CN103746327A - 一种10kv站用式直流融冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10KV站用式直流融冰装置，是用于将10KV交流电源整流成直流电源对输电线路进行除冰作业的装置，主要由断路器、电抗器、整流单元、融冰线路切换开关、脉冲功率放大隔离单元、DSP脉冲控制器组成；所述断路器的一侧将变电站10KV电源引入，另一侧与电抗器相连，电抗器出线与整流单元的电源进线相连，整流单元的直流出线与融冰线路切换开关相连，融冰线路切换开关另一侧与融冰线路相连。该直流融冰装置的系统结构简单、运行可靠、容量大、价格低廉；采用数字信号处理器控制，精度高、速度快，且具有融冰电流开、闭环控制功能，以及脉冲检测等相关功能，能可靠有效进行输电线路融冰作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力输电线路履冰时，用于融冰作业的融冰设备，具体涉及了一种10KV变电站使用的直流融冰装置。
背景技术
在我国南方许多地区，由于地理位置、气候等原因，每年都有不同程度的输电线路覆冰现象发生，线路覆冰会对输电网造成杆塔倒塌、绝缘下降等灾害，直接危及电力系统的运行安全。其中以2008最为严重，此次冰灾对我国南方、华中、华东电网造成了严重的破坏，直接导致广东、广西、云南、贵州、江西、湖南等多条输电线路大面积、长时间停运。严重影响了国民正常的生产、生活，造成了巨大的经济损失。
为了应对输电线路覆冰对电力系统正常运行的危害，工业界已经开发出多种给输电线路通电加热的融冰装置，相关专利申请也有很多，大致可以归纳为三类。
1、工频交流融冰技术。例如：中国专利申请号为CN201120012875.5所述一种交流电融冰装置、中国专利申请号为201120352805.4所述输出电压可控交流融冰装置、中国专利申请号为201120251833.7所述采用电容无功补偿的输电线路交流融冰装置、中国专利申请号为200920033997.5 所述一种电气化铁路接触网交流融冰系统、中国专利申请号为201110428596.1所述电气化铁道牵引网交流融冰系统、中国专利申请号为201110199738.1所述基于电容器无功补偿的输电线路交流融冰方法等，这些专利均直接利用变电站内的交流电源直接对融冰线路进行加热，与本专利所描述的直流融冰技术不同。
2、高频集肤效应融冰技术。例如：中国专利申请号为201110144969.2所述18kV、40kHz 高频融冰装置及其融冰方法、中国专利申请号为CN201110331962.1所述基于集肤效应的电力线融冰自动实现装置、 中国专利申请号为201120416753.2所述基于物联网和集肤效应电力线融冰实现装置等，这些专利均涉及高频融冰技术，与本专利所描述直流融冰技术不同。
3、直流融冰技术。例如：中国专利申请号为201120160174.6 所述的一种车载式直流融冰装置、中国专利申请号为201020298408.9 所述移动式直流融冰装置、中国专利申请号为200920091190.7 所述一种移动式直流融冰装置，主要涉及移动式融冰装置，与本专利站用式融冰装置不同；中国专利申请号为200810047959.5 所述一种大容量融冰装置，涉及多个变压器，多个整流单元，与本专利所述无变压器、一个整流单元不同；中国专利申请号为201210019459.7所述一种不带专用换流变压器直流融冰设计方法，涉及提供一种系统直流融冰兼无功补偿装置的设计方法，与本专利所述直流融冰装置不同；中国专利申请号为201020639451.7所述新型直流融冰，其整流单元采用三相桥式不可控整流方式，与本专利所述整流单元为三相全控整流桥不同；中国专利申请号为201020189053.X所述可调压输电线路直流融冰装置，所述调压方式是通过三相调压器实现，与本专利所述控制晶闸管触发脉冲的触发角不同；中国专利申请号为200820052681.6所述一种直流融冰装置，其所述三相桥式全控整流电路由6个开关器件构成，脉冲控制器由数字触发器、逻辑电路等构成，与本专利所述三相桥式全控整流单元的晶闸管阀组，以及数字信号处理器不同；中国专利申请号为201210178226.1所述一种自动均流整流桥并联直流融冰装置，其采用多个三相整流并联的方式实现直流融冰，与本专利所述一个三相全控整流桥不同。
