四川电网移动直流融冰装置设计及现场融冰

《四川电网移动直流融冰装置设计及现场融冰》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

第36卷第5期四川电力技术Vo1．36。No．52013年l0月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2013四川电网移动直流融冰装置设计及现场融冰杨琳，刘凡，马小敏，邓元实。。梁一桥。宋墩坊。李龙江(1．国网四川省电力公司电力科学研究院，四川成都610072；2．浙江桂容谐平科技股份有限公司，浙江杭州310000；3．国网四川省电力公司，四川成都610041)摘要：给出了四川电网220kV及以下覆冰输电线路移动直流融冰装置设计、建设、现场融冰技术方案。移动直流融冰装置采用6脉动可控硅整流、强制风冷技术，经紧凑设计后整体尺寸为3．6m×1．6m×2．4m，可满足四川电网多条220kV及以下、100km以内覆冰输电线路融冰需求。融冰装置设计考虑了谐波对公网及一、二次设备的影响，提出融冰现场安全控制策略。该装置在110kV线路完成了大电流调试试验，并成功对220kV线路进行现场融冰，取得了较好的工程应用效果，可为类似的融冰工作提供参考。关键词：直流融冰装置；谐波；现场调试；融冰电流；可控硅整流装置‘Abstract：Theschemesforthedesign，constructionandfieldtesttechnologyofmovableDCde—icerfor220kVandbelowice—coatingtransmissionlinesinSichuanPowerGridareproposed．ThemovableDCde—iceradopts6一pulsethyristorrectifierandtheforcedair—coolingtechnology，itsoverallsizeis3．6m×1．6m×2．4mafterthecompactdesign，SOitcanmeettherequirementsofseveralice—coatingtransmissionlinesof220kVandbelowwithin100kminSichuanPowerGrid．Theinflu—eneeofharmoniconthepublicnetworkandtheprimary／secondaryequipmentisconsideredinthedesignofde—icer，andthesecuritycontrolstrategyinthefieldisproposed．Thehigh—currentcommissioningtestin110kVtransmissionlineandthefieldice—meltingin220kVtransmissionlinearecompletedwithgoodapplicationefects，whichcanprovideareferenceforthesimilarice—meltingproject．Keywords：DCde—icer；harmonic；fieldtest；ice—meltingcurrent；thyristorrectifier中图分类号：TM422文献标志码：A文章编号：1003—6954(2013)05—0064—05在工程中得到良好的应用J。而移动融冰装置受0引言现有技术条件制约，难以将其体积小型化，因而移动融冰装置工程应用成功的案例较少。湖南省电力公受全球气候变化影响，极寒冰雪天气已成为严司电科院采用二极管整流技术设计了分体式移动融重威胁和影响电网安全可靠运行的主要因素之冰装置，该装置将长、中、短距离融冰单元集中布置¨一。冰灾造成输电线路出现导线与地线断股、在两台平板车上(长16m，宽约3rl1)，并为其配置分裂导线扭绞、间隔棒变形、断裂、弧垂对地距离不一台随车吊，在湖南220kV及以下输电线路融冰方足跳闸、脱冰舞动跳闸等情况时有发生，部分受微地面取得了较好的应用效果。浙江电网设计了一套可形、微气象影响严重的局部线路区段甚至出现断线、控硅水冷整流移动融冰装置，其尺寸为14m×2．2倒塔等危急情况，造成线路强迫停运，给电网安全运m×2．5m，由于体积过于庞大，移动融冰装置实际行造成重大影响。上被作为固定融冰装置进行线路融冰。文献[6]提为应对冰雪灾害对电网的侵袭，国内各科研院出了一套输入电压为10kV，最大输出电流为1．5所相继开展了输电线路融冰装置的研究，众多研究kA的移动直流融冰装置方案，所有设备放置于标准成果已在工程中得到应用，其中固定融冰装置技术集装箱中实行整体吊装，并在220kV线路完成了调已相对成熟，并在电网抗冰减灾中发挥着重要的作试"-9J。