DC Traction Power Supply System Based on Modular Multilevel Converter Suitable for Energy Feeding and De-icing

A novel DC traction power supply system suitable for energy feeding and de-icing is proposed in this paper for an urban rail transit catenary on the basis of the full bridge submodule (FBSM) modular multilevel converter (MMC). The FBSM-MMC is a novel type of voltage source converter (VSC) and can directly control the output DC voltage and conduct bipolar currents, thus flexibly controlling the power flow of the urban rail transit catenary. The proposed topology can overcome the inherent disadvantages of the output voltage drop in the diode rectifier units, increase the power supply distance and reduce the number of traction substations. The flexible DC technology can coordinate multiple FBSM-MMCs in a wide area and jointly complete the bidirectional control of catenary power flow during the operation of the electric locomotive, so as to realize the local consumption and optimal utilization of the recovered braking energy of the train. In addition, the FBSM-MMCs can also adjust the output current when the locomotive is out of service to prevent the catenary from icing in winter. The working modes of the proposed topology are illustrated in detail and the control strategy is specially designed for normal locomotive operations and catenary de-icing. Simulation cases conducted by PSCAD/EMTDC validate the proposed topology and its control strategy.

青藏联网中高性能OPGW的研制与应用

青藏地区高海拔、极端低温、巨大温差的恶劣自然环境严重影响光纤复合架空地线(optical fibercomposite overhead ground wire,OPGW)的损耗特性,并且威胁其长期安全稳定运行。为此,介绍在青藏直流联网工程中应用的高性能OPGW。该OPGW采用SMF-28 ULL超低损耗光纤及耐超低温纤膏研发定制而成,在-55℃低温环境下仍有良好的损耗特性,成功应用于翻越唐古拉山脉、距离长达295 km的世界最高海拔超长站距光纤通信系统。高性能OPGW的成功研制与应用,为青藏直流联网通信系统长期安全稳定运行奠定了坚实的基础,为后续工程建设积累了宝贵经验。

OPGW直流融冰过程对通信光纤的影响

目前我国采用直流对导线进行融冰的技术已相对成熟,但对地线和OPGW的直流融冰技术的研究尚处于初始阶段。特别是融冰过程可能对光纤衰减及光纤寿命造成的影响也是电力运管及通信人员普遍关心的问题。文章的试验结果显示,在对OPGW进行通流升温时,内部光纤的环境温度要明显高于OPGW表面温度;关于高温环境对光纤寿命的影响,用光纤涂覆层热失重的方法进行了分析;对某±500 kV实际线路的融冰电流和时间与光纤温度的关系进行了理论计算,结果表明,合适的融冰电流可以满足1 h的融冰时间要求及光纤的安全使用温度。

用于-55℃超低温的超低损耗OPGW的研究

青藏±400 kV直流联网工程OPGW光缆线路是中国第1条高海拔、超低温地区长距离架空通信线路。根据青藏工程的技术和应用难点,必须研制具有超低光衰减、超低温度附加衰减性能的OPGW光缆。通过试验选择超低损耗光纤和耐受超低温度的光纤油膏等新材料,通过新工艺设计光纤余长和应力应变特性,研制成功满足青藏工程要求的OPGW光缆,其光纤衰减≤0.18 dB/km,平均衰减≤0.172 dB/km,最低工作温度可达–60℃,在–60^+80℃温度范围内,光纤附加衰减≤0.01 dB/km。并研制成功满足低温要求的配套金具附件。该产品经青藏工程使用1年多,运行良好,避免了在海拔5 000 m高原上设置通信中继站,降低了运行、维护的困难和费用,提高了通信系统的可靠性,取得了中国高海拔、高寒环境下最长的无中继光纤通信系统应用的成功经验。

±800kV特高压直流输电光纤通信工程中OPGW的选型设计

光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)选型设计是±800 kV特高压直流输电光纤通信工程设计的重要内容。为此考虑电气性能、机械性能、传输性能和经济性等方面因素,在研究分析OPGW结构型式、纤芯类型、纤芯数量的基础上,提出了OPGW选型设计方案,并对±800 kV特高压直流运行环境下OPGW选型设计建议进行了总结归纳。研究结果建议:±800 kV特高压直流输电光纤通信工程中OPGW选用2层或3层的层绞式结构;外绞层材料采用低导电率全铝包钢线;外层单丝直径不小于3.2 mm;光缆纤芯分段选用G.652D光纤或ULL光纤。

