本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種高壓交流輸電線防冰技術(shù)。具體來說，涉及一種高壓交流輸電線路導(dǎo)線防冰裝置及其組合。

背景技術(shù)：

在冬季雨雪天氣下，持續(xù)低溫雨雪冰凍會(huì)造成輸電線路的冬季覆冰現(xiàn)象。野外的高壓輸電線路覆冰容易引起各種機(jī)械事故和電氣事故。故如何防止野外高壓輸電線路覆冰是電力系統(tǒng)的重大難題。主流的熱力除冰法通過增加輸電線路中的電流或電流密度，或增加輸電導(dǎo)線的等效電阻，或同時(shí)增加導(dǎo)線電流和導(dǎo)線電阻，使輸電導(dǎo)線自身發(fā)熱，從而融化導(dǎo)線上方的覆冰。主要包括短路電流除冰、高頻激勵(lì)除冰、直流電流除冰、潮流調(diào)度除冰。其中，短路電流除冰、直流電流除冰、潮流調(diào)度除冰在實(shí)施輸電線路除冰時(shí)，需要停電4-8個(gè)小時(shí)/次，對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益存在很大的負(fù)面影響。

基于趨膚效應(yīng)的在線高頻除冰防冰方法可實(shí)現(xiàn)在線(不停電)防冰除冰。高頻高壓激勵(lì)施加在覆冰導(dǎo)線上時(shí)，能使敷冰成為有損電介質(zhì)而直接發(fā)熱，也能引起導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)，使電流只在導(dǎo)體表面流通，造成更大的等效電阻損耗發(fā)熱，從而利用二者共同產(chǎn)生的熱量除冰?，F(xiàn)有的高頻除冰防冰方法只能在需要除冰線路的中點(diǎn)安裝高頻高壓激勵(lì)裝置(高頻電源)，在線路的兩端安裝陷波器(高通濾波器)，以控制高頻電流的作用范圍。而除冰線路的中點(diǎn)所處位置大多數(shù)是森林、山區(qū)、湖泊等環(huán)境惡劣偏遠(yuǎn)地區(qū)，建設(shè)成本很高，工作人員需要長途跋涉才能進(jìn)站操作及維護(hù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，甚至可能造成人員傷亡；線路中點(diǎn)為湖泊等情況下，線路中點(diǎn)所在地理位置無法建設(shè)高頻電源。

此外，高頻電源的核心部件-高頻逆變開關(guān)組件多采用IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體功率器件串并聯(lián)組成，這些半導(dǎo)體開關(guān)價(jià)格昂貴，裝置的建設(shè)成本非常高，設(shè)備運(yùn)行的性價(jià)比很低。以上分析說明現(xiàn)有的高頻除冰防冰方法不具備良好的工程應(yīng)用前景。如何克服上述問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要研究的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有高頻除冰防冰裝置的安裝地點(diǎn)偏遠(yuǎn)，導(dǎo)致建設(shè)及維護(hù)成本非常高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，響應(yīng)時(shí)間周期長，甚至可能帶來生命危險(xiǎn)等問題。本發(fā)明提出了基于半導(dǎo)體功率器件-反向開關(guān)晶體管(Reservely Switched Dynistor,RSD)的新型高頻電源防冰裝置，以解決上述問題。

為了達(dá)到本發(fā)明的目的，技術(shù)方案如下：

一種高壓交流輸電線路導(dǎo)線防冰裝置，包括融冰裝置和高通濾波器；所述需要除冰的交流輸電線路的單根交流導(dǎo)線的兩個(gè)端點(diǎn)分別為A端和B端，稱為融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端點(diǎn)A端安裝融冰裝置，另一端的端點(diǎn)B端連接接地的第二高通濾波器；所述融冰裝置包括電感L1、電容C、電容C2、隔離開關(guān)K、隔離開關(guān)K4、隔離開關(guān)K5、隔離開關(guān)K6、高頻電源、電容C3、高頻變壓器T和第一高通濾波器；所述高頻電源依次通過高頻變壓器T、電容C、隔離開關(guān)K及電容C2接入融冰段AB的A端的輸入點(diǎn)，所述電容C2的一端連接隔離開關(guān)K的一端，所述電容C2的另一端連接融冰段AB的A端的輸入點(diǎn)；所述電感L1一端連接隔離開關(guān)K和電容C2的公共端，所述電感L1另一端連接隔離開關(guān)K4和電容C3的公共端，所述電容C3的一端連接隔離開關(guān)K4和電感L1的公共端，所述電容C3的另一端連接融冰段AB的A端輸出點(diǎn)，所述隔離開關(guān)K4的一端連接電容C3的一端，所述隔離開關(guān)K4的另一端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端接地；所述隔離開關(guān)K5的一端連接隔離開關(guān)K和電容C2的公共端，另一端連接融冰段AB的A端輸出點(diǎn)；所述第二高通濾波器的一端連接隔離開關(guān)K6的一端，所述第二高通濾波器的另一端接地，所述隔離開關(guān)K6的另一端連接融冰段AB的B端。

