CN1848575A - 特高压直流输电系统的线路融冰方法 - Google Patents

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Abstract

一种特高压直流输电系统的线路融冰方法，该电路从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和开关，通过改变相应开关的通断状态，从而改变换流器之间的连接关系，并能在直流系统正常输电状态和融冰状态之间进行切换，该融冰电路为两个换流器并联的电路。该融冰方法从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和开关，通过改变相应的开关的通断状态，改变换流器之间的连接关系，从而提高输电线路上的电流进行融冰。

Description

特高压直流输电系统的线路融冰方法
技术领域
本发明涉及一种特高压直流输电系统的线路融冰方法，更具体地说，本发明通过研究线路需要的融冰电流，结合特高压直流换流站每个站有4个换流器的特点，涉及特高压直流输电系统的线路融冰方法的技术方案。
背景技术
特高压直流输电系统输送容量大、距离远。一般会穿越多个气象区。如果需要穿越大范围的严重覆冰区域，线路采用常规的抗冰设计需要额外投入大量的费用。目前我们国家计划兴建的西南水电基地电力外送工程，计划采用3回±800kV直流输电线路分别送往华中和华东地区，每回线路的输电容量为640万千瓦，直流电流4000安培。3回直流线路需要穿过四川、贵州、湘西，沿途山势险峻、沟谷狭长、岩嶂重叠，地貌复杂，海拔在300-2000米，为冰害肆虐之地。根据研究结果，3回线路的覆冰情况如下表所示：
 冰区  向家坝—上海(km) 溪洛渡—株洲(km) 溪洛渡—浙西(km)
 10mm冰区     1470     468     1184
 15mm冰区     407     301     331
 20mm冰区     120     139     160
 30mm冰区     56     52     46
 50mm冰区     13     10     7
 总计     2066     970     1728
我国对导线覆冰问题研究较少，在送电线路勘测设计中，或者在依据不足的情况下扩大覆冰范围和覆冰厚度，造成不必要的巨大浪费；或者对覆冰估计不准确，抗冰设计不足，导致电力线路频繁严重的覆冰事故。线路在发生冰害事故时，一般气候恶劣，冰雪封山，交通受阻，通讯中断，抢修十分困难，极易造成长时间停电，使企业和社会蒙受巨大损失。
如果采用线路抗冰设计，不可避免需要额外增加大量的投资。据初步估算，金沙江、溪洛渡3回直流按照上述冰区进行抗冰设计，和按照平原地区条件(按照10mm冰厚)设计，两者的费用对比相差19亿元人民币。
现在融冰技术比较常规的措施是把有覆冰的线路首先停止运行，利用整流设备对线路注入大的直流电流，线路电阻发热融化覆冰。在加拿大多次发生大规模冰害后，对融冰技术进行了大量的研究，魁北克水电局和AREAVA正在合作对其735kV交流线路实施融冰的创新性技术措施。在正常情况下，该套融冰设施可以作为SVC对网络中枢点形成电压支撑；在冬季覆冰的情况，通过改变装置的拓扑结构，形成大功率整流回路(输出电流为7200安培)，对交流线路进行融冰。
发明内容
采用融冰技术，融冰电流的确定是问题的关键。特别是需要动用系统主设备的情况下，融冰电流必须在主设备能够提供的能力范围之内。本发明的特高压直流线路决定采用6×720mm2的导线对融冰电流试验和研究。国内已经进行过较小截面导线的最小融冰电流试验，结果如下：
  环温-16℃  LGJ300mm2  LGJ400mm2  LGJ500mm2
  风速：0m/s  700A  800A  1000A
  风速：3.5m/s  900A  1050A  1200A
