发明专利｜一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法

北极星输配电网获悉，为贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神，深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神，大力推进创新驱动发展战略和知识产权战略，努力加快知识产权强国建设，国家知识产权局决定对积极有效开展知识产权创造、运用、保护和管理工作，在促进创新和推动经济社会发展等方面做出突出贡献的专利权人和发明人(设计人)给予表彰。

根据《中国专利奖评奖办法》的规定，经国务院有关部门知识产权工作管理机构、地方知识产权局、有关全国性行业协会，以及中国科学院院士和中国工程院院士等推荐，由中国专利奖评审委员会评审，国家知识产权局和世界知识产权组织审核，国家知识产权局和世界知识产权组织决定授予“一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法”中国专利优秀奖，该专利权人：南方电网科学研究院有限责任公司，发明人：傅闯、饶宏、黎小林。

北极星输配电网特将该发明专利内容整理如下：

摘要

本发明是一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法。包括有至少一个由如下构件组成的分转换电路，该分转换电路包括不带饱和电抗器的六脉动换流器R，电抗器L1a、L1b和L1c，电抗器L2a、L2b和L2c，三相刀闸Sac1、Sac2和Sac3，单相刀闸SV1、SV2、SV3、SV4和SV5。串联或并联的分转换电路与直流侧转换刀闸Sdc1、Sdc2、Sdc3和SVdc4，隔离刀闸K，断路器QF以及控制保护系统CP可构成多功能六脉动或十二脉动直流融冰自动转换电路。本发明中的换流器不带饱和电抗器，大大降低融冰装置运行时的噪声;通过设置分转换电路和刀闸，使得晶闸管控制或投切电抗器、融冰及其等效试验功能等模式能够实现相互自动转换;不需要接入输电线路即可完成融冰装置的通流试验，解决日常运行维护的问题。

技术领域

本发明是一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法，特别是一种涉及能够实现晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电抗器(TSR)、直流融冰及其等效试验功能相互自动转换的电路及其转换方法，属于高压及特高压电网输电线路直流融冰应用的创新技术。

技术背景

本发明是一种多功能直流融冰自动转换电路及其转换方法，特别是一种涉及能够实现晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电抗器(TSR)、直流融冰及其等效试验功能相互自动转换的电路及其转换方法，属于高压及特高压电网输电线路直流融冰应用的创新技术。

随着全球气候的不断恶化，冰灾对输电线路造成的危害越发严重。特别是2008年初的冰灾，对我国电网造成了巨大的损失。

国内外研究融冰的几种思路为：将电能转化为热能融冰;将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰的物理结构，达到使覆冰脱落的目的;直接破坏物理结构的机械法除冰。

我国自上世纪70年代以来就一直在220kV以下线路上采用交流短路方法对严重覆冰线路进行融冰，对防止冰灾起到了一定的作用。由于交流融冰需要很高的热量，且交流线路存在电抗，致使220kV及以下线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的5-10倍;对于500kV以上超高压和特高压交流输电线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的10-20倍。在实施交流电流短路融冰时往往存在融冰电源容量远远不足的问题。因此，对于500kV或更高电压等级输电线来说，由于难以找到满足要求的融冰电源，采用交流短路融冰方案不可行。

由于交流短路融冰法的局限，国际上自上世纪80年代开始就一直在探讨直流融冰的可能和开发直流融冰装置。1998年的北美冰风暴灾难后，魁北克水电局与AREVA公司合作开发了一套直流融冰装置，该装置装设于魁北克的Lévis变电站，2008年完成现场调试。

但是到目前为止，该装置还没有用于过实际融冰。

2008年冰灾后，我国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器、不带专用整流变压器和车载移动式等多种型式，进而在全国进行了推广应用。

2011年1月，受持续低温雨雪凝冻天气影响，南方电网供电区域内贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的输变电设施相继出现覆冰险情，先后导致1414条10kV及以上线路、70个35kV及以上变电站停运。2011年次冰灾是继2008年之后南方电网遭遇的又一次特重冰灾。但与2008年多条线路断线倒塔、500kV主网架遭受重创、电网多处解列或孤网运行、大量减供负荷相比，本次冰灾期间未发生220kV及以上线路倒塔事故，未发生县级及以上城市停电事故，确保了电网安全稳定运行和电力正常供应。

2011年冰灾中，南方电网已经安装的19套直流融冰装置首次得到了全面实战检验，发挥了巨大的作用，累计对110kV及以上线路融冰227次，其中500kV线路40余次。

鉴于直流融冰装置实际应用效果，我国电网企业从2011年开始又进行了新一轮的大规模推广应用。

2009-2011年覆冰期中的实际应用中发现现有直流融冰装置存在需要优化的地方：1.换流器中饱和电抗器噪声较大;2.对短线路融冰出现电流断续;3.需要接入输电线路才能进行融冰装置通流试验，既受电网运行方式限制，也给电网的正常运行造成影响。

