一种高压交流输电线路导线防冰装置及其组合的制作方法

本实用新型涉及电力系统领域，涉及一种高压交流输电线防冰技术。具体来说，涉及一种高压交流输电线路导线防冰装置及其组合。

背景技术：

在冬季雨雪天气下，持续低温雨雪冰冻会造成输电线路的冬季覆冰现象。野外的高压输电线路覆冰容易引起各种机械事故和电气事故。故如何防止野外高压输电线路覆冰是电力系统的重大难题。主流的热力除冰法通过增加输电线路中的电流或电流密度，或增加输电导线的等效电阻，或同时增加导线电流和导线电阻，使输电导线自身发热，从而融化导线上方的覆冰。主要包括短路电流除冰、高频激励除冰、直流电流除冰、潮流调度除冰。其中，短路电流除冰、直流电流除冰、潮流调度除冰在实施输电线路除冰时，需要停电4-8个小时/次，对电力系统的供电质量和经济效益存在很大的负面影响。

基于趋肤效应的在线高频除冰防冰方法可实现在线(不停电)防冰除冰。高频高压激励施加在覆冰导线上时，能使敷冰成为有损电介质而直接发热，也能引起导线的趋肤效应，使电流只在导体表面流通，造成更大的等效电阻损耗发热，从而利用二者共同产生的热量除冰。现有的高频除冰防冰方法只能在需要除冰线路的中点安装高频高压激励装置(高频电源)，在线路的两端安装陷波器(高通滤波器)，以控制高频电流的作用范围。而除冰线路的中点所处位置大多数是森林、山区、湖泊等环境恶劣偏远地区，建设成本很高，工作人员需要长途跋涉才能进站操作及维护，劳动强度大，甚至可能造成人员伤亡；线路中点为湖泊等情况下，线路中点所在地理位置无法建设高频电源。

此外，高频电源的核心部件-高频逆变开关组件多采用IGBT、MOSFET等半导体功率器件串并联组成，这些半导体开关价格昂贵，装置的建设成本非常高，设备运行的性价比很低。以上分析说明现有的高频除冰防冰方法不具备良好的工程应用前景。如何克服上述问题是本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现要素：

针对现有高频除冰防冰装置的安装地点偏远，导致建设及维护成本非常高，操作人员劳动强度大，响应时间周期长，甚至可能带来生命危险等问题。本实用新型提出了基于半导体功率器件-反向开关晶体管(Reservely Switched Dynistor,RSD)的新型高频电源防冰装置，以解决上述问题。

为了达到本实用新型的目的，技术方案如下：

一种高压交流输电线路导线防冰装置，包括融冰装置和高通滤波器；所述需要除冰的交流输电线路的单根交流导线的两个端点分别为A端和B端，称为融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端点A端安装融冰装置，另一端的端点B端连接接地的第二高通滤波器；所述融冰装置包括电感L1、电容C、电容C2、隔离开关K、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、高频电源、电容C3、高频变压器T和第一高通滤波器；所述高频电源依次通过高频变压器T、电容C、隔离开关K及电容C2接入融冰段AB的A端的输入点，所述电容C2的一端连接隔离开关K的一端，所述电容C2的另一端连接融冰段AB的A端的输入点；所述电感L1一端连接隔离开关K和电容C2的公共端，所述电感L1另一端连接隔离开关K4和电容C3的公共端，所述电容C3的一端连接隔离开关K4和电感L1的公共端，所述电容C3的另一端连接融冰段AB的A端输出点，所述隔离开关K4的一端连接电容C3的一端，所述隔离开关K4的另一端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端接地；所述隔离开关K5的一端连接隔离开关K和电容C2的公共端，另一端连接融冰段AB的A端输出点；所述第二高通滤波器的一端连接隔离开关K6的一端，所述第二高通滤波器的另一端接地，所述隔离开关K6的另一端连接融冰段AB的B端。

通过采用这种技术方案：高频电源依次通过高频变压器T和谐振电容C接入于高压交流输电线路中，将高频电流叠加到工频电流上，使线路导线的有效除冰防冰电流达到或超过最小除冰防冰电流，实现高压输电线路的导线防冰，能够实现不停电防冰，降低了因停电造成的经济损失。

优选的是，上述高压交流输电线路导线防冰装置中：所述高频电源包括交流电源P2、隔离开关K2、工频变压器T1、隔离开关K1、晶闸管全桥整流模块、储能电容C0、滤波电感L0、反向开关晶体管全桥逆变模块，谐振电容C1和电感L1；所述交流电源P2经隔离开关K2连接工频变压器T1的输入端、所述工频变压器T1的输出端经隔离开关K1连接晶闸管全桥整流模块，所述晶闸管全桥整流模块经储能电容C0、滤波电感L0构成的储能电路连接反向开关晶体管全桥逆变模块，所述反向开关晶体管全桥逆变模块的输出端连接谐振电容C1和谐振电感L3构成的串联谐振电路，所述串联谐振电路的输出端连接高频变压器T的输入端。

通过采用这种技术方案：交流电源P2输出的交流电压经工频变压器变压后输出至晶闸管全桥整流模块转化为直流电，存储在由储能电容C0、滤波电感L0构成的储能电路，再经反向开关晶体管(RSD)全桥逆变模块转化为高频双极性方波，经谐振电容C1和谐振电感L3组成的串联谐振单元，通过高频变压器T和谐振电容C接入于高压交流输电线路，输出高频高幅值除冰电流。