以上可见报道的移动直流融冰装置体积均用，如湖南500kV复兴变电站、四川500kV东坡变较为庞大，不利于类似四川电网变电站间道路崎岖电站、金华500kV双龙变电站的固定融冰装置都已条件下运输，尤其是冬季道路覆冰，运输难度更大，·64· 第36卷第5期四川电力技术Vo1．36，No．52013年lO月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2013因此现有移动直流融冰装置在四川电网均难以应冰装置的小型化。用m。因此设计一套重量轻、体积小、便于运输、1．2．1可控硅阀阀桥设计性能优良可满足多目标线路融冰需求的移动直流融根据融冰装置输出直流额定电流，可以计算得冰装置，对电网抗冰减灾工作具有重要意义。出每相桥臂平均电流和有效值电流分别为平均电流：，=Ia／3666A(1)1移动直流融冰装置原理与设计有效值电流：，⋯=Iao／1．7321155A(2)根据不同尺寸可控硅管通流能力，选用TEG公移动直流融冰装置设计原则有以下4点：①需司生产的4寸可控硅(KPC_2800_65)。每个可控硅满足四川电网220kV及以下100km以内输电线路所承受最高过电压按1．3倍额定值考虑，则每桥臂(2×LGJ400导线及以下)融冰需求；②装置体积小、峰值电压是10kV×1．3×1．414=18．4kV；再考虑重量轻，便于在各变电站问崎岖山路运输；③装置维1．9倍可控硅关断过冲电压，则关断时刻桥臂可能护方便，融冰方式灵活；④装置接入电网融冰时谐波承受的最高电压为18．4kV×1．9=34．96kV。当可电流对电源变压器及系统安全运行无影响。控硅强制触发(过电压保护触发)电压设置为6kV，四川电力科学研究院(以下简称四川电科院)则每相桥臂串联可控硅个数为34．96kV／6kV=5．8根据四川电网实际情况设计了目前国内同容量下体个，取6只。为提高桥臂工作稳定性，使用“Ⅳ+2冗积最小的两套移动直流融冰装置，功率较小的一套余”设计原则，则每桥臂可控硅只数为6+2=8只，(体积3．5m×1．5m×2m，额定容量12．5MVA，额如图2所示。定直流输出1000A)放置于川南地区，可完成泸州、c棚宜宾等川南地区220kV(LGJ400)及以下输电线路融冰需求。功率较大的一套(体积3．6m×1．6m×2．4m，额定容量25MVA，额定直流输出2000A)放置于川中，可满足川中乐山、雅安等地区220kV(2×LGJ400)及以下输电线路融冰需求。1．1移动融冰装置工作原理直流融冰装置是将10kV交流电经可控硅6脉图2可控硅阀桥电路设计图波整流，通过调整可控硅触发角输出幅值可调的直1．2．2触发电路设计流电流。电流流经待融冰线路产生焦耳热，从而融由于移动融冰装置每相桥臂需要8个可控硅串化线路覆冰。融冰装置原理如图1所示。联使用，这对触发电路设计提出了更高要求。传统触发电路设计采用磁做媒介进行隔离，实现触发电路与主电路之间的隔离，但是电磁干扰和融冰装置所需较高隔离电压等问题使得这种方式不再适合该融冰装置。为了解决这一问题，该融冰装置采用光纤触发可控硅方式。该方式不仅安全可靠地实现了图1融冰装置原理图触发电路与主电路之间电气隔离，同时确保每相可1．2移动融冰装置轻型化设计控硅开通关断的同一性，避免了因为可控硅导通时现有移动直流融冰装置在保证大功率(提高额刻不一致出现的桥臂短路等电路故障，提升了装置定直流输出电流)时，装置自身发热严重，必须采用工作稳定性。大尺寸内部空间提供散热气流通道，从而使得装置1．2．3控制系统设计整体体积及重量大，不便移动。主要在融冰装置设移动直流融冰设备控制系统由实时控制系统、计时重点设备材料选型、可控硅阀、控制系统及装置输入输出模块、FPGA模块和人机界面模块组成。内部结构等方面进行了优化设计，实现了大功率融该控制系统采用双冗余系统设计，具有高可靠性、高·65． 第36卷第5期四川电力技术Vo1．36，No．52013年10月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2013响应速度和界面友好等特点，其控制系统框图如图集成，操作人员于装置外进行操控。3所示。具体功能如下。装置交流进线及直流出线绝缘子由侧面抽头，顶部采用全封闭结构，以便于进出线电缆接线，同时人机界面模块CPU：板载ULVCeleron—M600~lz内存：板载91)1~333~IzG12M提高防雨、防潮能力。