CN103378574A

CN103378574A - 直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法

Info

Publication number: CN103378574A
Application number: CN2012101227348A
Authority: CN
Inventors: 张翔; 田杰; 邹立峰; 程颖; 杨堂华; 孙鹏
Original assignee: NR Electric Co Ltd; Yunnan Power Grid Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; Yunnan Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN103378574B

Abstract

本发明公开一种直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，如果处于导线融冰模式，采用一去一回融冰方式或一去二回融冰方式，此时直流融冰装置采用定直流电流为控制目标；如果处于架空地线融冰模式，则控制第三、四开关始终处于打开位置，而第一、二开关的开合位置根据规则进行控制，此时融冰装置以定接地直流电流为控制目标，并且取消融冰线路接地保护增加接地电流过流保护。采用本发明可以在不改变原直流融冰装置一次设备结构而只改造控制保护系统的情况下，即可满足对架空地线进行大地回流融冰的需求。

Description

直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种可同时实现三相导线融冰和架空地线融冰功能的直流融冰装置控制保护方法。

背景技术

2008年我国南方地区发生了严重的冰雪灾害，出现了大面积倒塔现象，给输电线路和电网结构造成了极大破坏。为此，国内单位积极开展抗冰、融冰方面的研究工作，并研制成功了直流融冰装置。直流融冰装置一般由晶闸管换流阀及一些辅助设备构成，可以将发电机或电网的3相交流电压整流成直流电压。融冰时，将直流电压加在输电线路上形成电流回路，通过发热达到对线路导线融冰的目的。大量实践证明，直流融冰装置在线路导线融冰方面具有显著效果。

直流融冰装置直流侧通过6把或4把隔离开关与三相导线连接，三相导线在对站用专用导线或隔离开关直接短接，直流融冰装置和导线形成了直流回路。直流融冰装置对导线进行融冰时，一般都是以回路中流通的直流电流Id大小作为控制对象，以定Id作为控制目标进行闭环控制。正常运行时，换流阀阳极接地点中流过的接地电流Idgnd非常小，理论值为0。当融冰线路上某点发生接地短路故障时，在接地短路故障点和换流阀阳极接地点之间通过大地也会形成一条电流回路，对直流电流Id进行分流，此时Idgnd中的电流会变得比较大。根据这种现象为直流融冰装置设置了接地短路保护，专门用于在直流融冰装置对导线融冰时，对导线接地短路故障进行保护。

三相导线融冰时可选择的方式有两种：一去一回融冰方式和一去二回融冰方式。一去一回融冰方式指三相导线中第一相和第二相或第三相短接形成融冰回路；一去二回融冰方式指三相导线中第二相和第三相导线两侧先短接形成并联回路，然后再与第一相导线短接串联从而形成融冰回路。

为了防止三相导线在融冰期间因覆冰载荷不均而出现倒塔情况，因此在对三相导线进行融冰时需要采取均衡融冰的控制策略，配合图1所示，即，在一去一回的融冰方式下，先进行AB相导线融冰模式（S1、S3闭合，S2、S4打开）融冰，再进行BC相导线融冰模式（S2、S4闭合，S1、S3打开）融冰，最后进行CA相导线融冰模式（S1、S4闭合，S2、S3打开）融冰；如果直流侧只有4把选相隔离开关，在一去二回的融冰方式下，先进行A相导线全电流BC相导线半电流融冰模式（S1、S3、S4闭合，S2打开）融冰，再进行AB相导线半电流C相导线全电流融冰模式（S1、S2、S4闭合，S3打开）融冰；如果直流侧有6把选相隔离开关，在一去二回的融冰方式下，先进行A相导线全电流BC相导线半电流融冰模式融冰，再进行B相导线全电流CA相导线半电流融冰模式融冰，最后进行C相导线全电流AB相导线半电流融冰模式融冰。在每种融冰模式之间切换时，一般的控制策略是，先将直流电流逐步下降为0，再将直流隔刀全部打开，再把下一种融冰模式对应的直流隔刀闭合，最后将直流电流逐步提升到原先的电流值。在实际融冰过程中，还可根据导线覆冰的脱落情况确定是停止融冰还是再进行不同融冰模式之间的切换。

在冰灾期间，输电铁塔顶部的架空地线同样会存在严重覆冰问题。由于架空地线一般在每个铁塔上都会直接接地，因此直流融冰装置一直无法对架空地线进行融冰。在凝冻期间，架空地线因严重覆冰而导致弧垂下垂，接近甚至低于导线。线路导线在正常运行时因为与架空地线之间的绝缘距离不足而出现放电情况引起跳闸，从而导致导线无法正常输电；线路导线在融冰过程中覆冰脱落而产生舞动更容易对架空地线放电，从而影响导线的正常融冰。因此，只有对线路导线和架空地线都进行融冰才能彻底解决输电线路的覆冰问题，才能保证输电线路不仅不出现倒塔情况，而且还能正常输电运行。

