CN109038445B - 一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气工程技术领域，公开了一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法，以满足实现带电直流融冰的可靠接入，实现带电融冰，显著提高电网融冰水平，提升输电线路应对大范围雨雪冰冻灾害的能力；本发明的系统，包括融冰接入部件，该融冰接入部件包括由降压电容和谐振电感组成的串联谐振电路、与降压电容并联的融冰装置，该串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路上。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法。
背景技术
近几年，南方地区雨雪冰冻灾害频发，对电网运行造成了严重的影响，电流融冰是目前应对电网冰灾最直接有效的措施。但现有的融冰方式均为停电融冰方式为主，一方面，线路停电后会造成大量用户限电，影响供电公司的优质服务，还影响人们的日常生活；另一方面，当多条线路需要融冰时，为确保供电安全，不能同时停电融冰，必须依次排队开展，使得融冰不及时，线路依然有倒杆断线的风险。带电融冰技术成为目前电流融冰领域研究的重点方向。考虑融冰的高效性，带电融冰优先采取直流方式，融冰时涉及直流电压与系统电压的兼容，系统电压一般远高于直流融冰电压，直接叠加时系统电压会抑制直流系统整流，造成直流电压无法输出。如何确保直流电压叠加后能够正常输出成为带电融冰研究的关键，现有研究中目前部分科研单位提出了几种带电融冰接入方式，包括：基于分裂导线的带电融冰接入方式、基于变电站间双回线路的带电直流融冰接入方式、以及基于高频激励的带电融冰接入方式。其中，基于分裂导线的带电融冰接入方式将直流电压分别接入分裂导线的不同子导线，但该方法仅适用于二分裂及以上导线，且必须对分裂导线间隔棒进行绝缘改造，实施工作量大；基于变电站间双回线路的带电直流融冰接入方式，要求两站间有双回线路，且其中一个变电站必须带旁母，适用范围窄；基于高频激励的带电融冰接入方式要求接入部分随时随线路频率匹配，接入装置研制困难。因此，目前已有的带电融冰接入方式均无法很好地适用于现有电网中带电直流融冰装置的接入。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法，以满足实现带电直流融冰的可靠接入，实现带电融冰，显著提高电网融冰水平，提升输电线路应对大范围雨雪冰冻灾害的能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统，包括融冰接入部件，所述融冰接入部件包括由降压电容和谐振电感组成的串联谐振电路、与所述降压电容并联的融冰装置，所述串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路上。
优选地，所述三相开关包括第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关，所述第一单刀三掷开关和所述第二单刀三掷开关分别串接于所述串联谐振电路的两侧，且所述第一单刀三掷开关和所述第二单刀三掷开关都包括用于与输电线路连接的A相开关、B相开关、以及C相开关。
优选地，还包括串接在输电线路上的A相线路开关、串接在输电线路上的B相线路开关、以及串接在输电线路上的C相线路开关，所述第一单刀三掷开关和所述第二单刀三掷开关按照相序并接在所述A相线路开关、所述B相线路开关、以及所述C相线路开关的两侧。
优选地，还包括并接在输电线路上的第一短接装置和第二短接装置，所述第一短接装置和所述第二短接装置分别并接在所述融冰接入部件的两侧。
优选地，还包括串接在输电线路上的第一隔离装置和第二隔离装置，所述第一隔离装置设于所述第一短接装置与第一变电站之间，所述第二隔离装置设于所述第一短接装置和第二变电站之间。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种应用于上述带电融冰拓扑系统的融冰方法，包括以下步骤：
S1：检测输电线路上的覆冰情况，当所述输电线路上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，通过三相开关将融冰接入部件并接在输电线路上开始融冰；
S2：当输电线路上的覆冰掉落，覆冰值小于覆冰警戒值时，断开所述融冰接入部件。
优选地，所述S1中，所述通过三相开关将融冰接入部件并接在输电线路上，具体为：
在串联谐振电路的两侧分别串接第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关；
采用所述第一单刀三掷开关和所述第二单刀三掷开关将融冰接入部件并接在输电线路上。
优选地，所述采用所述第一单刀三掷开关和所述第二单刀三掷开关将融冰接入部件并接在输电线路上具体包括：
将第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关按照相序并接在A相线路开关、B相线路开关、以及C相线路开关的两侧；
当检测到输电线路上的某相线上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，断开该相线上的线路开关，调节融冰装置的档位，形成相应融冰通道，直至该相线路上的覆冰掉落后闭合该相线路开关，并依次对另外两相线路开关执行相同操作，直至输电线路上的覆冰值小于覆冰警戒值。
