一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法

信息来源:电力国际信息参考  发布时间2016-08-03

【研究内容】

一、      技术方案

技术领域

本发明是一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法,特别是一种涉及能够实现晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电抗器(TSR)、直流融冰及其等效试验功能相互自动转换的电路及其转换方法,属于高压及特高压电网输电线路直流融冰应用的创新技术。

背景技术

输电线路在冬季覆冰严重威胁电力系统的安全运行。由于导线上增加了冰载荷,对导线、铁塔和金具都会带来一定的机械损坏,覆冰严重时会断线、倒杆塔,导致大面积停电事故,对国民经济造成重大损失。随着全球气候的不断恶化,冰灾对输电线路造成的危害越发严重。特别是2008年初的冰灾,对我国电网造成了巨大的损失。国内外研究融冰的几种思路为:将电能转化为热能融冰;将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰的物理结构,达到使覆冰脱落的目的;直接破坏物理结构的机械法除冰。 我国自上世纪70年代以来就一直在220kV以下线路上采用交流短路方法对严重覆冰线路进行融冰,对防止冰灾起到了一定的作用。由于交流融冰需要很高的热量,且交流线路存在电抗,致使220kV及以下线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的5-10倍;对于500kV以上超高压和特高压交流输电线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的10-20倍。在实施交流电流短路融冰时往往存在融冰电源容量远远不足的问题。因此,对于500 kV或更高电压等级输电线来说,由于难以找到满足要求的融冰电源,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,国际上自上世纪80年代开始就一直在探讨直流融冰的可能和开发直流融冰装置。1998年的北美冰风暴灾难后,魁北克水电局与AREVA公司合作开发了一套直流融冰装置,该装置装设于魁北克的Lévis变电站,2008年完成现场调试。但是到目前为止,该装置还没有用于过实际融冰。 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。 20111月,受持续低温雨雪凝冻天气影响,南方电网供电区域内贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的输变电设施相继出现覆冰险情,先后导致141410kV及以上线路、7035kV及以上变电站停运。2011年次冰灾是继2008年之后南方电网遭遇的又一次特重冰灾。但与2008年多条线路断线倒塔、500kV主网架遭受重创、电网多处解列或孤网运行、大量减供负荷相比,本次冰灾期间未发生220kV及以上线路倒塔事故,未发生县级及以上城市停电事故,确保了电网安全稳定运行和电力正常供应。2011年冰灾中,南方电网已经安装的19套直流融冰装置首次得到了全面实战检验,发挥了巨大的作用,累计对110kV及以上线路融冰227次,其中500kV线路40余次。 鉴于直流融冰装置实际应用效果,我国电网企业从2011年开始又进行了新一轮的大规模推广应用。 2009-2011年覆冰期中的实际应用中发现现有直流融冰装置存在需要优化的地方:①换流器中饱和电抗器噪声较大;②对短线路融冰出现电流断续;③需要接入输电线路才能进行融冰装置通流试验,既受电网运行方式限制,也给电网的正常运行造成影响。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种大大降低直流融冰装置运行时的噪声,使其多种模式能够实现相互自动转换,不需要接入输电线路即可完成直流融冰装置的通流试验,有效地解决日常运行维护问题的多功能直流融冰自动转换电路。本发明设计合理,方便实用。本发明的另一目的在于提供一种操作简单,使用方便的多功能直流融冰自动转换电路的转换方法。本发明的技术方案是:本发明的多功能直流融冰自动转换电路,包括有至少一个由如下构件组成的分转换电路,该分转换电路包括有不带饱和电抗器的六脉动换流器R,电抗器L1aL1bL1c,电抗器L2aL2bL2c,三相刀闸Sac1Sac2Sac3,单相刀闸SV1SV2SV3SV4SV5。分转换电路中不带饱和电抗器的六脉动换流器R与电抗器L1aLbLc相连,与电抗器L2aL12bL2c相连;电抗器L2aL2bL2c通过三相刀闸Sac1与电抗器L1cL1bL1a分别对应相连;三相刀闸Sac3一端与不带饱和电抗器的六脉动换流器R一端相连,另一端短接;三相刀闸Sac2一端与电抗器L2aL2bL2c相连,另一端短接;单相刀闸SV1SV2SV3与不带饱和电抗器的六脉动换流器R中阀臂V1V2V3V4V5V6相连,SV4连接于电抗器L2bL2c相间,SV5连接于电抗器L2aL2c相间。 上述转换电路中的六脉动换流器R不带饱和电抗器。 上述转换电路中电抗器L1aL1bL1c的电感值为电抗器L2aL2bL2c0.05-0.2倍,电抗器L1aL1bL1c的额定电流值按融冰模式要求设计,电抗器L2aL2bL2c的额定电流值按晶闸管控制电抗器(TCR)或晶闸管投切电抗器(TSR)模式要求设计。 上述多功能六脉动直流融冰自动转换电路包括有一个分转换电路、直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2Sdc3SVdc4,隔离刀闸K,断路器QF,以及控制保护系统CP,直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2并联后与分转换电路中三相刀闸Sac3短接端相连;单相刀闸Sdc3Sdc4并联后与分转换电路中三相刀闸Sac2短接端相连;分转换电路通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV10kV母线相连,刀闸Sac1Sac2Sac3KSV1SV2SV3SV4SV5Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4和断路器QF的位置信号及换流器交流侧电流信号IvaIvbIvc及直流侧电流信号IdpIdn及直流侧电压信号UdpUdn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。 