CN204179673U - 一种动态无功补偿及直流融冰复用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种动态无功补偿及直流融冰复用装置，其采用晶闸管控制电抗器与固定电容器组构成兼备动态无功补偿和直流融冰的装置，并通过降压变压器接入至交流母线，以动态补偿电网的无功功率；在覆冰期间，可通过改变隔离开关的操作，改变晶闸管控制电抗器的接线结构，构成直流融冰装置。本实用新型的结构简单、合理，兼备无功补偿和直流融冰的功能，拓展了装置的功能，使其在覆冰时可调整控制模式，进入直流融冰控制模式，避免了采用单一的直流融冰装置在大部份时间下的闲置问题，提高了设备利用率和性价比。

Description

一种动态无功补偿及直流融冰复用装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种动态无功补偿及直流融冰复用装置。

背景技术

输电线路覆冰和积雪会引起线路的跳闸、断线、倒杆、导线舞动、绝缘子闪络、通信中断和大面积停电等事故，给电网造成巨大的损失，甚至毁灭性打击，是许多国家和地区的电网所面临的共同问题。

将电能转化为热能的融冰技术是主要的除冰手段之一，从国内外目前技术水平来看，“交流短路融冰”和“直流电流融冰法”是比较成熟的两种融冰手段。其中，传统的交流短路融冰方法受导线最大允许电流的限制，通常需要串联多条线路来进行阻抗匹配，造成多条线路停电，且多条线路的串联，将使融冰线路的电抗大大增加，所需的融冰容量也大大增加，不利于电网中的功率平衡。而直流融冰与交流融冰法不同，其在一定的环境条件下所需要的电源容量只取决于融冰线路的单位直流电阻和导线长度，不受线路交流电抗的影响，所需电源容量能够大大降低，在取得较好的性价比的基础上，根据电网融冰的实际情况，可设计成移动式或固定式直流融冰设备，使用操作更为灵活；在交流电源供电稳定的前提下，直流融冰方法串联的线路较少，减少了融冰的停电损失，有利于电网的稳定安全运行，可以避免以往交流融冰技术存在的阻抗匹配困难、融冰时操作多、负荷转移困难等不足，实现全网多条线路和多变电站的同时融冰，能较好地适应目前电网220kV及以下变电站和线路融冰需要。

考虑到线路覆冰主要是由于气候原因所引起的，因此融冰装置的使用具有很强的周期性，只是在冬季的特定时间段内才能发挥效用，若其仅作为融冰装置使用，则作用比较单一，性价比将会很差，不利于推广应用，同时由于长期不通电，装置的可靠性会下降，维护难度也会增大。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提出了一种兼有动态无功补偿及直流融冰功能的复用装置，能够用于动态无功补偿，也可改变电路结构，形成直流融冰设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种动态无功补偿及直流融冰复用装置，包括两条直流母线、降压变压器、晶闸管控制电抗器、连接在交流母线上的固定电容器组，所述降压变压器的高压侧连接交流母线，低压侧与所述晶闸管控制电抗器相连，所述晶闸管控制电抗器分成三路，设有第一融冰隔离开关组的第一路、以及由第一无功补偿开关组和第一电抗组串联形成的第二路均连接至反并联晶闸管阀组的一端，反并联晶闸管阀组的另一端经由第四融冰隔离开关组连接至其中一条直流母线，并且所述反并联晶闸管阀组的回路中设有第二无功补偿开关组，第三路依次经由第三无功补偿开关组、第二电抗组和第三融冰隔离开关组连接至所述反并联晶闸管阀组的回路中，所述第三无功补偿开关组和第二电抗组之间设有第二融冰隔离开关组，并连接至另一条直流母线，两条直流母线上设有第五融冰隔离开关组和融冰母线。

所述的降压变压器为两台，所述的晶闸管控制电抗器为两套，一台降压变压器的低压侧与一套晶闸管控制电控器为三角形d接线，另一台降压变压器的低压侧与另一台晶闸管控制电控器为星形y接线，两套晶闸管控制电抗器经由所述第四融冰隔离开关的一端相互连接，并与接地的第六融冰隔离开关组相连，其中一条直流母线与接地的第七融冰隔离开关组相连，另一条直流母线与接地的第八融冰隔离开关组相连。

