張方偉

（安徽省電力公司檢修公司 安徽合肥 230061）

直流融冰技術在500kV變電站中的應用研究

張方偉

（安徽省電力公司檢修公司 安徽合肥 230061）

如果出現(xiàn)極端寒冷天氣，可能會造成輸點線路的覆冰，引起輸電線路短路或過載，從而造成電網(wǎng)的部分或全網(wǎng)停運，例如限電、桿塔倒塌、大面積停電、斷線等。為了解決這一問題，抗擊冰災，應該在500kV變電站中積極應用直流融冰技術。本文先對直流融冰技術進行了簡要的介紹，并探討了直流融冰技術在500kV變電站中的具體應用。

500kV變電站；直流融冰技術；直流融冰裝置

引言

2008年我國南方地區(qū)爆發(fā)了大面積冰災，對當?shù)氐妮旊娋€路造成了極大的破壞，桿塔和輸電線路覆冰嚴重，造成部分地區(qū)停電，給人民群眾的生活帶來了極其不利的影響。我國電網(wǎng)發(fā)展非常迅速，超高壓、高壓輸電線路的覆蓋范圍越來越廣，這也加大了覆冰發(fā)生的幾率。鑒于此，南方電網(wǎng)通過仿真分析研究，進行了大量的參數(shù)研究和實驗，對直流融冰技術進行了研究和應用，并在500kV變電站中進行應用。

1 直流融冰技術

在跨距較長、電壓等級較高的輸電線路中，為了滿足融冰需要，往往需要安裝直流融冰裝置。直流融冰裝置的作用在于使交流電動機或電力系統(tǒng)獲得的交流電能變?yōu)橹绷麟娔?，通過直流網(wǎng)絡電流電阻會產(chǎn)生一定的熱量，這種熱量會使導線上的覆冰逐漸融化[1]。

1.1 直流融冰技術的裝置

直流融冰裝置使直流融冰技術的關鍵，應該以輸電線路電壓等級的不同來選擇合適的融冰裝置。自動切換技術是直流融冰裝置的基本技術，其能夠?qū)θ嗑€路進行自動切換，使其與整流裝置連接，從而使三相線路的均衡融冰成為可能。導線電阻會在直流斷路的作用下產(chǎn)生一定的熱量，將覆蓋的冰融化掉。零起升壓和升流主要通過可控整流方式來實現(xiàn)，從而對沖擊進行控制。將保護設備和自動控制設備安裝在相應的線路上，同時可以根據(jù)線路的線徑和長度的不同對直流輸出電壓進行調(diào)整，這也使直流融冰裝置具有了較好的適應性。直流融冰裝置還具有良好的靈活性，其能夠在變電站之間進行移動，從根據(jù)需要對任意架空線路段進行融冰。為了使直流融冰裝置能夠長期大電流、大角度的運行，還可以使用水冷技術和大動力可控硅晶閘管，對范圍寬進行靈活的調(diào)整[2]。

1.2 常見的直流融冰方式

在進行直流融冰時往往要在3根直流融冰五線上分別接入線路三相導線，然后在使用相應的裝置對其進行自動切換，常用的直流融冰方式主要有兩種：

（1）第一種直流融冰方式的接線圖見圖1，圖1中A、B、C三相導線的融冰要分3次完成，變電站會短接A、B、C三相導線，然后在使用自動切換裝置，分別對三相線進行融冰，融冰的回路電阻是2R，融冰時間是T/2。

圖1 第一種融冰方式接線示意圖

（2）第二種直流融冰方式的接線圖如圖2，三相導線融冰分3次完成，變電站短接A、B、C三相相導線，然后對兩相導線進行并聯(lián)，將直流融冰電源的一個輸出端接入進去，另一個輸出端和剩余的一項導線連接。再使用自動切換裝置，分別完成三相導線的融冰。這種直流融冰方式的融冰回路電阻是1.5R，融冰時間是3/2T[3]。

圖2 第二種溶冰方式接線示意圖

相比之下，兩種直流融冰的方式各有利弊，第二種直流融冰方式能夠節(jié)約25%的時間，但是必須提高25%的電源容量。

2 直流融冰技術在500kV變電站的具體應用

500kV變電站的電壓等級主要有5個，分別為10kV、35kV、110kV、220kV、500kV，由于其具有較多的輸電線回路，因此要去除線路上的覆冰，可以使用兩種直流融冰技術。

2.1 站間移動式直流融冰裝置

根據(jù)站間移動式直流融冰裝置的融冰接線原理，將三相融冰短接線安裝在輸電線路的某一點上，但注意不要接地，從而使直流融冰裝置發(fā)揮直流電源的作用，加大線路的直流電阻。隨著直流電阻的加大，線路會開始發(fā)熱。