目前在一些输电线路覆冰情况严重的地区电力运行单位已对部分输电线路的架空地线进行了绝缘化改造。所谓架空地线的绝缘化改造是指架空地线与铁塔不再直接相连，而是通过架空地线绝缘装置（包括绝缘子和并联放电间隙）与铁塔相连，架空地线每隔一段距离（例如：4~5km）装设一台接地开关，在输电期间接地开关闭合，确保架空地线可靠接地，在融冰期间接地开关打开，并且在两根架空地线末端互相短接或与导线短接，使两根架空地线之间或与导线之间形成融冰电流流通的回路。

架空地线的电阻较大，一般是同塔上导线电阻的十几倍甚至几十倍，虽然架空地线所需的融冰直流电流较小，但综合起来看，架空地线所需融冰装置提供的直流电压仍然较高。而目前已投运的直流融冰装置的额定容量和额定电压都是根据相应变电站内线路导线的参数定制的，很难变动，因此为了保证架空地线内流过的电流能达到融冰电流值并且直流融冰装置的输出直流电压在设备的允许范围之内，可以采用融冰电流从大地回流的融冰方式，即在某个铁塔处设置接地极并在此处将架空地线接地，使架空地线和大地形成融冰电流回路，以保证融冰回路中电阻最小。可以将这种架空地线的融冰方式称为大地回流架空地线融冰。

大地回流架空地线融冰过程中，大地是融冰电流通道，会流过正常的融冰电流，而融冰装置中正常的电流回流通道则没有电流流过，如果不对直流融冰装置的控制保护系统进行改造将无法满足架空地线融冰的要求。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，其可以在不改变原直流融冰装置一次设备结构而只改造控制保护系统的情况下，即可满足对架空地线进行大地回流融冰的需求。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，所述的直流融冰装置直流侧通过4把隔离开关连接三相融冰母线，其中，第一、二开关的一端连接在一起，并共同连接整流后直流电源的正极，而第一开关的另一端连接三相融冰母线的第一相；第三、四开关的一端连接在一起，并共同连接整流后直流电源的负极，而第三开关的另一端与第二开关的另一端连接，并共同连接三相融冰母线中的第二相；第四开关的另一端连接三相融冰母线中的第三相；所述控制保护方法的内容是：

（1）当直流融冰装置处于导线融冰模式时，将三相融冰母线与各输电铁塔的三相导线同相对应连接，三相导线在对站用专用导线或隔离开关直接短接，选择一去一回融冰方式或者一去二回融冰方式，并且对直流侧选相隔离开关的开、合操作与融冰装置的功率升降相配合实现三相导线的均衡融冰；

直流融冰装置在进行导线融冰时保持以定直流电流为控制目标；

同时判断此时导线电阻与预设阈值的关系，若待融冰导线距离较长即电阻高于预设阈值，则对4把隔离开关的开合位置控制策略采用一去二回融冰方式；若待融冰导线距离较短即电阻低于预设阈值，则对4把隔离开关的开合位置控制策略采用一去一回融冰方式，并在每种融冰方式下对隔离开关的开、合位置组合状态进行切换；

（2）当直流融冰装置处于架空地线融冰模式时，将输电铁塔上的两根架空地线在对站用专用导线或隔离开关直接短接后再通过专用导线连接到专用接地极上；直流融冰装置的三相融冰母线中的第一、二相分别与两根架空地线连接；控制第三、四开关始终处于打开位置，而第一、二开关的开合位置根据以下规则进行控制：

当同时对两根架空地线进行融冰时，控制第一、二开关同时闭合；当每次只对一根架空地线进行融冰时，控制与该条架空地线对应的隔离开关闭合，并且控制第一、二开关的开、合操作与融冰装置的功率升降相配合完成两根架空地线的均衡融冰；

直流融冰装置在进行架空地线融冰时，是以定接地直流电流为控制目标的，并且此时控制目标的最小允许值根据单根架空地线的最小融冰电流值来确定。

上述步骤（2）中，在每次只对一根架空地线进行融冰时，控制第三、四开关始终处于打开位置，将所需进行融冰的架空地线对应的隔离开关闭合，将与另一架空地线对应的隔离开关打开，当观察到需进行融冰的架空地线上的覆冰开始融化时，将直流融冰装置电流降为0，并闭锁融冰装置的触发脉冲；再将该架空地线对应的隔离开关打开，控制另一根架空地线对应的隔离开关闭合，解锁直流融冰装置的触发脉冲，并将电流升至融冰电流，对该另一根架空地线进行融冰。

