CN101557090B - 一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置 - Google Patents

Abstract

一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置，属于高压输电系统领域，本发明的目的是解决采用电容补偿电感调负融冰方法存在大容量可调电感没有成型设备，设备投资大的问题。本发明的输电线路的两端分别设置第一隔离开关和第二隔离开关，它还包括近端融冰隔离开关、远端融冰隔离开关和无功补偿装置，无功补偿装置与近端融冰隔离开关的一端相连，第一隔离开关和输电线路近端的连接点与融冰隔离开关的另一端相连，第二隔离开关和输电线路远端的连接点与远端融冰隔离开关的一端相连，远端融冰隔离开关的另一端与远端变压器副边母线相连。本发明用于高压线路融冰。

Description

一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置

技术领域

本发明涉及一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置，属于高压输电系统领域。

背景技术

随着全球气候变化，大范围的气象灾害在世界范围内频繁发生。北欧和北美地区多次遭遇大范围冰雪灾害事故。近年来，我国也频频发生重大冰害事故。继2005年全国大面积冰害事故后，2008年1月，我国南方大部分省市遭遇了多年未遇的恶劣冰雪天气，输电线路的覆冰事故造成了大面积停电，并影响了通信、交通、旅游等相关行业，给国民经济带来了巨大损失。在抗击冰害期间，我国各有关方面采用了一些融冰方法，但这些方法的应用受到气象条件、运行条件、网架结构和技术因素等很多因素限制，实施难度较大，可借鉴的成功经验和案例很少，技术上并不完善。

国外相关科研机构在电力线除冰领域取得了一定成果。目前，国内外提出的防冰除冰方法约有30余种，主要分为加热融冰、机械除冰和自然脱冰等几类，应用较多的是加热融冰方法，主要有以下几种方法：

短路融冰(参见：苑吉河，蒋兴良，易辉，等.输电线路导线覆冰的国内外研究现状.高电压技术，2003，30(1)：6-10.)，理论上成立，受线路网架结构限制，有些线路不具备实施条件。融冰需停电进行，运行方式复杂，操作量大，影响面大，需要容量大。短路电流受电压，线路阻抗制约很难调整和控制。

调负融冰(参见：蒋兴良，张丽华.输电线路除冰防冰技术综述.高电压技术，1997，23(1)：73-77.，以及参见：山霞，舒乃秋.关于架空输电线除冰措施的研究.高电压技术，2006，32(4)：25-27.)，在辐射型供电网架中无法实施，最大负荷是一定的，负荷调整不了。在环型供电网架中有实施条件，需解环运行方能进行负荷调整，但负荷不好调整和控制，对正常供电有影响，实施调度比较困难，操作量大。

直流电流融冰(参见：常浩，石岩，殷威扬，等.交直流线路融冰技术研究.电网技术，2008，32(5)：1-6.)，直流融冰在500kV超高压直流输电系统已试验成功，并得到推广应用(参见：张辉，韩学山，王艳玲.架空输电线路运行载流量分析.电网技术，2008，32(14)：31-35.，以及参见：马玉龙，徐玲玲，石岩，等.三广直流工程融冰运行方式仿真试验.电网技术，2008，32(19)：22-25.)。该技术在交流系统中也得到应用，但存在功率消耗大，融冰时不仅融冰线路要停电，而且还要消耗15万千瓦至20万千瓦的融冰功率，相当于一个中等城市的供电负荷，增加其他线路负荷压力，对电网影响较大。同时需要直流电源和电力电子器件，成本很高。交流线路直流短路兼无功静止补偿融冰技术，已在220kV和500kV交流线路中应用，但技术和经济可行性有待进一步完善。

上述热融冰方法技术上存在一定局限性，有待进一步完善，为了克服上述问题，有人提出了电容补偿电感调负融冰方法(参见：刘刚，赵学增，陈永辉，等.电容补偿电感调负融冰方法.电网技术，2008，32(S2)：99-102.)，克服了短路融冰的瓶颈问题，但同时也存在大容量可调电感没有成型设备，采用电容补偿电感调负融冰方法设备投资大等问题。

发明内容

本发明的目的是解决采用电容补偿电感调负融冰方法存在大容量可调电感没有成型设备，设备投资大的问题，提供了一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置。

本发明包括第一隔离开关和第二隔离开关，输电线路的两端分别设置第一隔离开关和第二隔离开关，它还包括近端融冰隔离开关、远端融冰隔离开关和无功补偿装置，无功补偿装置与近端融冰隔离开关的一端相连，第一隔离开关和输电线路近端的连接点与融冰隔离开关的另一端相连，第二隔离开关和输电线路远端的连接点与远端融冰隔离开关的一端相连，远端融冰隔离开关的另一端与远端变压器副边母线相连。