优选地，在融冰接入部件的两侧分别设有第一短接装置和第二短接装置，
当输电线路上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接所述第一短接装置和所述第二短接装置；
当输电线路上的覆冰值小于覆冰警戒值时，断开所述第一短接装置和所述第二短接装置。
优选地，在所述第一短接装置与第一变电站之间设有第一隔离装置，在所述第二短接装置与第二变电站之间设有第二隔离装置，
当输电线路上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接所述第一隔离装置和所述第二隔离装置；
当输电线路上的覆冰值小于覆冰警戒值时，断开所述第一隔离装置和所述第二隔离装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法，包括融冰接入部件，其中，该融冰接入部件包括由降压电容和谐振电感组成的串联谐振电路、与所述降压电容并联的融冰装置，串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路上，采用谐振电感和降压电容构成谐振回路，对外阻抗基本为零，不会对原输电线路的正常输电构成影响，可以实现对输电线路的带电融冰，易于设计，可直接采用现有的直流融冰装置，造价低，实现方便，可有效提高线路防冰水平。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的基于降压电容的带电融冰拓扑系统的部分结构示意图；
图2是本发明优选实施例的基于降压电容的带电融冰拓扑系统的整体结构示意图。
附图标记：
1、融冰装置；2、降压电容；3、谐振电感；4、第一单刀三掷开关；5、第二单刀三掷开关；6、第一变电站；7、第一隔离装置；8、第一短接装置；9、C相线路开关；10、B相线路开关；11、A相线路开关；12、融冰接入部件；13、输电线路；14、第二短接装置；15、第二隔离装置；16、第二变电站。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“两侧”、“外侧”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统，包括融冰接入部件12，融冰接入部件12包括由降压电容2和谐振电感3组成的串联谐振电路、与降压电容2并联的融冰装置1，串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路13上。
在上述带电融冰拓扑系统中，采用谐振电感3和降压电容2构成谐振回路，对外阻抗基本为零，不会对原输电线路13的正常输电构成影响，可以实现对输电线路13的带电融冰，易于设计，可直接采用现有的直流融冰装置，造价低，实现方便，可有效提高线路防冰水平。
本实施例中，三相开关包括第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5，第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5分别串接于串联谐振电路的两侧，且第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5都包括用于与输电线路13连接的A相开关、B相开关、以及C相开关。
本实施例中，还包括串接在输电线路13上的A相线路开关11、串接在输电线路13上的B相线路开关10、以及串接在输电线路13上的C相线路开关9，第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5按照相序并接在A相线路开关11、B相线路开关10、以及C相线路开关9的两侧。
本实施例中，还包括并接在输电线路13上的第一短接装置8和第二短接装置14，第一短接装置8和第二短接装置14分别并接在融冰接入部件12的两侧。
本实施例中，如图2所示，还包括串接在输电线路13上的第一隔离装置7和第二隔离装置15，第一隔离装置7设于第一短接装置8与第一变电站6之间，第二隔离装置15设于第二短接装置14和第二变电站16之间。
在实际应用中，输电线路13上的A相线路开关11、B相线路开关10、以及C相线路开关9的原始状态都为闭合状态，输电线路13正常输电，当位于第一变电站6(A变电站)和第二变电站16(B变电站)的输电线路13出现覆冰情况，且覆冰值达到设定的覆冰警戒值时，将融冰接入部件12中的第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5分别按照相序并接在A相线路开关11、B相线路开关10、以及C相线路开关9的两侧，并将第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5同时打至相同的相位，选择同一根相线，断开该相线路开关，该相线路电流通过降压电容2、串联谐振电感3流通，因降压电容2和串联谐振电感3构成串联谐振电路，对外不体现阻抗，因此不会影响输电线路13的三相输电平衡。值得说明的是，通过设置降压电容2的参数，可任意调节降压电容2的电压，从而降低融冰装置1的输出侧电压，确保融冰装置1能够正常输出直流，完成融冰装置1的顺利接入。
