由于采用換流器中帶有平波電抗器的結構,不需要接入輸電線路即可完成直流融冰裝置的通流試驗,并使得直流融冰裝置在不融冰時可轉換為晶閘管控制電抗器(TCR)或晶閘管控制電抗器(TSR)運行。本發明直流融冰裝置中的換流器不帶飽和電抗器,大大降低直流融冰裝置運行時的噪聲;通過設置隔離刀閘,使得晶閘管控制電抗器、直流融冰及其等效試驗功能等多種模式能夠實現相互自動轉換;不需要接入輸電線路即可完成直流融冰裝置的通流試驗,有效地解決日常運行維護的問題。本發明能夠實現晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管控制電抗器(TSR)、直流融冰及其等效試驗功能相互自動轉換的電路,適用于高壓及特高壓電網輸電線路的融冰,本發明的多功能直流融冰自動轉換電路設計合理,方便實用。本發明的多功能直流融冰自動轉換電路的轉換方法操作簡單,使用方便。

二、與現有技術的比較

2009-2011年覆冰期中的實際應用中發現現有直流融冰裝置存在需要優化的地方:①換流器中飽和電抗器噪聲較大;②對短線路融冰出現電流斷續;③需要接入輸電線路才能進行融冰裝置通流試驗,既受電網運行方式限制,也給電網的正常運行造成影響。本發明由于采用換流器中帶有平波電抗器的結構,不需要接入輸電線路即可完成直流融冰裝置的通流試驗,并使得直流融冰裝置在不融冰時可轉換為晶閘管控制電抗器(TCR)或晶閘管控制電抗器(TSR)運行。本發明直流融冰裝置中的換流器不帶飽和電抗器,大大降低直流融冰裝置運行時的噪聲;通過設置隔離刀閘,使得晶閘管控制電抗器、直流融冰及其等效試驗功能等多種模式能夠實現相互自動轉換;不需要接入輸電線路即可完成直流融冰裝置的通流試驗,有效地解決日常運行維護的問題。本發明能夠實現晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管控制電抗器(TSR)、直流融冰及其等效試驗功能相互自動轉換的電路,適用于高壓及特高壓電網輸電線路的融冰,本發明的多功能直流融冰自動轉換電路設計合理,方便實用。本發明的多功能直流融冰自動轉換電路的轉換方法操作簡單,使用方便。

三、發明創造創新高度

本實用新型專利是電網抵御冰災的全新技術,技術方案與國內外現存的完全不同,屬于原始創新。本實用新型專利填補了國內直流融冰關鍵技術的空白,使得我國在該領域走在世界前列。

四、對本領域內技術革新、產品升級換代、解決本領域關鍵性、重要性技術問題的貢獻程度

本專利技術顯著提高了直流融冰效率,使得我國電力系統的抗冰防冰工作“被動抗冰”轉變為“主動防冰”,從安全性低、效率低下的“人工除冰”轉變為安全、高效的“科技融冰”。詳細技術方案請見附件“專利權利要求書和說明書”。

【主要研究人員】

傅闖,饒宏,黎小林

【主要完成單位】

南方電網科學研究院有限責任公司

【所獲獎項】

南方電網科學研究院有限責任公司2015年專利獎二等獎