[科普中国]-输电线路激励融冰的阻波方法

简介

高频高压激励融冰是一种实现输电线路在线不停电融冰的方法，然而在输电线路应用高频高压融冰的技术中，既产生激励融冰的高次谐波，又由于激励源内部的电力电子元件产生大量的低次谐波会降低电能质量。对此，针对一种18 kV /40 kHz高频高压激励融冰方法设计一套线路阻波方法，在输电线路两端串联接入高频阻波器，采用单频阻波器原理将40 kHz的高频信号限制在高频融冰通道内;对于激励源产生的低次谐波则利用并联有源电力滤波器，确保电能传输质量。仿真结果验证了该高频融冰线路阻波方法的可行性1。

在冬季冰冻雨雪天气下，线路覆冰容易引起导线舞动、金具损坏、跳闸停电、倒杆(塔)、导线折断等严重事故。目前常用的融冰方法有交流短路融冰法和直流融冰法等。从技术水平和实施情况来看，现代直流技术的发展和大电流可控整流技术的开发为直流融冰创造了良好的技术条件，直流融冰己成为目前我国应用较为广泛的融冰手段，截至2012年6月，己有30多套直流融冰装置在南方电网中投运，为南方电网应对低温雨雪冰冻极端气候提供了有效的防灾减灾技术手段。

2001年，Charles R. S.等提出了8 } 200 kHz的高频激励融冰的方法，通过在输电线路上施加高频电源产生驻波，利用线路的高频集肤效应和电介质损耗原理实现线路融冰。进一步研究表明采用18 kV , 40 kHz高频高压激励融冰方法具有在线融冰可行性好、高效节能等优点。该40 kH，的高频激励源在实现覆冰线路的在线融冰时，在整条输电线路中产生40 kHz的高频电流，为了限制高频融冰电流仅流过融冰通道，必须在融冰线路的两端串联两个高频匹配的阻波器，以阻止高频信号向融冰线路外传输。另一方面，由于高频激励源由大量的电力电子器件构成，其功率因素低，将会产生大量的低次谐波，影响电网供电质量，必须采取措施抑制低次谐波。

对此， 研究了一种高低频混合阻波方法，应用高频阻波器抑制特定的高次谐波，通过并联有源电力滤波器对低次谐波实行动态抑制和补偿无功，有效地对频率和幅值都变化的谐波和无功电流进行补偿，确保了融冰通道有效融冰和输电质量高频激励融冰电路结构。

冰是一种有损耗电介质，利用冰在高频高压下本身的介质发热和导体表面电流集肤效应产生的电阻损耗发热达到输电线路融冰效果。选用合适的激励频率和电压，结合驻波效应，可以使两种发热效果互补的方式出现，从而在整线路上的合成热效应将是均匀的。 论证了40 kHz / 18 kV为激励源的工作频率和电压时融冰线路获得的总热功率分布均匀，可使融冰达到良好效果。输电线路激励融冰系统由高频高压激励源，输电线路高频阻波器、结合滤波器、有源电力滤波器组成。

阻波原理高频阻波原理高频阻波器是串联在输电线上的设备，只允许40 kHz的高频信号在融冰线路中通过，阻止高频信号进入变电站及用户。高频阻波器的主要元件是一个电感线圈和一个可变电容器。其基本原理是:将电感线圈与可变电容器并联后组成一个回路，当并联谐振时，它所呈现的阻抗最大。为此，当输电线路上的载波频率与其谐振频率即40 kHz融冰激励频率相同时，它就对融冰频率产生较强的阻挡作用。在实际应用中，一般是由电感器、电容器及电

阻器等依据一定的电路原理组成的一个带阻滤波器，在某一频率或频段形成高阻抗区(高频区段)，以阻止高频信号通过，而对于50 Hz工频电流则呈现极低阻抗，工频电流可顺利通过线路。各类阻波器的电路形式的不同决定了它们具有不同的阻抗频率特性。归纳起来，高频阻波器均是由强流线圈、调谐元件和保护元件等并联组成。

低次谐波抑制原理激励融冰时高频激励源是输电线路的主要谐波源，由大量的整流、逆变等电力电子元件构成，工作时给输电线路带来大量的低次谐波，采用有源电力滤波器并联在线路中进行实时检测和补偿控制。有源电力滤波器整个系统主要由两部分组成，一是指令电流运算电路，二是补偿电流发生电路。其中指令电流运算电路的功能是从负载电流中分离出谐波电流分量和无功电流分量，然后反极性后作为补偿电流的指令信号。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路所得的补偿电流指令信号，产生所需的补偿电流，这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与补偿无功的目的。

阻波系统模型高频阻波模型阻波系统分为高频阻波、低次谐波抑制两部分。高频阻波的结构模型如图3所示，激励源通过特定的开关与110 kV覆冰线路连接，产生融冰所需的40 kHz的高次谐波及低次谐波，在110 kV的高压输电线路两端串接入高频阻波器，结合滤波器用于40 kHz滤波形成融冰回路。电路参数为:系统电压U: 110 kV/50 Hz，激励源频率设置为40kHz，阻波器电感L=10 mH，电容C =4-,F，输电线路长度设置为500 km，线路参数为:R,=0. 012 73 SZ / km，L,=0.933 7 x 10-3 H/km， C,=12.74 x 109 F/km，R}=0. 386 4n/km，Ln=4.1264 x 10-3H/km}Cn=7.751 x 10-9 F/km。

低次谐波抑制模型低次谐波抑制结构模型如图4所示。激励融冰时经高频阻波器阻断大部分高频电流后，输电线路上仅存在大量低次谐波和基波的混合电流，通过并联有源电力滤波器进行低次谐波滤除后得到基波，有源电力滤波器，谐波检测模块、滞环比较跟踪控制模块、驱动电路、主电路构成。，谐波检测电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波电流分量，滞环比较跟踪控制电路和驱动电路的作用是根据谐波检测电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流达到抑制低次谐波的目的。电路参数为:系统电压110kV /50 Hz，三相可控整流桥, L为1 x10-3 H。

总结针对输电线路采用高频激励融冰时产生的高频融冰电流和低次谐波电流，研究了一种高低频混合阻波方法。在分析了高频阻波器的结构原理及其阻波特性的基础上，针对高频激励源所产生的40 kHz高频融冰电流的阻波电路，有效地阻止40kHz的高次谐波进入融冰线路外，避免了高次谐波进入变电站;针对激励源非线性元件产生的低次谐波，通过并联有源电力滤波器补偿50次以下的谐波进行低次谐波抑制，确保了输电线路的电能质量2。