基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法與流程

本發明涉及電氣工程
技術領域：
，具體涉及一種基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法。
背景技術：
：我國南方地區冰雪災害頻發，輸電線路覆冰后易于引起斷線倒桿，嚴重威脅到電網的安全穩定運行和供電可靠性。特別是2008年特大冰災中，冰凍天氣持續襲擊我國華東、華中等地區，導致湖南、浙江、江西等多個省份大面積、長時間停電，給國民經濟和人民群眾的生產生活造成了巨大損失。為此，國內多家單位研制了多種型號的融冰裝置，其中基于“可調檔變壓器+不控整流電路”拓撲結構的直流融冰裝置因具有結構簡單、成本低廉、融冰可靠性高等優點而成為市場主流。如圖1所示，該直流融冰裝置包括融冰變壓器，融冰變壓器的原邊和10/35Kv母線相連，融冰變壓器的副邊抽頭通過整流器、輸出刀閘和覆冰線路相連。但該類裝置是基于二極管不控整流電路，為了同時滿足變電站多條輸電線路的融冰需求，融冰變壓器一般需設置多個檔位來使裝置輸出電壓電流可在較大范圍內可調，此時融冰變壓器的檔位配置成為影響裝置融冰性能、成本以及體積重量的關鍵因素。目前，工程技術人員一般采用試湊法來設計融冰變檔位，即首先根據某條線路的融冰需求設計出融冰變壓器的一個檔位；再核算該檔位是否滿足第二條線路的融冰需求，不滿足時則增加新的變壓器檔位；然后再核算已有檔位是否滿足第三條線路的融冰需求……,如此反復直至所設計的多個檔位能滿足所有覆冰線路的融冰需求。這種方法原理簡單、門檻低，但當有融冰需求的輸電線路數量較多時(500kV變電站出線一般多達十條甚至二十條)，其循環迭代過程計算量大；而且若設計出的檔位數量超過容許極限，則需要改換初設條件重新設計直至滿足要求。更重要的是，每個檔位對應副邊電壓的選定缺乏統籌性，即一般僅考慮某條線路的需求而不兼顧多條線路，這往往導致設計出的變壓器檔位數量偏多且缺乏對線路參數變化時的適應性，設計結果難以達到最優。技術實現要素：本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種能夠簡化設計過程并使檔位數量盡量少、降低融冰變壓器的設計和制造成本，設計過程簡單、設計結果優良、可移植性強、設計檔位數量少、實現快捷、使用方便的基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法。為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法，步驟包括：1)確定變電站各線路的融冰需求電壓；2)繪制出各線路融冰需求電壓的二維平面圖；3)提取二維平面圖中各線路融冰需求電壓的交集區段；4)根據各線路融冰需求電壓的交集區段確定融冰變壓器副邊的檔位。優選地，所述步驟1)的詳細步驟包括：1.1)確定變電站各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin；1.2)根據直流融冰時輸電線路的接線方式，結合最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin計算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin；1.3)根據融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關系，計算出各線路融冰時所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[U2min,U2max]作為融冰需求電壓。優選地，所述步驟1.2)中具體是指根據式(1)計算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin，且當融冰裝置的輸出直流電流取值為最大融冰電流Imax時，計算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax；當融冰裝置的輸出直流電流取值為最小融冰電流Imin時，計算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最低輸出直流電壓Umin；Udc＝k1Idcr0l(1)式(1)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓，k1為表示直流融冰時輸電線路的接線方式對應的接線系數，Idc為融冰裝置的輸出直流電流，r0為線路單位長度的電阻，l為線路長度。優選地，所述步驟2)具體是指：具體是指將融冰需求電壓作為橫軸、各線路的線路序號作為縱軸，將變電站各線路的融冰需求電壓統一繪制在同一幅二維平面圖中。優選地，所述步驟3)的詳細步驟包括：按照涵蓋盡可能多線路的原則，在二維平面圖標注出融冰需求電壓的交集區段；檢測是否剩余有和其它線路沒有交集區段的線路，如果剩余有和其它線路沒有交集區段的線路，則對該線路單獨標注出融冰需求電壓區域。