一種高壓交流輸電線路導線防冰裝置及其組合的製作方法
2023-10-11 21:37:04
本實用新型涉及電力系統領域，涉及一種高壓交流輸電線防冰技術。具體來說，涉及一種高壓交流輸電線路導線防冰裝置及其組合。
背景技術：
在冬季雨雪天氣下，持續低溫雨雪冰凍會造成輸電線路的冬季覆冰現象。野外的高壓輸電線路覆冰容易引起各種機械事故和電氣事故。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，或增加輸電導線的等效電阻，或同時增加導線電流和導線電阻，使輸電導線自身發熱，從而融化導線上方的覆冰。主要包括短路電流除冰、高頻激勵除冰、直流電流除冰、潮流調度除冰。其中，短路電流除冰、直流電流除冰、潮流調度除冰在實施輸電線路除冰時，需要停電4-8個小時/次，對電力系統的供電質量和經濟效益存在很大的負面影響。
基於趨膚效應的在線高頻除冰防冰方法可實現在線(不停電)防冰除冰。高頻高壓激勵施加在覆冰導線上時，能使敷冰成為有損電介質而直接發熱，也能引起導線的趨膚效應，使電流只在導體表面流通，造成更大的等效電阻損耗發熱，從而利用二者共同產生的熱量除冰。現有的高頻除冰防冰方法只能在需要除冰線路的中點安裝高頻高壓激勵裝置(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範圍。而除冰線路的中點所處位置大多數是森林、山區、湖泊等環境惡劣偏遠地區，建設成本很高，工作人員需要長途跋涉才能進站操作及維護，勞動強度大，甚至可能造成人員傷亡；線路中點為湖泊等情況下，線路中點所在地理位置無法建設高頻電源。
此外，高頻電源的核心部件-高頻逆變開關組件多採用IGBT、MOSFET等半導體功率器件串並聯組成，這些半導體開關價格昂貴，裝置的建設成本非常高，設備運行的性價比很低。以上分析說明現有的高頻除冰防冰方法不具備良好的工程應用前景。如何克服上述問題是本領域技術人員需要研究的方向。
技術實現要素：
針對現有高頻除冰防冰裝置的安裝地點偏遠，導致建設及維護成本非常高，操作人員勞動強度大，響應時間周期長，甚至可能帶來生命危險等問題。本實用新型提出了基於半導體功率器件-反向開關電晶體(Reservely Switched Dynistor,RSD)的新型高頻電源防冰裝置，以解決上述問題。
為了達到本實用新型的目的，技術方案如下：
一種高壓交流輸電線路導線防冰裝置，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線的兩個端點分別為A端和B端，稱為融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端點A端安裝融冰裝置，另一端的端點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K、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關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K及電容C2接入融冰段AB的A端的輸入點，所述電容C2的一端連接隔離開關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；所述電感L1一端連接隔離開關K和電容C2的公共端，所述電感L1另一端連接隔離開關K4和電容C3的公共端，所述電容C3的一端連接隔離開關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，所述隔離開關K4的一端連接電容C3的一端，所述隔離開關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K5的一端連接隔離開關K和電容C2的公共端，另一端連接融冰段AB的A端輸出點；所述第二高通濾波器的一端連接隔離開關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K6的另一端連接融冰段AB的B端。
通過採用這種技術方案：高頻電源依次通過高頻變壓器T和諧振電容C接入於高壓交流輸電線路中，將高頻電流疊加到工頻電流上，使線路導線的有效除冰防冰電流達到或超過最小除冰防冰電流，實現高壓輸電線路的導線防冰，能夠實現不停電防冰，降低了因停電造成的經濟損失。
優選的是，上述高壓交流輸電線路導線防冰裝置中：所述高頻電源包括交流電源P2、隔離開關K2、工頻變壓器T1、隔離開關K1、晶閘管全橋整流模塊、儲能電容C0、濾波電感L0、反向開關電晶體全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；所述交流電源P2經隔離開關K2連接工頻變壓器T1的輸入端、所述工頻變壓器T1的輸出端經隔離開關K1連接晶閘管全橋整流模塊，所述晶閘管全橋整流模塊經儲能電容C0、濾波電感L0構成的儲能電路連接反向開關電晶體全橋逆變模塊，所述反向開關電晶體全橋逆變模塊的輸出端連接諧振電容C1和諧振電感L3構成的串聯諧振電路，所述串聯諧振電路的輸出端連接高頻變壓器T的輸入端。
通過採用這種技術方案：交流電源P2輸出的交流電壓經工頻變壓器變壓後輸出至晶閘管全橋整流模塊轉化為直流電，存儲在由儲能電容C0、濾波電感L0構成的儲能電路，再經反向開關電晶體(RSD)全橋逆變模塊轉化為高頻雙極性方波，經諧振電容C1和諧振電感L3組成的串聯諧振單元，通過高頻變壓器T和諧振電容C接入於高壓交流輸電線路，輸出高頻高幅值除冰電流。
另一種優選方案是：所述高頻電源包括直流電源、儲能電容C0、反向開關電晶體全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；儲能電容C0並聯於直流電源的輸出端、所述直流電源依序經反向開關電晶體全橋逆變模塊和由諧振電容C1和諧振電感L3構成的串聯諧振電路連接至工頻變壓器T1。
