摘要：文章針對東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)高壓供電線路冬季覆冰的情況，提出了礦區(qū)線路直流融冰方式，并根據(jù)線路參數(shù)，對直流融冰裝置參數(shù)的確定進行了較詳細的分析計算。

關鍵詞：高壓供電線路；直流融冰裝置；融冰電流；冬季覆冰

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0133-03

1 概述

云南東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)有限公司地處云貴高原腹部的烏蒙山區(qū)，礦區(qū)地表為崇山峻嶺的高山，該區(qū)具有較為典型的高原山區(qū)氣候特征，雨霧時間長，日照時間短。冬季最低氣溫-11.9℃，每年有3～4個月的冰凍期，礦區(qū)35/10kV架空線路在設計時就充分考慮覆冰的因素，35kV架空線路選用220kV用鐵塔，10kV線路選用110kV用鐵塔，線路總長39.51km，該工程從2007年4月開始建設，2008年10月全部投運。截止到目前，因冰雪自然災害，造成鐵塔倒塌3次，報廢4基鐵塔，直接經濟損失105萬元，線路停運113天。鑒于上述情況，綜合鎮(zhèn)雄的氣候特點，為保證礦區(qū)線路運行的安全性、可靠性，保證煤礦的安全生產，著手在東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35kV變電站內裝設一套供電線路直流融冰

裝置。

2 礦區(qū)地面高壓供電系統(tǒng)簡介

東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)礦區(qū)35/10kV變電站位于公司長嶺煤礦工業(yè)廣場內，主變壓器容量為2×20000kVA，負責向朱家灣、長嶺、塘房三對煤礦供電。變電站的進線電源為雙回路供電，一回路引自110kV烏峰變電站，導線選用LGJ-3×300，線路長10.3km，二回路引自220kV芒部變電站，導線選用LGJ-3×300，線路長14.8km。變電站對三對煤礦供電均為雙回路供電，長嶺煤礦的供電為電纜線路，塘房煤礦為在建項目，只有朱家灣煤礦為已建成的10kV架空線路，其中Ⅰ回導線選用LGJ-3×185，線路全長7.3km，Ⅱ回導線選用LGJ-3×185，線路全長7.2km。

3 架空線路直流融冰原理

直流融冰原理就是利用直流電源發(fā)生裝置將來自電力系統(tǒng)的交流電能轉換為直流電能，并將直流電流加在待融冰線路上，以形成回路的架空線路導線電阻為負載，使導線發(fā)熱，線路覆冰發(fā)生融化脫落的現(xiàn)象，達到架空線路除冰的目的。為避免不對稱融冰，破壞鐵塔線路的受力平衡，發(fā)生扭塔事故，融冰時應首先對線路的兩個邊線進行融冰。

4 線路參數(shù)

5 直流融冰裝置參數(shù)確定

融冰方式選擇：采用圖1融冰方式。設定15mm冰凍，設定完全融化時間30min一次。

說明：該方式每次對三相交流線路的兩相導線進行融冰。對端三相短接，本端一相與融冰裝置直流電壓的正極相連，另一相與融冰裝置直流電壓的負極相連。

融冰裝置主回路接線采用圖2方式：

融冰裝置主回路由整流變壓器、大功率三相全橋可控整流電路及輸入、輸出開關等元件構成；采用整流變壓器，不僅可以減少融冰裝置的無功消耗，降低融冰裝置注入系統(tǒng)的諧波電流，還能減少融冰裝置中的晶閘管元件數(shù)，降低成套設備的故障率。

5.1 融冰電流的計算

5.1.1 融冰電流分融冰電流、保線電流以及最大允許電流作為設計裝置直流融冰方案的基礎，線路導線的融冰電流、保線電流以及最大允許電流應首先被確定。下面分別對這三個概念做簡單介紹：

