專利名稱：一種不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法
技術領域：
本發(fā)明是一種不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，特別是一種涉及綜合考慮直流融冰及其等效試驗、晶閘管控制電抗器(TCR)或晶閘管投切電抗器(TSR)等功能的設計方法，屬于高壓及特高壓電網輸電線路直流融冰和靜止無功補償應用的創(chuàng)新技術。
背景技術：
輸電線路在冬季覆冰嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。由于導線上增加了冰載荷， 對導線、鐵塔和金具都會帶來一定的機械損壞，覆冰嚴重時會斷線、倒桿塔，導致大面積停電事故，對國民經濟造成重大損失。隨著全球氣候的不斷惡化，冰災對輸電線路造成的危害越發(fā)嚴重。特別是2008年初的冰災，對我國電網造成了巨大的損失。國內外研究融冰的幾種思路為將電能轉化為熱能融冰；將電能轉化為機械能以破壞輸電線上的覆冰的物理結構，達到使覆冰脫落的目的；直接破壞物理結構的機械法除冰。我國自上世紀70年代以來就一直在220kV以下線路上采用交流短路方法對嚴重覆冰線路進行融冰，對防止冰災起到了一定的作用。由于交流融冰需要很高的熱量，且交流線路存在電抗，致使220kV及以下線路融冰時要求的融冰電源容量是線路實際融冰功率的 5-10倍；對于500kV以上超高壓和特高壓交流輸電線路融冰時要求的融冰電源容量是線路實際融冰功率的10-20倍。在實施交流電流短路融冰時往往存在融冰電源容量遠遠不足的問題。因此，對于500kV或更高電壓等級輸電線來說，由于難以找到滿足要求的融冰電源， 采用交流短路融冰方案不可行。由于交流短路融冰法的局限，國際上自上世紀80年代開始就一直在探討直流融冰的可能和開發(fā)直流融冰裝置。1998年的北美冰風暴災難后，魁北克水電局與AREVA公司合作開發(fā)了一套直流融冰裝置，該裝置裝設于魁北克的L6vis變電站，2008年完成現(xiàn)場調試。但是到目前為止，該裝置還沒有用于過實際融冰。2008年冰災后，我國電力科技工作者自主進行了直流融冰技術及裝置的研發(fā)，成功研發(fā)出了具有完全自主知識產權的大功率直流融冰裝置，主要包括帶專用換流變壓器、 不帶專用換流變壓器和車載移動式等多種型式，進而在全國進行了推廣應用。2011年1月，受持續(xù)低溫雨雪凝凍天氣影響，南方電網供電區(qū)域內貴州大部分地區(qū)、廣西桂北地區(qū)、廣東粵北地區(qū)和云南滇東北地區(qū)的輸變電設施相繼出現(xiàn)覆冰險情，先后導致1414條IOkV及以上線路、70個35kV及以上變電站停運。2011年次冰災是繼2008年之后南方電網遭遇的又一次特重冰災。但與2008年多條線路斷線倒塔、500kV主網架遭受重創(chuàng)、電網多處解列或孤網運行、大量減供負荷相比，本次冰災期間未發(fā)生220kV及以上線路倒塔事故，未發(fā)生縣級及以上城市停電事故，確保了電網安全穩(wěn)定運行和電力正常供應。 2011年冰災中，南方電網已經安裝的19套直流融冰裝置首次得到了全面實戰(zhàn)檢驗，發(fā)揮了巨大的作用，累計對IlOkV及以上線路融冰227次，其中500kV線路40余次。鑒于直流融冰裝置實際應用效果，我國電網企業(yè)從2011年開始又進行了新一輪的大規(guī)模推廣應用。鑒于直流融冰裝置每年用于融冰的時間并不是很長，在實際的應用中一般均兼有靜止無功補償裝置的功能，沒有尚未有完整設計方案提出。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種綜合考慮直流融冰及其等效試驗、晶閘管控制電抗器或晶間管投切電抗器等功能的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法。本發(fā)明方便實用。本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，所述不帶專用換流變壓器直流融冰裝置具有靜止無功補償功能，包括有電抗器Lla、Llb、Llc， 六脈動換流器R，電抗器L2a、L2b、L2c，刀閘S1、S2、S3、S4，控制保護系統(tǒng)CP，交流濾波器組 F，電抗器Lla、Lib、Llc在直流融冰模式下為換相電抗，在無功補償模式下為晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR的一部分，電抗器L2a、L2b、L2c全部或一部分在直流融冰模式下為平波電抗器，在無功補償模式下為晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器 TSR的一部分；在直流融冰模式下，六脈動換流器R交流側通過電抗器Lla、Lib、Llc與所接交流系統(tǒng)主變低壓側相連，六脈動換流器R直流側通過電抗器L2a、L2b、L2c與刀閘Si、 