CN101615772B - 一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法 - Google Patents

Abstract

一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法，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。本发明针对两个变电站之间的输电线路进行融冰的方法，首先将需融冰的输电线路从电网上断开，将两个变电站用于改善功率因数的无功补偿装置从电网上断开，然后将其中一个变电站的无功补偿装置经过需融冰输电线路接入到另一个变电站的母线上，形成融冰回路中，融冰回路处于无功过补偿状态，输电线路升温，达到融冰的效果。本发明用于高压线路融冰。

Description

一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法 

技术领域

本发明涉及一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法，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，提供了一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法。 

本发明方法包括以下步骤： 

步骤一、将两个变电站之间的一条输电线路从电网上断开； 

步骤二、将近端变电站母线上并联的第一无功补偿装置从电网上断开，并用电缆将所述输电线路的近端连接到所述近端变电站母线上； 

步骤三、将远端变电站母线上并联的第二无功补偿装置从电网上断开； 

步骤四、判断第二无功补偿装置接入到近端变电站母线是否引起高次谐波谐振， 

判断结果为是，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤六， 

步骤五、重新调整第二无功补偿装置的容量，然后执行步骤四， 

步骤六、用电缆将第二无功补偿装置与所述输电线路的远端连接，对输电线路进行融冰， 

步骤七、判断输电线路融冰电流是否大于第二无功补偿装置额定电流的1.3倍， 

判断结果为是，断开第二无功补偿装置与输电线路的连接，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤八， 

步骤八、输电线路上的覆冰消失后，结束融冰操作。 

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)本发明方法采用变电站原有设备，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是本发明方法的流程图，图2是双线双变网架结构采用本发明方法的结构示意图，图3和图4是双线双变网架结构66kV输电线路融冰示意图，图5是双线双变网架结构35kV输电线路融冰示意图。 

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式方法包括以下步骤： 

步骤一、将两个变电站之间的一条输电线路从电网上断开； 

步骤二、将近端变电站母线上并联的第一无功补偿装置1从电网上断开，并用电缆将所述输电线路的近端连接到所述近端变电站母线上； 

步骤三、将远端变电站母线上并联的第二无功补偿装置2从电网上断开； 

步骤四、判断第二无功补偿装置2接入到近端变电站母线是否引起高次谐波谐振， 

判断结果为是，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤六， 

步骤五、重新调整第二无功补偿装置2的容量，然后执行步骤四， 

步骤六、用电缆将第二无功补偿装置2与所述输电线路的远端连接，对输电线路进行融冰， 

步骤七、判断输电线路融冰电流是否大于第二无功补偿装置2额定电流的1.3倍， 

判断结果为是，断开第二无功补偿装置2与输电线路的连接，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤八， 

步骤八、输电线路上的覆冰消失后，结束融冰操作。 

下面参见图2说明各步骤的具体操作： 

步骤一所述将两个变电站之间的一条输电线路从电网上断开，将输电线路设置的第一隔离开关3和第二隔离开关4断开即可。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。 

步骤二所述将近端变电站母线上并联的第一无功补偿装置1从电网上断开，是将第七隔离开关9断开，即完成将第一无功补偿装置1从电网上断开。正常 工作时第七隔离开关9闭合，第一无功补偿装置1此时的作用是改善电网的功率因数，在采用本发明的方法对输电线路融冰时，将第一无功补偿装置1从电网上断开。 

步骤二所述用电缆将所述输电线路的近端连接到所述近端变电站母线上，是将图2中所示的第四隔离开关6闭合。 

步骤三所述将远端变电站母线上并联的第二无功补偿装置2从电网上断开，是将第六隔离开关8断开，即完成将第二无功补偿装置2从电网上断开。正常工作时第六隔离开关8闭合，第二无功补偿装置2此时的作用是改善电网的功率因数，在采用本发明的方法对输电线路融冰时，将第二无功补偿装置2从电网上断开。 

在要进行正式融冰之前，首先要判断第二无功补偿装置2接入近端变电站会不会引起高次谐波谐振。因为改变了近端变电站的供电系统的设计参数，为了防止第二无功补偿装置2的投入引起高次谐波谐振，需进行校验。经过步骤四判断后，如果能引起高次谐波谐振，则执行步骤五，即调整第二无功补偿装置2的无功容量(第二无功补偿装置的2的各相感抗X_L和容抗X_C)；如果不能引起高次谐波谐振，则执行步骤六，进行正式融冰。 

步骤六所述用电缆将第二无功补偿装置2与所述输电线路的远端连接，是将第五隔离开关7闭合，开始正式融冰。 

步骤七判断输电线路融冰电流是否大于第二无功补偿装置2额定电流的1.3倍，如果大于，则说明第二无功补偿装置2接入近端变电站这个回路参数匹配在某次谐波电流放大带内，应停止融冰操作，断开第二无功补偿装置2与输电线路的连接，然后再执行步骤五，调整第二无功补偿装置2的无功容量(第二无功补偿装置的2的各相感抗X_L和容抗X_C，并重新校验能否引起高次谐波谐振。如果输电线路的融冰电流一直低于第二无功补偿装置2额定电流的1.3倍，观察输电线路覆冰的融化情况，覆冰融化完成后，结束所有操作。 