所述的固定电容器组包括四个相互并联的电容器，所述四个电容器分别兼做5次谐波无源滤波器、7次谐波无源滤波器、11次谐波无源滤波器、13次谐波无源滤波器。

本实用新型的优点是：结构简单、合理，兼备无功补偿和直流融冰的功能，拓展了装置的功能，使其在覆冰时可调整控制模式，进入直流融冰控制模式，避免了采用单一的直流融冰装置在大部份时间下的闲置问题，提高了设备利用率和性价比；利用动态无功补偿装置的两套晶闸管控制电抗器，能够形成四种直流融冰模式，拓展了融冰的范围，选用也更灵活；将两套晶闸管控制电抗器组合为大容量的双极式6脉波整流或单极式12脉波整流的直流融冰装置，一方面提高直流融冰装置的输出容量，另一方面能有效降低6脉波直流融冰装置所产生交流谐波，抑制5、7次特征谐波对交流电网的影响，提高变电站的运行可靠性；本套装置还能在正常情况下工作在动态无功补偿模式，长期处于运行状态，相对于单一融冰设备仅在全年的极少时间使用情况，本实用新型日常维护与试验相对简单、设备可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例2工作在动态无功补偿模式下的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例2工作在单极-16kV的6脉波直流融冰模式下的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例2工作在单极+16kV的6脉波直流融冰模式下的电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例2工作在双极±16kV的6脉波直流融冰模式下的电路结构示意图；

图7是本实用新型实施例2工作在单极+32kV的12脉波直流融冰模式下的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种动态无功补偿及直流融冰复用装置，包括两条直流母线、降压变压器1#T、晶闸管控制电抗器1#TCR、连接在交流母线上的固定电容器组#C，所述降压变压器1#T的高压侧连接交流母线，低压侧与所述晶闸管控制电抗器1#TCR相连，所述晶闸管控制电抗器1#TCR分成三路，设有第一融冰隔离开关组1GR1的第一路、以及由第一无功补偿开关组1GS1和第一电抗组1-1#K串联形成的第二路均连接至反并联晶闸管阀组的一端，反并联晶闸管阀组的另一端经由第四融冰隔离开关组1GR4连接至其中一条直流母线，并且所述反并联晶闸管阀组的回路中设有第二无功补偿开关组1GS2，第三路依次经由第三无功补偿开关组1GS3、第二电抗组1-2#K和第三融冰隔离开关组1GR3连接至所述反并联晶闸管阀组的回路中，所述第三无功补偿开关组1GS3和第二电抗组1-2#K之间设有第二融冰隔离开关组1GR2，并连接至另一条直流母线，两条直流母线上设有第五融冰隔离开关组1GR5和融冰母线。

本装置可用于220kV及以上变电站，其电源可从35kV或110kV交流母线引接，本实施例中以35kV为例进行说明。

降压变压器1#T兼做直流融冰模式下的换流变压器，可以采用三角形接线Dd0或星形接线Dy1的接线方式接入交流母线，具体的接线方式根据实际情况来选择。

由于采用的是三相交流电，经降压变压器1#T降压后仍分为三相输出至晶闸管控制电抗器1#TCR。从任意一相上来看，晶闸管控制电抗器又分为三支路，即降压变压器1#T降压后输出的每一个电相点又分出三条支路；同时，三个电相点分出的支路的流向是相同的。从整体上来看，三相交流电在晶闸管控制电抗器1#TCR上形成三路，由此设置相应的电路，晶闸管控制电抗器1#TCR中的反并联晶闸管阀组包含3组反并联晶闸管，第一电抗组1-1#K和第二电抗组1-2#K也各自包含3个电抗器，与其相连的第一融冰隔离开关组1GR1、第一无功补偿开关组1GS1、第三无功补偿开关组1GS3、第二融冰隔离开关组1GR2、第三融冰隔离开关组1GR3、第二无功补偿开关组1GS2、第四融冰隔离开关组1GR4、第五融冰隔离开关组1GR5各自包含3组相应的开关，融冰母线包含线LA、线LB和线LC。通常，在直流母线上还设置有直流避雷器。