按照趋势外推的办法，在无风条件下更大导线的融冰电流可以按照截面积的2倍来考虑，因此当采用720mm2的导线时融冰电流为1440A；在3.5m/s风速条件下，导线截面和融冰电流各自成等差序列，720mm2的导线截面的导线融冰电流应该是1530A。在两种风速的情况下，6分裂直流线路的最小融冰电流分别是8640A和9180A。如果在直流线路上注入9000A左右的电流，则可以达到融冰的目标。考虑到线路覆冰应该发生在接近0℃的环温下，实际融冰电流必须通过试验来确定，如果720mm2导线的融冰电流超过9000A，则可以在冰区采用截面较小的导线，比如6×630mm2的导线，则可以导致融冰电流会有明显的下降，但是又会导致电阻过大，损耗增大。
本发明的目的在于提供一种特高压直流输电系统的线路融冰方法，从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和开关，通过改变相应的开关的通断状态，从而改变换流器之间的连接关系，提高输电线路上的融冰电流。
根据本发明的一个方面，其中改变换流器之间的连接关系是通过在第一极中的一个换流器和第二极中的一个换流器之间增加连接线来实现的。其中上述第二极中的换流器是该极中的高端换流器。且在高端换流器的低压端和另一极的高压端之间增加的连接线上具有一隔离开关。上述连接线与第一极的高压端之间的连接点位于输电线路上的隔离开关外侧。
根据本发明的另一方面，其中改变换流器之间的连接关系是通过在其中一个高端换流器的低压端和直流中性线之间增加连接线来实现的。在上述高端换流器的低压端和直流中性线之间增加的连接线具有一隔离开关。
本发明的另一目的在于提供一种特高压直流输电系统，该系统包括四个换流器，多个直流滤波器，多个开关以及多个平波电抗器，其特征在于，该系统从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和隔离开关，通过改变相应开关的通断状态，从而改变换流器之间的连接关系，并能在正常输电状态和融冰状态之间进行切换，融冰状态为两个换流器并联的电路。
附图说明
图1示出特高压直流输电系统的主接线图；
图2示出直流融冰双极两个换流器并联的接线图；
图3示出直流融冰单极两个换流器并联的接线图。
附图标记：C1、C2、C3、C4换流器；1-16、18-21开关；17A、17B隔离开关；R1、R2、R3、R4平波电抗器。
具体实施方式
特高压直流输电系统的主接线如图1所示。每个换流站有4个换流器，可以运行在双极方式或者单极方式。正常运行时，每2个换流器串联构成一个完整的极，例如如图所示，C1和C2串联形成一极，C3和C4串联形成另一极，C1和C4属于高端换流器，分别与输电线路相连，C2和C3分别与直流中性线相连，它们可以全压运行或者半压运行。
每个换流器的直流电压为400kV、输电直流电流为4000A，过载能力可以在最高环温下达到额定容量的10％，即最大通过电流为4400A。如果按照正常的接线方式和运行方式，换流站不可能提供融冰电流。由于换流器是按照模块化原则设计，如果能够进行简单拓扑结构变化，使两个换流器能够并联运行，则可以提供超过8800A的线路电流。由于冬季环温较低，可以提供超过9000A的融冰电流。本发明通过两个实施例说明在基本不改变换流站设计和主设备的前提下实现换流器并联运行。当两个换流器并联运行，直流系统不能运行在双极状态。由于两根导线都需要融冰，可以利用直流系统原来具有的单极运行金属线返回方式。具体讨论如下：
实施例1：利用两个极的两个换流器
图2示出直流融冰双极两个换流器并联的接线图，该接线图可以采用一个极的任意一个换流器和另外一个极的高端换流器(C1或C4)组成并联方式。必须采用高端换流器是因为在并联的方式下该换流器的低压端需要承受极性相反的电压。以换流器C2、C4为例，如图2所示，在C4低压端增加一条连接线到另外一个极的线路隔离开关20的外侧，即T1和T2之间的连线。如果在连接线上增加一个隔离开关17A，则可以实现在线融冰。过程如下：首先闭合开关20、3、5、8、18，把换流器C2转为金属回线运行方式，闭合开关17A、13、16、21，使得换流器C4并接到回路中，然后解锁换流器C4并增加电流。融冰接线图中的导电部分如图2中粗黑线所示。由于在线路变换过程中实现了将线路转变为并联方式，因此输电线路上的电流可以达到8800安培，从而可以达到融冰的目的，该方案在实现过程中基本不需要增加任何设备的容量。