具体实施情况说明

1.一种多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于包括有至少一个由如下构件组成的分转换电路，该分转换电路包括有不带饱和电抗器的六脉动换流器R，电抗器L1a、L1b和L1c，电抗器L2a、L2b和L2c，三相刀闸Sac1、Sac2和Sac3，单相刀闸SV1、SV2、SV3、SV4和SV5,分转换电路中不带饱和电抗器的六脉动换流器R与电抗器L1a、Lb、Lc相连，与电抗器L2a、L12b、L2c相连;电抗器L2a、L2b、L2c通过三相刀闸Sac1与电抗器L1c、L1b、L1a分别对应相连;三相刀闸Sac3一端与不带饱和电抗器的六脉动换流器R一端相连，另一端短接;三相刀闸Sac2一端与电抗器L2a、L2b、L2c相连，另一端短接;单相刀闸SV1、SV2、SV3与不带饱和电抗器的六脉动换流器R中阀臂V1、V2、V3、V4、V5、V6相连，单相刀闸SV4连接于电抗器L2b和L2c相间，单相刀闸SV5连接于电抗器L2a和L2c相间;上述多功能直流融冰自动转换电路包括有一个分转换电路、直流侧转换刀闸Sdc1、Sdc2、Sdc3和SVdc4，隔离刀闸K，断路器QF，以及控制保护系统CP，直流侧转换刀闸Sdc1和Sdc2并联后与分转换电路中三相刀闸Sac3短接端相连;单相刀闸Sdc3和Sdc4并联后与分转换电路中三相刀闸Sac2短接端相连;分转换电路通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV或10kV母线相连，刀闸Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和断路器QF的位置信号及换流器交流侧电流信号Iva、Ivb、Ivc及直流侧电流信号Idp、Idn及直流侧电压信号Udp、Udn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。

2.根据权利要求1所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于上述六脉动换流器R为不带饱和电抗器。

3.根据权利要求1所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于上述转换电路中电抗器L1a、L1b和L1c的电感值为电抗器L2a、L2b、L2c的0.05-0.2倍，电抗器L1a、L1b和L1c的额定电流值按融冰模式要求设计，电抗器L2a、L2b、L2c的额定电流值按晶闸管控制电抗器(TCR)或晶闸管投切电抗器(TSR)模式要求设计。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于多功能直流融冰自动转换电路为多功能串联型十二脉动直流融冰自动转换电路，包括有两个首尾串联连接的分转换电路，分别为分转换电路TC1及分转换电路TC2，Y/Y联结变压器T1、Y/△联结变压器T2，直流侧转换刀闸Sdc1、Sdc2、Sdc3和SVdc4，隔离刀闸K，断路器QF，以及控制保护系统CP，且两个分转换电路连接中点接地，分转换电路TC1与Y/Y联结变压器T1相连，分转换电路TC2与Y/△联结变压器T2相连;分转换电路TC1和TC2中不带饱和电抗器的六脉动换流器R通过三相刀闸Sac3短接端首尾相连;直流侧转换刀闸Sdc1和Sdc2并联后与分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端相连;单相刀闸Sdc3和Sdc4并联后与分转换电路TC2中三相刀闸Sac2短接端相连;Y/Y联结变压器T1、Y/△联结变压器T2通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV或10kV或220kV母线相连，刀闸Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和断路器QF的位置信号及整流变阀侧电流信号Iyva、Iyvb、Iyvc、Idva、Idvb、Idvc及网侧电流Iya、Iyb、Iyc、Ida、Idb、Idc及直流侧电流信号Idp、Idn、Idgn及直流侧电压信号Udp、Udn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。

5.根据权利要求1至3任一项所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于多功能直流融冰自动转换电路为多功能并联型十二脉动直流融冰自动转换电路，包括有两个并联的分转换电路，分别为分转换电路TC1及分转换电路TC2，Y/Y联结变压器T1、Y/△联结变压器T2，直流侧转换刀闸Sdc1、Sdc2、Sdc3和SVdc4，隔离刀闸K，断路器QF，以及控制保护系统CP，分转换电路TC1与Y/Y联结变压器T1相连，分转换电路TC2与Y△联结变压器T2相连;分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端和分转换电路TC2中三相刀闸Sac3短接端相连;分转换电路TC1中三相刀闸Sac3短接端和分转换电路TC2中三相刀闸Sac3短接端相连;直流侧转换刀闸Sdc1和Sdc2并联后与分转换电路TC1中三相刀闸Sac2短接端相连;单相刀闸Sdc3和Sdc4并联后与分转换电路TC2中三相刀闸Sac2短接端相连;Y/Y联结变压器T1、Y/△联结变压器T2通过隔离刀闸K和断路器QF与变电站35kV或10kV或220kV母线相连，刀闸Sac1、Sac2、Sac3、K、SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、Sdc1、Sdc2、Sdc3、Sdc4和断路器QF的位置信号及整流变阀侧电流信号Iyva、Iyvb、Iyvc、Idva、Idvb、Idvc及网侧电流Iya、Iyb、Iyc、Ida、Idb、Idc及直流侧电流信号Idp、Idn及直流侧电压信号Udp、Udn及六脉动换流器R的监测信号接入控制保护系统CP;控制保护系统CP发出刀闸和断路器QF的分合命令及发出六脉动换流器R的控制和触发命令。

6.根据权利要求4所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于多功能串联型十二脉动直流融冰自动转换电路运行于融冰模式时为12脉动。

7.根据权利要求5所述的多功能直流融冰自动转换电路，其特征在于多功能并联型十二脉动直流融冰自动转换电路运行于融冰模式时为12脉动。8.一种根据权利要求1至7任一项所述的多功能直流融冰自动转换电路的转换方法，其特征在于包括如下转换模式：

1)一去一回直流融冰模式，即A-B相导线串联融冰：三相刀闸Sac1断开，三相刀闸Sac2和Sac3闭合;单相刀闸SV1、SV2和SV3断开，单相刀闸SV4和SV5闭合，直流侧转换刀闸Sdc1和Sdc2闭合，直流侧转换刀闸Sdc3和Sdc4断开;交流侧隔离刀闸K和断路器QF闭合;

2)二去一回直流融冰模式，即AB相导线并联后再与C相导线串联融冰：三相刀闸Sac1断开，三相刀闸Sac2和Sac3闭合;单相刀闸SV1、SV2和SV3断开，SV4和SV5闭合，直流侧转换刀闸Sdc1、Sdc2和Sdc4闭合，直流侧转换刀闸Sdc3断开;交流侧隔离刀闸K和断路器QF闭合;