南方电网主网架直流融冰工作流程与融冰效率研究

自2008年冰灾后,南方电网在西电东送主网架输电通道中加装了6套直流融冰装置,其中高肇直流高坡站直流融冰装置为南方电网首套高压直流输电线OPGW融冰装置。现有的研究工作大多只涉及线路两侧未安装融冰短接刀闸情况下相线融冰技术的研究与计算,实际上,地线覆冰是仅次于相线覆冰的影响系统冰期安全运行的因素,融冰短接刀闸的装设能够大大提高融冰效率。在此背景下,笔者介绍了6套直流融冰装置特别是高坡站OPGW直流融冰装置的概况,分析了基于覆冰预警系统的直流融冰工作流程及安装融冰短接刀闸前后的融冰效率。最后,对分析结果进行了总结,指出OPGW融冰具有可行性和必要性,并建议制定工作流程、加装融冰刀闸以提高融冰效率。

光纤复合架空地线直流融冰绝缘化改造对地线绝缘子与并联放电间隙的电气要求

为满足光纤复合架空地线(OPGW)直流融冰的需要,同时解决环流损耗和易遭雷击断股等问题,须将OPGW接地方式由目前常用的逐塔接地改造为分段或全线绝缘、单点接地方式;OPGW经地线绝缘子及其并联放电间隙与杆塔相连。为此,提出了OPGW直流融冰绝缘化改造对并联放电间隙的电气要求,分别对正常运行时、地线直流融冰条件下和雷击情况下的并联放电间隙电气性能进行了详细的计算分析和试验研究。结果表明:并联放电间隙距离选择应满足感应电压和直流融冰电压的耐受要求,还应保证并联放电间隙在雷电过电压下可靠击穿;要满足工频感应电压的耐受要求,间隙距离可取20~100 mm;要满足直流融冰电压为-20 k V×(1±10%)的耐受要求,间隙距离应大于60 mm;考虑到间隙放电的分散性,间隙距离宜适当增大,推荐值为70~80 mm;70~80 mm间隙距离的雷电冲击放电电压一般不大于100 k V,线路遭受雷击时,地线绝缘子与并联放电间隙所承受的电压至少为885 k V,甚至高达数MV,并联放电间隙能可靠击穿,从而确保地线绝缘子的运行安全性。该研究结果可为OPGW直流融冰绝缘化改造提供理论支撑和数据支持。

具有融冰功能的光纤复合架空地线应用研究

对于光纤复合架空地线(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)线路实施融冰,目前多采用直流融冰技术,主要是对OPGW架设方式进行绝缘化改造,但在实际应用中仍有许多无法避免的缺陷。为了进一步解决OPGW融冰的技术性问题,文章介绍了一种具有可通流融冰功能的光纤复合架空地线设计方案和应用方法,并在实验室及现场覆冰试验站进行了实际融冰试验,在实际覆冰条件下,试验验证了全绝缘和内嵌式融冰的实际融冰电流、融冰时间和融冰时对缆中光纤的温度影响。结果表明,该结构可融冰OPGW融冰效果良好,满足线路融冰要求。

光纤复合架空地线直流融冰绝缘化改造方法应用研究

在覆冰季节,输电线路重冰区段的光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)易发生因覆冰后应力过载导致的光纤断裂事故。覆冰已严重影响重冰区段的OPGW光缆安全运行。针对既有线路,可采用对OPGW(地线)绝缘化改造后,通过直流融冰消除覆冰。以国网凉山公司110 kV雷坝二线N56至N80重冰区段OPGW(地线)为研究对象,在已有OPGW绝缘化改造直流融冰研究成果基础上,对包含OPGW(地线)直流融冰回路、绝缘段感应电压计算、接地方式、地线绝缘子选型在内的关键技术问题进行了研究。目前,采用所研究成果实施的N56至N80重冰区段OPGW绝缘化改造工程已完成。在2018年冬季至2019年春季,已对该线路绝缘改造区段OPGW开展直流融冰4次,融冰效果良好,线路运行正常。对该线路OPGW(地线)绝缘改造涉及到的关键技术说明可供后续OPGW绝缘化改造参考。