具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置的製作方法

2023-08-09 09:32:21 2

專利名稱：具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於高低壓供配電系統配套設備技術領域，具體涉及一種具有靜態 無功補償功能的直流大電流融冰裝置。
背景技術：
因輸電線路結冰和積雪而造成高壓輸電線斷線和倒塔、倒杆的事故時有發 生，高壓輸電線路斷線和倒塔事故嚴重影響了電網的安全運行，造成大面積停 電事故。為了防止這類事故的發生，必須及時將導線上的結冰和積雪化掉，目 前主要採取的有機械(振動)式、電熱式兩大類融冰方法。機械(振動)式融 冰，即採用振動導線的方法使冰雪脫落，其特點在於簡單操作，無需浪費電能， 但其缺點是必須逐檔進行，速度慢，而且在地面結冰和積雪嚴重的情況下，往 往因為交通問題而不能到達高山上的輸電線路而無法進行操作。電熱式融冰技 術，即利用將線路末端短路而產生的大電流將導線加熱而達到融冰的目的，和 機械(振動)式融冰方法相比，電熱式融冰技術的優點是融冰速度較快，不受 路面結冰和積雪的影響，但需耗費一定的電能和需要配置相關的配套裝置。現 在普遍採用電熱式融冰技術有交流大電流融冰技術和直流大電流融冰技術，相 比較而言，交流大電流融冰技術的優點在於每個變電所均有不同電壓等級的交 流電源，因此電源比較容易獲取，其缺點是在相同的融冰電流下，需要較高的 電源電壓，因為一般輸電線路的交流感抗比其電阻要大得多，從而融冰需要很 大的電源容量和很大的無功功率，融冰時對系統衝擊較大，可能引起系統電壓 穩定性問題；另一缺點是因為其交流電源的電壓不可調，所以融冰電流不可以
控制。直流大電流融冰技術的優點是在相同的融冰電流下，只需要較低的電源 電壓，因為輸電線路的直流感抗為零，所以融冰時對系統衝擊很小；其缺點是 需要另外配備整流和濾波裝置，因為線路嚴重結冰的現象並不常見，使得這些
整流和濾波裝置的利用率較低。而靜態無功補償裝置(svc)能夠降低電網中的諧
波含量、降低線損、提高系統電壓質量和電壓穩定性，增加輸電線路的傳輸能 力，在電力系統中已經得到一定程度的應用。如果能將直流大電流融冰技術結 合到靜態無功補償裝置中，將有效地提高設備利用率，也能解決現有直流大電 流融冰技術中存在的需另外配備整流和濾波裝置的問題，但目前尚未有相應的 裝置開發應用，而且傳統靜態無功補償裝置採用可控矽控制電抗器與固定投入 的無源濾波器結構，也難以實現轉換控制。

發明內容
本發明旨在提供一種具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置技術方 案，以有效解決輸電線路融冰問題並提高設備利用率，克服現有現有技術中存 在的問題。
所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其特徵在於三繞組 整流變壓器原邊並接於三相母線上，兩副邊分別與正端三相高壓大電流可控矽 閥、負端三相高壓大電流可控矽閥中間點連接，正端三相高壓大電流可控矽閥
的負極與負端三相高壓大電流可控矽閥的正極連接構成一個12脈衝整流裝置，
正端三相高壓大電流可控矽閥正極串接直流電抗器後得正接線端，負端三相高 壓大電流可控矽閥的負極形成負接線端，正接線端、負接線端之間連接設置短 接線。
所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其特徵在於所述的 正端三相高壓大電流可控矽閥、負端三相高壓大電流可控矽陶的中間點和正極、
負極之間串接的可控矽相同。
所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其特徵在於所述的 三繞組整流變壓器兩副邊分別採用星形、三角形接線方式，輸出的線電壓相位 相差30"且幅值相同。
所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其特徵在於所述的 三相母線上並接設置三相交流濾波裝置。