目前已经投运的站用式融冰装置中，以工频交流融冰、直流融冰为主。工频交流融冰，由于受到输电线路电抗的限制，在相同融冰电源容量下，融冰距离比直流融冰短。直流融冰，在同一融冰线路的情况下，所需电源容量远小于工频交流融冰，广泛应用于固定式和移动式融冰装置中；但是或多或少还是存在一些不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种系统结构简单、运行可靠、容量大、价格低廉的10KV站用式直流融冰装置，用于变电站输电线路融冰作业。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种10KV站用式直流融冰装置，是用于将10KV交流电源整流成直流电源对输电线路进行除冰作业的装置，其中，该装置主要由断路器、电抗器、整流单元、融冰线路切换开关、脉冲功率放大隔离单元、DSP脉冲控制器组成；所述断路器的一侧将变电站10KV电源引入，另一侧与电抗器相连，电抗器出线与整流单元的电源进线相连，整流单元的直流出线与融冰线路切换开关相连，融冰线路切换开关另一侧与融冰线路相连；在断路器与电抗器之间的线路上还装有三相电流互感器CT和电压互感器PT，在整流单元的直流出线上还装有霍尔电流传感器；所述的三相电流互感器CT、电压互感器PT、脉冲功率放大隔离单元、霍尔电流传感器、融冰线路切换开关和断路器分别与DSP脉冲控制器相连；所述的脉冲功率放大隔离单元的脉冲发出线端与整流单元中的晶闸管触发引脚相连。
本发明采用直流融冰技术，将变电站内10KV电源整流得到直流电源，用于输电线路的融冰作业；DSP脉冲控制器与断路器、融冰线路切换开关的控制回路相连，并向整流单元的晶闸管发出触发脉冲，控制融冰电流，且控制精度高、速度快，具有融冰电流开、闭环控制功能，以及脉冲检测等相关功能，能可靠有效进行融冰作业。
以上所述的整流单元是由晶闸管阀组组成的三相全控整流桥。
以上所述的脉冲功率放大隔离单元由三极管和磁环变压器组成；所述脉冲功率放大隔离单元接收到DSP脉冲控制器发出的触发脉冲，由三极管将触发脉冲放大，再经由磁环变压器隔离并产生多路晶闸管触发脉冲，触发对应晶闸管阀组上的所有晶闸管。
以上所述的DSP脉冲控制器发出六路晶闸管触发脉冲至脉冲功率放大隔离单元，且从脉冲功率放大隔离单元回读检测六路触发脉冲。
以上所述的DSP脉冲控制器主要由DSPIC30F3010数字信号处理器、同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路组成；所述的同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路分别与DSP30F3010数字信号处理器相连接。
以上所述的数字信号处理器还设有I/O接口和AD接口。可以通过AD采样电压、电流或其他信号实现闭环、开环控制；通过I/O接口输入控制命令，输出故障报警或跳闸动作。
以上所述的同步信号调理电路外接整流电源。同步信号调理电路是将整流电源信号整形为方波信号的电路。
以上所述的232通讯电路设有232通讯串口，外接上位机或PC。
以上所述的脉冲检测电路分为上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路，外接脉冲功率放大隔离单元，对触发脉冲进行回读检测；所述的上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路均分别由一个电阻和三个二极管组成。
以上所述的DSP脉冲控制器发出的触发脉冲是双触发脉冲，触发脉冲宽度为同步信号周期的1/12。且DSP脉冲控制器发出的脉冲可以跟随整流电源的频率变化而变化，整流电源频率宽度可达10Hz～100Hz。
本发明的工作原理：
由DSP控制器发出触发脉冲，触发脉冲经过脉冲功率放大隔离单元，转换成多路隔离脉冲，触发全控整流桥每个晶闸管阀组上的所有晶闸管，产生直流电源，进行融冰作业。其中DSP控制器，将整流电源经同步信号调理电路整形得到方波信号，送入数字信号处理器，再由数字信号处理器进行运算、处理，发出晶闸管触发脉冲；数字信号处理器可以根据AD的采样信号，控制触发脉冲的移相角，进而控制融冰电流大小，实现融冰作业开、闭环控制；数字处理器从脉冲功率放大隔离单元回读发出的触发脉冲是否异常，以及判断融冰作业是否异常，如有异常将进行闭锁触发脉冲或从I/O发出跳开断路器或融冰线路切换开关操作，对融冰装置进行保护。
本发明的优点：
1.本装置的整流单元，采用晶闸管阀组结构，整流电压为10KV，已从变电站获取，融冰容量大、线路长度长。
2.本装置的脉冲功率放大变压器隔离单元，采用磁环脉冲变压器形成多路隔离触发脉冲，结构简单，价格低廉。
3.本装置没有大容量三相变压器，缩小了整套装置的体积，降低了成本。
4.本装置的控制器采用DSP控制技术，控制精度高，速度快，能进行开、闭环融冰作业，设有脉冲检测功能，能有效判断脉冲故障，保证设备安全；控制器结构简单，价格低廉。
附图说明
图1是本发明站用式直流融冰装置的结构示意图。
图2是本发明站用式直流融冰装置的整流单元示意图。
图3是本发明站用式直流融冰装置的脉冲功率放大隔离单元示意图。
图4是本发明站用式直流融冰装置的DSP脉冲控制器结构示意图。
图5是本发明站用式直流融冰装置的DSP脉冲控制器中脉冲检测电路示意图。