上述步骤（2）中，在直流融冰装置处于架空地线融冰模式时，将导线融冰模式下使用的融冰线路接地保护退出，投入接地电流过流保护，接地电流过流保护设定为报警段和跳闸段两段；

当报警段|Idgnd| > K1 * Iset满足时启动报警；当跳闸段|Idgnd| > K2 * Iset满足时启动跳闸段动作移相闭锁，跳交流断路器，锁定交流断路器；其中：Idgnd是测量得到的融冰装置接地电流的瞬时值；Iset是产生2.5V跨步电压的接地电流值。

上述K1取值0.7～0.8，延时300～800ms，K2取值0.8～0.9，延时4～10ms。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：通过对直流融冰装置控制保护系统的控制目标、控制策略、保护方法和后台界面的改造使得原先直流融冰装置在不需要改变一次系统结构的情况下即可满足长距离架空地线进行大地回流融冰的需求。

附图说明

图1是本发明中的直流融冰装置对三相导线进行融冰的示意图；

图中，DC+：直流融冰装置的直流正端（换流阀的阴极）；DC-：直流融冰装置的直流负端（换流阀的阳极）；S1-S4：直流融冰装置直流侧的选相隔离开关；Ud：直流融冰装置的直流侧电压；Id：直流融冰装置测量到的直流电流；Idgnd：直流融冰装置测量到的接地电流；

图2是本发明中的直流融冰装置对架空地线进行融冰的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，其所基于的直流融冰装置包括4把隔离开关S1-S4，其中，开关S1、S2的一端连接在一起，并共同连接交流电源的正端，开关S1的另一端作为三相融冰母线中的第一相；开关S3、S4的一端连接在一起，并共同连接交流电源的负端，而开关S3的另一端与开关S2的另一端连接，并共同作为三相融冰母线中的第二相；开关S4的另一端作为三相融冰母线中的第三相。

如图1所示，在对三相导线融冰时，三相融冰母线与各输电铁塔的三相导线同相对应连接，三相导线在对站用专用导线或隔离开关直接短接，直流融冰装置和导线形成了直流回路；此为现有技术，在此不再赘述。

如图2所示，各输电铁塔的三相导线不再与直流融冰母线相连，而各输电铁塔上的两根架空地线D1、D2在对站用专用导线或隔离开关直接短接后再通过专用导线连接到专用接地极上；直流融冰装置的三相融冰母线中的两根（指第一、二相）分别与两根架空地线连接，本实施例中是将第一相连接架空地线D1，第二相连接架空地线D2，从而使得直流融冰装置和架空地线通过大地形成直流回路。

直流融冰装置在进行导线融冰时一般是以定直流电流Id为控制目标的。而在对架空地线进行融冰时，由于S3、S4都处于打开位置，Id始终为0，不能再作为控制目标，需要修改相应的控制保护程序，将控制目标切换为定接地电流Idgnd。在定接地电流控制时，控制目标的最小允许值（即融冰装置的最小输出电流）比定直流电流控制时要小，具体数值需要根据单根架空地线的最小融冰电流值来确定，如表1所示。融冰装置的最小输出电流值也不能设置过小，需要保证融冰装置在该电流水平下运行时电流不能出现断流，在目前已经实施过架空地线改造的直流融冰装置中，该值设置为50A。该最小电流值与不同生产厂家生产的融冰装置的具体结构、设备参数以及待融冰的架空地线参数有关，在选择该最小值时需要通过仿真试验等方法具体确定。

表1 几种常见型号架空地线的最小融冰电流

地线型号	地线直流电阻（Ω/km）	最小融冰电流(A)
			GJ-35	5.154	65
GJ-50	3.873	80
			GJ-70	2.844	95
GJ-100	1.899	125
			LBGJ-50-20AC	1.731	110
LBGJ-60-30AC	0.9464	160
			LBGJ-70-20AC	1.2021	150
LBGJ-80-40AC	0.5483	220
			LBGJ-95-20AC	0.9002	180
LBGJ-100-40AC	0.4332	270

