专利名称：一种带专用整流变压器的直流融冰装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种带专用整流变压器的直流融冰装置，属于带专用整流变压器的 直流融冰装置的创新技术。
背景技术：
电网是关系国家能源安全和国民经济命脉的重要基础设施和公用事业，承担着为 经济社会发展和国计民生提供重要的能源保障、促进经济社会可持续发展的重大责任。随 着现代化水平的不断提高，全社会对电力的依赖程度越来越高，对电力供应的质量也提出 了更高要求。低温雨雪冰冻天气引起的输电线路覆冰是众多国家电力系统所面临的严重威胁 之一，严重的覆冰会引起电网断线、倒塔，导致大面积停电事故，也使得快速恢复送电变得 非常困难。20世纪40年代以来，冰灾的威胁一直是电力系统工业界竭力应对的一大技术 难题。1998年北美风暴给美加电网带来了严重的影响，造成了范围广阔的电力中断。2005 年，低温雨雪冰冻天气曾给我国华中、华北电网造成严重的灾害。2008年1-2月，低温雨雪 冰冻天气再次袭击我国南方、华中、华东地区，导致贵州、湖南、广东、云南、广西和江西等省 输电线路大面积、长时间停运，给国民经济和人民生活造成巨大损失。为了防止这种情况的再次出现，对输电线路进行融冰是一种很好的方法。与交流 融冰法不一样，在一定的环境条件下，直流融冰所需要的电源容量仅决定于需融冰线路的 直流电阻和导线长度。与现有高压直流输电和大功率换流器的运行方式有以下两个主要不 同点(1)由于要适用于多条线路融冰，直流融冰装置具有多个额定运行工况。(2)直流融冰装置每年运行于融冰工况的时间非常少，年利用率不到5%。1998年的北美冰风暴灾难后，魁北克水电公司与AREVA公司合作开发了一套直流 融冰装置，该装置装设于魁北克的L6vis变电站，2008年完成完成现场调试。但是到目前 为止，还没有用于过实际线路的融冰。AREVA公司方案必须配置专用整理变压器、交流滤波 器、平波电抗器、直流滤波器和阻波器，设备及接线复杂；不具备本方案接线简单，对系统的 谐波影响很小，可以不必配置滤波器组等优点。
实用新型内容本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，投资少，成本低，确保 满足各线路安全快速融冰的需求的带专用整流变压器的直流融冰装置。本实用新型的技术方案是本实用新型带专用整流变压器的直流融冰装置，包括 有交流侧供电断路器QF、隔离刀闸K，整流变压器，阀侧电流互感器IVya、IVyb、IVyC、IVda、 Ivdb和Ivdc，换流器，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp、Idn和Idgnd， 直流侧刀闸Si、S2、S3和S4，其中阀侧电流互感器Ivya, Ivyb, Ivyc, Ivda, Ivdb和Ivdc 的一端通过隔离刀闸K及交流侧供电断路器QF与电源连接，阀侧电流互感器Ivya、Ivyb,Ivyc, Ivda, Ivdb和Ivdc的另一端与换流器连接，换流器的一侧与直流侧电压互感器Udp 连接及通过直流侧电流互感器Idp与直流侧刀闸S1、S2的一端连接，直流侧刀闸Sl的另一 端通过直流融冰母线与A相融冰导线连接，换流器的另一侧与直流侧电压互感器Udn连接 及通过直流侧电流互感器Idn与直流侧刀间S3、S4的一端连接，且换流器通过直流侧电流 互感器Idgnd接地，直流侧刀闸S4的另一端通过直流融冰母线与C相融冰导线连接，直流 侧刀闸S2、S3的另一端通过直流融冰母线与B相融冰导线连接。上述直流融冰装置的测量点布置包括测量交流阀侧三相电压、整流变网侧三相电 流、整流变压器星侧三相电流、整流变压器角侧三相电流、直流侧入地电流、直流侧电流、直 流侧电压直流侧电流的测量点。