通過采用這種技術(shù)方案：高頻電源依次通過高頻變壓器T和諧振電容C接入于高壓交流輸電線路中，將高頻電流疊加到工頻電流上，使線路導(dǎo)線的有效除冰防冰電流達(dá)到或超過最小除冰防冰電流，實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路的導(dǎo)線防冰，能夠?qū)崿F(xiàn)不停電防冰，降低了因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

優(yōu)選的是，上述高壓交流輸電線路導(dǎo)線防冰裝置中：所述高頻電源包括交流電源P2、隔離開關(guān)K2、工頻變壓器T1、隔離開關(guān)K1、晶閘管全橋整流模塊、儲(chǔ)能電容C0、濾波電感L0、反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；所述交流電源P2經(jīng)隔離開關(guān)K2連接工頻變壓器T1的輸入端、所述工頻變壓器T1的輸出端經(jīng)隔離開關(guān)K1連接晶閘管全橋整流模塊，所述晶閘管全橋整流模塊經(jīng)儲(chǔ)能電容C0、濾波電感L0構(gòu)成的儲(chǔ)能電路連接反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，所述反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊的輸出端連接諧振電容C1和諧振電感L3構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路，所述串聯(lián)諧振電路的輸出端連接高頻變壓器T的輸入端。

通過采用這種技術(shù)方案：交流電源P2輸出的交流電壓經(jīng)工頻變壓器變壓后輸出至晶閘管全橋整流模塊轉(zhuǎn)化為直流電，存儲(chǔ)在由儲(chǔ)能電容C0、濾波電感L0構(gòu)成的儲(chǔ)能電路，再經(jīng)反向開關(guān)晶體管(RSD)全橋逆變模塊轉(zhuǎn)化為高頻雙極性方波，經(jīng)諧振電容C1和諧振電感L3組成的串聯(lián)諧振單元，通過高頻變壓器T和諧振電容C接入于高壓交流輸電線路，輸出高頻高幅值除冰電流。

另一種優(yōu)選方案是：所述高頻電源包括直流電源、儲(chǔ)能電容C0、反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；儲(chǔ)能電容C0并聯(lián)于直流電源的輸出端、所述直流電源依序經(jīng)反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊和由諧振電容C1和諧振電感L3構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路連接至工頻變壓器T1。

通過采用這種技術(shù)方案：直流電源輸出的直流電經(jīng)反向開關(guān)晶體管(RSD)全橋逆變模塊轉(zhuǎn)化為高頻雙極性方波，經(jīng)諧振電容C1和諧振電感L3串聯(lián)諧振后通過高頻變壓器T和諧振電容C接入于高壓交流輸電線路。

更優(yōu)選的是：高頻電源輸出的絕大部分高頻電流通過融冰段AB、隔離開關(guān)K6、第一高通濾波器回到變壓器T的接地端。進(jìn)一步的優(yōu)選是：所述AB段線路的線路阻值R與電感L1的阻抗相比，R≤0.1L1。

通過這種方式：電容C2與AB段線路電感組成串聯(lián)諧振電路，將AB段的等效非阻性高頻阻抗L0降低為約等于0，當(dāng)AB段的線路電阻R的阻抗遠(yuǎn)小于L1時(shí)，絕大部分高頻電流通過AB段導(dǎo)線、隔離開關(guān)K6、第一高通濾波器及接地端回到變壓器T的接地端，導(dǎo)線發(fā)熱，從而去除導(dǎo)線敷冰，同時(shí)避免了高頻電流對除冰線路之外的電力線路的影響。

本發(fā)明具有的有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高頻電源可以直接安裝在輸變電站，無需安裝在輸電線路的中點(diǎn)，大幅減少了除冰防冰裝置的安裝難度、建設(shè)成本及維護(hù)成本，同時(shí)，工作人員無需長途跋涉到線路的中點(diǎn)操作及維護(hù)，顯著降低了人力成本，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度指令的快速響應(yīng)；高頻電源采用RSD作為功率開關(guān)，輸出高頻大功率電流，與基于IGBT、MOSFET的高頻電源相比，本發(fā)明所述的高頻電源的成本明顯降低，而電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性卻顯著上升。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖，其中A—B段為高壓交流輸電線路的除冰段；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中高頻電源模塊的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2中高頻電源模塊的另一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于實(shí)施例。

