直流融冰三相交流線路自動切換的方法

專利名稱：直流融冰三相交流線路自動切換的方法
技術領域：
本發明涉及直流融冰三相交流線路自動切換的方法和及應用該方法的裝置。
背景技術：
輸電線路在冬季覆冰嚴重威脅電力系統的安全運行。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。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。1998年美加冰災后，國際上非常重視防冰、抗冰和融冰技術的研究，但都沒有 進入實用階段。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，對防止冰災起到了較好的作用。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。直流融冰裝置采用可控硅(晶閘管)整流方式，將交流電流轉化為直流電流，注 入交流導線，利用直流電流在導線電阻中產生熱量使覆冰融化。直流融冰是廣泛適應于 大型電網各個電壓等級的高壓輸電線路的最為有效和可行的融冰手段。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 冰的可能和開發直流融冰裝置。與傳統的三相交流短路融冰方法相比，直流融冰技術也 是利用短路電流融冰方法，但融冰電流為直流，其電源由系統主變低壓側提供。該方法 下線路等效阻抗主要取決于線路電阻參數，遠小于交流短路融冰時線路阻抗，對融冰電 源容量要求低。通過大量實踐經驗的總結，發現采用直流融冰是一種切實可行、經濟有 效的防止冰災事故發生的技術方法和措施。國外已經開始進行相關裝置的研制。對交流線路實施融冰時，直流融冰裝置輸出的兩相直流母線(正、負極)分別需 要連接到三相交流線路。無論是連接三相交流線路的兩相導線進行融冰，還是交流一相 導線連接正極(或負極)，另外二相導線并聯連接負極(或正極)，由于融冰過程中，流過 三相導線的電流不一致，可造成三相導線融冰程度不均衡并引起桿塔損壞及故障；同時 如果融冰過程中需要人工改接線對交流線路的其他相導線進行融冰，現場工作量很大。此外融冰過程中，三相線路需要進行均衡融冰。當交流線路三相導線不均衡融冰， 會產生張力差，使塔橫擔扭轉和變形，還會導致線間電氣間隙減小，嚴重時可造成桿塔 倒桿的機械及電氣事故。41998年的北美冰風暴災難后，魁北克水電公司考和AREVA公司合作，投入2 500萬歐元開發了一套高壓直流融冰裝置，該裝置裝設于魁北克的L6vis變電站。但是到目前為止，該裝置還沒有完成現場調試。參考文獻[1]和[2]公開的AREVA的融冰方案中，只給出主回路接線圖，并沒有給出未見采用直流融冰三相交流線路自動切換方法。另外參考文獻[3]，雖然公開了兩種直流融冰進行均衡融冰的兩種方法，但是并沒有公開自動控制裝置實現自動切換時的具體操作步驟及切換條件。
參考文獻 Granger M， Dutil A, Nantel A. Performance aspects of Levis substationde-icing project using DC technology[C]. Presented at the 11th Int. Workshop onAtmospheric Icing of Structures. Montreal, Canada, June 2005. Horwill C， Davidson C C, Granger M， et al. An application of HVDC to thede-icing of transmission lines. Transmission and Distribution Conference andExhibition[c]. 2005/2006 IEEE PES Dallas, USA.饒宏，李立涅等.南方電網直流融冰技術研究.南方電網技術，2008年04月,第2巻第2期:7 12頁.