本發明將直流大電流融冰技術與靜態無功補償技術有機融為一體，構思新 穎、結構合理，通過對電路連接的選擇和控制器的配合使用，使其既可以作為 靜態無功補償裝置使用，提高系統電壓質量和電壓穩定性，增加輸電線路的傳 輸能力，在線路結冰的情況下可作為電流可控的直流大電流融冰裝置使用，直 接對輸電線路進行融冰，實現了同一裝置的多功能化，根據用電現場的不同需 求實現對應的功能，明顯降低了高低壓供配電系統裝置的配套成本，有效提高 設備利用率，且切換操作簡單，可實現實現感性無功的連續調節。


圖l為本發明的電路結構示意圖2為本發明作為直流大電流融冰裝置運行時的電路結構示意圖； 圖3為本發明作為靜態無功補償裝置運行時的電路結構示意圖； 圖4為本發明作為靜態無功補償裝置運行的仿真實施例中通過直流電抗器 的電流波形圖5為本發明作為靜態無功補償裝置運行的仿真實施例中三相系統相電壓
波形圖和靜態無功補償裝置輸入到三相母線的電流波形圖6為本發明作為靜態無功補償裝置運行的仿真實施例中三相系統相電壓
波形圖和三繞組整流變壓器原邊電流波形圖。 圖中l一控制器、2 —三繞組整流變壓器、3 —三相交流濾波裝置、4一直
流電抗器、5 —正端三相高壓大電流可控矽閥、6 —負端三相高壓大電流可控矽 閥、7 —正接線端、8 —短接線、9一負接線端、IO —三相母線。
曲線A:通過直流電抗器4的電流波形；
曲線B:三相系統相電壓波形；
曲線C:靜態無功補償裝置輸入到三相母線的電流波形； 曲線D:三繞組整流變壓器原邊電流波形。
具體實施例方式
以下結合說明書附圖對本發明作進一步說明
如圖1所示為具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，三繞組整流 變壓器2原邊並接於三相母線上，兩副邊分別採用星形、三角形接線方式，輸
出的線電壓相位相差30"且幅值相同，且兩副邊分別與正端三相高壓大電流可控 矽閥5、負端三相高壓大電流可控矽閥6中間點連接。正端三相高壓大電流可控 矽閥5、負端三相高壓大電流可控矽閥6中每相的主體是一串可控矽閥，每相可 控矽閥對外有三個電氣連接端子，分別為正極、負極、中間點，中間點即為交 流側，中間點和正極、負極之間串接的可控矽相同，包括所串聯的可控矽型號、 數量均相同，其額定電壓和數量由三繞組整流變壓器2的副邊電壓決定。正端 三相高壓大電流可控矽閥5的負極與負端三相高壓大電流可控矽閥6的正極連 接構成一個12脈衝整流裝置，正端三相高壓大電流可控矽閥5正極串接直流電 抗器4後得正接線端7，負端三相高壓大電流可控矽閥6的負極形成負接線端9， 正接線端7、負接線端9之間連接設置短接線8，短接線8也可以採用閘刀等方 式，由控制器l控制其連接或斷開。正端三相高壓大電流可控矽閥5、負端三相 高壓大電流可控矽閥6的門極分別與控制器1的觸發信號端相連，由控制器1
控制其運行，同時控制器6通過控制短接線8的連接狀況進行選擇而切換，分 別作為直流大電流融冰裝置、靜態無功補償裝置的控制器使用。三相母線上並
接設置三相交流濾波裝置3用於用於濾除12脈衝整流裝置產生的諧波電流。
上述實施例中
當短接線8斷開時，本裝置作為直流大電流融冰裝置使用，如圖2所示。
在使用過程中，先將待融冰線路的末端三相線路中的任意兩相短接，在大電流
融冰裝置的安裝點處，將正接線端7、負接線端9分別接到線路中，通過調整可 控矽閥的觸發角，得到融冰所需要的電流，通電後由於線路中電流很大，線路 發熱進行融冰。
當短接線8短接時，本裝置作為靜態無功補償裝置使用，如圖3所示。該 靜態無功補償裝置系統由一個12脈衝可控整流裝置與幾組L-C型濾波器組成， 在控制器1的控制下，12脈衝整流裝置可成為一個可調的感性無功源，而三相 交流濾波裝置3在濾除諧波的同時還是一個固定的容性無功源。控制器1可通 過控制可控矽的觸發角a來控制流過直流電抗器4的電流^，從而達到調整12
脈衝整流裝置輸出感性無功的目的。
假設^為直流電抗器4兩端電壓；K為12脈衝整流裝置交流側即中間點
的線電壓，則有公式^=1.35R^a。
由上述公式可得出如下結論
當12脈衝整流裝置工作於穩定狀態時，直流電抗器4兩端電壓I^的平均值 為0，觸發角a接近於90° 。
當12脈衝整流裝置需要增大乙時，控制器1可降低觸發角a ，使4 >0，從 而使4逐步上升。
當12脈衝整流裝置需要減小/J寸，控制器1會增大觸發角a ，使^ <0，從
而使^逐歩減小。
由於12脈衝整流裝置交流側的無功^:1.35Fsinc^，在觸發角a接近於90 °的情況下該無功2-1.35W,。這就使得控制器1通過控制觸發角a控制12脈衝 整流裝置交流側的無功成為可能。
