專利名稱：特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法，更具體地說，本發(fā)明通過研究線路需要的融冰電流，結(jié)合特高壓直流換流站每個站有4個換流器的特點，涉及特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法的技術(shù)方案。
背景技術(shù)：
特高壓直流輸電系統(tǒng)輸送容量大、距離遠(yuǎn)。一般會穿越多個氣象區(qū)。如果需要穿越大范圍的嚴(yán)重覆冰區(qū)域，線路采用常規(guī)的抗冰設(shè)計需要額外投入大量的費(fèi)用。目前我們國家計劃興建的西南水電基地電力外送工程，計劃采用3回±800kV直流輸電線路分別送往華中和華東地區(qū)，每回線路的輸電容量為640萬千瓦，直流電流4000安培。3回直流線路需要穿過四川、貴州、湘西，沿途山勢險峻、溝谷狹長、巖嶂重疊，地貌復(fù)雜，海拔在300-2000米，為冰害肆虐之地。根據(jù)研究結(jié)果，3回線路的覆冰情況如下表所示

我國對導(dǎo)線覆冰問題研究較少，在送電線路勘測設(shè)計中，或者在依據(jù)不足的情況下擴(kuò)大覆冰范圍和覆冰厚度，造成不必要的巨大浪費(fèi)；或者對覆冰估計不準(zhǔn)確，抗冰設(shè)計不足，導(dǎo)致電力線路頻繁嚴(yán)重的覆冰事故。線路在發(fā)生冰害事故時，一般氣候惡劣，冰雪封山，交通受阻，通訊中斷，搶修十分困難，極易造成長時間停電，使企業(yè)和社會蒙受巨大損失。
如果采用線路抗冰設(shè)計，不可避免需要額外增加大量的投資。據(jù)初步估算，金沙江、溪洛渡3回直流按照上述冰區(qū)進(jìn)行抗冰設(shè)計，和按照平原地區(qū)條件(按照10mm冰厚)設(shè)計，兩者的費(fèi)用對比相差19億元人民幣。
現(xiàn)在融冰技術(shù)比較常規(guī)的措施是把有覆冰的線路首先停止運(yùn)行，利用整流設(shè)備對線路注入大的直流電流，線路電阻發(fā)熱融化覆冰。在加拿大多次發(fā)生大規(guī)模冰害后，對融冰技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，魁北克水電局和AREAVA正在合作對其735kV交流線路實施融冰的創(chuàng)新性技術(shù)措施。在正常情況下，該套融冰設(shè)施可以作為SVC對網(wǎng)絡(luò)中樞點形成電壓支撐；在冬季覆冰的情況，通過改變裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成大功率整流回路(輸出電流為7200安培)，對交流線路進(jìn)行融冰。

發(fā)明內(nèi)容
采用融冰技術(shù)，融冰電流的確定是問題的關(guān)鍵。特別是需要動用系統(tǒng)主設(shè)備的情況下，融冰電流必須在主設(shè)備能夠提供的能力范圍之內(nèi)。本發(fā)明的特高壓直流線路決定采用6×720mm2的導(dǎo)線對融冰電流試驗和研究。國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行過較小截面導(dǎo)線的最小融冰電流試驗，結(jié)果如下

按照趨勢外推的辦法，在無風(fēng)條件下更大導(dǎo)線的融冰電流可以按照截面積的2倍來考慮，因此當(dāng)采用720mm2的導(dǎo)線時融冰電流為1440A；在3.5m/s風(fēng)速條件下，導(dǎo)線截面和融冰電流各自成等差序列，720mm2的導(dǎo)線截面的導(dǎo)線融冰電流應(yīng)該是1530A。在兩種風(fēng)速的情況下，6分裂直流線路的最小融冰電流分別是8640A和9180A。如果在直流線路上注入9000A左右的電流，則可以達(dá)到融冰的目標(biāo)?？紤]到線路覆冰應(yīng)該發(fā)生在接近0℃的環(huán)溫下，實際融冰電流必須通過試驗來確定，如果720mm2導(dǎo)線的融冰電流超過9000A，則可以在冰區(qū)采用截面較小的導(dǎo)線，比如6×630mm2的導(dǎo)線，則可以導(dǎo)致融冰電流會有明顯的下降，但是又會導(dǎo)致電阻過大，損耗增大。
本發(fā)明的目的在于提供一種特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法，從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和開關(guān)，通過改變相應(yīng)的開關(guān)的通斷狀態(tài)，從而改變換流器之間的連接關(guān)系，提高輸電線路上的融冰電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在第一極中的一個換流器和第二極中的一個換流器之間增加連接線來實現(xiàn)的。其中上述第二極中的換流器是該極中的高端換流器。且在高端換流器的低壓端和另一極的高壓端之間增加的連接線上具有一隔離開關(guān)。上述連接線與第一極的高壓端之間的連接點位于輸電線路上的隔離開關(guān)外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在其中一個高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加連接線來實現(xiàn)的。