發明內容
本發明的目的是在直流融冰過程中通過控制直流側刀閘的操作，自動切換三相導線連接到整流裝置進行融冰，使三相導線均衡受熱實現均衡融冰。切換過程中整流裝置及直流側刀閘的操作都由自動順序控制來實現。
本發明實現的技術方案是直流融冰三相交流線路自動切換的方法，直流融冰的主回路包括整流裝置、控制保護裝置、和直流側刀閘，三相交流電源連接到整流裝置即換流器的閥組的三相輸入，整流裝置的正負極輸出在直流融冰方式時分別通過二組直流側隔離刀閘連接到需要進行融冰的三相交流線路，形成直流融冰主回路，對三相交流線路進行直流融冰；其特征是根據融冰設備的運行狀態不同，通過控制裝置對直流側隔離刀閘進行控制操作，控制直流側隔離刀閘自動切換三相導線使之連接到整流裝置進行融冰。其中，在對三相交流線路的相序組別進行切換時，根據融冰設備的運行狀態不同，相序組別切換的自動起/停和倒閘操作步驟為以下三種情況之一
1) 在融冰裝置直流隔離且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，只是將相序模式切到下一組別，融冰裝置仍保存直流隔離狀態；必須再執行直流連接命令，才會按該組別的相序組別設置進行連接，閉合相應的直流側隔離刀閘；
2) 在融冰裝置直流連接且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，將相序模式切到下一組別，控制裝置和直流側刀閘進行自動操作；首先打開原先閉合的直流側隔離刀閘，再按照該組別的相序組別要求閉合相應的直流側隔離刀閘，轉換到新的直流連接狀態；
3) 在融冰裝置直流解鎖的情況下進行相序切換時，控制裝置將首先自動減小融
5冰裝置輸出電流至最小允許直流電流；再執行直流閉鎖，閉鎖融冰整流裝置；然后自動進行直流側刀閘的分合操作，并按下一組別的相序組別進入直流連接狀態；然后再執行直流解鎖，并提升融冰裝置輸出電流至切換前的水平，對該組別的相序組別線路進行融冰；
直流隔離指二組直流側隔離刀閘S1A、 S1B、 S1C、 S2A、 S2B、 S2C均處于分開的狀態；直流閉鎖融冰裝置控制脈沖信號未發出，可控硅整流裝置未開始工作；直流解鎖融冰裝置控制脈沖信號己發出，可控硅整流裝置開始工作；直流連接指按照預先設定的順序連接閉合相應直流側隔離刀閘。
相序組別依次進行切換時需要滿足如圖2所示相序組別切換聯鎖條件當不處于直流電流升降過程中、不處于相序組別切換過程中、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許相序組別切換。相序組別切換過程中指本組相序組別切換命令己發出且執行尚未結束。
其中，融冰方式有兩種供選擇，分別是第一種融冰方式和第二種融冰方式
3) 第一種融冰方式每次對三相交流線路的兩相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直流電壓的正極相連，另一相與融冰裝置直流電壓的負極相連；
4) 第二種融冰方式每次對三相交流線路的三相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直流電壓的正極相連，另外兩相并接，再與融冰裝置直流電壓的負極相連；
兩種融冰方式切換時要滿足圖1所示控制模式切換聯鎖條件當不處于直流隔離過程中、直流隔離狀態、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許切換；
直流隔離過程中指執行直流隔離命令且尚未完成；直流隔離狀態指二組直流
側隔離刀閘S1A、 S化、S1C、 S2A、 S2B、 S2C均處于分開的狀態。
其中，融冰控制模式分為手動模式和自動模式
1) 手動模式下，當直流融冰裝置對某一相序組別的交流線路融冰完成后，由運行人員手動發出相序組別切換指令；直流融冰控制系統自動實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘的倒閘操作，將融冰的導線切換到下一組繼續另一相序組別的交流線路融
冰；
2) 自動模式下，直流融冰裝置在對某一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間后，將自動發出相序組別切換指令，實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路再進行融冰Tz/3n時間，然后再自動實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間,如此繼續，直到達到Tz時間完成融冰后自動停止。