上述直流融冰装置的保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区 三个部分。上述直流融冰装置的保护配置为交流过电压保护、交流低电压保护、交流过流保 护、阀短路保护、桥差动保护、直流过流保护、接地过流保护、晶闸管结温监视、误触发保护、 直流过压保护、直流欠压保护、直流50Hz保护、直流IOOHz保护、开路试验保护和融冰线路 阻抗保护。本实用新型直流融冰装置设计合理，投资少，成本低；本实用新型带专用整流变压 器的直流融冰装置的保护方法确保直流融冰装置满足各线路安全快速融冰的需求，并降低 直流融冰装置的投资。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，投资低，保护功能齐备，方便 实用的带专用整流变压器的直流融冰装置及其保护方法。
图1为本实用新型提出带专用整流变压器的直流融冰装置主接线及其测量点配 置示意图。图2为直流融冰装置融冰回路示意图。图3为实施例中500kV独山变115MW直流融冰装置主接线示意图。图4为实施例中500kV桂林变225MW直流融冰装置主接线示意图。
具体实施方式
本实用新型提出带专用整流变压器的直流融冰装置测量点布置如图1所示，包括 有交流侧供电断路器QF、隔离刀闸K，整流变压器，阀侧电流互感器IVya、IVyb、IVyC、IVda、 Ivdb和Ivdc，换流器，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp、Idn和Idgnd， 直流侧刀闸S1、S2、S3和S4，其中阀侧电流互感器Ivya、Ivyb、Ivyc、Ivda、Ivdb和Ivdc的一 端通过隔离刀闸K及交流侧供电断路器QF与电源连接，阀侧电流互感器Ivya、Ivyb、Ivyc、 Ivda.Ivdb和Ivdc的另一端与换流器连接，换流器的一侧与直流侧电压互感器Udp连接及 通过直流侧电流互感器Idp与直流侧刀闸S1、S2的一端连接，直流侧刀闸Sl的另一端通过 直流融冰母线与A相融冰导线连接，换流器的另一侧与直流侧电压互感器Udn连接及通过 直流侧电流互感器Idn与直流侧刀间S3、S4的一端连接，且换流器通过直流侧电流互感器 Idgnd接地，直流侧刀闸S4的另一端通过直流融冰母线与C相融冰导线连接，直流侧刀闸 S2、S3的另一端通过直流融冰母线与B相融冰导线连接。[0019]上述直流融冰装置的测量点布置包括测量交流阀侧三相电压、整流变网侧三相电 流、整流变压器星侧三相电流、整流变压器角侧三相电流、直流侧入地电流、直流侧电流、 直流侧电压直流侧电流的测量点。上述直流融冰装置的保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区 三个部分。直流融冰装置的电源可以直接取自发电机(或发电车)，但更多的是取自交流电 网。由换流器阀侧电压决定的各类型导线融冰长度如表1所示，由直流融冰装置容量决定 的各类型导线融冰长度如表2所示。典型500kV线路需要的融冰电流(超过3000A)和容 量(超过50MW)较大，交流侧电流也超过2500A。虽然500kV主变35kV直接作为阀侧电压 时的有效融冰距离可满足各种典型线路的融冰需求，但不宜将换流器直接接在500kV主变 35kV侧，需要通过专业整流变压器接入。对容量接近或者超过500kV主变35kV侧容量直 流融冰装置需要采用专用整流变压器接入500kV主变220kV侧。带专用整流变压器的主接 线如图1所示，采用12脉动整流，且两个6脉动桥连接处设立接地点，通过一台三相三绕组 整流变压器或者两台三相双绕组整流变压器接入500kV主变35kV或220kV侧。