整流单元说明：整流单元由晶闸管阀组构成三相全控整流桥，晶闸管阀组如图2所示，每个晶闸管并联一个电阻、一个阻容，保护晶闸管不被高压击穿。
脉冲功率放大隔离单元说明：触发脉冲控制三极管导通，三极管集电极电流穿心流过经多个磁环脉冲变压器形成多路隔离晶闸管触发脉冲，触发晶闸管阀组上所有晶闸管。
脉冲检测电路说明：分为上桥触发脉冲检测和下桥触发脉冲检测，两部分电路结构一致，工作原理相同。图5所示，为上桥触发脉冲检测电路原理，脉冲从功率放大三极管处读取，将上桥脉冲整合在一起，产生6脉冲，脉冲频率为同步信号的6倍，如检测到脉冲频率不是同步信号的6倍频，则脉冲出现故障。
在图1、2中，1-断路器，2-电抗器，3-整流单元，4-晶闸管阀组，5-霍尔电流传感器，6-融冰线路切换开关，7-DSP脉冲控制器，8-脉冲功率放大隔离单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
如图所示，一种10KV站用式直流融冰装置，是用于将10KV交流电源整流成直流电源对输电线路进行除冰作业的装置，主要由断路器1、电抗器2、整流单元3、融冰线路切换开关6、脉冲功率放大隔离单元8、DSP脉冲控制器7组成；所述断路器1的一侧将变电站10KV电源引入，另一侧与电抗器2相连，电抗器2出线与整流单元3的电源进线相连，整流单元3的直流出线与融冰线路切换开关6相连，融冰线路切换开关6另一侧与融冰线路相连；在断路器1与电抗器2之间的线路上还装有三相电流互感器CT和电压互感器PT，在整流单元3的直流出线上还装有霍尔电流传感器5；所述的三相电流互感器CT、电压互感器PT、脉冲功率放大隔离单元8、霍尔电流传感器5、融冰线路切换开关6和断路器1分别与DSP脉冲控制器7相连；所述的脉冲功率放大隔离单元8的脉冲发出线端与整流单元3中的晶闸管触发引脚相连。
所述的整流单元是由晶闸管阀组4组成的三相全控整流桥。所述的脉冲功率放大隔离单元8由三极管和磁环变压器组成；所述脉冲功率放大隔离单元8接收到DSP脉冲控制器7发出的触发脉冲，由三极管将触发脉冲放大，再经由磁环变压器隔离并产生多路晶闸管触发脉冲，触发对应晶闸管阀组4上的所有晶闸管。所述的DSP脉冲控制器7发出六路晶闸管触发脉冲至脉冲功率放大隔离单元8，且从脉冲功率放大隔离单元8回读检测六路触发脉冲。
所述的DSP脉冲控制器7主要由DSPIC30F3010数字信号处理器、同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路组成；所述的同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路分别与DSP30F3010数字信号处理器相连接。所述的数字信号处理器还设有I/O接口和AD接口。：所述的同步信号调理电路外接整流电源。所述的232通讯电路设有232通讯串口，外接上位机或PC。所述的脉冲检测电路分为上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路，外接脉冲功率放大隔离单元，对触发脉冲进行回读检测；所述的上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路均分别由一个电阻和三个二极管组成。所述的DSP脉冲控制器发出的触发脉冲是双触发脉冲，触发脉冲宽度为同步信号周期的1/12。
若设定DSP脉冲控制器7为开环控制方式，手动调整脉冲触发角，控制融冰电流，进行开环融冰作业。
若设定DSP脉冲控制器7为闭环控制方式，设定融冰电流，控制器自动调整脉冲触发角，跟踪设定融冰电流，进行闭环融冰作业。
Claims (10)
1. 一种10KV站用式直流融冰装置，是用于将10KV交流电源整流成直流电源对输电线路进行除冰作业的装置，其特征在于：该装置主要由断路器、电抗器、整流单元、融冰线路切换开关、脉冲功率放大隔离单元、DSP脉冲控制器组成；所述断路器的一侧将变电站10KV电源引入，另一侧与电抗器相连，电抗器出线与整流单元的电源进线相连，整流单元的直流出线与融冰线路切换开关相连，融冰线路切换开关另一侧与融冰线路相连；在断路器与电抗器之间的线路上还装有三相电流互感器CT和电压互感器PT，在整流单元的直流出线上还装有霍尔电流传感器；所述的三相电流互感器CT、电压互感器PT、脉冲功率放大隔离单元、霍尔电流传感器、融冰线路切换开关和断路器分别与DSP脉冲控制器相连；所述的脉冲功率放大隔离单元的脉冲发出线端与整流单元中的晶闸管触发引脚相连。
2. 根据权利要求1所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的整流单元是由晶闸管阀组组成的三相全控整流桥。