进一步地，首先根据输电线路13的长度和线型确定融冰装置1、降压电容2、谐振电感3等相关器件的参数。以110kV系统为例，输电线路13长为30km，线型为LGJ-300，输电线路13的正常运行电流为150A，极限输送电流为300A，则，得到LGJ-300导线融冰电流范围为680A-1100A。
然后，根据直流融冰计算规则计算30kmLGJ-300导线融冰电压范围为2876V-6204V，选取直流融冰电压为4000V，计算线路两相串联融冰时融冰电流为709A，与线路负荷电流叠加后为859A，可满足线路融冰需求，因此可选择融冰装置容量为2.836MW，输出电压4000V，输出电流709A，保证第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5通流在859A以上，线路开关通流在150A以上。则融冰装置可选择XDJS-8.1型融冰装置；单刀三掷开关可选取XDJS-1250型三相开关；线路开关可选取GW1/630型常规开关。
进一步地，进行谐振回路计算，根据谐振时应满足的条件，降压电容2和谐振电感3可分别取值为1mF和10.14mH，因为谐振电感3和降压电容2均流通融冰电流及系统电流，其通流值必须在859A以上，根据参数和通流能力可选择常规型电容器、电抗器进行实际应用。
当输电线路13上的覆冰值超过设定的覆冰警戒值时需要实施融冰时，分别将第一短接装置8、第二短接装置14、第一隔离装置7和第二隔离装置15投入运行，实现线路交直流隔离。具体地，第一隔离装置7和第二隔离装置15能实现融冰装置1与原输电线路13的交流系统的隔离，可实现隔直通交功能；且在第一隔离装置7和第二隔离装置15靠线路侧分别采用第一短接装置8和第二短接装置14实现三相线路直流短接，实现隔交通直功能。能实现带电直流融冰的可靠接入，实现带电融冰。
实施例2
与上述实施例相对应地，本实施例提供一种带电融冰方法，包括以下步骤：
S1：检测输电线路13上的覆冰情况，当输电线路13上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，通过三相开关将融冰接入部件12并接在输电线路13上开始融冰；
S2：当输电线路13上的覆冰掉落，覆冰值小于覆冰警戒值时，断开融冰接入部件12。
本实施例中，S1中，通过三相开关将融冰接入部件12并接在输电线路13上，具体为：
在串联谐振电路的两侧分别串接第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5；
采用第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5将融冰接入部件12并接在输电线路13上。
本实施例中，采用第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5将融冰接入部件12并接在输电线路13上具体包括：
将第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5按照相序并接在A相线路开关11、B相线路开关10、以及C相线路开关9的两侧；
当检测到输电线路13上的某相线上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，断开该相线上的线路开关，调节融冰装置1的档位，形成相应融冰通道，直至该相线路上的覆冰掉落后闭合该相线路开关，并依次对另外两相线路开关执行相同操作，直至输电线路13上的覆冰值小于覆冰警戒值。
本实施例中，在融冰接入部件12的两侧分别设有第一短接装置8和第二短接装置14，
当输电线路13上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接第一短接装置8和第二短接装置14；
当输电线路13上的覆冰值小于覆冰警戒值时，断开第一短接装置8和第二短接装置14。
需要说明的是，输电线路13上传输的是交流，融冰通过直流实现，因此，需要加装第一隔离装置7和第二隔离装置15以实现隔直通交功能；第一隔离装置7和第二隔离装置15靠线路侧分别加装第一短接装置8和第二短接装置14实现三相线路直流短接，以实现隔交通直功能。保证原输电线路13的正常供电。当输电线路13上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接第一隔离装置7和第二隔离装置15；当输电线路13上的覆冰值小于覆冰警戒值时，断开第一隔离装置7和第二隔离装置15。
在实际操作中，先断开输电线路13的A相线路开关11，将第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5都打至A相，此时，融冰接入部件12接入A相，形成B相与C相并联后与A相串联的融冰结构，调节融冰装置1的档位以产生不同大小的电压，使A相线路上的电流达到融冰电流范围，实现A相融冰，然后闭合A相线路开关11。
断开输电线路13的B相线路开关10，将第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5都打至B相，此时，融冰接入部件12接入B相，形成A相与C相并联后与B相串联的融冰结构，调节融冰装置1的档位以产生不同大小的电压，使B相线路上的电流达到融冰电流范围，实现B相融冰，然后闭合B相线路开关10。