实施例2：同极的两个换流器并联
图3是直流融冰单极两个换流器并联的接线图，其中采用同极的两个换流器并联，也就是图中的换流器C1和C2，或者是换流器C3和C4；相对端换流站采用同样的接线。
以C1和C2换流器为例，从换流器C1低压端增加连接线到直流中性线，即T3和T4之间连接线。同时在T1和T2之间的连接线上增加了一个隔离开关17B，该方案可以实现不停电融冰。首先闭合开关20、3、5、8、18，换流站则转换为单极单换流器C2金属回线方式运行，然后闭合隔离开关1、17B，即可启动高端换流器并增加电流。融冰接线图中的导电部分如图3中粗黑线所示。由于在线路变换过程中实现了线路从串联方式到并联方式的转变，因此输电线路上的电流也可以达到8800安培，从而可以达到融冰的目的。该方案的优点是不需要停电、方便使用，而且在融冰之前线路处于运行状态，融冰的初始条件比较好。另外可以把高低压端的两个串联干式电抗器分别改接为并联方式，则平抗也不增加投资。
以上两个方案对交流系统、无功的配置没有影响。同时由于进行了主动式的融冰设计，则可以形成巨大的经济效益和社会效益。尽管说明书中已经描述了本发明典型的实施例，但是本发明不限于上述的实施例，发明可以以不同的形式被修改，然而上述修改不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1、一种特高压直流输电系统的线路融冰方法，其特征在于：从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和隔离开关，通过改变相应开关的通断状态，从而改变换流器之间的连接关系，提高输电线路上的电流进行融冰。
2、如权利要求1所述的融冰方法，其特征在于，其中改变换流器之间的连接关系是通过在第一极中的一个换流器和第二极中的一个换流器之间增加连接线来实现的。
3、如权利要求2所述的融冰方法，其特征在于，其中上述第二极中的换流器是该极中的高端换流器。
4、如权利要求3所述的融冰方法，其特征在于，在上述高端换流器的低压端和上述第一极的高压端之间增加的所述连接线上具有一隔离开关。
5、如权利要求2至4任一项所述的融冰方法，其特征在于，上述连接线与上述第一极的高压端之间的连接点位于输电线路上的隔离开关外侧。
6、如权利要求1所述的融冰方法，其特征在于，其中改变换流器之间的连接关系是通过在其中一个高端换流器的低压端和直流中性线之间增加连接线来实现的。
7、如权利要求6所述的融冰方法，其特征在于，在上述高端换流器的低压端和直流中性线之间增加的连接线上具有一隔离开关。
8、一种特高压直流输电系统，该系统包括四个换流器，多个直流滤波器，多个开关以及多个平波电抗器，其特征在于，该系统从特高压直流换流站的主接线中增加连接线和隔离开关，通过改变相应开关的通断状态，从而改变换流器之间的连接关系，并能在正常输电状态和融冰状态之间进行切换。
9、如权利要求8所述的特高压直流输电系统，其特征在于，其中融冰线路为两个换流器并联的电路。
10、如权利要求8或9所述的特高压直流输电系统，其特征在于，其中改变换流器之间的连接关系是通过在第一极中的一个换流器和第二极中的一个换流器之间增加连接线来实现的。
11、如权利要求10所述的特高压直流输电系统，其特征在于，其中上述第二极中的一个换流器是该极中的高端换流器。
12、如权利要求11所述的特高压直流输电系统，其特征在于，在上述高端换流器的低压端和上述第一极的高压端之间增加的所述连接线上具有一隔离开关。
13、如权利要求12所述的特高压直流输电系统，其特征在于，上述连接线与上述第一极的高压端之间的连接点位于输电线路上的隔离开关外侧。
14、如权利要求8或9所述的特高压直流输电系统，其特征在于，其中改变换流器之间的连接关系是通过在其中一个高端换流器的低压端和直流中性线之间增加连接线来实现的。
15、如权利要求15所述的特高压直流输电系统，其特征在于，在上述高端换流器的低压端和直流中性线之间增加的连接线上具有一隔离开关。
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