CN204905818U - 导线及地线复用新型直流融冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导线及地线复用新型直流融冰装置，包括三绕组整流变压器、大电流晶闸管整流器、小电流晶闸管整流器；所述三绕组整流变压器为包括大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈的三绕组整流变压器；交流电从三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈输入，经大容量二次绕组线圈输入到大电流晶闸管整流器，同时经小容量二次绕组线圈输入到小电流晶闸管整流器；大电流晶闸管整流器的两个输出端用作导线融冰输出端；大电流晶闸管整流器的正输出端与小电流晶闸管整流器的负输出端作为地线融冰输出端。本实用新型提出的导线及地线复用新型直流融冰装置，能够以一套装置实现导线和地线复用直流融冰的功能。

Description

导线及地线复用新型直流融冰装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是指一种导线及地线复用新型直流融冰装置。

背景技术

根据国内历年来气象统计数据以及电网冰雪灾害统计调研结果表明我国电网预防雨雪冰冻灾害形势严峻全国电网多条线路发生覆雪覆冰情况，严重时导致断线倒塔、线路跳闸现象频发，造成电力中断，损失惨重。

一般情况下超特高压线路跨越多个气象区，线路覆雪覆冰现象频发，如果线路导地线发生严重覆雪覆冰，致使发生输电线路断线或倒塔事故，则会对电网造成严重影响。为了避免此类冰雪灾害事故的发生，必须加强该重要输电通道的抵御冰雪灾害的能力，以保证外送通道的安全运行。其中直流融冰装置是一种行之有效且近年来应用广泛的防冰装置。

架空地线，又称地线，是保护架空输电线路免遭雷闪袭击的装置，一般直接在塔头接地。正常工况下，铁塔两侧架空导、地线的张力基本保持平衡。但不均匀覆冰时，这一受力平衡状态被破坏，两侧产生张力差。铁塔便会向张力大的一侧发生倾斜、弯曲，在超过设计承受能力的冰荷载的作用下，会发生导、地线断线、金具脱落、绝缘子断裂等，直接导致铁塔折断、倒塌。

架空地线与导线虽处于同一环境、温度、湿度、风速下。但输电线路上因带有负荷电流能产生热能抵御部分冰冻。故架空地线上的覆冰厚度会远远超过输电导线。当架空地线上的覆冰达到一定程度时。会造成上述后果或由于弧垂不足而对线路放电。由于目前电力通信网复合在架空地线中。如果没有有效的防冰、融冰手段，地线断裂将导致电力通信通道中断，危及电力控制系统的安全运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种导线及地线复用新型直流融冰装置，能够以一套装置实现导线和地线复用直流融冰的功能，可高效经济的解决雨雪冰冻灾害导致的电网输电线路导线和地线覆冰覆雪严重，断线倒塔线路跳闸并造成电网巨大损失的问题。

基于上述目的本实用新型提供的一种导线及地线复用新型直流融冰装置，包括三绕组整流变压器、大电流晶闸管整流器、小电流晶闸管整流器；所述三绕组整流变压器为包括一个大容量一次绕组线圈、一个大容量二次绕组线圈、一个小容量二次绕组线圈的三绕组整流变压器；三绕组整流变压器的大容量二次绕组线圈与小容量二次绕组线圈的额定电压基本相同，仅是线圈容量不同；

交流电从三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈输入，经大容量二次绕组线圈输入到大电流晶闸管整流器，同时经小容量二次绕组线圈输入到小电流晶闸管整流器，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端相连；

其中，大电流晶闸管整流器的两个输出端用作导线融冰输出端；大电流晶闸管整流器的正输出端与小电流晶闸管整流器的负输出端作为地线融冰输出端。

在一些实施方式中，装置对线路导线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器，此时小电流晶闸管整流器处于带电闭锁状态，由交流电源供电，6脉动的大电流晶闸管整流器经过对交流电整流后，以覆冰线路导线为负载输出直流电流，直流电流施加在导线上，产生热量使导线上的覆冰融化；

装置对线路地线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器和小电流晶闸管整流器，此时大电流晶闸管整流器及小电流晶闸管整流器串联同时工作，由交流电源供电，6脉动的大、小电流晶闸管整流器串联组合经过整流以覆冰线路地线为负载输出直流电流，直流电流施加在地线上，产生热量使地线上的覆冰融化。

在一些实施方式中，所述直流融冰装置在融冰过程中能够通过改变大电流晶闸管整流器和/或小电流晶闸管整流器的晶闸管阀的触发角来调节导线中直流电流的大小。

在一些实施方式中，所述大电流晶闸管整流器与小电流晶闸管整流器共用一套水冷却装置，并利用隔离开关串联组合连接。

在一些实施方式中，所述大电流晶闸管整流器的正输出线路上串联第一隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第二隔离开关，小电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第三隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端通过第四隔离开关相连；