如圖1-4所示本發(fā)明的實(shí)施例1：

一種高壓交流輸電線路導(dǎo)線防冰裝置，包括融冰裝置和高通濾波器；所述需要除冰的交流輸電線路的單根交流導(dǎo)線的兩個(gè)端點(diǎn)分別為A端和B端，稱為融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端點(diǎn)A端安裝融冰裝置，另一端的端點(diǎn)B端連接接地的第二高通濾波器；所述融冰裝置包括電感L1、電容C、電容C2、隔離開關(guān)K、隔離開關(guān)K4、隔離開關(guān)K5、隔離開關(guān)K6、高頻電源、電容C3、高頻變壓器T和第一高通濾波器；所述高頻電源依次通過高頻變壓器T、電容C、隔離開關(guān)K及電容C2接入融冰段AB的A端的輸入點(diǎn)，所述電容C2的一端連接隔離開關(guān)K的一端，所述電容C2的另一端連接融冰段AB的A端的輸入點(diǎn)；所述電感L1一端連接隔離開關(guān)K和電容C2的公共端，所述電感L1另一端連接隔離開關(guān)K4和電容C3的公共端，所述電容C3的一端連接隔離開關(guān)K4和電感L1的公共端，所述電容C3的另一端連接融冰段AB的A端輸出點(diǎn)，所述隔離開關(guān)K4的一端連接電容C3的一端，所述隔離開關(guān)K4的另一端連接第一高通濾波器的一端，所述第一高通濾波器的另一端接地；所述隔離開關(guān)K5的一端連接隔離開關(guān)K和電容C2的公共端，另一端連接融冰段AB的A端輸出點(diǎn)；所述第二高通濾波器的一端連接隔離開關(guān)K6的一端，所述第二高通濾波器的另一端接地，所述隔離開關(guān)K6的另一端連接融冰段AB的B端。

其中，所述高頻電源包括交流電源P2、隔離開關(guān)K2、工頻變壓器T1、隔離開關(guān)K1、晶閘管全橋整流模塊、儲(chǔ)能電容C0、濾波電感L0、反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；所述交流電源P2經(jīng)隔離開關(guān)K2連接工頻變壓器T1的輸入端、所述工頻變壓器T1的輸出端經(jīng)隔離開關(guān)K1連接晶閘管全橋整流模塊，所述晶閘管全橋整流模塊經(jīng)儲(chǔ)能電容C0、濾波電感L0構(gòu)成的儲(chǔ)能電路連接反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，所述反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊的輸出端連接諧振電容C1和諧振電感L3構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路，所述串聯(lián)諧振電路的輸出端連接高頻變壓器T的輸入端。

高頻電源也可由直流電源、儲(chǔ)能電容C0、反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊，諧振電容C1和諧振電感L3構(gòu)成。其中，儲(chǔ)能電容C0并聯(lián)于直流電源的輸出端、所述直流電源依序經(jīng)反向開關(guān)晶體管全橋逆變模塊和由諧振電容C1和諧振電感L3構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路連接至高頻變壓器T的輸入端。

圖中：A-B段為需要除冰的線路。

實(shí)踐中，其工作過程如下：當(dāng)高壓交流輸電線線路正常工作、不需要除冰時(shí)，隔離開關(guān)K5閉合，隔離開關(guān)K6、隔離開關(guān)K、隔離開關(guān)K4均斷開，將除冰裝置從輸電系統(tǒng)隔離，除冰裝置不工作。當(dāng)線路AB段需要除冰時(shí)，K5斷開，K、K6、K4均閉合，高頻電源通過高頻變壓器T輸出高頻電流，電容C2與AB段線路電感組成串聯(lián)諧振電路，將AB段的等效非阻性高頻阻抗L0降低為約等于0，AB段的阻抗基本上只剩下線路電阻性阻抗R，當(dāng)AB段的線路電阻R的阻抗遠(yuǎn)小于L1時(shí)，絕大部分高頻電流通過AB段線路導(dǎo)線，形成AB段線路導(dǎo)線的高頻除冰電流。一般情況下，R和L1的比例為R≤0.1L1，此比例值為建議的較優(yōu)化值，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)實(shí)際效果設(shè)計(jì)比例值，而不局限于此值。電感L1和C3串聯(lián)諧振，兩者的工頻總阻抗接近或等于0，減小或消除L1對工頻線路的影響。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案，因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。