三相交流濾波裝置3在濾除諧波電流的同時，也向系統提供不可調容性無 功仏直流側經一電感短路的12脈衝整流裝置是一個可調感性無功源，其無功 功率正比於直流側電流，即4M.35K/:,。如上所述，通過控制整流閥觸發角a可 連續調節直流側電流，從而達到調節其感性無功進而控制SVC無功補償容量(a - Q)的目的。結合計算機系統仿真實例進一步說明。 計算機仿真實例 ①三繞組整流變壓器2和直流電抗器4參數
三繞組整流變壓器2: 46MVA, 35kV/4kV/4kV，接線方式Y/Y/D 直流電抗器4: 6mH，額定電流4000A
② 三相系統參數
電網電壓35W、電網頻率50/ZZ、電網短路容量2000MK4;
③ 三相交流濾波裝置3參數 ll次濾波器容 13次濾波器容
17次濾波器容
④ 仿真結果
流過直流電抗器4的電流波形如圖4所示；
三相系統相電壓和靜態無功補償裝置輸入到三相母線10的電流波形如圖5 所示；
量20Mvar，調諧點10. 9 量16Mvar,調諧點12. 9 量10Mvar，調諧點16. 9
三相系統相電壓和三繞組整流變壓器2原邊電流波形如圖6所所示。
為圖形清晰，圖5和6中的三相系統相電壓波形均被除4。在t=0. 16時 刻，直流電流設定值從0變為3000A，實際流過直流電抗器4的電流在大約50 毫秒內上升到3000A如圖4所示。因為隨著通過直流電抗器4的電流的上升， 三繞組整流變壓器2原邊電流也隨之上升，如圖5中曲線所示，從而三相交流 濾波裝置3電流和三繞組整流變壓器2原邊電流之差即靜態無功補償裝置輸入 到三相母線10的電流隨之下降，如圖6曲線所示。圖5中，三繞組整流變壓器 2原邊電流滯後於系統相電壓90°，從而呈感性；圖6中，靜態無功補償裝置輸 入到三相母線10的電流超前於系統相電壓90"，從而呈容性。
所述控制器1適用的軟體不屬於本發明保護範圍，在此不再贅述。
權利要求
1.具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其特徵在於三繞組整流變壓器(2)原邊並接於三相母線上，兩副邊分別與正端三相高壓大電流可控矽閥(5)、負端三相高壓大電流可控矽閥(6)中間點連接，正端三相高壓大電流可控矽閥(5)的負極與負端三相高壓大電流可控矽閥(6)的正極連接構成一個12脈衝整流裝置，正端三相高壓大電流可控矽閥(5)正極串接直流電抗器(4)後得正接線端(7)，負端三相高壓大電流可控矽閥(6)的負極形成負接線端(9)，正接線端(7)、負接線端(9)之間連接設置短接線(8)。
2. 如權利要求1所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其 特徵在於所述的正端三相高壓大電流可控矽閥(5)、負端三相高壓大電流可控 矽閥(6)的中間點和正極、負極之間串接的可控矽相同。
3. 如權利要求1所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其 特徵在於所述的三繞組整流變壓器(2)兩副邊分別採用星形、三角形接線方式， 輸出的線電壓相位相差30°且幅值相同。
4. 如權利要求1所述的具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，其 特徵在於所述的三相母線上並接設置三相交流濾波裝置(3)。
全文摘要
具有靜態無功補償功能的直流大電流融冰裝置，屬於高低壓供配電系統配套設備技術領域，其特徵在於三繞組整流變壓器原邊並接於三相母線上，兩副邊分別與正端三相高壓大電流可控矽閥、負端三相高壓大電流可控矽閥中間點連接，兩三相高壓大電流可控矽閥的正、負極連接構成一個12脈衝整流裝置，正端三相高壓大電流可控矽閥正極串接直流電抗器後得正接線端，負端三相高壓大電流可控矽閥的負極形成負接線端，正、負接線端之間連接設置短接線。本發明將直流大電流融冰技術與靜態無功補償技術有機融為一體，既可以作為靜態無功補償裝置使用，又可作為電流可控的直流大電流融冰裝置使用，明顯降低高低壓供配電系統裝置的配套成本，有效提高設備利用率。
文檔編號H02M1/12GK101350510SQ20081012037
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月28日 優先權日2008年8月28日
發明者梁一橋 申請人:浙江諧平科技股份有限公司