上述多功能串联型十二脉动直流融冰自动转换电路包括有两个首尾串联连接的分转换电路,分别为分转换电路TC1及分转换电路TC2Y/Y联结变压器T1Y/△联结变压器T2,直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2Sdc3SVdc4,隔离刀闸K,断路器QF,以及控制保护系统CP,且两个分转换电路连接中点接地,分转换电路TC1Y/Y联结变压器T1相连,分转换电路TC2Y△联结变压器T2相连;分转换电路TC1TC2中不带饱和电抗器的六脉动换流器R通过三相刀闸Sac3短接端首尾相连;直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2并联后与分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端相连;单相刀闸Sdc3Sdc4并联后与分转换电路TC2中三相刀闸Sac2短接端相连;Y/Y联结变压器T1Y/△联结变压器T2通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV10kV220kV母线相连。刀闸Sac1Sac2Sac3KSV1SV2SV3SV4SV5Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4和断路器QF的位置信号及整流变阀侧电流信号IyvaIyvbIyvcIdvaIdvbIdvc及网侧电流IyaIybIycIdaIdbIdc及直流侧电流信号IdpIdnIdgn及直流侧电压信号UdpUdn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。 上述多功能并联型十二脉动直流融冰自动转换电路,其特征在于包括有两个并联的分转换电路,分别为分转换电路TC1及分转换电路TC2Y/Y联结变压器T1Y/△联结变压器T2,直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2Sdc3SVdc4,隔离刀闸K,断路器QF,以及控制保护系统CP,分转换电路TC1Y/Y联结变压器T1相连,分转换电路TC2Y△联结变压器T2相连;分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端和分转换电路TC2中三相刀闸Sac3短接端相连;分转换电路TC1中三相刀闸Sac3短接端和分转换电路TC2中三相刀闸Sac3短接端相连;直流侧转换刀闸Sdc1Sdc2并联后与分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端相连;单相刀闸Sdc3Sdc4并联后与分转换电路TC2中三相刀闸Sac2短接端相连;Y/Y联结变压器T1Y/△联结变压器T2通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV10kV220kV母线相连。刀闸Sac1Sac2Sac3KSV1SV2SV3SV4SV5Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4和断路器QF的位置信号及整流变阀侧电流信号IyvaIyvbIyvcIdvaIdvbIdvc及网侧电流IyaIybIycIdaIdbIdc及直流侧电流信号IdpIdn及直流侧电压信号UdpUdn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。 上述多功能并联型和串联型十二脉动直流融冰自动转换电路运行于融冰模式时为12脉动。 本发明多功能自动转换电路的转换方法,包括如下转换模式: 1)一去一回直流融冰模式(即A-B相导线串联融冰):三相刀闸Sac1断开,Sac2Sac3闭合;单相刀闸SV1SV2SV3断开,SV4SV5闭合,Sdc1Sdc2闭合,Sdc3Sdc4断开;交流侧隔离刀闸K和断路QF器闭合; 2)二去一回直流融冰模式(即AB相导线并联后再与C相导线串联融冰):三相刀闸Sac1断开,Sac2Sac3闭合;单相刀闸SV1SV2SV3断开,SV4SV5闭合,Sdc1Sdc2Sdc4闭合,Sdc3断开;交流侧隔离刀闸K和断路QF器闭合; 3)开路试验模式:三相刀闸Sac1断开,Sac2Sac3闭合;单相刀闸SV1SV2SV3断开,SV4SV5闭合,Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4断开;交流侧隔离刀闸K和断路QF器闭合; 4)零功率试验模式:三相刀闸Sac1断开,Sac2Sac3闭合;单相刀闸SV1SV2SV3断开,SV4SV5闭合,Sdc1Sdc4断开,Sdc2Sdc3闭合;交流侧隔离刀闸K和断路QF器闭合; 5)晶闸管控制电抗器(TCR)模式:三相刀闸Sac1闭合,Sac2Sac3断开;单相刀闸SV1SV2SV3闭合,SV4SV5断开,Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4断开;交流侧隔离刀闸K和断路器QF闭合; 6)晶闸管投切电抗器(TSR)模式:三相刀闸Sac1闭合,Sac2Sac3断开;单相刀闸SV1SV2SV3闭合,SV4SV5断开,Sdc1Sdc2Sdc3Sdc4断开;交流侧隔离刀闸K和断路器QF闭合。 上述一去一回直流融冰模式、二去一回直流融冰模式、开路试验模式和零功率试验模式中,电抗器L1aL1bL1c作为换相电抗器运行,电抗器L2aL2bL2c作为平波电抗器运行。上述晶闸管控制电抗器(TCR)模式中,电抗器L1aL1bL1c,电抗器L2aL2bL2c作为相控电抗器运行。 上述晶闸管投切电抗器(TSR)模式中,电抗器L1aL1bL1c,电抗器L2aL2bL2c作为投切电抗器运行。 本发明由于采用换流器中带有平波电抗器的结构,不需要接入输电线路即可完成直流融冰装置的通流试验,并使得直流融冰装置在不融冰时可转换为晶闸管控制电抗器(TCR)或晶闸管控制电抗器(TSR)运行。本发明直流融冰装置中的换流器不带饱和电抗器,大大降低直流融冰装置运行时的噪声;通过设置隔离刀闸,使得晶闸管控制电抗器、直流融冰及其等效试验功能等多种模式能够实现相互自动转换;不需要接入输电线路即可完成直流融冰装置的通流试验,有效地解决日常运行维护的问题。本发明能够实现晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管控制电抗器(TSR)、直流融冰及其等效试验功能相互自动转换的电路,适用于高压及特高压电网输电线路的融冰,本发明的多功能直流融冰自动转换电路设计合理,方便实用。本发明的多功能直流融冰自动转换电路的转换方法操作简单,使用方便。