本发明的优点：

(1)融冰线路不受线路长度限制，融冰时不用进行短路电流计算和考虑阻抗匹配确定线路短路位置及对线路进行三相短路工作。

(2)融冰时对运行电网没有冲击，不会产生覆冰脱落时导线舞动发生相间短路事故，不产生电网电压下降问题，安全性、稳定性好。

(3)融冰时线路不需短路，需要容量小，损失消耗电能少。

(4)本发明装置为大多变电站原有设备，所需成本极低，经济效益好。

(5)适应现行的以地(区)市级电业局、省局、网局行政区域划分的管理模式。适应现行调度管理模式、运行方式。不违反现行的有关规定，实施起来不受现行规定、规程制约。可以各地(区)市级电业局为单位，各自安排所管辖线路的融冰工作。由省局、省调协调相邻地(区)市级局有关配合问题，责任划分清楚，任务明确，利于融冰工作的开展和实施，利于电网安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2～图5是实施方式二的四个具体实施例。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括第一隔离开关1和第二隔离开关2，输电线路的两端分别设置第一隔离开关1和第二隔离开关2，它还包括近端融冰隔离开关3、远端融冰隔离开关4和无功补偿装置5，无功补偿装置5与近端融冰隔离开关3的一端相连，第一隔离开关1和输电线路近端的连接点与融冰隔离开关3的另一端相连，第二隔离开关2和输电线路远端的连接点与远端融冰隔离开关4的一端相连，远端融冰隔离开关4的另一端与远端变压器副边母线相连。

具体实施方式二：下面结合图2～图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，无功补偿装置5采用电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC，其它组成和连接关系与实施方式一相同。

所述输电线路指两个变电站之间的输电线路，本实施方式中所述无功补偿装置5采用并联在近端变电站母线上的电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC，即将近端变电站本来用于改善功率因数的无功补偿装置5连接到远端变电站中，用于输电线路的融冰，这样，不需再增加专用融冰设备，如可调电抗器，直流整流调压装置等。节省资金、人力、物力。

无功补偿装置5也可以采用独立的设备，并设置在近端变电站内。

第一隔离开关1连接在近端变压器副边母线上，第二隔离开关2连接在远端变压器原边母线上。

工作原理：

电流电压随着时间按正弦规律作周期变化的交流电力系统与直流系统相比，交流系统中除有功电源和有功负荷外，还伴有感性元件和容性元件。当交流电力系统处于运行状态，电流通过感性元件和容性元性时，其感性容量和容性容量与有功电源和有功负荷一样也处在某一平衡状态。按有功电源和有功负荷的存在形式，把感性容量视作无功负荷，把容性容量视作无功电源。交流电力系统就可看成为有功电源负荷和无功电源负荷两个并存且不可分割的电力系统。借助功率因数把有功系统和无功系统有机地联系起来，作为一个整体。有功系统运行是传输和消耗能源，无功系统运行是保持电力系统的电压水平，维持系统的稳定和供电质量。

为提高电网传输能力，降低线路损失，电网中装设并联无功补偿装置5(电容器、电容器组或SVC)，补充无功电流。这样设置能改善电网的功率因数，既而降低了输电线路的损耗。调整无功补偿装置5的补偿容量，可以改变输电线路中总负荷电流的大小。为了达到提高电网利用率，改善后的功率因数一般在0.6至0.95之间，功率因数越大，输电线路中负荷电流越大，当补偿无功电流达到过补偿状态时，输电线路中负荷电流会更大，很大程度的提升输电线路的温度，可以利用其对输电线路进行融冰，过剩的无功电流经输电线路送入电网。

电网在正常运行中，为降低线损保证最佳经济效益，严格控制过补偿，要求无功补偿就地平衡，不允许无功倒送。在电网抗冰灾时期，为确保线路不发生覆冰倒杆、倒塔事故，应采取积极措施。比较而言，并联电容补偿无功电流的输电线路融冰方法对线路影响小，比短路融冰法安全。

本发明技术方案能解决融冰过程中伴随的许多难题，简化输电线路融冰操作。利用无功电流对线路融冰，其关键技术在于如何使无功电流注入融冰线路再送入电网。本发明采用在融冰线路末端输入无功电流的方法，以解决这一关键问题，给出对线路融冰的条件。