对线路导线融冰时，合上第一隔离开关和第二隔离开关，打开第三隔离开关和第四隔离开关；对线路地线融冰时，合上隔离开关第一隔离开关、第三隔离开关和第四隔离开关，打开第二隔离开关。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置，其整流变压器和整流阀组合的直流融冰装置主拓扑结构，可以利用一台三线圈整流变压器和大、小电流整流阀灵活组合，组合运行方式下的可实现导线和地线复用直流融冰的功能，相比较于现有的导线和地线分别配置独立直流融冰装置方式，节省了一台整流变压器、一套控制器和一套水冷却装置，大大减少了整体装置的占地，降低了噪音和成本，并可方便地实现了导线和地线融冰功能的切换和控制，提高了整个设备的经济性以及利用效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置实施例的主拓扑电路结构示意图；

图2为现有技术的融冰装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

如图1所示，为本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置实施例的主拓扑电路结构示意图。

所述导线及地线复用新型直流融冰装置，包括三绕组整流变压器、大电流晶闸管整流器、小电流晶闸管整流器；所述三绕组整流变压器为包括一个大容量一次绕组线圈、一个大容量二次绕组线圈、一个小容量二次绕组线圈的三绕组整流变压器；三绕组整流变压器的大容量二次绕组线圈与小容量二次绕组线圈的额定电压基本相同，仅是线圈容量不同；两个线圈同时工作在小电流地线融冰时，变压器的总输出功率远小于大电流导线融冰时的功率，因此，整流变压器的冷却就仅按导线融冰时的功率设计即可；

该直流融冰装置由电网侧母线供电，交流电从三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈输入，经大容量二次绕组线圈输入到大电流晶闸管整流器，同时经小容量二次绕组线圈输入到小电流晶闸管整流器，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端相连；

其中，大电流晶闸管整流器的两个输出端用作导线融冰输出端；大电流晶闸管整流器的正输出端与小电流晶闸管整流器的负输出端作为地线融冰输出端。

所述直流融冰装置对线路导线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器，此时小电流晶闸管整流器处于带电闭锁状态，由交流电源供电，6脉动的大电流晶闸管整流器经过对交流电整流后，以覆冰线路导线为负载输出直流电流，直流电流施加在导线上，产生热量使导线上的覆冰融化；

所述直流融冰装置对线路地线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器和小电流晶闸管整流器，此时大电流晶闸管整流器及小电流晶闸管整流器串联同时工作，由交流电源供电，6脉动的大、小电流晶闸管整流器串联组合经过整流以覆冰线路地线为负载输出直流电流，直流电流施加在地线上，产生热量使地线上的覆冰融化。

对线路导线直流融冰时，采用大电流晶闸管整流器和整流变压器大容量二次绕组线圈相结合，直流输出端输出适合导线融冰所需的大电流，以及较小的直流电压；对线路地线直流融冰时，采用大电流、小电流晶闸管整流器串联，和整流变压器的大容量、小容量二次绕组线圈相结合，直流输出端输出适合地线融冰所需的小电流，以及较高的直流电压。

所述的晶闸管整流器为包括大电流晶闸管整流器和小电流晶闸管整流器串联组合构造的整流变压器。由于地线融冰时的输出直流电压一般为导线融冰时的输出直流电压的两倍，所以两组晶闸管整流器的阀片层数基本相同，直流输出电压基本接近，地线融冰时，两组阀串联运行，总的整流电压就能满足两倍导线融冰电压的需求，因此小电流阀组就比独立地线融冰晶闸管整流器的层数减少一半。

可选的，所述直流融冰装置在融冰过程中能够通过改变大电流晶闸管整流器和/或小电流晶闸管整流器的晶闸管阀的触发角来调节导线中直流电流的大小。

较佳的，其中大电流晶闸管整流器与小电流晶闸管整流器共用一套水冷却装置，利用隔离开关串联组合连接；具体的，所述大电流晶闸管整流器的正输出线路上串联第一隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第二隔离开关，小电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第三隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端通过第四隔离开关相连；

通过对线路导线和地线隔离开关组的操作(如图1所述，对线路导线融冰时，合上第一隔离开关GW1和第二隔离开关GW2，打开第三隔离开关GW3和第四隔离开关GW4；对线路地线融冰时，合上隔离开关第一隔离开关GW1、第三隔离开关GW3和第四隔离开关GW4，打开第二隔离开关GW2)以及控制保护系统的闭锁功能，对所述大电流晶闸管整流器、小电流晶闸管整流器进行拆分重组，对小电流晶闸管整流器带电闭锁控制选择，构成不同的拓扑结构，从而实现其在导线直流融冰功能和地线直流融冰功能之间进行切换，解决大电流、低电压、大容量导线直流融冰装置问题和小电流、高电压、小容量导线直流融冰装置问题。

