[发明专利]直流融冰系统过电压保护和绝缘配合设计方法

说明书

技术领域

本发明是一种直流融冰系统过电压保护和绝缘配合设计方法，属于输电网输电线路直流融冰应用的创新技术。

背景技术

电力系统遭受的各种自然灾害中，冰灾是最严重的威胁之一。与其它事故相比，冰灾给电网造成的损失往往更为严重，轻则发生冰闪，重则会造成倒塔断线，甚至电网瘫痪。

近年来，全球各类气象灾害更为频繁，极端天气气候事件更显异常，冰灾造成电力系统的损失和影响更趋严重，破坏程度越来越强，影响也越来越复杂，应对难度也越来越大。如1921年10月瑞典冰灾、1972年1月美国哥伦比亚州冰灾、1998年1月美国东北部和加拿大东南部冰灾、1999年12月法国冰灾、瑞典南部2005年1月冰灾、德国2005年11月冰灾。

受大气候、微地形、微气象条件的影响，我国冰灾事故频繁发生，电网受到的影响越来越严重。2005年初,华中地区历史上罕见的低温雨雪冰冻天气给我国华中、华北电网造成严重的灾害。2008年1-2月，低温雨雪冰冻天气袭击我国南方、华中、华东地区，导致贵州、湖南、广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，给国民经济和人民生活造成巨大损失。2011年1月，贵州省、湖南省、江西省、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，先后导致多条线路和变电站。2012年初、2013年初我国电网都不同程度受到覆冰的影响。

2009年初-2013年初的各个覆冰期中，南方电网应用直流融冰装置对110kV及以上架空线路实施直流融冰400余次，保证了线路和电网的安全。

直流融冰装置是电网中的新设备，由其形成的直流融冰系统是一个全新的系统，但至今没有完整的过电压保护和绝缘配合设计方法提出。直流融冰装置的实际应用中发生了多起交流侧电流互感器、交流侧避雷器、直流侧刀闸损坏，影响了其融冰功能的发挥，就其根本原因就是过电压保护和绝缘配合设置不合理。另外，直流融冰装置绝缘水平比需要融冰线路低很多，在直流融冰装置带线路进行融冰模拟试验时线路也可能遭受雷击，由线路传入雷电侵入波可能损坏直流融冰装置。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供直流融冰系统过电压保护和绝缘配合设计方法。本发明能够确保直流融冰装置及其附属设备在各种运行工况下的安全，保证其融冰功能在覆冰期有效发挥。

本发明的技术方案是：一种直流融冰系统过电压保护和绝缘配合设计方法，所述的直流融冰系统包括有换流器C,平波电抗器Ld1、Ld2，刀闸S1、S2、S3、S4，融冰母线B、融冰线路L,换流器C通过换流变压器T、隔离刀闸K和断路器QF接在交流侧母线上，或者通过换相电抗器Lac、隔离刀闸K和断路器QF接在交流侧母线上,上述换流器为6脉动换流器或12脉动换流器，采用6脉动换流器时直流融冰系统直流侧不接地，采用12脉动换流器时直流侧在两个6脉动换流器连接中点接地，其中直流融冰系统过电压保护和绝缘配合方法包含如下步骤：

1）直流融冰系统阻抗幅频特性计算

根据直流融冰装置主回路设计结果搭建直流融冰系统的电磁暂态模型，其中融冰线路采用分布参数模型，对直流融冰系统各种运行模式形成的直流回路进行阻抗幅频特性计算；

2）配置避雷器

在6脉动直流融冰系统的交流侧，在换流变压器T或换相电抗器Lac阀侧，即换流器C与换流变压器T或换相电抗器Lac之间，配置避雷器Fa1；直流侧，在平波电抗器Ld1与直流刀闸S1之间配置避雷器Fd1，平波电抗器Ld2与直流刀闸S3之间配置避雷器Fd2；

3）确定交流侧避雷器参考电压

换流变压器T或换相电抗器Lac阀侧避雷器Fa1的持续运行电压峰值(CCOV)按照下式计算：

其中U_VL为换流变压器T或换相电抗器Lac阀侧额定线电压；

避雷器Fa1持续运行电压最大峰值（PCOV）按照下式计算：

PCOV=(1+K)×CCOV        （2）；

式中，K为考虑换相过程的系数，取0.25；

换流变压器T或换相电抗器Lac阀侧避雷器Fa1荷电率取0.95，参考电压按照下式计算：

U_ac·ref=PCOV/0.95             （3）；

4）确定直流侧避雷器参考电压

直流侧避雷器Fd1和Fd2的持续运行电压不考虑换相过冲，则持续运行电压峰值(CCOV)和持续运行电压最大峰值（PCOV）相同，按照下式计算：