注：

1、最小融冰电流根据国内外试验、经验公式计算，条件为：环境温度-5℃，风速5米/秒，覆冰厚度10mm；

2、偏保守计算，输电线路直流电阻取20℃值；

修改控制保护程序，使得程序能够根据直流融冰装置目前处于导线融冰模式还是架空地线融冰模式对直流侧选相隔离开关S1、S2、S3、S4的开合位置的控制策略进行选择。如果融冰装置处于导线融冰模式，如图1所示，那么4把选相隔离开关的开合位置控制策略保持原先策略不变，即一去一回融冰方式和一去二回融冰方式，并且在每种融冰方式下对直流侧选相隔离开关的开、合位置组合状态进行切换以保证三相导线的均衡融冰。如果融冰装置处于架空地线融冰模式，如图2所示，那么隔离开关S3、S4始终处于打开位置，再根据架空地线的具体融冰方式对S1、S2的开合位置进行控制，即同时对2条架空地线进行融冰时，控制S1和S2同时闭合，每次只对1条架空地线融冰时，控制与该条架空地线对应的直流隔刀闭合，并且控制S1和S2的开、合操作与融冰装置的功率升降相配合完成2根架空地线的均衡融冰。例如，先对架空地线D1进行融冰，闭合S1，打开其它选相隔离开关，将直流融冰装置电流升流开始对架空地线D1进行融冰；当观察到D1上的覆冰开始融化时，将直流融冰装置电流降为0，并闭锁融冰装置的触发脉冲，将S1打开，将S2闭合，再将融冰装置的触发脉冲解锁，并将电流升至融冰电流，对架空地线D2进行融冰。按上述方式依次对架空地线D1和D2进行融冰，达到对架空地线均衡融冰的目的。

直流融冰装置进行导线融冰时如果融冰导线某处出现接地短路故障，那么接地故障点与融冰装置接地点之间会形成直流电流的大地回路，需要设置接地电流保护来识别和保护这种故障。而在对架空地线进行融冰时，由于架空地线某处已经人为接地，融冰直流电流通过架空地线的接地点和阀组接地点，回流电流属正常电流，因此取消接地短路保护。但是，架空地线通过埋设接地极接地，阀组接地点通过站内接地网接地，它们之间会经过大地流过一个融冰工作电流，考虑到该电流产生跨步电压等问题，允许流过的电流有限，因此增加接地电流过流保护。接地电流过流保护分两段：

1) |Idgnd| > K1 * Iset;

2) |Idgnd| > K2 * Iset;

式中：Idgnd是测量得到的融冰装置接地电流的瞬时值，Iset是产生2.5V跨步电压的接地电流值，可以通过理论计算或者实际测量得到；K1为I段（报警段）定值，K2为II段（跳闸段）定值。

本发明中增加的接地电流过流保护动作顺序如下：

1）满足|Idgnd| > K1 * Iset式时启动I段报警；

2）满足|Idgnd| > K2 * Iset式时启动II段动作移相闭锁，跳交流断路器，锁定交流断路器。

上述K1取0.7～0.8，延时300～800ms，K2取0.8～0.9，延时4～10ms。

在控制保护系统后台界面中设置导线融冰模式和架空地线融冰模式的选择按钮，选择某种融冰模式后，控制保护程序中会执行该模式下的控制目标、控制策略、保护方法相应的程序。通过这种方式就可以实现不同融冰模式之间的自动切换功能。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，所述的直流融冰装置直流侧通过4把隔离开关连接三相融冰母线，其中，第一、二开关的一端连接在一起，并共同连接整流后直流电源的正极，而第一开关的另一端连接三相融冰母线的第一相；第三、四开关的一端连接在一起，并共同连接整流后直流电源的负极，而第三开关的另一端与第二开关的另一端连接，并共同连接三相融冰母线中的第二相；第四开关的另一端连接三相融冰母线中的第三相；其特征在于所述控制保护方法的内容是：

2.如权利要求1所述的直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在每次只对一根架空地线进行融冰时，控制第三、四开关始终处于打开位置，将所需进行融冰的架空地线对应的隔离开关闭合，将与另一架空地线对应的隔离开关打开，当观察到需进行融冰的架空地线上的覆冰开始融化时，将直流融冰装置电流降为0，并闭锁融冰装置的触发脉冲；再将该架空地线对应的隔离开关打开，控制另一根架空地线对应的隔离开关闭合，解锁直流融冰装置的触发脉冲，并将电流升至融冰电流，对该另一根架空地线进行融冰。

3.如权利要求1所述的直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在直流融冰装置处于架空地线融冰模式时，将导线融冰模式下使用的融冰线路接地保护退出，投入接地电流过流保护，接地电流过流保护设定为报警段和跳闸段两段；

4.如权利要求3所述的直流融冰装置实现融冰功能的控制保护方法，其特征在于：所述K1取值0.7～0.8，延时300～800ms，K2取值0.8～0.9，延时4～10ms。