通過採用這種技術方案：直流電源輸出的直流電經反向開關電晶體(RSD)全橋逆變模塊轉化為高頻雙極性方波，經諧振電容C1和諧振電感L3串聯諧振後通過高頻變壓器T和諧振電容C接入於高壓交流輸電線路。
更優選的是：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K6、第一高通濾波器回到變壓器T的接地端。進一步的優選是：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諧振電路，將AB段的等效非阻性高頻阻抗L0降低為約等於0，當AB段的線路電阻R的阻抗遠小於L1時，絕大部分高頻電流通過AB段導線、隔離開關K6、第一高通濾波器及接地端回到變壓器T的接地端，導線發熱，從而去除導線敷冰，同時避免了高頻電流對除冰線路之外的電力線路的影響。
本實用新型具有的有益效果：
與現有技術相比，本實用新型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，大幅減少了除冰防冰裝置的安裝難度、建設成本及維護成本，同時，工作人員無需長途跋涉到線路的中點操作及維護，顯著降低了人力成本，實現了調度指令的快速響應；高頻電源採用RSD作為功率開關，輸出高頻大功率電流，與基於IGBT、MOSFET的高頻電源相比，本實用新型所述的高頻電源的成本明顯降低，而電力系統的可靠性、穩定性卻顯著上升。
附圖說明
圖1是本實用新型的原理示意圖，其中A—B段為高壓交流輸電線路的除冰段；
圖2是本實用新型實施例1的結構示意圖；
圖3為圖2中高頻電源模塊的一種內部結構示意圖；
圖4為圖2中高頻電源模塊的另一種內部結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步描述，但本實用新型的保護範圍不僅僅局限於實施例。
如圖1-4所示本實用新型的實施例1：
一種高壓交流輸電線路導線防冰裝置，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線的兩個端點分別為A端和B端，稱為融冰段AB；需要除冰的融冰段AB的端點A端安裝融冰裝置，另一端的端點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K、隔離開關K4、隔離開關K5、隔離開關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K及電容C2接入融冰段AB的A端的輸入點，所述電容C2的一端連接隔離開關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；所述電感L1一端連接隔離開關K和電容C2的公共端，所述電感L1另一端連接隔離開關K4和電容C3的公共端，所述電容C3的一端連接隔離開關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，所述隔離開關K4的一端連接電容C3的一端，所述隔離開關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K5的一端連接隔離開關K和電容C2的公共端，另一端連接融冰段AB的A端輸出點；所述第二高通濾波器的一端連接隔離開關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K2、工頻變壓器T1、隔離開關K1、晶閘管全橋整流模塊、儲能電容C0、濾波電感L0、反向開關電晶體全橋逆變模塊，諧振電容C1和電感L1；所述交流電源P2經隔離開關K2連接工頻變壓器T1的輸入端、所述工頻變壓器T1的輸出端經隔離開關K1連接晶閘管全橋整流模塊，所述晶閘管全橋整流模塊經儲能電容C0、濾波電感L0構成的儲能電路連接反向開關電晶體全橋逆變模塊，所述反向開關電晶體全橋逆變模塊的輸出端連接諧振電容C1和諧振電感L3構成的串聯諧振電路，所述串聯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、儲能電容C0、反向開關電晶體全橋逆變模塊，諧振電容C1和諧振電感L3構成。其中，儲能電容C0並聯於直流電源的輸出端、所述直流電源依序經反向開關電晶體全橋逆變模塊和由諧振電容C1和諧振電感L3構成的串聯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。
實踐中，其工作過程如下：當高壓交流輸電線線路正常工作、不需要除冰時，隔離開關K5閉合，隔離開關K6、隔離開關K、隔離開關K4均斷開，將除冰裝置從輸電系統隔離，除冰裝置不工作。當線路AB段需要除冰時，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諧振電路，將AB段的等效非阻性高頻阻抗L0降低為約等於0，AB段的阻抗基本上只剩下線路電阻性阻抗R，當AB段的線路電阻R的阻抗遠小於L1時，絕大部分高頻電流通過AB段線路導線，形成AB段線路導線的高頻除冰電流。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化值，但實際應用時，根據實際效果設計比例值，而不局限於此值。電感L1和C3串聯諧振，兩者的工頻總阻抗接近或等於0，減小或消除L1對工頻線路的影響。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型而並非限制本實用新型所描述的技術方案，因此，儘管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同替換，而一切不脫離本實用新型的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍中。