兩種控制模式進行切換時要滿足圖1所示控制模式切換聯鎖條件當不處于直流隔離過程中、直流隔離狀態、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許切換。
手動模式下某一相序的融冰時間由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定；自動模式下某一相序的融冰時間Tz/3n， n通常為1~3， Tz為三相交流線路融冰的總時間，由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定。
第一種融冰工作方式下三相線路的融冰總時間Tz約為1.5T，第二種融冰工作方式下三相線路的融冰總時間Tz約為2T;這里T表示單相線路融冰的周期時間，由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定，Tz表示融冰總時間。
本發明的有益效果可以保證三相線路快速、均衡融冰，大大提高了系統安全性和可靠性；同時減少開關刀閘的倒閘操作和融冰現場接線的工作。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明專利進一步詳細說明。
圖1是本發明實施方式的融冰方式切換聯鎖條件和控制模式切換聯鎖條件
圖1中
直流隔離狀態直流側隔離刀閘S1A、 S1B、 S1C、 S2A、 S2B、 S2C均處于分開的狀態；
直流隔離過程中指執行直流隔離命令且尚未完成；
允許切換指發出命令允許進行融冰方式切換或進行融冰控制方式切換；
t:是由"延時"的輸入值設定的，該定值的整定需考慮躲開信號干擾的時間， 一般
設定為10ms~30ms。
圖2為本發明專利實施方式的相序組別切換聯鎖條件
圖2中
直流電流升降過程中指整流裝置輸出的直流電流正處在增大或減小的過程中；相序組別切換過程中指本組相序組別切換命令已發出且執行尚未結束；允許相序組別切換指發出命令允許切換到下一組相序組別；直流閉鎖含義同圖1的直流閉鎖；t:含義同圖1的t。
圖3整流及控制裝置和交流線路的連接圖
圖4為本發明實施方式在1-1融冰方式下交流線路三相導線的切換過程圖5為本發明實施方式在1-2融冰方式下交流線路三相導線的切換過程圖3、圖4和圖5中S1A、 S1B、 S1C、 S2A、 S2B和S2C為直流側隔離刀閘
具體實施例方式
直流融冰裝置采用可控硅(晶閘管)整流方式，將交流電流轉化為直流電流，注入三相交流導線，利用直流電流在導線電阻中產生熱量使覆冰融化。本發明可以選擇采用采取第一種融冰方式或第二種融冰方式，通過手動或自動模式切換線路相序組別，控制直流側刀閘的操作自動切換三相導線連接到整流裝置進行融冰，使三相導線均衡受熱實現均衡融冰，具有很好的融冰效果。
本發明實施方式包括融冰方式切換、控制模式切換，相序組別定義和相序切換步驟4個方面。
71、 融冰方式切換
融冰方式分為第一中融冰方式和第二種融冰方式。運行人員可以在運行人員工作
站(ows)上手動在第一種融冰方式和第二種融冰方式之間進行切換，切換時要滿足
圖1所示融冰方式切換聯鎖條件。
1) 第一種融冰方式每次對三相交流線路的兩相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直流電壓的正極相連，另一相與融冰裝置直流電壓的負極相連。
2) 第二種融冰方式每次對三相交流線路的三相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直流電壓的正極相連，另外兩相并接，再與融冰裝置直流電壓的負極相連。
第一種融冰工作方式下線路總的直流電阻較小，所要求的直流融冰電源的功率相對較小，與第一種融冰工作方式相比較總容量減小約1/4。第一種融冰工作方式可選擇作為較長線路的融冰工作方式。
2、 控制模式切換
融冰控制模式分為手動模式和自動模式。運行人員可以在運行人員工作站上手動進行手動模式和自動模式之間進行切換，切換時要滿足如圖1所示控制模式切換聯鎖條件。
1) 手動模式下，當直流融冰裝置對某一相序組別的交流線路融冰完成后，由運行人員手動發出相序組別切換指令。直流融冰控制系統自動實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘的倒間操作，將融冰的導線切換到下一組繼續另一相序組別的交流線路融冰，每一個相序融冰時間由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定。
直流相序組別切換的自動起/停和倒閘操作的步驟對于第一種融冰方式和第二種融冰方式是相同的，如下文相序組別切換步驟中所述。