考虑到12 脉动产生的无功和谐波较小及融冰的短时性，可以不配置滤波器组进行无功补偿和谐波抑 制，如果配置则直流融冰装置在不作为融冰用时可转换为静止无功补偿装置(SVC)运行， 滤波器的容量根据直流融冰装置工况和无功补偿需要综合后确定。整流回路中平波电抗器的主要作用是防止电流断续、限制电流脉动和短路电流。 500kV线路电抗比直流电阻大10倍以上，时间常数T = L/R > 4/314 = 31.8ms，6脉动全 波桥式整流的脉动周期Ts = 20/6 = 3. 3ms, 12脉动全波桥式整流的脉动周期Ts = 20/12 =1. 67ms融冰回路的时间常数远大于电流脉动周期，电流不但不会断续，且已经是恒值电 流(负载回路时间常数远大于6倍脉动周期)，所以更不需要设置专门的平波电抗器。整流变压器提供合适的阀侧电压，可以针对不同类型和长度的线路，提供需要的 融冰电流和直流电压，利于换流器工作点的选择，适应性较好；并且整流变压器提供交流/ 直流的隔离，其短路阻抗满足故障情况下限制可控硅阀短路电流的要求，不需要专门设置 换相电抗。本实用新型提出带专用整流变压器的直流融冰装置运行时可采用图2的融冰模 式1，即图2中直流侧Si、S3闭合，S2、S4断开；交流侧隔离刀闸K、开关QF闭合，也可采用 图2所示融冰模式2，即图2中直流侧S1、S2、S3闭合，S4断开；交流侧隔离刀闸K、开关QF 闭合。本实用新型提出带专用整流变压器的直流融冰装置保护区域分为交流保护区、换 流器保护区和直流线路保护区三个部分，保护功能配置如表3所示，共15种保护，其中1-14 整定原则可参考高压直流输电相应保护确定，融冰线路直流电压差动保护是本实用新型首 次提出的保护，保护范围和目的是在融冰时，检查所融交流线路的电阻值是否与实际设定 的交流线路阻抗差值以确认交流线路是否正确或完整。本实用新型带专用整流变压器的直流融冰装置的保护方法，在融冰时，检查所融 交流线路的电阻值是否与实际设定的交流线路阻抗差值以确认交流线路是否正确或完整， 保护分两段1)Max(I Udp-Udn I/Idp，Udp-Udn|/Idn)-Rset > Kl*Rset ；[0028]2)Max(I Udp-Udn I/Idp, |Udp-Udn|/Idn)-Rset > K2*Rset式中Udp直流侧正极电压，Udn直流侧负极电压，Idp直流侧正极电流，Idn直流 侧负极电流，Rset融冰线路额定电阻值，Kl为I段(报警段)定值，K2为II段(跳闸段)定值。本实用新型带专用整流变压器的直流融冰装置的保护方法，其保护动作顺序如 下1)满足 Max (I Udp-Udn I/Idp，| Udp-Udn |/Idn)-Rset > Kl*Rset 式时启动 I 段报m.θ ，2)满足 Max (I Udp-Udn I/Idp，Udp-Udn |/Idn)-Rset > K2*Rset 式时启动 II 段 动作移相闭锁，跳交流断路器，锁定交流断路器。上述Kl 取 0. 1-0. 2，延时 300-800ms, K2 取 0. 2-0. 5，延时 100_300ms。该直流融冰装置主接线的特点是1)采用12脉动整流，减小注入系统的谐波和对系统无功的需求；2)两个6脉动桥连接处设立接地点，降低直流侧绝缘要求，并为接地过流保护功 能提供测点。3)通过一台三相三绕组整流变压器或者两台三相双绕组整流变压器接入500kV 主变35kV或220kV侧。4)不需要专门设置换相电抗。5)不需要专门设置平波电抗器。6)不需要配置直流滤波器(阻波器)。[0041 ] 7)可用于500kV和220kV线路融冰，要求换流器具有长期大角度大电流运行能力。8)可以根据需要配置交流滤波器，如果配置则直流融冰装置在不作为融冰用时可 转换为静止无功补偿装置(SVC)运行，滤波器的容量根据直流融冰装置工况和无功补偿需 要综合后确定，交流滤波器接在35kv母线。