动态无功补偿的工作原理为：晶闸管控制电抗器TCR每相由链式连接的反并联晶闸管阀组与相控电抗器串联，这样的3个TCR支路连接成三角形，再接到降压变压器的13kV侧，调节融冰隔离开关组和无功补偿开关组，使装置切换到无功补偿(SVC)功能模式，对交流系统进行动态的无功补偿，该模式可向交流系统提供感性无功功率，并且无功功率的大小可以快速、连续的调节。通过与固定电容器组的配合，还可以向交流系统提供感性或容性的无功功率，实现动态双向无功调节。

直流融冰的工作原理：设置融冰隔离开关组和无功补偿开关组的开断状态，构成基于晶闸管的相控整流电路，将交流电变为直流电输出，并在两条直流母线上形成一定的电压，使融冰母线发热，用于线路的融冰。

本实施例在有效提高设备的利用率情况下，简化在覆冰极端天气下防冰装置的配置，提高变电站与高压送电线路的运行安全性和可靠性。

实施例2

如图2至图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述的降压变压器为两台，所述的晶闸管控制电抗器为两套，一台降压变压器1#T的低压侧与一套晶闸管控制电控器1#TCR为三角形d接线，另一台降压变压器2#T的低压侧与另一台晶闸管控制电控器2#TCR为星形y接线，两套晶闸管控制电抗器经由所述第四融冰隔离开关的一端相互连接，并与接地的第六融冰隔离开关组1GR6相连，其中一条直流母线与接地的第七融冰隔离开关组1GR7相连，另一条直流母线与接地的第八融冰隔离开关组1GR8相连；所述的固定电容器组#C包括四个相互并联的电容器，所述四个电容器分别兼做5次谐波无源滤波器、7次谐波无源滤波器、11次谐波无源滤波器、13次谐波无源滤波器。

下面结合附图，对本实施例中各融冰隔离开关组和无功补偿开关组在不同状态下对应的工作模式进行说明，为方便描述，以下将融冰隔离开关组和无功补偿开关组统称为开关组，1#TCR表示第一套晶闸管控制电容器TCR，2#TCR表示第二套晶闸管控制电容器TCR，FC表示固定电容滤波器组中的一个电容器，1-1#K表示第一套晶闸管控制电容器TCR中的第一电抗器组，1-2#K表示第一套晶闸管控制电容器TCR中的第二电抗器组，2-1#K表示第二套晶闸管控制电容器TCR中的第一电抗器组，2-2#K表示第二套晶闸管控制电容器TCR中的第二电抗器组。

1)无功补偿模式

如图3，1#TCR回路中，1GS1-1GS3开关组闭合，且1GR1-1GR8开关组断开时，装置构成链式TCR，1#TCR工作在动态无功补偿模式。2#TCR回路中2GS1-2GS3开关组闭合，且2GR1-2GR5及1GR6-1GR8开关组断开时，装置构成链式TCR，2#TCR工作在动态无功补偿模式。

本实施例中，无功补偿调节范围在两台TCR的感性无功功率容量及固定电容器组的容性无功功率之间。

2)直流融冰模式

在该工作模式下共有四种工作方式，便于在不同覆冰工况下实现对变电站及高压架空线路的直流融冰。

a、单极式-16kV的6脉波整流方式

如图4，当1GR1-1GR4开关组闭合、1GR8开关组断开、1GR6与1GR7开关组闭合，且1GS1-1GS3开关组断开时，装置构成6脉波三相桥式全控整流电路，工作在单极-16kV直流融冰模式。