在上述高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加的連接線具有一隔離開關(guān)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種特高壓直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四個換流器，多個直流濾波器，多個開關(guān)以及多個平波電抗器，其特征在于，該系統(tǒng)從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和隔離開關(guān)，通過改變相應(yīng)開關(guān)的通斷狀態(tài)，從而改變換流器之間的連接關(guān)系，并能在正常輸電狀態(tài)和融冰狀態(tài)之間進(jìn)行切換，融冰狀態(tài)為兩個換流器并聯(lián)的電路。


圖1示出特高壓直流輸電系統(tǒng)的主接線圖；圖2示出直流融冰雙極兩個換流器并聯(lián)的接線圖；圖3示出直流融冰單極兩個換流器并聯(lián)的接線圖。
附圖標(biāo)記C1、C2、C3、C4換流器；1-16、18-21開關(guān)；17A、17B隔離開關(guān)；R1、R2、R3、R4平波電抗器。
具體實施例方式
特高壓直流輸電系統(tǒng)的主接線如圖1所示。每個換流站有4個換流器，可以運(yùn)行在雙極方式或者單極方式。正常運(yùn)行時，每2個換流器串聯(lián)構(gòu)成一個完整的極，例如如圖所示，C1和C2串聯(lián)形成一極，C3和C4串聯(lián)形成另一極，C1和C4屬于高端換流器，分別與輸電線路相連，C2和C3分別與直流中性線相連，它們可以全壓運(yùn)行或者半壓運(yùn)行。
每個換流器的直流電壓為400kV、輸電直流電流為4000A，過載能力可以在最高環(huán)溫下達(dá)到額定容量的10％，即最大通過電流為4400A。如果按照正常的接線方式和運(yùn)行方式，換流站不可能提供融冰電流。由于換流器是按照模塊化原則設(shè)計，如果能夠進(jìn)行簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，使兩個換流器能夠并聯(lián)運(yùn)行，則可以提供超過8800A的線路電流。由于冬季環(huán)溫較低，可以提供超過9000A的融冰電流。本發(fā)明通過兩個實施例說明在基本不改變換流站設(shè)計和主設(shè)備的前提下實現(xiàn)換流器并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)兩個換流器并聯(lián)運(yùn)行，直流系統(tǒng)不能運(yùn)行在雙極狀態(tài)。由于兩根導(dǎo)線都需要融冰，可以利用直流系統(tǒng)原來具有的單極運(yùn)行金屬線返回方式。具體討論如下
實施例1利用兩個極的兩個換流器圖2示出直流融冰雙極兩個換流器并聯(lián)的接線圖，該接線圖可以采用一個極的任意一個換流器和另外一個極的高端換流器(C1或C4)組成并聯(lián)方式。必須采用高端換流器是因為在并聯(lián)的方式下該換流器的低壓端需要承受極性相反的電壓。以換流器C2、C4為例，如圖2所示，在C4低壓端增加一條連接線到另外一個極的線路隔離開關(guān)20的外側(cè)，即T1和T2之間的連線。如果在連接線上增加一個隔離開關(guān)17A，則可以實現(xiàn)在線融冰。過程如下首先閉合開關(guān)20、3、5、8、18，把換流器C2轉(zhuǎn)為金屬回線運(yùn)行方式，閉合開關(guān)17A、13、16、21，使得換流器C4并接到回路中，然后解鎖換流器C4并增加電流。融冰接線圖中的導(dǎo)電部分如圖2中粗黑線所示。由于在線路變換過程中實現(xiàn)了將線路轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián)方式，因此輸電線路上的電流可以達(dá)到8800安培，從而可以達(dá)到融冰的目的，該方案在實現(xiàn)過程中基本不需要增加任何設(shè)備的容量。
實施例2同極的兩個換流器并聯(lián)圖3是直流融冰單極兩個換流器并聯(lián)的接線圖，其中采用同極的兩個換流器并聯(lián)，也就是圖中的換流器C1和C2，或者是換流器C3和C4；相對端換流站采用同樣的接線。
以C1和C2換流器為例，從換流器C1低壓端增加連接線到直流中性線，即T3和T4之間連接線。同時在T1和T2之間的連接線上增加了一個隔離開關(guān)17B，該方案可以實現(xiàn)不停電融冰。首先閉合開關(guān)20、3、5、8、18，換流站則轉(zhuǎn)換為單極單換流器C2金屬回線方式運(yùn)行，然后閉合隔離開關(guān)1、17B，即可啟動高端換流器并增加電流。融冰接線圖中的導(dǎo)電部分如圖3中粗黑線所示。由于在線路變換過程中實現(xiàn)了線路從串聯(lián)方式到并聯(lián)方式的轉(zhuǎn)變，因此輸電線路上的電流也可以達(dá)到8800安培，從而可以達(dá)到融冰的目的。該方案的優(yōu)點是不需要停電、方便使用，而且在融冰之前線路處于運(yùn)行狀態(tài)，融冰的初始條件比較好。另外可以把高低壓端的兩個串聯(lián)干式電抗器分別改接為并聯(lián)方式，則平抗也不增加投資。