2) 自動模式下，直流融冰裝置在對某一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間后，將自動發出相序組別切換指令，實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路再進行融冰Tz/3n時間，然后再自動實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間,如此繼續,直到達到Tz時間完成融冰后自動停止。n通常為1-3。 (Tz為三相交流線路融冰的總時間，由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定。)
3、 相序組別定義
三相交流線路的相序組別可以定義為組別1 、組別2和組別3三種種融冰相序組別。運行人員可以在運行人員工作站上對組別1、組別2、組別3三種相序組別依次進行切換，切換時要滿足圖2所示相序組別切換聯鎖條件。
在第一種融冰方式和第二種融冰方式下，三相交流線路的相序組別的分別定義如
下
1)在第一種融冰方式下，按照進行融冰的線路導線相別和直流側隔離刀閘分合
狀態的不同，可以分為三種相序組別，艮口組別1: 1A、 2B;組別2: 1B、 2C;組別3: 1C、 2A。
2)在第二種融冰方式下，按照進行融冰的線路導線相別和直流側隔離刀閘分合狀態的不同，可以分為三種相序組別，艮P:組別1: 1A、 2B、 2C;組別2: 1B、 2A、2C;組別3: 1C、 2A、 2B。
4、相序組別切換步驟
在對三相交流線路的相序組別進行切換時，根據融冰設備的運行狀態不同，相序
組別切換的自動起/停和倒閘操作步驟可分為以下三種情況
1) 在融冰裝置直流隔離且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，只是將相序模式
切到下一組別，融冰裝置仍保存直流隔離狀態；如果再執行直流連接(直流連接指按
照預先設定好的相序組別連接閉合相應直流側隔離刀閘)命令，直流將按新的相序組別設置進行連接，閉合相應的直流側隔離刀閘。
2) 在融冰裝置直流連接且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，將相序模式切到
下一組別，控制裝置和直流側刀閘進行自動操作，首先打開原先閉合的直流側隔離刀閘，再按照新的相序組別要求閉合相應的直流側隔離刀閘，轉換到新的直流連接狀態。
3) 在融冰裝置直流解鎖的情況下進行相序切換時，控制裝置將首先自動減小融
冰裝置輸出電流至最小允許直流電流；再執行直流閉鎖，閉鎖融冰整流裝置；然后自動進行直流側刀閘的分合操作，并按新的相序組別進入直流連接狀態；然后再自動執行直流解鎖，并提升融冰裝置輸出電流至切換前的水平，對新的相序組別線路進行融冰。
整流及控制裝置和交流線路的連接如圖3所示，第一種融冰工作方式下交流線
路三相導線的切換過程如圖4所示，三相線路的融冰總時間Tz約為1.5T。 (T:單相線
路融冰的周期時間，由運行人員根據線路覆冰情況和氣象條件設定。)。第二種融冰工
作方式下交流線路三相導線的切換過程如圖5所示，三相線路的融冰總時間Tz約為2T(T:單相線路融冰的周期時間)。
為了驗證本發明實施方式的可行性，利用RTDS系統和控制保護試驗樣機進行了仿真。仿真結果表明，本發明實施方式滿足交流線路融冰需求，可實現安全、快速的融冰。本發明實施方式在2008年已應用于"中國南方電網抗災減災"工程，在南方四省11個變電站中投入使用，取得了很好的效果。
權利要求
1、直流融冰三相交流線路自動切換的方法，其特征是直流融冰的主回路包括整流裝置、控制保護裝置、和直流側刀閘，三相交流電源連接到整流裝置即換流器的閥組的三相輸入，整流裝置的正負極輸出在直流融冰方式時分別通過二組直流側隔離刀閘連接到需要進行融冰的三相交流線路，形成直流融冰主回路，對三相交流線路進行直流融冰；根據融冰設備的運行狀態不同，通過控制裝置和直流側隔離刀閘的操作，控制直流側隔離刀閘自動切換三相導線使之連接到整流裝置進行融冰。