S2、S3、S4相連；在無功補償模式下，即晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR模式下，六脈動換流器R中的閥VI、V4反并聯(lián)連接后與電抗器L2a、Llc串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側b、c相間，六脈動換流器R中的閥V5、V2反并聯(lián)連接后與電抗器Lla、L2b串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側a、c相間，六脈動換流器R中的閥V3、V6反并聯(lián)連接后與電抗器L2c、Lib串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側a、b相間；濾波器F通過隔離刀閘Kl 和斷路器QFl接在變電站主變低壓側；刀閘Si、S2、S3、K、Kl和斷路器QF、QFl的位置信號及換相電抗器閥側電流信號Iva、Ivb, Ivc及直流側電流信號Idp、Idn及直流側電壓信號 Udp、Udn及六脈動換流器R的監(jiān)測信號接入控制保護系統(tǒng)CP ；控制保護系統(tǒng)CP發(fā)出刀閘和斷路器的分合命令及發(fā)出六脈動換流器R的控制和觸發(fā)命令。其中具有靜止無功補償功能的不帶專用換流變壓器的直流融冰兼裝置的設計方法包括如下步驟1)確定直流融冰裝置覆蓋線路范圍；2)預選各導線融冰電流；3)確定各導線最大允許電流；4)計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率；5)計算換相電抗器閥側額定交流電壓；6)計算換流器的理想空載直流電壓；7)計算換流器在最小觸發(fā)角下的直流電壓；8)確定直流融冰裝置額定參數；9)計算換流器交流側額定電流；10)計算換相電抗器感抗值；
11)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路額定容量和額定電流；12)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路總感抗值；13)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路除換相電抗器外需增加電抗器的電感值；14)確定直流融冰裝置零功率模式下回路電感；15)確定直流融冰裝置零功率模式下最小電流；16)設計交流濾波器。上述步驟1)確定直流融冰裝置覆蓋線路范圍的方法如下根據直流融冰裝置使用地點確定需要利用該裝置進行融冰的線路，包括特殊情況下可能通過變電站串聯(lián)連接進行融冰的個別線路。根據各線路導線型號可得到線路各導線在20°C時的直流電阻值。上述步驟2)預選各導線融冰電流的方法如下根據布爾格斯道爾夫公式計算各線路在典型覆冰條件下的最小融冰電流，取計算值的1.1倍為各導線預選融冰電流，即Idpr= 1. llde.fflin(l)式中，Idpr-各導線預選融冰電流，kA ；Ide.fflin-線路最小融冰電流，kA。上述步驟4)計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率的方法如下根據兩相導線串聯(lián)方式，S卩“一去一回”方式，或稱“1-1”方式，計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率，即下式

權利要求
1.一種不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，所述不帶專用換流變壓器直流融冰裝置具有靜止無功補償功能，包括有電抗器Lla、Lib、Lie,六脈動換流器R，電抗器L2a、L2b、L2c，刀閘Sl、S2、S3、S4，控制保護系統(tǒng)CP,交流濾波器組F，電抗器Lla、Lib、Llc在直流融冰模式下為換相電抗，在無功補償模式下為晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR的一部分，電抗器L2a、L2b、L2c全部或一部分在直流融冰模式下為平波電抗器，在無功補償模式下為晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR的一部分；在直流融冰模式下，六脈動換流器R交流側通過電抗器Lla、Lib、Llc與所接交流系統(tǒng)主變低壓側相連，六脈動換流器R直流側通過電抗器L2a、L2b、L2c與刀閘Si、S2、S3、S4相連；在無功補償模式下，即晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR模式下，六脈動換流器R中的閥V1、V4反并聯(lián)連接后與電抗器L2a、Llc串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側b、c相間，六脈動換流器R中的閥V5、V2反并聯(lián)連接后與電抗器Lla、L2b串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側a、c相間，六脈動換流器R中的閥V3、V6反并聯(lián)連接后與電抗器L2c、Llb串聯(lián)后接在所接變電站主變低壓側a、b相間；濾波器F通過隔離刀閘Kl和斷路器QFl接在變電站主變低壓側；刀閘S1、S2、S3、K、K1和斷路器QF、QF1的位置信號及換相電抗器閥側電流信號Iva、Ivb, Ivc及直流側電流信號Idp、Idn及直流側電壓信號Udp、Udn及六脈動換流器R的監(jiān)測信號接入控制保護系統(tǒng)CP ；控制保護系統(tǒng)CP發(fā)出刀閘和斷路器的分合命令及發(fā)出六脈動換流器R的控制和觸發(fā)命令；其中具有靜止無功補償功能的不帶專用換流變壓器的直流融冰兼裝置的設計方法包括如下步驟1)確定直流融冰裝置覆蓋線路范圍；2)預選各導線融冰電流；3)確定各導線最大允許電流；4)計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率；5)計算換相電抗器閥側額定交流電壓；6)計算換流器的理想空載直流電壓；7)計算換流器在最小觸發(fā)角下的直流電壓；8)確定直流融冰裝置額定參數；9)計算換流器交流側額定電流；10)計算換相電抗器感抗值；11)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路額定容量和額定電流；12)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路總感抗值；13)確定晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路除換相電抗器外需增加電抗器的電感值；14)確定直流融冰裝置零功率模式下回路電感；15)確定直流融冰裝置零功率模式下最小電流；16)設計交流濾波器。
2.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟1)確定直流融冰裝置覆蓋線路范圍的方法如下根據直流融冰裝置使用地點確定需要利用該裝置進行融冰的線路，包括特殊情況下可能通過變電站串聯(lián)連接進行融冰的個別線路；根據各線路導線型號可得到線路各導線在20°C時的直流電阻值；上述步驟2)預選各導線融冰電流的方法如下根據布爾格斯道爾夫公式計算各線路在典型覆冰條件下的最小融冰電流，取計算值的.1.1倍為各導線預選融冰電流，即
3.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟4)計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率的方法如下根據兩相導線串聯(lián)方式，即“一去一回”方式，或稱“ 1-1，，方式，計算各線路在預選融冰電流時的直流壓降和直流功率，即下式
4.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟幻計算計算換相電抗器閥側額定交流電壓的方法如下
5.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟6)計算換流器的理想空載直流電壓的方法如下?lián)Q流器的理想空載直流電壓按下式計算，即
6.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟7)計算換流器在最小觸發(fā)角下的直流電壓的方法如下?lián)Q流器在最小觸發(fā)角下的直流電壓采用下式計算，即
7.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟8)計算直流融冰裝置額定參數的方法如下以式(1)和( 計算得到的最大值為基礎確定直流融冰裝置的額定直流功率、直流電流和直流電壓，直流融冰裝置的額定直流功率、額定直流電流和額定直流電壓大于等于式(1)和( 計算得到的最大值，且額定直流電流小于導線最大允許電流Imax中的最大值，額定直流電壓小于等于最小觸發(fā)角下的直流電壓，即
8.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟9)計算換流器交流側額定電流的方法如下
9.根據權利要求1所述的不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法，其特征在于上述步驟14)確定直流融冰裝置零功率模式下回路電感的方法如下采用晶閘管控制電抗器TCR或晶閘管投切電抗器TSR支路中增加電抗器中的一相作為平波電抗器，直流融冰裝置零功率模式下整個回路電感按照下式計算，即
全文摘要
本發(fā)明是一種不帶專用換流變壓器直流融冰裝置的設計方法。包括如下步驟1)確定融冰裝置覆蓋線路；2)預選融冰電流；3)確定導線最大允許電流；4)計算預選融冰電流下直流壓降和功率；5)計算理想空載直流電壓；6)計算換流器最小觸發(fā)角下直流電壓；7)計算換相電抗器閥側額定電壓；8)確定融冰裝置額定參數；9)計算換流器交流側額定電流；10)計算換相電抗器電感；11)確定TCR或TSR支路額定容量和電流；12)確定TCR或TSR支路總感抗值；13)確定TCR或TSR支路需增加電感值；14)確定融冰裝置零功率回路電感；15)確定融冰裝置零功率最小允許電流；16)設計交流濾波器。本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)的直流融冰兼無功補償裝置設計方法。
文檔編號H02G7/16GK102570369SQ201210019459
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者傅闖, 許樹楷, 饒宏, 黎小林 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司