另一种优选方案是：所述高频电源包括直流电源、储能电容C0、反向开关晶体管全桥逆变模块，谐振电容C1和电感L1；储能电容C0并联于直流电源的输出端、所述直流电源依序经反向开关晶体管全桥逆变模块和由谐振电容C1和谐振电感L3构成的串联谐振电路连接至工频变压器T1。

通过采用这种技术方案：直流电源输出的直流电经反向开关晶体管(RSD)全桥逆变模块转化为高频双极性方波，经谐振电容C1和谐振电感L3串联谐振后通过高频变压器T和谐振电容C接入于高压交流输电线路。

更优选的是：高频电源输出的绝大部分高频电流通过融冰段AB、隔离开关K6、第一高通滤波器回到变压器T的接地端。进一步的优选是：所述AB段线路的线路阻值R与电感L1的阻抗相比，R≤0.1L1。

通过这种方式：电容C2与AB段线路电感组成串联谐振电路，将AB段的等效非阻性高频阻抗L0降低为约等于0，当AB段的线路电阻R的阻抗远小于L1时，绝大部分高频电流通过AB段导线、隔离开关K6、第一高通滤波器及接地端回到变压器T的接地端，导线发热，从而去除导线敷冰，同时避免了高频电流对除冰线路之外的电力线路的影响。

本实用新型具有的有益效果：

与现有技术相比，本实用新型的高频电源可以直接安装在输变电站，无需安装在输电线路的中点，大幅减少了除冰防冰装置的安装难度、建设成本及维护成本，同时，工作人员无需长途跋涉到线路的中点操作及维护，显著降低了人力成本，实现了调度指令的快速响应；高频电源采用RSD作为功率开关，输出高频大功率电流，与基于IGBT、MOSFET的高频电源相比，本实用新型所述的高频电源的成本明显降低，而电力系统的可靠性、稳定性却显著上升。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图，其中A—B段为高压交流输电线路的除冰段；

图2是本实用新型实施例1的结构示意图；

图3为图2中高频电源模块的一种内部结构示意图；

图4为图2中高频电源模块的另一种内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的保护范围不仅仅局限于实施例。

如图1-4所示本实用新型的实施例1：

一种高压交流输电线路导线防冰装置，包括融冰装置和高通滤波器；所述需要除冰的交流输电线路的单根交流导线的两个端点分别为A端和B端，称为融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端点A端安装融冰装置，另一端的端点B端连接接地的第二高通滤波器；所述融冰装置包括电感L1、电容C、电容C2、隔离开关K、隔离开关K4、隔离开关K5、隔离开关K6、高频电源、电容C3、高频变压器T和第一高通滤波器；所述高频电源依次通过高频变压器T、电容C、隔离开关K及电容C2接入融冰段AB的A端的输入点，所述电容C2的一端连接隔离开关K的一端，所述电容C2的另一端连接融冰段AB的A端的输入点；所述电感L1一端连接隔离开关K和电容C2的公共端，所述电感L1另一端连接隔离开关K4和电容C3的公共端，所述电容C3的一端连接隔离开关K4和电感L1的公共端，所述电容C3的另一端连接融冰段AB的A端输出点，所述隔离开关K4的一端连接电容C3的一端，所述隔离开关K4的另一端连接第一高通滤波器的一端，所述第一高通滤波器的另一端接地；所述隔离开关K5的一端连接隔离开关K和电容C2的公共端，另一端连接融冰段AB的A端输出点；所述第二高通滤波器的一端连接隔离开关K6的一端，所述第二高通滤波器的另一端接地，所述隔离开关K6的另一端连接融冰段AB的B端。

其中，所述高频电源包括交流电源P2、隔离开关K2、工频变压器T1、隔离开关K1、晶闸管全桥整流模块、储能电容C0、滤波电感L0、反向开关晶体管全桥逆变模块，谐振电容C1和电感L1；所述交流电源P2经隔离开关K2连接工频变压器T1的输入端、所述工频变压器T1的输出端经隔离开关K1连接晶闸管全桥整流模块，所述晶闸管全桥整流模块经储能电容C0、滤波电感L0构成的储能电路连接反向开关晶体管全桥逆变模块，所述反向开关晶体管全桥逆变模块的输出端连接谐振电容C1和谐振电感L3构成的串联谐振电路，所述串联谐振电路的输出端连接高频变压器T的输入端。

高频电源也可由直流电源、储能电容C0、反向开关晶体管全桥逆变模块，谐振电容C1和谐振电感L3构成。其中，储能电容C0并联于直流电源的输出端、所述直流电源依序经反向开关晶体管全桥逆变模块和由谐振电容C1和谐振电感L3构成的串联谐振电路连接至高频变压器T的输入端。

图中：A-B段为需要除冰的线路。

实践中，其工作过程如下：当高压交流输电线线路正常工作、不需要除冰时，隔离开关K5闭合，隔离开关K6、隔离开关K、隔离开关K4均断开，将除冰装置从输电系统隔离，除冰装置不工作。当线路AB段需要除冰时，K5断开，K、K6、K4均闭合，高频电源通过高频变压器T输出高频电流，电容C2与AB段线路电感组成串联谐振电路，将AB段的等效非阻性高频阻抗L0降低为约等于0，AB段的阻抗基本上只剩下线路电阻性阻抗R，当AB段的线路电阻R的阻抗远小于L1时，绝大部分高频电流通过AB段线路导线，形成AB段线路导线的高频除冰电流。一般情况下，R和L1的比例为R≤0.1L1，此比例值为建议的较优化值，但实际应用时，根据实际效果设计比例值，而不局限于此值。电感L1和C3串联谐振，两者的工频总阻抗接近或等于0，减小或消除L1对工频线路的影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。