断开输电线路13的C相线路开关9，将第一单刀三掷开关4和第二单刀三掷开关5都打至C相，此时，融冰接入部件12接入C相，形成A相与B相并联后与C相串联的融冰结构，调节融冰装置1的档位以产生不同大小的电压，使C相线路上的电流达到融冰电流范围，实现C相融冰，然后闭合C相线路开关9。通过倒闸操作即可实现输电线路13上的三相融冰，融冰容量小，操作简单，融冰时对系统基本不产生影响。需要说明的是，本发明并不对每相线的融冰先后顺序做限定。
具体地，计算融冰电流的方法以在上述实施例1中详细描述，此处不多做赘述。
如上所述，本发明提供一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统及其融冰方法，包括融冰接入部件12，其中，该融冰接入部件12包括由降压电容2和谐振电感3组成的串联谐振电路、与所述降压电容2并联的融冰装置，串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路13上，采用谐振电感3和降压电容2构成谐振回路，对外阻抗基本为零，不会对原输电线路13的正常输电构成影响，可以实现对输电线路13的带电融冰，易于设计，可直接采用现有的直流融冰装置，造价低，实现方便，可有效提高线路防冰水平。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于降压电容的带电融冰拓扑系统，其特征在于，包括融冰接入部件(12)，所述融冰接入部件(12)包括由降压电容(2)和谐振电感(3)组成的串联谐振电路、与所述降压电容(2)并联的融冰装置(1)、并接在输电线路(13)上的第一短接装置(8)和第二短接装置(14)，所述第一短接装置(8)和所述第二短接装置(14)分别并接在所述融冰接入部件(12)的两侧，所述串联谐振电路通过三相开关并接在输电线路(13)上。
2.根据权利要求1所述的基于降压电容的带电融冰拓扑系统，其特征在于，所述三相开关包括第一单刀三掷开关(4)和第二单刀三掷开关(5)，所述第一单刀三掷开关(4)和所述第二单刀三掷开关(5)分别串接于所述串联谐振电路的两侧，且所述第一单刀三掷开关(4)和所述第二单刀三掷开关(5)都包括用于与输电线路(13)连接的A相开关、B相开关、以及C相开关。
3.根据权利要求2所述的基于降压电容的带电融冰拓扑系统，其特征在于，包括串接在输电线路(13)上的A相线路开关(11)、串接在输电线路(13)上的B相线路开关(10)、以及串接在输电线路(13)上的C相线路开关(9)，所述第一单刀三掷开关(4)和所述第二单刀三掷开关(5)按照相序并接在所述A相线路开关(11)、所述B相线路开关(10)、以及所述C相线路开关(9)的两侧。
4.根据权利要求1所述的基于降压电容的带电融冰拓扑系统，其特征在于，还包括串接在输电线路(13)上的第一隔离装置(7)和第二隔离装置(15)，所述第一隔离装置(7)设于所述第一短接装置(8)与第一变电站(6)之间，所述第二隔离装置(15)设于所述第二短接装置(14)和第二变电站(16)之间。
5.一种如权利要求1-4任一所述带电融冰拓扑系统的融冰方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检测输电线路(13)上的覆冰情况，当所述输电线路(13)上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接所述第一短接装置(8)和所述第二短接装置(14)并通过三相开关将融冰接入部件(12)并接在输电线路(13)上开始融冰；
S2：当输电线路(13)上的覆冰掉落，覆冰值小于覆冰警戒值时，断开所述第一短接装置(8)和所述第二短接装置(14)并断开所述融冰接入部件(12)。
6.根据权利要求5所述的融冰方法，其特征在于，所述S1中，所述通过三相开关将融冰接入部件(12)并接在输电线路(13)上，具体为：
在串联谐振电路的两侧分别串接第一单刀三掷开关(4)和第二单刀三掷开关(5)；
采用所述第一单刀三掷开关(4)和所述第二单刀三掷开关(5)将融冰接入部件(12)并接在输电线路(13)上。
7.根据权利要求6所述的融冰方法，其特征在于，所述基于降压电容的带电融冰拓扑系统包括串接在输电线路(13)上的A相线路开关(11)、串接在输电线路(13)上的B相线路开关(10)、以及串接在输电线路(13)上的C相线路开关(9)，所述采用所述第一单刀三掷开关(4)和所述第二单刀三掷开关(5)将融冰接入部件(12)并接在输电线路(13)上具体包括：
将第一单刀三掷开关(4)和第二单刀三掷开关(5)按照相序并接在A相线路开关(11)、B相线路开关(10)、以及C相线路开关(9)的两侧；
当检测到输电线路(13)上的某相线上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，断开该相线上的线路开关，调节融冰装置(1)的档位，形成相应融冰通道，直至该相线路上的覆冰掉落后闭合该相线上的线路开关，并依次对另外两相线上的线路开关执行相同操作，直至输电线路(13)上的覆冰值小于覆冰警戒值。
8.根据权利要求5所述的融冰方法，其特征在于，在所述第一短接装置(8)与第一变电站(6)之间设有第一隔离装置(7)，在所述第二短接装置(14)与第二变电站(16)之间设有第二隔离装置(15)，
当输电线路(13)上的覆冰值大于或等于覆冰警戒值时，短接所述第一隔离装置(7)和所述第二隔离装置(15)；
当输电线路(13)上的覆冰值小于覆冰警戒值时，断开所述第一隔离装置(7)和所述第二隔离装置(15)。
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