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，近端变电站母线上并联第一无功补偿装置1，远端变电站母线上并联第二无功补偿装置2，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。调整第一无功补偿装置1和第二无功补偿装置2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电流接在线路末端。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3至图5给出的两个具体的实施例说明本发明装置融冰的过程： 

图3和图4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，融冰操作之前两个变电站正常工作时，第四隔离开关6和第五隔离开关7断开状态，其余几个隔离开关都处于闭合状态。当输电线路的导线截面积在80mm²～250mm²之间，需要对输电线路进行融冰，即大截面积的导线融冰时，将第一无功补偿装置1接入远端变电站的电网。首先将断开第一隔离开关3和第二隔离开关4；再断开第八隔离开关10，将第二无功补偿装置2从电网上断开；将第五隔离开关7闭合，即用电缆将输电线路的远端与远端变电站的母线连接；断开第三隔离开关5，将第一无功补偿装置1从电网上断开；校验第一无功补偿装置1接入远端变电站母线能否引起高次谐波谐振，如果能引起高次谐波谐振，调整第一无功补偿装置1的无功容量，如果不能引起高次谐波谐振，能闭合第四隔离开关6，实施融冰操作，融冰电流方向如图3所示。 

如导线截面积在80mm²以下，则可利用10kV母线上并联的第二无功补偿装置2，10kV母线上自身并联的第二无功补偿装置2的无功容量比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母线上自身并联的第二无功补偿装置2即可完成输电线路的融冰，方法同前，具体过程为：首先将断开第一隔离开关3和第二隔离开关4；再断开第七隔离开关9，将第一无功补偿装置1从电网上断开；将第四隔离开关6闭合，即用电缆将输电线路的近端与近端变电站的母线连接；断开第六隔离开关8，将第二无功补偿装置2从电网上断开；校验第二无功补偿装置2接入近端变电站母线能否引起高次谐波谐振，如果能引起高次谐波谐振，调整第二无功补偿装置2的无功容量，如果不能引起高次谐波谐振，能闭合第五隔离开关7，实施融 冰操作，融冰电流方向如图4所示。 

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3、图4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3至图5所示的相同。图3至图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3和图4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。 

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤四中判断第二无功补偿装置2接入到近端变电站母线是否引起高次谐波谐振的方法为： 

按如下公式计算接入近端变电站母线能引起高次谐波的无功容量Q_X： 

$Q_X=S_d(\frac{1}{n^2}-A)$

其中，S_d为近端变电站母线三相短路容量(MVA)； 

A为第二无功补偿装置2各相感抗(X_L)和容抗(X_C)的比值， 

即A＝X_L/X_C； 

n为谐波次数，取3，5，7，9， 

如果Q_X＝Q_C，则第二无功补偿装置2接入到近端变电站母线能引起高次谐波谐振，其中Q_C为第二无功补偿装置2的无功容量， 

如果Q_X≠Q_C，则第二无功补偿装置2接入到近端变电站母线不能引起高次谐波谐振，其它与实施方式一相同。 

具体实施方式三：下面结合图2和图3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，第一无功补偿装置1和第二无功补偿装置2采用电 容器、电容器组或静止无功补偿器SVC，其它与实施方式一相同。 

不需增加专用融冰设备，如可调电抗器，直流整流调压装置等。可利用现有的电网配置的电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC进行连接，就可构成在线路末端输入无功电流回路。对线路进行融冰。节省资金、人力、物力。 

Claims (3)

1.一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将两个变电站之间的一条输电线路从电网上断开；

步骤二、将近端变电站母线上并联的第一无功补偿装置(1)从电网上断开，并用电缆将所述输电线路的近端连接到所述近端变电站母线上；

步骤三、将远端变电站母线上并联的第二无功补偿装置(2)从电网上断开；

步骤四、判断第二无功补偿装置(2)接入到近端变电站母线是否引起高次谐波谐振，

判断结果为是，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤六，

步骤五、重新调整第二无功补偿装置(2)的容量，然后执行步骤四，

步骤六、用电缆将第二无功补偿装置(2)与所述输电线路的远端连接，对输电线路进行融冰，

步骤七、判断输电线路融冰电流是否大于第二无功补偿装置(2)额定电流的1.3倍，

判断结果为是，断开第二无功补偿装置(2)与输电线路的连接，执行步骤五，判断结果为否，执行步骤八，

步骤八、输电线路上的覆冰消失后，结束融冰操作。

2.根据权利要求1所述的一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法，其特征在于，步骤四中判断第二无功补偿装置(2)接入到近端变电站母线是否引起高次谐波谐振的方法为：

按如下公式计算接入近端变电站母线能引起高次谐波的无功容量Q_X：

$Q_X=S_d(\frac{1}{n^2}-A)$

其中，S_d为近端变电站母线三相短路容量(MVA)；

A为第二无功补偿装置(2)各相感抗X_L和容抗X_C的比值，

即A＝X_L/X_C；

n为谐波次数，取3，5，7，9，

如果Q_X＝Q_C，则第二无功补偿装置(2)接入到近端变电站母线能引起高次谐波谐振，其中Q_C为第二无功补偿装置(2)的无功容量，

如果Q_X≠Q_C，则第二无功补偿装置(2)接入到近端变电站母线不能引起高次谐波谐振。

3.根据权利要求1所述的一种线路末端注入无功电流的输电线路融冰方法，其特征在于，第一无功补偿装置(1)和第二无功补偿装置(2)采用电容器、电容器组或静止无功补偿器SVC。

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