从上述实施例可以看出，本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置，其有益效果主要包括：

①提出了一种导线及地线复用新型直流融冰装置的主拓扑结构，在不影响装置效果的情况下，省去了一台整流变压器、一套直流融冰控制器、一台晶闸管整流器用水冷装置，减少了装置整体占地面积，降低了噪声，降低了装置整体的投资，较大增强了装置整体的经济性；

②提出的整流变压器和大电流、小电流晶闸管整流器组合配置方案，在导线融冰和地线融冰两种模式下可实现设备、参数、控制系统全部兼容，包括整流变压器、晶闸管阀组、水冷系统、断路器、隔离开关及控制系统等设备完全通用；

③提出的整流变压器和大电流、小电流晶闸管整流器组合配置方案，在进行优化设计的基础上，可以整流输出不同直流电流值，分别满足导线和地线融冰需求不同电流值的需求，同时可以优化阀正常运行时触发角范围，保证整流阀组在最优工况下运行，提高装置运行的可靠性；

由于线路地线融冰时的输出直流电压一般为线路导线融冰时的输出直流电压的两倍，提出配置方案中，大电流、小电流两组晶闸管整流器的阀片层数基本相同，线路地线融冰时，两组晶闸管整流器串联运行，总的整流直流电压就能满足两倍线路导线融冰直流电压的需求，这样小电流晶闸管整流器就比独立地线融冰晶闸管整流器的层数减少一半，这样减少了投资也可以节约阀室的建筑面积；

④提出的三绕组整流变压器和双套晶闸管整流器组合配置方案，在优化设计的基础上，可以在省去一台整流变压器、一套直流融冰控制器、一套晶闸管整流器用水冷装置的同时保证导线和地线直流融冰功能的实现以及仍然可以保证直流融冰电流不出现断续情况，提高了整套装置的经济性以及显著减少占地面积；

⑤提出的导线融冰功能和地线融冰功能在同一套装置上实现的方法，可以有效快速地利用三绕组整流变压器和双套晶闸管整流器的重构实现装置功能的变化，导线、地线融冰功能的运行方式转换方便快速，节省了成本。

与现有技术比(参见附图2)，本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置的有益效果为：

1)本实用新型中导线及地线复用新型直流融冰装置主拓扑，利用主要设备的不同应用状态下的重构，可以分别实现了线路导线和线路地线直流融冰功能；

2)本实用新型提出的主拓扑结构，在不影响装置效果的情况下，节省了一台整流变、一套控制器、一套水冷却装置、一套控制保护系统；根据相关整流变、直流融冰控制器、晶闸管整流器用水冷装置的造价资料(输出直流融冰电流100-200A)，省去上述三项设备可使整个装置节省造价几百万人民币；

3)本实用新型提出的大电流、小电流晶闸管整流器，可以在导线和地线两种直流融冰模式下实现设备及其参数全部兼容；

4)本实用新型提出的导线和地线两种直流融冰快速切换方式，可以通过控制晶闸管阀组及整流变压器的刀闸分合快速简便地实现导线融冰、地线融冰功能的切换，完成整个装置的构造；

5)本实用新型提出的主拓扑结构直流融冰功能，各自导线融冰和地线融冰独立装置已经广泛的应用，本专利的提出的主拓扑结构可实现同一套装置具备导线融冰和地线融冰两种功能。

本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置的主电路拓扑结构是通过利用一台三圈整流变压器以及一组采用大电流阀与小电流阀串联组合的整流阀，两种运行方式灵活切换和控制的形式，实现了该同一套装置对输电线路导线和地线的融冰功能。

所提出的一种导线及地线复用新型直流融冰装置的主电路拓扑，此种主电路拓扑结构中采用三绕组整流变压器，6脉动晶闸管大、小电流整流器，通过在不同功能需求下大、小电流整流器的运行方式切换、装置控制策略的变化，可实现导线直流融冰和地线直流融冰功能的相互切换，有效提高了装置整体的利用率和经济性。

常规直流融冰装置，为实现导线和地线直流融冰的功能，通常直流融冰装置被设计及安装成完全独立的两套装置，两套独立的整流变及整流装置，控制保护系统也各自独立。导致设备投资大，占地面积增大，运维等费用成倍增加，整体经济性差。本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置主拓扑结构可以通过合理的设计6脉动晶闸管大、小电流整流器，使该整流器在导线直流融冰方式下只启用大电流整流器，在地线直流融冰方式下大、小电流整流器串联使用，这样就可以节省了一台整流变、一套控制器和一套水冷却装置，大大减少了直流融冰装置的投资。