二、与现有技术的比较

2009-2011年覆冰期中的实际应用中发现现有直流融冰装置存在需要优化的地方:①换流器中饱和电抗器噪声较大;②对短线路融冰出现电流断续;③需要接入输电线路才能进行融冰装置通流试验,既受电网运行方式限制,也给电网的正常运行造成影响。本发明由于采用换流器中带有平波电抗器的结构,不需要接入输电线路即可完成直流融冰装置的通流试验,并使得直流融冰装置在不融冰时可转换为晶闸管控制电抗器(TCR)或晶闸管控制电抗器(TSR)运行。本发明直流融冰装置中的换流器不带饱和电抗器,大大降低直流融冰装置运行时的噪声;通过设置隔离刀闸,使得晶闸管控制电抗器、直流融冰及其等效试验功能等多种模式能够实现相互自动转换;不需要接入输电线路即可完成直流融冰装置的通流试验,有效地解决日常运行维护的问题。本发明能够实现晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管控制电抗器(TSR)、直流融冰及其等效试验功能相互自动转换的电路,适用于高压及特高压电网输电线路的融冰,本发明的多功能直流融冰自动转换电路设计合理,方便实用。本发明的多功能直流融冰自动转换电路的转换方法操作简单,使用方便。

三、发明创造创新高度

本实用新型专利是电网抵御冰灾的全新技术,技术方案与国内外现存的完全不同,属于原始创新。本实用新型专利填补了国内直流融冰关键技术的空白,使得我国在该领域走在世界前列。

四、对本领域内技术革新、产品升级换代、解决本领域关键性、重要性技术问题的贡献程度

本专利技术显著提高了直流融冰效率,使得我国电力系统的抗冰防冰工作“被动抗冰”转变为“主动防冰”,从安全性低、效率低下的“人工除冰”转变为安全、高效的“科技融冰”。详细技术方案请见附件“专利权利要求书和说明书”。

【主要研究人员】

傅闯,饶宏,黎小林

【主要完成单位】

南方电网科学研究院有限责任公司

【所获奖项】

南方电网科学研究院有限责任公司2015年专利奖二等奖