接口：USB：F,thernet：R5232~SPP摊作系统：WindowsXP可控硅阀采用立式串联结构安装，并设计串联以太网通讯可控硅阀冷却风道，阀体风道采用“透明PC耐力实时控制模块板”材料，极大降低移动融冰设备体积，并在方便观主频一4001~IZ内存64狐DP／~I；128MBFLASR接口：US8：Ethernet(10／100BaseT)：RS232察阀体器件工作状态的同时减轻了装置重量。操作系统：WindRiver的VxWorks高速Pc总线通讯强弱电室分离设计，保证了操作人员与设备安全的同时，也减小了高压回路对控制系统的干扰，提FPGA模块／＼lIlI／＼高设备工作稳定性。ll夕Il三接头直流出线方式设计，如图1所示，通过直}l采样ADll豢输脉出l数稔输出ll款输入Il【输入输出模换流出线刀闸的分合组合，可以自动实现线路换相融冰而无需人工重新接线更改待融冰线路，提高了设图3直流融冰设备控制系统框图备融冰工作效率，节约了人力。实时控制模块：该模块实现了算法控制、故障暂态录波以及部分保护功能。具有400MHz处理器、2移动直流融冰现场融冰128MB非易失性存储介质、64MB内存组成。并配有一套实时操作系统(WindRiver的VxWorks)。2．1融冰时对10kV侧电网影响输入输出模块：由一系列高可靠性的输入输出移动直流融冰装置融冰时整流装置交流侧电流子模块组成。所有子模块均可热插拔，可根据系统波形为一个6脉冲的阶梯波。存在的谐波电流次数的需要进行适当扩展。子模块包括模拟输入子模由6k±1，(．j}=1，2，3，⋯n)决定，基波电流和直流电块、数字输入子模块、数字输出子模块等。模拟输入流的关系如，=Id7r所示。子模块的采样分辨率位为16位，可实现同时采样以避免因采样延迟引起的相位误差。可控硅触发信150号、保护信号、继电器信号通过数字输出子模块进行1∞控制，断路器信号通过数字输入模块采集。蠖a50FPGA模块：该模块是一个基于FPGA电路的特0．00匿高速运算单元，该模块与各输入输出模块相连，以获-050．1∞取各输入模块采集到的数字量与模拟量，完成相应运算功能。并将触发信号通过数字输出模块输出。该模块响应时间小于10ms，满足融冰整体的相应图410kV交流侧电流波形速度要求。fCeln：O人机界面模块：设计了基于LabView的触摸界面。该模块通过工控机为用户提供操作界面，并完成存储、读取历史数据等功能。l‘{1．3结构设计f移动融冰装置结构设计主要以内部结构紧凑、(30010020n300．40坚固，散热风道简单高效，外部接线简易，工作人员便于操控为主，主要体现在以下几个方面。图5直流输出电流波形装置整体操控系统由12英寸触摸屏电脑进行根据融冰的实际情况，对融冰装置输出1000A．66． 第36卷第5期四川I电力技术Vo1．36。No．52013年10月SichuanElectricPowerTechnologyOct．，20132．3融冰装置融冰前的调试在移动式融冰装置运抵现场并安装完毕后，需对移动式融冰装置带电后的设备性能和控制保护功能进行现场调试，以确保移动式融冰装置在冰灾来临时能够正常投人运行。试验前应具备以下条件：①对需要融冰导线一端的变电站接入系统进行改造并通过交接验收；②移动式融冰装置一、二次设备现场安装调试工作已a导鼠屁环h弹孺皇地瑚曩完成并通过验收；③融冰相关设备已经按照调度命图10融冰现场效果图名进行标识；④二次设备定值已经正式下达，并整定融冰方式采用A相去、C相回的方式(A、C为两核实完毕；⑤计算需要融冰线路最大、最小融冰电流个边相)，装置向线路输出直流电流40OA，10min后，及导线允许温升；⑥为保证融冰装置正常工作，退出直接升至800A，持续运行1h，A、C两相覆冰全部脱站内的所有无功补偿电容器组和载波通讯用耦合电落。而后对B相进行融冰，融冰电流直接升至900容器；⑦为防止谐波导致铁磁共振，从而导致电压互A，导线温度升高至23℃，全线导线弧垂最大下降3感器爆炸，需要将变电站内的所有电容耦合式电压11，装置可控硅触发角为28．3。，B相覆冰40min内全互感器退出系统；⑧相关单位准备好现场试验方案部脱落，图l0为覆冰现场脱冰图。汉音一线融冰完和设备，做好异常情况的应急预案；⑨移动式融冰装毕后，导线弧垂恢复正常，并于当日18：00恢复送电。置试验申请已经批复；⑩移动式融冰装置试验方案2．5现场融冰安全监测及控制已经通过审核批准；⑩相关单位已做好移动式融冰由于融冰线路汉音一线为运行30余年的老线装置试验期间运行方式变更的工作。路，为了确保融冰线路安全，融冰过程中对融冰线路现场调试试验内容有：①开关和刀闸不带电操的交叉跨越区、重覆冰区、大档距、高落差区段设立作试验；②不带电保护试验；③低电压小电流试验及了17个融冰观测点，如图11所示。