工作原理：1#TCR回路的六个晶闸管(三组反并联晶闸管，每组包含两个晶闸管)，通过开关组组切换，形成3个晶闸管构成的共阴极组和3个晶闸管构成的共阳极组，从而构成6脉波的三相桥式整流电路，实现交流至直流的转换。在本工作方式下，共阴极组晶闸管阴极通过开关1GR6接地；直流母线1#L通过IGR7接地；直流母线2#L则与共阳极组的阳极连接，进而直流侧输出电压为-16kV，形成单极式-16kV的6脉波整流直流融冰工作模式。此工作模式下，2#TCR回路工作在动态无功补偿模式下。在直流融冰的同时，也可动态调节电网无功功率。

b、单极式+16kV的6脉波整流方式

如图5，当2GR1-2GR4开关组闭合、1GR7开关组断开、1GR6与1GR8开关组闭合，且2GS1-2GS3开关组断开时，装置构成6脉波三相桥式全控整流电路，工作在单极+16kV直流融冰模式。

工作原理：2#TCR回路的六个晶闸管(三组反并联晶闸管)，通过开关组组切换，将其构成3个晶闸管构成的共阴极组和3个晶闸管构成的共阳极组，从而构成6脉波的三相桥式整流电路，实现交流至直流的转换。在本工作方式下，共阳极组晶闸管的阳极连接，通过开关1GR6接地；直流母线2#L通过IGR8接地；直流母线1#L则与共阴极组晶闸管连接，进而直流侧输出电压为+16kV，形成单极式+16kV的6脉波整流直流融冰模式。此工作模式下，1#TCR回路工作在动态无功补偿模式。在直流融冰的同时，也可动态调节电网无功功率。

c、双极式±16kV的6脉波整流方式

如图6，当1GR1-1GR4开关组闭合、2GR1-2GR4开关组闭合、1GR7与1GR8开关组断开、1GR6开关组闭合，且1GS1-1GS3开关组断开、2GS1-2GS3开关组断开时，装置构成双极式6脉波三相桥式全控整流电路，工作在双极±16kV直流融冰模式。

工作原理：1#TCR回路通过改变开关组组合，形成单极式-16kV的6脉波整流电路；2#TCR回路通过改变开关组组合，形成单极式+16kV的6脉波整流电路；1GR6闭合、1GR7与1GR8断开，使与1#TCR回路的直流母线电压为-16kV，2#回路的直流母线电压为+16kV，两组6脉波整流电路串接，且在中点接地，实现直流融冰的双极运行，减少接地电流，提高装置工作的安全可靠性。此工作模式下，两回TCR回路工作均工作在直流融冰模式，变电站采用断路器投切电容来实现分级无功补偿。

d、单极式+32kV的12脉波整流方式

如图7，当1GR1-1GR4开关组闭合、2GR1-2GR4开关组闭合、1GR6与1GR7开关组断开、1GR8开关组闭合，且1GS1-1GS3开关组断开、2GS1-2GS3开关组断开时，装置构成单极式12脉波三相桥式全控整流电路，工作在双极+32kV直流融冰模式。

工作原理：1#TCR回路通过改变开关组组合，形成一套6脉波整流电路；2#TCR回路通过改变开关组组合，形成另一套6脉波整流电路；1GR8闭合、1GR6与1GR7断开，使两组6脉波整流电路串接，且使1#TCR回路构成的6脉波整流电路的共阳极组晶闸管通过开关组1GR8接地，实现直流融冰的单极12脉波整流运行，减少交流侧谐波，提高装置工作的运行可靠性。此工作模式下，两回TCR回路工作均工作在直流融冰模式，变电站采用断路器投切电容来实现分级无功补偿。

其中，1GR5及2GR5为可分相操作的开关组，用以选择需融冰交流线路的相回路。进线电抗器应采用空心电抗器，融冰时起滤波作用，用以保护晶闸管的正常运行，无功补偿时则与补偿电容器共同组成容性补偿支路，用以消除投切时的涌流。