2、 由權利要求1所述的直流融冰三相交流線路自動切換的方法，其特征是在 對三相交流線路的相序組別進行切換時，根據融冰設備的運行狀態不同，相序組別切換 的自動起/停和倒閘操作步驟為以下三種情況之一1) 在融冰裝置直流隔離且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，只是將相序模式切 到下一組別，融冰裝置仍保存直流隔離狀態；必須再執行直流連接命令，才會按該組別 的相序組別設置進行連接，閉合相應的直流側隔離刀閘；2) 在融冰裝置直流連接且直流閉鎖的情況下進行相序切換時，將相序模式切到下 一組別，控制裝置和直流側刀閘進行自動操作；首先打開原先閉合的直流側隔離刀閘， 再按照該組別的相序組別要求閉合相應的直流側隔離刀閘，轉換到新的直流連接狀態；3) 在融冰裝置直流解鎖的情況下進行相序切換時，控制裝置將首先自動減小融冰 裝置輸出電流至最小允許直流電流；再執行直流閉鎖，閉鎖融冰整流裝置；然后自動進 行直流側刀閘的分合操作，并按下一組別的相序組別進入直流連接狀態；然后再執行直 流解鎖，并提升融冰裝置輸出電流至切換前的水平，對該組別的相序組別線路進行融冰；直流隔離指二組直流側隔離刀閘S1A、 S1B、 S1C、 S2A、 S2B、 S2C均處于 分開的狀態；直流閉鎖融冰裝置控制脈沖信號未發出，可控硅整流裝置未開始工作； 直流解鎖融冰裝置控制脈沖信號己發出，可控硅整流裝置開始工作；直流連接指按 照預先設定的順序連接閉合相應直流側隔離刀閘。
3、 由權利要求1或2所述的直流融冰三相交流線路自動切換的方法，其特征是融冰方式有兩種供選擇，分別是第一融冰方式和第二融冰方式1) 第一融冰方式每次對三相交流線路的兩相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直 流電壓的正極相連，另一相與融冰裝置直流電壓的負極相連；2) 第二融冰方式每次對三相交流線路的三相導線進行融冰， 一相與融冰裝置直 流電壓的正極相連，另外兩相并接，再與融冰裝置直流電壓的負極相連；兩種融冰方式切換時要滿足圖1所示控制模式切換聯鎖條件當不處于直流隔離 過程中、直流隔離狀態、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許切換；其中，直流隔離過程中指執行直流隔離命令且尚未完成；直流隔離狀態指二組直流側隔離刀閘S1A、 S1B、 S1C、 S2A、 S2B、 S2C均處于分開的狀態。
4、 由權利要求1或2所述的直流融冰三相交流線路自動切換的方法，其特征是融冰控制模式分為手動模式和自動模式1) 手動模式下，當直流融冰裝置對某一相序組別的交流線路融冰完成后，由運行 人員手動發出相序組別切換指令；直流融冰控制系統自動實現直流的自動起/停及直流側 隔離刀閘的倒閘操作，將融冰的導線切換到下一組繼續另一相序組別的交流線路融冰；2) 自動模式下，直流融冰裝置在對某一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間 后，將自動發出相序組別切換指令，實現直流的自動起/停及直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路再進行融冰Tz/3n時間，然后再自動實現直流的自動起/停及 直流側隔離刀閘倒閘操作后對下一相序組別的交流線路進行融冰Tz/3n時間，如此繼續, 直到達到Tz時間完成融冰后自動停止。兩種控制模式進行切換時要滿足圖1所示控制模式切換聯鎖條件當不處于直流 隔離過程中、直流隔離狀態、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許切換。
5、由權利要求1或2所述的直流融冰三相交流線路自動切換的方法，其特征是相序組別依次進行切換時需要滿足如圖2所示相序組別切換聯鎖條件當不處于直流電流升降過程中、不處于相序組別切換過程中、直流閉鎖的延時三個條件同時滿足時允許相序組別切換。相序組別切換過程中指本組相序組別切換命令已發出且執行尚未結束。
全文摘要
直流融冰三相交流線路自動切換的方法，直流融冰的主回路包括整流裝置、控制保護裝置、和直流側刀閘，三相交流電源連接到整流裝置即換流器的閥組的三相輸入，整流裝置的正負極輸出在直流融冰方式時分別通過二組直流側隔離刀閘連接到需要進行融冰的三相交流線路，形成直流融冰主回路，對三相交流線路進行直流融冰；根據融冰設備的運行狀態不同，通過控制裝置和直流側隔離刀閘的操作，控制直流側隔離刀閘自動切換三相導線使之連接到整流裝置進行融冰。切換過程中整流裝置及直流側刀閘的操作都由自動順序控制來實現。本發明可以使三相導線均衡受熱，同時減少開關刀閘的倒閘操作和融冰現場接線工作，大大提高了系統安全性和可靠性。
文檔編號H02G7/16GK101505043SQ20091002572
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者闖 傅, 翔 張, 李九虎, 杰 田, 許樹楷, 趙立進, 鄭玉平, 陳松林, 馬小紅 申請人:南方電網技術研究中心;南京南瑞繼保電氣有限公司