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。

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 。

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。

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。

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 。2100433B

直流融冰的主回路设置方法专利目的

《直流融冰的主回路设置方法》的目的：提出直流融冰的主回路设置方法，适用于高压及特高压电网输电线路的融冰，通过扩展直流融冰回路的少量一次设备，实现将无功控制功能作为直流融冰装置的辅助功能，提供线路需要的感性无功功率的功能，进行动态无功补偿。

直流融冰的主回路设置方法技术方案

《直流融冰的主回路设置方法》的技术方案是：

直流融冰的主回路设计方法，包括三相三绕组整流变压器、12脉动整流装置、控制保护装置、自动切换装置和直流侧刀闸，三相三绕组整流变压器的接线组采用D/d0/y11或Y/y0/d11接线、三相三绕组整流变压器的两个低压侧绕组相位移30度，其特征是：三相三绕组整流变压器的2组低压侧的三相输出分别连接到12脉动整流装置的2个阀组的三相输入，12脉动整流装置的正负极输出在直流融冰方式时分别通过直流侧开关连接到需要进行融冰的三相交流线路，形成直流融冰主回路（如图2所示），可对三相交流线路进行直流融冰；在无功补偿方式扩展一次设备可分别形成直流融冰主回路（如图4、图5所示）。

其中，如图3所示，增加第一组电抗器和转换开关刀闸，在整流变压器与整流装置之间每相串连1台电抗器L_TCR，每台电抗器两侧和一把转换开关刀闸并联（如图3所示），根据需要可以增加滤波器。

其中，如图4所示，闭合并联的转换开关刀闸电抗器L_TCR旁路（即短接），则主回路进入融冰运行状态；打开并联的转换开关刀闸将电抗器L_TCR连接至换流器，再把直流融冰装置的正、负极母排与两个阀组之间的中性点母线之间短接，则主回路进入无功补偿运行状态，作为晶闸管控制的星形连接的可控电抗器运行。

其中，如图5所示，另设有第二组电抗器和转换开关刀闸，每台电抗器两侧和一转换开关刀闸并联，并在换流器两个阀组的直流侧和交流侧增加连接线，每台电抗器两侧和一转换开关刀闸串联接在连接线上，分别按照“直流侧A相接交流侧B”，“直流侧B接交流侧C”和“直流侧C接交流侧A”的方式连接，打开转换开关刀闸将电抗器L_TCR连接至换流器，则主回路进入无功补偿运行状态，作为晶闸管控制的三角形连接的可控电抗器运行。

由于整流变压器采用D/d0/y11或Y/y0/d11接线，副边两个绕组相位移30度；融冰整流装置采用12脉动接线方式，融冰装置运行时对系统的谐波和无功影响很小。以用于500千伏交流线路融冰的60兆瓦固定式直流融冰装置为例，其直流融冰运行时需要的有功、无功和滤波的总容量约为75兆伏安，通常不到变电站500千伏主变35千伏侧容量的1/3，对系统影响很小；直流融冰装置运行时产生的谐波是12k±1次谐波，k为1，2，3，...，即融冰装置运行时产生的谐波主要是11、13次等特征谐波。融冰装置运行时产生的谐波对系统影响很小，对融冰装置本身的稳定运行没有影响，但是35千伏侧略超过相关中国国家标准，融冰运行时可以不必装设交流滤波器设备；对500千伏侧和220千伏侧的电压谐波畸变影响很小，满足相关中国国家标准。

融冰整流装置对三相线路采用的融冰方式为：退出运行的线路，通过二相/三相的自动切换装置，由控制装置来自动切换三相线路连接到整流装置，保证三相线路均衡融冰，切换过程中整流装置及开关的操作都由自动顺序控制来实现。这种融冰方式的特点是三相线路融冰程度均衡，不会产生三相导线的张力差并对杆塔造成影响。该技术具体可以参考同时提出的另一申请“直流融冰三相交流线路自动切换的方法”中。

直流融冰的主回路设置方法改善效果

《直流融冰的主回路设置方法》有益效果：融冰装置兼具有SVC功能，通过扩展一次设备，融冰装置在不承担融冰功能时可以兼做静止型动态无功补偿装置，进行动态无功补偿，充分利用用户投资；同时回路接线简单，有效地解决日常运行维护的问题。与AREVA技术方案亦有所不同，AREVA技术方案采用设备较多、接线复杂，在进行直流融冰和无功补偿（SVC）工作方式转换时，改接线工作量很大；且直流融冰和无功补偿（SVC）工作时都必须配置交流滤波器。

《直流融冰的主回路设置方法》涉及直流融冰的主回路设置方法，尤其涉及适用于高压及特高压电网输电线路的融冰和无功补偿主回路设置。

《输电线路地线直流融冰技术与应用》依托中国南方电网有限责任公司超高压输电公司输电线路直流融冰运行实践及相关科研项目成果，通过对国内外现有融冰技术的原理和装置及应用情况的全面调研以及分析研究的基础上编写而成。全书主要介绍了输电线路覆冰的危害、分类、等级：电流融冰原理及数学模型；临界融冰电流，融冰时间，最大融冰电流，最大融冰长度，融冰影响因素：直流融冰装置及其融冰方法，利用换流站装置的直流融冰方法，交流、直流融冰方法比较；地线融冰的特殊性，地线全绝缘对线路的影响，融冰时地线绝缘间隙的选择，地线融冰接线方式；地线融冰自动接线及装置；OPGW地线融冰，OPGW温度特性，融冰通流温升对OPGW的影响；地线融冰实例等。《输电线路地线直流融冰技术与应用》内容翔实、图文并茂，理论分析、实验研究及工程应用全面深入，反映了输电线路地线直流融冰最新技术成果，具有很强的实用性和指导性。

《输电线路地线直流融冰技术与应用》可以作为高等学校相关专业本科生、研究生的教材，也可以供高等学校教师以及从事输电线路融冰技术研究、设计、运行、维护等方面的专业技术人员和管理人员阅读参考。