由于地线融冰时的输出直流电压一般为导线融冰时的输出直流电压的两倍，新提出方案中，两组晶闸管整流器的阀片层数基本相同，直流输出电压基本接近，地线融冰时，两组阀串联运行，总的整流电压就能满足两倍导线融冰电压的需求，因此小电流阀组就比独立地线融冰晶闸管整流器的层数减少一半，这样既可以显著节约一次设备投资，也可以较少阀室的建筑面积，减少土建投资。

基于上述原因，整流变压器的两个二次线圈其额定电压也基本相同，仅是线圈容量差别较大。两个线圈同时工作在小电流地线融冰时，变压器的总输出功率远小于大电流导线融冰时的功率，因此，整流变压器的冷却就仅按导线融冰时的功率设计即可。

本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置，可以高效利用一次设备，有效实现导线和地线复用直流融冰的功能；这种主拓扑结构减少了设备投资，极大地增强了设备的利用率。两台独立双线圈整流变压器变合为一台三线圈整流变压器后，变压器总造价可以减少，最主要的是可以减少其他高压设备，例如高压断路器，隔离开关及控制保护设备，减少变压器占地面积，从而显著减少整体的占地面积，这对高寒山区缺少土地的变电站加装直流融冰装置提供了极大地便利。

本实用新型提供的导线及地线复用新型直流融冰装置，可以有效快速地实现装置导线直流融冰模式和地线直流融冰模式的相互切换，使用同一套控制保护装置，系统控制简单，减少了操作步骤和流程，具有较好的工程试验实用前景。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种导线及地线复用新型直流融冰装置，其特征在于，包括三绕组整流变压器、大电流晶闸管整流器、小电流晶闸管整流器；所述三绕组整流变压器为包括一个大容量一次绕组线圈、一个大容量二次绕组线圈、一个小容量二次绕组线圈的三绕组整流变压器；三绕组整流变压器的大容量二次绕组线圈与小容量二次绕组线圈的额定电压基本相同，仅是线圈容量不同；

交流电从三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈输入，经大容量二次绕组线圈输入到大电流晶闸管整流器，同时经小容量二次绕组线圈输入到小电流晶闸管整流器，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端相连；

其中，大电流晶闸管整流器的两个输出端用作导线融冰输出端；大电流晶闸管整流器的正输出端与小电流晶闸管整流器的负输出端作为地线融冰输出端。

2.根据权利要求1所述的导线及地线复用新型直流融冰装置，其特征在于，装置对线路导线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器，此时小电流晶闸管整流器处于带电闭锁状态，由交流电源供电，6脉动的大电流晶闸管整流器经过对交流电整流后，以覆冰线路导线为负载输出直流电流，直流电流施加在导线上，产生热量使导线上的覆冰融化；

装置对线路地线进行融冰时，启动所述三绕组整流变压器的大容量一次绕组线圈、大容量二次绕组线圈、小容量二次绕组线圈，以及大电流晶闸管整流器和小电流晶闸管整流器，此时大电流晶闸管整流器及小电流晶闸管整流器串联同时工作，由交流电源供电，6脉动的大、小电流晶闸管整流器串联组合经过整流以覆冰线路地线为负载输出直流电流，直流电流施加在地线上，产生热量使地线上的覆冰融化。

3.根据权利要求1所述的导线及地线复用新型直流融冰装置，其特征在于，所述直流融冰装置在融冰过程中能够通过改变大电流晶闸管整流器和/或小电流晶闸管整流器的晶闸管阀的触发角来调节导线中直流电流的大小。

4.根据权利要求1所述的导线及地线复用新型直流融冰装置，其特征在于，所述大电流晶闸管整流器与小电流晶闸管整流器共用一套水冷却装置，并利用隔离开关串联组合连接。

5.根据权利要求4所述的导线及地线复用新型直流融冰装置，其特征在于，所述大电流晶闸管整流器的正输出线路上串联第一隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第二隔离开关，小电流晶闸管整流器的负输出线路上串联第三隔离开关，大电流晶闸管整流器的负输出端与小电流晶闸管整流器的正输出端通过第四隔离开关相连；

对线路导线融冰时，合上第一隔离开关和第二隔离开关，打开第三隔离开关和第四隔离开关；对线路地线融冰时，合上隔离开关第一隔离开关、第三隔离开关和第四隔离开关，打开第二隔离开关。