優選地，所述步驟4)具體是指：從每一個融冰需求電壓區域中選擇一個電壓作為一個檔位，從而得到由所有融冰需求電壓區域對應的電壓構成融冰變壓器副邊的檔位。本發明基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法充分利用了“線路融冰所需的電壓電流可在一定范圍內自由選取”這一固有特性，通過構造融冰需求電壓二維平面圖來使融冰變壓器的檔位設計過程可視化，將所有待融冰線路的融冰電壓需求區段繪制在一副二維平面圖中，然后根據各區段的交集特征來設計融冰變壓器的各個檔位，解決了現有方法設計過程過于復雜、且設計出的變壓器檔位偏多導致成本高、重量大等問題，能夠簡化設計過程并使檔位數量盡量少、降低融冰變壓器的設計和制造成本。與現有檔位設計方法相比，本發明具有以下優點：1、設計過程簡單。本方法中各條線路融冰電壓-電流特性的計算完全平行而無先后之分，設計過程扁平化，一次即可得出設計結果，避免了傳統方法中的反復試湊迭代。2、設計結果優良。該方法設計的變壓器任一檔位都會盡量兼顧多條線路的融冰需求，可保證融冰變壓器的檔位數量最少，從而有助于降低其制造成本、體積、重量；并且可對線路參數變化具有更強的魯棒性。3、可移植性強。該方法每個步驟都有嚴格的客觀約束條件，基本不需要設計者去人為選取數據，這時得其設計結果不會因設計人員的經驗或偏好不同而出現明顯差異。4、本發明基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法基于二維平面圖確定檔位，既可利用計算機圖形處理技術，也可人工處理，具有實現快捷、使用方便的優點。附圖說明圖1為現有技術基于“可調檔變壓器+不控整流電路”的直流融冰裝置結構示意圖。圖2為本發明實施例方法的基本流程示意圖。圖3為本發明實施例中步驟2)得到的二維平面圖。圖4為本發明實施例中步驟3)得到的交集區段示意圖。圖5為本發明實施例中步驟4)得到的融冰變壓器的檔位示意圖。具體實施方式如圖2所示，本實施例基于圖解法的直流融冰裝置融冰變壓器檔位設計方法的步驟包括：1)確定變電站各線路的融冰需求電壓；2)繪制出各線路融冰需求電壓的二維平面圖；3)提取二維平面圖中各線路融冰需求電壓的交集區段；4)根據各線路融冰需求電壓的交集區段確定融冰變壓器副邊的檔位。本實施例中，步驟1)的詳細步驟包括：1.1)確定變電站各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin；1.2)根據直流融冰時輸電線路的接線方式，結合最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin計算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin；1.3)根據融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關系，計算出各線路融冰時所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[U2min,U2max]作為融冰需求電壓。各線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin為各個線路的固有特性，具體可以根據某輸電線路的導線型號、途徑地區的典型風速溫度等環境參數，利用《輸電線路電流融冰技術導則》中計算公式或查詢相應表格、曲線，即可確定該線路容許的最大融冰電流Imax和最小融冰電流Imin。只要線路電流在兩者之間，就能實現融冰，因此該線路的融冰電流需求可表示為Imin≤Idc≤Imax，其中Idc為實際電流，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流。本實施例中，步驟1.2)中具體是指根據式(1)計算各線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax和最低輸出直流電壓Umin，且當融冰裝置的輸出直流電流取值為最大融冰電流Imax時，計算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最高輸出直流電壓Umax；當融冰裝置的輸出直流電流取值為最小融冰電流Imin時，計算得到的融冰裝置的輸出直流電壓Udc為線路容許的融冰裝置最低輸出直流電壓Umin；Udc＝k1Idcr0l(1)式(1)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓，k1為表示直流融冰時輸電線路的接線方式對應的接線系數，Idc為融冰裝置的輸出直流電流，r0為線路單位長度的電阻，l為線路長度。直流融冰時輸電線路的接線方式一般有且僅有“兩相串聯”和“兩并一串”兩種接線方式，兩相并聯時接線系數k1取值為2.0，兩并一串時接線系數k1取值為1.5。