表1由阀侧电压决定的融冰线路长度线路类型线路参数有效融冰线路距离35kVIOkV线路型号直流电阻 r(￡2/km)最小融冰电 流(A)最长距离(km)最长距离(km)交流线 路500kVLGJ 小 5000.01483979401.7114.8LGMx4000.01813475376.0107.4220kVLGJ-2x5000.02961989401.7114.8LGJ-2x2400.05991218323.892.51.最小融冰电流根据国内外试验、经验公式计算，计算条件为温度_5°C，风速5注[0047]米/秒，覆冰厚度IOmm ；2.偏保守计算，输电线路直流电阻取20°C值。表2由直流融冰装置容量决定的融冰线路长度
权利要求1.一种带专用整流变压器的直流融冰装置，其特征在于包括有交流侧供电断路器QF、 隔离刀闸K，整流变压器，阀侧电流互感器Ivya、Ivyb, Ivyc, Ivda, Ivdb和Ivdc，换流器，直 流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp、Idn和Idgnd，直流侧刀闸Si、S2、S3 和S4，其中阀侧电流互感器Ivya、Ivyb、lvyc、lvda、Ivdb和Ivdc的一端通过隔离刀闸K及 交流侧供电断路器QF与电源连接，阀侧电流互感器Ivya、Ivyb, Ivyc, Ivda, Ivdb和Ivdc 的另一端与换流器连接，换流器的一侧与直流侧电压互感器Udp连接及通过直流侧电流互 感器Idp与直流侧刀闸S1、S2的一端连接，直流侧刀闸Sl的另一端通过直流融冰母线与A 相融冰导线连接，换流器的另一侧与直流侧电压互感器Udn连接及通过直流侧电流互感器 Idn与直流侧刀间S3、S4的一端连接，且换流器通过直流侧电流互感器Idgnd接地，直流侧 刀闸S4的另一端通过直流融冰母线与C相融冰导线连接，直流侧刀闸S2、S3的另一端通过 直流融冰母线与B相融冰导线连接。
2.根据权利要求1所述的带专用整流变压器的直流融冰装置，其特征在于上述直流融 冰装置的测量点布置包括测量交流阀侧三相电压、整流变网侧三相电流、整流变压器星侧 三相电流、整流变压器角侧三相电流、直流侧入地电流、直流侧电流、直流侧电压直流侧电 流的测量点。
3.根据权利要求1所述的带专用整流变压器的直流融冰装置，其特征在于上述直流融 冰装置的保护区域分为交流保护区、换流器保护区和直流线路保护区三个部分。
4.根据权利要求1所述的带专用整流变压器的直流融冰装置，其特征在于上述直流融 冰装置的保护配置为交流过电压保护、交流低电压保护、交流过流保护、阀短路保护、桥差 动保护、直流过流保护、接地过流保护、晶闸管结温监视、误触发保护、直流过压保护、直流 欠压保护、直流50Hz保护、直流IOOHz保护、开路试验保护和融冰线路阻抗保护。
专利摘要本实用新型是一种带专用整流变压器的直流融冰装置。包括有交流侧供电断路器QF、隔离刀闸K，整流变压器，阀侧电流互感器Ivya、Ivyb、Ivyc、Ivda、Ivdb和Ivdc，换流器，直流侧电压互感器Udp和Udn，直流侧电流互感器Idp、Idn和Idgnd，直流侧刀闸S1、S2、S3和S4，本实用新型直流融冰装置设计合理，投资少，成本低，确保满足各线路安全快速融冰的需求，并降低直流融冰装置的投资。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，投资低，保护功能齐备，方便实用的带专用整流变压器的直流融冰装置。
文档编号H02G7/16GK201829904SQ20102015101
公开日2011年5月11日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者傅闯, 吴怡敏, 李立浧, 许树楷, 赵杰, 饶宏, 黎小林 申请人:南方电网技术研究中心