以上兩個方案對交流系統(tǒng)、無功的配置沒有影響。同時由于進(jìn)行了主動式的融冰設(shè)計，則可以形成巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。盡管說明書中已經(jīng)描述了本發(fā)明典型的實施例，但是本發(fā)明不限于上述的實施例，發(fā)明可以以不同的形式被修改，然而上述修改不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法，其特征在于從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和隔離開關(guān)，通過改變相應(yīng)開關(guān)的通斷狀態(tài)，從而改變換流器之間的連接關(guān)系，提高輸電線路上的電流進(jìn)行融冰。
2.如權(quán)利要求1所述的融冰方法，其特征在于，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在第一極中的一個換流器和第二極中的一個換流器之間增加連接線來實現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求2所述的融冰方法，其特征在于，其中上述第二極中的換流器是該極中的高端換流器。
4.如權(quán)利要求3所述的融冰方法，其特征在于，在上述高端換流器的低壓端和上述第一極的高壓端之間增加的所述連接線上具有一隔離開關(guān)。
5.如權(quán)利要求2至4任一項所述的融冰方法，其特征在于，上述連接線與上述第一極的高壓端之間的連接點位于輸電線路上的隔離開關(guān)外側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的融冰方法，其特征在于，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在其中一個高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加連接線來實現(xiàn)的。
7.如權(quán)利要求6所述的融冰方法，其特征在于，在上述高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加的連接線上具有一隔離開關(guān)。
8.一種特高壓直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四個換流器，多個直流濾波器，多個開關(guān)以及多個平波電抗器，其特征在于，該系統(tǒng)從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和隔離開關(guān)，通過改變相應(yīng)開關(guān)的通斷狀態(tài)，從而改變換流器之間的連接關(guān)系，并能在正常輸電狀態(tài)和融冰狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
9.如權(quán)利要求8所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，其中融冰線路為兩個換流器并聯(lián)的電路。
10.如權(quán)利要求8或9所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在第一極中的一個換流器和第二極中的一個換流器之間增加連接線來實現(xiàn)的。
11.如權(quán)利要求10所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，其中上述第二極中的一個換流器是該極中的高端換流器。
12.如權(quán)利要求11所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在上述高端換流器的低壓端和上述第一極的高壓端之間增加的所述連接線上具有一隔離開關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，上述連接線與上述第一極的高壓端之間的連接點位于輸電線路上的隔離開關(guān)外側(cè)。
14.如權(quán)利要求8或9所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，其中改變換流器之間的連接關(guān)系是通過在其中一個高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加連接線來實現(xiàn)的。
15.如權(quán)利要求15所述的特高壓直流輸電系統(tǒng)，其特征在于，在上述高端換流器的低壓端和直流中性線之間增加的連接線上具有一隔離開關(guān)。
全文摘要
一種特高壓直流輸電系統(tǒng)的線路融冰方法，該電路從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和開關(guān)，通過改變相應(yīng)開關(guān)的通斷狀態(tài)，從而改變換流器之間的連接關(guān)系，并能在直流系統(tǒng)正常輸電狀態(tài)和融冰狀態(tài)之間進(jìn)行切換，該融冰電路為兩個換流器并聯(lián)的電路。該融冰方法從特高壓直流換流站的主接線中增加連接線和開關(guān)，通過改變相應(yīng)的開關(guān)的通斷狀態(tài)，改變換流器之間的連接關(guān)系，從而提高輸電線路上的電流進(jìn)行融冰。
文檔編號H02G7/16GK1848575SQ20061006527
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者劉振亞, 劉澤洪, 袁清云, 高理迎 申請人:國家電網(wǎng)公司