式(1)中，r0l表示為線路的單相總電阻Rl。根據式(1)和線路的融冰電流需求(Imin≤Idc≤Imax)可算出對該線路實施融冰時融冰裝置輸出直流電壓應滿足式(2)所示的范圍約束；1.5IminRl≤Udc≤2ImaxRl(2)式(2)中，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流，Rl表示線路的單相總電阻，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓(融冰變壓器原邊電壓)。本實施例的在三相不控整流電路中，融冰裝置中融冰變壓器原邊和副邊的電壓關系如式(3)所示；Udc＝1.25Uac(3)式(3)中，Udc為融冰裝置的輸出直流電壓(融冰變壓器原邊電壓)，Uac為融冰裝置的輸入交流電壓(融冰變壓器副邊電壓)。根據式(2)和式(3)可知，為了實現對該線路的直流融冰，融冰變壓器的副邊輸出電壓應該滿足式(4)所示的范圍約束；1.2IminRl≤Uac≤1.6IminRl(4)式(4)中，Imax表示線路容許的最大融冰電流，Imin表示線路容許的最小融冰電流，Rl表示線路的單相總電阻，Uac為融冰裝置的輸入交流電壓(融冰變壓器副邊電壓)。將式(4)中代入具體參數，就可求出所有待融冰線路的融冰需求電壓。以某220kV變電站為例，各條出線的基本參數如表1所示，利用前述方法計算各線路融冰電壓電流，結果如表2所示。表1：某變電站易覆冰線路的基本參數表。線路號電壓(kV)導線型號長度(km)電阻Rl(Ω)感抗Xl(Ω)1#220LGJ-300/4010.61.004.352#220JLHA1-400513.6720.453#220LGJ-400/3556.0534.0422.484#110LGJ-300/4012.181.144.995#110LGJ-240/309.3751.233.766#110LGJ-240/3044.5155.8317.857#110LGJ-240/303.50.461.408#110LGJ-240/3016.6842.196.699#110LGJ-240/3022.7572.989.1310#110LGJ-240/308.5731.123.4411#110LGJ-240/3039.235.1415.7312#110LGJ-240/3039.2301.004.35表2：各線路所對應的融冰電壓電流需求表。參見表2，以1#線路為例，該線路融冰時所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[813,1754]為該線路的融冰需求電壓；以2#線路為例，該線路融冰時所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍[3525,7050]為該線路的融冰需求電壓。本實施例中，步驟2)具體是指：具體是指將融冰需求電壓作為橫軸、各線路的線路序號作為縱軸，將變電站各線路的融冰需求電壓統一繪制在同一幅二維平面圖中，得到的結果如圖3所示。參見圖3可知1#線路所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍為[813,1754]，2#線路融冰時所需要的融冰變壓器副邊的電壓范圍為[3525,7050]。本實施例中，步驟3)的詳細步驟包括：按照涵蓋盡可能多線路的原則，在二維平面圖標注出融冰需求電壓的交集區段；檢測是否剩余有和其它線路沒有交集區段的線路，如果剩余有和其它線路沒有交集區段的線路，則對該線路單獨標注出融冰需求電壓區域，得到的結果如圖4所示。參見圖4可知，1#線路、4#線路、5#線路、8#線路、10#線路有共同的交集區段，2#線路、3#線路、6#線路、9#線路、11#線路有共同的交集區段，7#線路為和其它線路沒有交集區段的線路，最終得到三個交集區段。本實施例中，步驟4)具體是指：從每一個融冰需求電壓區域中選擇一個電壓作為一個檔位，從而得到由所有融冰需求電壓區域對應的電壓構成融冰變壓器副邊的檔位，得到的結果如圖5所示。在前述各個交集區段中分別選擇一個電壓值作為變壓器的多個副邊電壓，由此確定出變壓器的各個檔位。同時，在前述交集范圍之內，可以微調所選取的具體電壓值來讓相鄰檔位的電壓比值適當，從而增強裝置對變電站電壓、線路阻抗、環境參數變化時的適應性。本實施例中根據三個交集區段設置三個檔位，各檔對應的融冰變壓器副邊電壓分別為500V、1580V和4180V。綜上所述，本實施例充分利用了“線路融冰所需電壓電流可在一定范圍內自由選取”這一固有特性，通過構造融冰需求電壓二維平面圖使融冰變壓器檔位設計過程可視化，避免了融冰變副邊電壓的盲目選擇及反復試湊，可在滿足所有線路融冰需求的前提下，使融冰變壓器的檔位數量最少，且提高對線路參數變化的魯棒性。以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3