導線融冰電流——使導線上覆冰融化的電流。

保線電流——保持導線溫度在冰點以上使導線不覆冰所需最小電流。

導體最大允許電流——在融冰的短時間內（最長幾小時）允許導線達到的最高溫度（90℃）所通過的電流。

直流融冰方案設計的基本原則：在融冰階段，使覆冰線路的通過電流大于融冰電流同時小于最大允許電流，并兼顧融冰線路串接設備的流通能力。

常見線路融冰電流計算公式如下：

表2計算了幾種常用架空導線在環(huán)境溫度為-5℃、風速5m/s、15mm覆冰的外界條件下的融冰電流、保線電流以及最大允許電流。

根據(jù)表1線路參數(shù)及表2幾種常用架空導線的融冰電流，表3列出了圖1融冰連接方式下對應的線路負載電阻及融冰電流。

由表3計算結果可知，東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35/10kV架空線路所需融冰各條交流線路融冰電流最大為795.7A，因此選取800A作為整流器額定電流可以滿足35/10kV架空線路直流融冰的要求。

5.1.2 導線安全電流分析。根據(jù)表4可以看出融冰裝置額定電流在融冰過程中最大融冰電流均遠小于導線熱穩(wěn)定電流，同時配合裝置本身的過電流保護措施完全滿足融冰過程中導線的安全水平，不會發(fā)生線路溫度過高被燒毀的情況。

5.2 融冰裝置電壓及容量的確定

在一定的環(huán)境條件下，直流融冰所需要的整流器容量取決于需要融冰線路的導線截面及導線長度，融冰容量與導線長度有線性關系。

根據(jù)歐姆定律，以表3東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35/10kV架空線路負載電阻及融冰電流，選最大電流及負載電阻進行計算：

融冰所需直流電壓為：Udc=I×R=795.7×2.8534=2.27kV

融冰有功功率為：P=Udc×I=1.81MW

按照表3的線路負載電阻及融冰電流分別計算導線融冰電壓如表5所示。

由表5計算結果可知所需融冰的各條交流線路融冰電壓均小于2.27kV，因此選2.3kV作為融冰裝置的額定直流電壓可以滿足東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35/10kV架空線路直流融冰的要求。

通過前面的計算可知，東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35/10kV架空線路所需最大融冰容量為1.81MW。考慮一定裕量選取2MW作為額定容量滿足東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)35kV變電站直流融冰的要求。

5.3 整流變壓器參數(shù)的確定

整流變的額定容量應不小于直流融冰裝置的額定容量。根據(jù)額定容量的優(yōu)先值，因此整流變可考慮設置為1臺三相雙繞組變壓器，變壓器額定容量為：3MVA。

融冰裝置直流電壓和交流電壓有如下關系：

Udc=1.35UNcosα

式中：

Udc——直流側電壓（2.3kV）

UN——交流側額定電壓

α——晶閘管觸發(fā)角

當晶閘管在0°觸發(fā)時，直流電壓具有最大值Udi，稱為理想空載直流電壓，其數(shù)值不應小于融冰裝置額定直流電壓。通常晶閘管額定觸發(fā)角取15°，據(jù)此可確定：

考慮一定裕量，將整流電路交流額定電壓選為2kV。故變壓器變比為10.5kV/2kV。根據(jù)整流變壓器額定容量和閥側交流額定電壓可計算其閥側額定電流為：

根據(jù)上述理論計算結果，結合站內實際情況，設計的直流融冰閥組參數(shù)為：

晶閘管型號選擇KPB800-6500型，每相串聯(lián)3只，每相共6只表，閥組共計18只晶閘管；整流變壓器參數(shù)為：三相油浸自冷式整流變壓器，容量3.0MVA，一次側額定電壓10.5kV，額定電壓比10.5/2kV，二次側額定電流866A，繞組連接組別D/y11。

6 融冰裝置建設項目的實施

東源鎮(zhèn)雄公司根據(jù)上述融冰裝置計算參數(shù)，編制了設備采購計劃，于2012年12月參與了設備招議標工作，并與設備中標單位對直流融冰裝置整流器部分的控制、保護、冷卻系統(tǒng)的功能要求簽訂了技術協(xié)議，現(xiàn)設備已采購到位進入安裝階段，到2013年12月份融冰裝置可投入運行。

7 結語

云南東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)有限公司礦區(qū)供電系統(tǒng)經過35/10kV架空線路直流融冰裝置的建設完善，將提高礦區(qū)供電線路在冬季覆冰時的可靠運行，對保障煤礦的安全生產有重要意義。

參考文獻

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作者簡介：劉吉祥（1972—），男（彝族），云南宣威人，云南東源鎮(zhèn)雄煤業(yè)有限公司生產技術部工程師，研究方向：企業(yè)機電系統(tǒng)管理及改擴建。

（責任編輯：周加轉）