可以使用固定于變壓器母線附近的融冰裝置電源，也可以使用發(fā)電車發(fā)動的移動式融冰裝置電源。融冰裝置是直流融冰技術的關鍵，而可控整流設備能夠?qū)θ诒b置的容量進行科學的控制。為了提高容量，可以將數(shù)個融冰裝置串聯(lián)起來。不同的短路方式也會影響直流融冰裝置的電源容量，如果三相線路短路在并聯(lián)兩條線路則會獲得較小的導線電阻，減弱并聯(lián)兩條線路的融冰效果。但這種方法能夠降低25%的融冰裝置容量要求[4]。

2.2 固定式融冰裝置

如果直流融冰電源設備具有較大的工作電流和設備容量，應該考慮在500kV變電站內(nèi)設置融冰設備，使多條線路的融冰需求能夠同時得到滿足。500kV的主變35kV側系統(tǒng)能夠為固定式直流融冰裝置提供所需的電源，由整流變壓器對整流裝置進行連接。可以選擇一個具有較大的輻射面積的中心變電站，然后將大容量固定式直流融冰裝置安置在中心變電站內(nèi)，其容量一般可以達到60MW。

固定式直流融冰系統(tǒng)包括以下幾個主要設備：控制保護設備、導線、刀閘、交流濾波器、換流閥、變壓器。由于具有較大的容量，因此工作時間較短，具有良好的融冰效果，但是也需要比較大的投資。該套設備不僅可以用來融冰，還可以作為靜止動態(tài)無功補償裝置。為了提高該設備的利用率，應該在裝置上留出相應的接口，從而使變電站的動態(tài)電壓支撐能力得到一定的提高。短路方法是直流電流對交流線路的主要融冰方法，運用大容量電力電子設備，能夠交流電流轉化為直流電流，從而對覆冰線路進行加熱，融化覆冰，達到直流短路融冰的目的，這就需要在交流線路上接入融冰裝置。

2.3 SVC直流融冰裝置

直流融冰不會對無功進行消耗，無功消耗主要體現(xiàn)在直流換流器上，因此各個電壓等級的線路融冰都可以使用直流短路法，不需要對線路中的無功補償問題進行考慮。對于高電壓等級線路而言，盡管直流融冰整流設備具有較高的成本，但是其具有較小的能耗，而且工作時間較短。在非融冰工作期間還可以使用直流融冰裝置交流系統(tǒng)進行無功功率補償。融冰期間的高壓直流融冰裝置，能夠為線路提供融冰電源，而在非融冰期間，其運行方式為SVC，對交流系統(tǒng)進行無功補償。

2.4 直流融冰方案的選擇

在500kV變電站中，應該根據(jù)實際需要來選擇直流融冰裝置。例如60kW大容量固定直流融冰裝置在500kV輸電線路中應用的比較廣泛，該裝置為交流35kV供電。站間移動式直流融冰裝置則主要應用在110kV和220kV輸電線路中，其容量為25MW為交流10kV供電。500kW小容量移動式直流融冰裝置則主要應用于35kV及以下電壓等級輸電線路，主要為400V供電。

在設計和選擇直流融冰方案時，應該保障直流融冰方案的操作簡便，對系統(tǒng)安全運行具有較小的影響，而且能夠達到良好的融冰效果，以此為基礎選擇效率最高、投資最少的融冰方案。以所需融冰的輸電線路符號為依據(jù)，運用融冰電流軟件，對60min融冰電流進行計算。在以導線的型號和線路的長度為依據(jù)，將線路的直流電阻計算出來。對各種融冰方式融冰60min所需的容量和電壓進行計算，在對融冰裝置的額定容量和額定電壓進行校核，最后形成比較完整的直流融冰方案。

3 直流融冰技術的發(fā)展前景

根據(jù)當前直流融冰技術在南方電網(wǎng)的應用可知，直流融冰技術是電力電子技術在電力系統(tǒng)中的一個新的應用領域，其能夠有效的提高供電的可靠性，而且不會對生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。因此直流融冰技術擁有廣闊的發(fā)展前景，已經(jīng)在我國大部分重覆冰地區(qū)中得到了應用。未來我國將在南方所有覆冰地區(qū)推行直流融冰技術，并在500kV、220kV、110kV輸電線路中得到應用。

4 結語

直流融冰技術已經(jīng)在我國部分地區(qū)得到了應用，應用效果良好。直流融冰技術能夠有效的避免極端寒冷天氣造成輸電線路覆冰，而帶來的部分或全網(wǎng)停運事故，提高了電網(wǎng)對自然災害的抵御能力，也提高了輸電線路運行的可靠性和安全性。

[1]傅闖，許樹楷，饒宏，黎小林，陳亦平，李立浧.交流輸電系統(tǒng)直流融冰裝置設計及其應用[J].高電壓技術，2013（03）.

[2]王朗珠，楊紹遠，鄭連清.500kV變電站的直流融冰技術研究[J].華北電力大學學報（自然科學版），2012（06）.

[3]呂錫鋒，何 青.高壓輸電線路電熱融冰技術[J].中國電力，2014（01）.

[4]彭曉博.淺議高壓輸電線路融冰技術[J].電子制作，2013（08）.

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2016-6-1