无功电流融冰原理接线的特征是将无功补偿装置5接在线路末端。目前我国220kV及以下各级电网变电站电容补偿容量配置，是按供用电规则要求配置装设在变电站母线上。在35kV和110kV变电站中，其容量一般取主变压器容量的15％～20％；在66kV变电站中，其容量一般取主变压器容量的20％～30％；220kV变电站一般取主变压器容量的0％～30％。

下面结合图2～图5给出的四个具体的实施例说明本发明装置融冰的过程：

图2和图3所示双线双变供电网架是220kV经近端的三绕组变压器变成两组电压等级的二次侧，均为66kV，融冰线路为两条66kV的输电线路，远端的变压器将66kV变成10kV，本实施例适用于输电线路的导线截面积在80mm²～250mm²之间的导线融冰，即大截面积的导线融冰。

如导线截面积在80mm²以下，则可利用10kV母线上并联的无功补偿装置，10kV母线上自身并联的无功补偿装置(如电容器组)的容量比66kV母线上并联的电容器组的容量等级低，因此，输电线路的导线截面积小于80mm²时，利用10kV母线上自身并联的无功补偿装置即可完成输电线路的融冰。

双线双变供电网架设置两条输电线路，每条输电线路的融冰方法一样，以其中一条为例进行说明，需融冰输电线路上设置的第一隔离开关1和第二隔离开关2处于闭合状态，无功补偿装置5如采用并联在近端变电站母线上的电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC(如图3所示)，无功补偿装置5此时的作用是改善功率因数。近端融冰隔离开关3和远端融冰隔离开关4处于断开状态。无功补偿装置5也可以采用独立的电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC，并设置在近端变电站内，如图2所示。

当输电线路需要融冰时，将需融冰的输电线路停电，另一条输电线路正常供电，即采用的方案是对两条输电线路分别融冰，对一条输电线路融冰时，把需融冰的输电线路从电网上断开，另一条输电线路正常工作，需融冰的输电线路融冰完成后，恢复其供电，再将另一条输电线路从电网上断开进行融冰。本发明方法融冰时不影响其它线路正常供电，特别是用于融冰线路电压相同的无功电流融冰时，线路不需要切除供电负荷可照常供电。

对一条输电线路进行融冰的具体操作为：断开需融冰输电线路上的第一隔离开关1和第二隔离开关2，将需融冰输电线路从电网上断开。无功补偿装置5如采用并联在近端变电站母线上的电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC，先将无功补偿装置5从近端母线上断开，然后，将近端融冰隔离开关3和远端融冰隔离开关4闭合，这样，将线路末端的无功补偿装置5投入到需融冰输电线路的融冰线路中，电流方向如图所示，从无功补偿装置5流经近端融冰隔离开关3、需融冰输电线路、远端融冰隔离开关4和断路器，并注入10kV母线，现在是无功过补偿状态，电流变大，需融冰输电线路升温，达到融冰的效果。另一条输电线路的融冰过程同上所述。

图4和图5所示双线双变供电网架是220kV经近端的三绕组变压器变成两组电压等级的二次侧，均为35kV，融冰线路为两条35kV的输电线路，远端的变压器将35kV变成10kV，其它原理与图2、图3的相同。

对220kV输电线路进行融冰时，在双线双变终端变电站，实施和接线方法同图2～图5所示的相同。图2～图5是双线双变供电网架结构，本发明方法也适用其它网架结构，对220kV环形电网进行融冰时，在单环网架下进行线路融冰时需解环进行，融冰线路需停电。其它接线方式及工作原理与图2所示的66kV线路相同。在融冰操作前和操作过程中，注意考虑和计算电网潮流分布情况。

在双环供电网架下进行融冰，需将融冰线路停电，可只解开一个环，对另一个环进行融冰，同时应考虑电网潮流分布情况。

Claims (2)

1.一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置，它包括第一隔离开关(1)和第二隔离开关(2)，输电线路的两端分别设置第一隔离开关(1)和第二隔离开关(2)，

其特征在于，它还包括近端融冰隔离开关(3)、远端融冰隔离开关(4)和无功补偿装置(5)，

无功补偿装置(5)与近端融冰隔离开关(3)的一端相连，第一隔离开关(1)和输电线路近端的连接点与融冰隔离开关(3)的另一端相连，

第二隔离开关(2)和输电线路远端的连接点与远端融冰隔离开关(4)的一端相连，远端融冰隔离开关(4)的另一端与远端变压器副边母线相连。

2.根据权利要求1所述的一种在输电线路末端注入无功电流的融冰装置，其特征在于，无功补偿装置(5)采用电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC。

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