采用以上技术，专利申请人在500kV变电站实现了动态无功补偿装置的直流融冰功能复用，其技术参数如下：

1)动态无功补偿装置：2套TCR，每套补偿容量75Mvar，分别通过一台Dd0及Dy1变压器接入35kV交流母线；FC分为四组，补偿容量共120Mvar；直接接入35kV交流母线；动态无功补偿范围为-150MVar-120MVar连续可调。

2)直流融冰整流电路：

单极式6脉波整流电路：将其中一回TCR电路构成6脉波三相桥式全控整流电路，工作在单极式直流融冰模式；此时另一回路工作在动态无功补偿模式。接入交流电压35kV；直流额定电压为+16kV或-16kV；额定输出电流为1800A；额定输出容量为57.5MW；交流特征谐波为6n±1次，即交流特征谐波为5次或7次。

双极式6脉波整流电路：两回TCR电路构成6脉波三相桥式全控整流电路，工作在双极式±16kV直流融冰模式；额定输出电流为3600A；额定输出容量为115MW；交流特征谐波为6n±1次，即5次或7次。

单极式12脉波整流电路：两回TCR电路构成12脉波三相桥式全控整流电路，工作在单极式+32kV直流融冰模式；额定输出电流为3600A；额定输出容量为115MW；交流特征谐波为12n±1次，即11次或13次。

本实用新型的结构简单、合理，兼备无功补偿和直流融冰的功能，拓展了装置的功能，使其在覆冰时可调整控制模式，进入直流融冰控制模式，避免了采用单一的直流融冰装置在大部份时间下的闲置问题，提高了设备利用率和性价比；利用动态无功补偿装置的两套晶闸管控制电抗器，能够形成四种直流融冰模式，拓展了融冰的范围，选用也更灵活；将两套晶闸管控制电抗器组合为大容量的双极式6脉波整流或单极式12脉波整流的直流融冰装置，一方面提高直流融冰装置的输出容量，另一方面能有效降低6脉波直流融冰装置所产生交流谐波，抑制5、7次特征谐波对交流电网的影响，提高变电站的运行可靠性；本套装置还能在正常情况下工作在动态无功补偿模式，长期处于运行状态，相对于单一融冰设备仅在全年的极少时间使用情况，本实用新型日常维护与试验相对简单、设备可靠性高。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种动态无功补偿及直流融冰复用装置，其特征在于，包括两条直流母线、降压变压器、晶闸管控制电抗器、连接在交流母线上的固定电容器组，所述降压变压器的高压侧连接交流母线，低压侧与所述晶闸管控制电抗器相连，所述晶闸管控制电抗器分成三路，设有第一融冰隔离开关组的第一路、以及由第一无功补偿开关组和第一电抗组串联形成的第二路均连接至反并联晶闸管阀组的一端，反并联晶闸管阀组的另一端经由第四融冰隔离开关组连接至其中一条直流母线，并且所述反并联晶闸管阀组的回路中设有第二无功补偿开关组，第三路依次经由第三无功补偿开关组、第二电抗组和第三融冰隔离开关组连接至所述反并联晶闸管阀组的回路中，所述第三无功补偿开关组和第二电抗组之间设有第二融冰隔离开关组，并连接至另一条直流母线，两条直流母线上设有第五融冰隔离开关组和融冰母线。

2.根据权利要求1所述的动态无功补偿及直流融冰复用装置，其特征在于，所述的降压变压器为两台，所述的晶闸管控制电抗器为两套，一台降压变压器的低压侧与一套晶闸管控制电控器为三角形d接线，另一台降压变压器的低压侧与另一台晶闸管控制电控器为星形y接线，两套晶闸管控制电抗器经由所述第四融冰隔离开关的一端相互连接，并与接地的第六融冰隔离开关组相连，其中一条直流母线与接地的第七融冰隔离开关组相连，另一条直流母线与接地的第八融冰隔离开关组相连。

3.根据权利要求2所述的动态无功补偿及直流融冰复用装置，其特征在于，所述的固定电容器组包括四个相互并联的电容器，所述四个电容器分别兼做5次谐波无源滤波器、7次谐波无源滤波器、11次谐波无源滤波器、13次谐波无源滤波器。