3. 根据权利要求1或2所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的脉冲功率放大隔离单元主要由三极管和磁环变压器组成；所述脉冲功率放大隔离单元接收到DSP脉冲控制器发出的触发脉冲，由三极管将触发脉冲放大，再经由磁环变压器隔离并产生多路晶闸管触发脉冲，触发对应晶闸管阀组上的所有晶闸管。
4. 根据权利要求3所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的DSP脉冲控制器发出六路晶闸管触发脉冲至脉冲功率放大隔离单元，且从脉冲功率放大隔离单元回读检测六路触发脉冲。
5. 根据权利要求1-2，4任一所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的DSP脉冲控制器主要由DSPIC30F3010数字信号处理器、同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路组成；所述的同步信号调理电路、脉冲回检电路、232通讯电路分别与DSP30F3010数字信号处理器相连接。
6. 根据权利要求5所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的数字信号处理器还设有I/O接口和AD接口。
7. 根据权利要求5所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的同步信号调理电路外接整流电源。
8. 根据权利要求5所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的232通讯电路设有232通讯串口，外接上位机或PC。
9. 根据权利要求5所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的脉冲检测电路分为上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路，外接脉冲功率放大隔离单元，对触发脉冲进行回读检测；所述的上桥触发脉冲检测电路和下桥触发脉冲检测电路均分别由一个电阻和三个二极管组成。
10. 根据权利要求5所述的10KV站用式直流融冰装置，其特征在于：所述的DSP脉冲控制器发出的触发脉冲是双触发脉冲，触发脉冲宽度为同步信号周期的1/12。
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Inventor after: Huang Youbin Inventor after: Lan Fei Inventor after: Peng Qingliang Inventor after: Wang Qinghua Inventor after: Li Guangyan Inventor after: Chen Xinmiao Inventor after: Huang Ren Inventor after: Wei Gangyi Inventor after: Zeng Jian Inventor before: Lan Fei Inventor before: Li Jinghua Inventor before: Yang Tao Inventor before: Zhao Guohui Inventor before: He Xiaohua Inventor before: Hu Jin Inventor before: Yang Meng Inventor before: Jiang Xing |
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Effective date of registration: 20140807 Address after: 530219, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning good Qing District silver sand Avenue No. 2 Applicant after: Guangxi macro lake water power electric technology development Co., Ltd. Applicant after: Guangxi University Address before: 530004 Nanning University Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, No. 100 Applicant before: Guangxi University |
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Granted publication date: 20161005 Termination date: 20181218 |