每个观测点均抗干扰试验；④移动式融冰装置10kV充电试验；⑤派技术员对导线弧垂、导线覆冰厚度、环境温度、风带融冰线路小电流试验；⑥带融冰线路大电流试验速等进行实时监测，并及时将检测信息反馈到融冰及温升试验。指挥控制中心，供融冰决策判断。2011年11月22日，对泸州110kV震走线(线同时，融冰时还对变压器、电流波形、融冰线路、型LGJ一185／30，线路长度62km)进行融冰装置现移动直流融冰装置进行实时监测。一旦监测到变压场调试试验。为保证整个调试过程安全进行，对线器异常噪音或者融冰装置等异常工作状态，应采取路实行阶梯增流。电流从0升至200A，持续10停止融冰、减小融冰装置输出电压电流值等应对措min；200A升至400A，持续10min；400A升至600施，确保融冰装置与线路安全。A持续半个小时，最后输出直流电流811A。可控硅触发角29．8。，装置冷却出风口50℃，持续运行1：踟踟删栅h，全过程变压器运行稳定，噪声及电流波形正常，导-▲．线温度由一1oC升至65cC，融冰装置运行状况正常。Il!国2．4融冰装置现场融冰l广一30．-——l厂———一l0_I————lU船-)0叫flJ#h}㈣13h)220kV汉音一线(线型LGJ一400／50，线路长度IJ{《79洲til112km)是连接乐山与雅安的重要通道。从2011年12月20日以来，该线因雨雪冰冻灾害故障频发，发●红外测温监控点▲叉跨越距离及断线监控点■弧监控点◆融冰效粜及不甲衡张力观测点生多次跳闸事故，线路覆冰已严重影响到电网的安图ll融冰现场观测点全稳定运行。2012年1月11日，移动直流融冰装(下转第94页)置运抵乐山清音变电站，拟对汉音一线实施融冰。．68· 第36卷第5期四川电力技术V01．36。No．52013年10月SiehuanElectricPowerTechnologyOct．．2013(上接第68页)谢彬，洪文国，熊志荣．500kV复兴变电站固定式直融冰安全控制策略如图12所示。流融冰兼SVC试点工程的设计[J]．电网技术，2009，33(18)：182—185．申屠刚，程极盛．500kV直流融冰兼动态无功补偿系统研发与工程试点[J]．电力系统自动化，2009，33(23)：75—79．范瑞祥，孙曼，贺之渊．江西电网移动式直流融冰装置设计及其系统试验[J]．电力系统自动化，2009，33(15)：67—71．、J1J1J1J陈亦1j平，刘文1j涛，和识之．直流融冰装置在南方电网的应用分析[J]．南方电网技术，2011，5(4)：74—77．图l2融冰安全控制策略马晓红，赵立进，李巍．直流融冰技术在贵州电网的应用[J]．南方电网技术，2009，3(5)：107—110．3结论姚致清，刘涛，张爱玲．直流融冰技术的研究及应用[J]．电力系统保护与控制，2010，38(21)：57—62．移动直流融冰装置的设计选型应充分调研电网[1O]阮启运，顾雪平，陆佳政．湖南电网220kV线路直流融冰线路需求，选择合适的参数及尺寸，确保装置的融冰问题研究[J]．电力系统保护与控制，2011，39可移动性及对融冰线路的全面覆盖。(9)：131—136．可控硅移动直流融冰装置适宜于220kV及以陈智．江西省电网直流融冰计算研究[J]．电力系统保护与控制，2010，38(2)：72—74．下、100km以内输电线路的导线融冰，具有融冰方[12]卢志良，刘涛，赵青春．直流融冰运行模式下直流故式灵活、适用范围广、经济性高的特点，经实际线路障对交流保护的影响[J]．电力系统保护与控制，融冰，取得了良好的工程应用价值。实际融冰工程2010，38(2)：172—175．应视为一项系统工程，需要现场安全监控、通信、调[13]张帆，徐桂芝，荆平．直流融冰系统保护配置与操作度、后勤保障等诸多部门联合协作，才能确保融冰工策略[J]．电网技术，2010，34(2)：169—173．作取得成功。[14]陆佳政，李波，张红先．新型交直流融冰装置在湖南电网的应用[J]．南方电网技术，2009，3(4)：77—79．参考文献作者简介：傅闯，饶宏，黎小林．直流融冰装置的研制与应用[J]．杨琳(1983)，男，博士，研究方向为线路与防雷、线路电力系统自动化，2009，33(11)：53—57．专业生产技术管理；[2]彭向阳，周华敏，杨楚明．广东电网直流融冰装置安装刘凡(1978)，男，博士，高级工程师，研究方向为在线调试及实冰演练[J]．高压电器，2010，46(3)：98—监测与故障诊断、线路专业生产技术管理；105．马小敏(1988)，男，硕士，工程师，研究方向为线路及过[3]孙栩，王明新．交流输电线路大容量固定式直流融冰电压。装置的设计方案[J]．电力自动化设备，2010，30(12)：(收稿日期：2013—06—10)102—105．·94-