朱春良 周鵬杰

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西 南昌330096）

1 課題背景及研究的目的和意義

對于500kV 及以上電壓等級的敷冰線路，直流融冰法具有無可替代的優(yōu)勢。國家電網(wǎng)公司《輸電線路電流融冰技術(shù)導則》規(guī)定，500kV 交流輸電線路不宜采用交流融冰方法，應優(yōu)先配置固定式直流融冰裝置，不宜采用移動式直流融冰裝置，如果變電站有無功需求時，可以配置兼作無功補償功能的融冰裝置。因此,對于500kV 線路融冰，建議采取在變電站內(nèi)建設大功率直流融冰裝置建設方案。

2 變電站融冰參數(shù)計算

輸電線路直流電流產(chǎn)生的熱量必須大于導線散熱量和融冰熱量之和導線覆冰才能融化。這就要求融冰電流需滿足熱平衡方程式

算出500kV 常用的4×LGJ400 型導線所需的融冰電流約為4kA，220kV 常用的2×LGJ300 所需的融冰電流約為1.69kA。

羅坊變是江西500kV 電網(wǎng)最重要的樞紐變電站之一。按500kV 線路融冰電流4000A、220kV 線路融冰電流1.69kA 對羅坊變的出線所需要的融冰容量進行了計算，羅坊變?nèi)诒b置最大需要65MW。

3 基于全控器件可調(diào)節(jié)融冰兼無功補償裝置設計

羅坊變電站設計的融冰裝置直流融冰最大容量60MVA。新設計的融冰裝置直流融冰最大容量60MW。其中17 個模塊單元通過接觸器來控制投切模塊的數(shù)量來控制直流輸出電壓，每個模塊的容量為3.5MVA，不可調(diào)節(jié)，而基于全控器件的一個模塊中的全控器件用作斬波調(diào)壓開關(guān)管，功率在0～3.5MVA 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，從而實現(xiàn)0～60MW/0～15kVdc 全范圍的直流融冰連續(xù)可調(diào)。

在不進行融冰時，對電網(wǎng)無功補償，提高裝置利用率。對無功補償容量的控制與融冰工作時容量控制方法相同，其中18個模塊單元通過復合開關(guān)來控制投切模塊的數(shù)量來控制無功補償容量的大小，每個模塊的無功容量為3.5MVar，不可調(diào)節(jié)，而基于全控器件的一個SVG 模塊在0～3.5MVar 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，從而實現(xiàn)0～60MVar 全范圍的無功補償連續(xù)可調(diào)。

（1）主拓撲電路

為了實現(xiàn)快速融冰，融冰時線路將通過較大的直流電流。同時，融冰電源的電壓應當能在一定范圍內(nèi)可調(diào)，以便可以滿足不同長度線路的融冰要求而不需要進行阻抗匹配。裝置采用模塊化設計，變流器部分包含不可控（二極管）整流單元和1 套四象限全控整流單元。變電站35kV 交流電源經(jīng)過特殊的降壓變壓器（共有18 個低壓繞組）降壓后，進入融冰單元。融冰額定功率60MVA，無功補償容量60MVar。裝置做直流融冰時，17 組不可控整流器和1 組四象限整流器的直流母線串聯(lián)，可輸出直流電壓15kV，電流4kA；作電網(wǎng)無功補償用時，一組由IGBT 構(gòu)成的三相四象限整流器根據(jù)指令向電網(wǎng)發(fā)出感性或容性無功電流，達到無功補償?shù)哪康摹?/p>

直流電壓大小可通過改變串聯(lián)的整流橋數(shù)量進行改變，也可以通過調(diào)節(jié)四象限整流器直流電壓進行微調(diào)，以實現(xiàn)電壓全范圍調(diào)整。

（2）單元模塊結(jié)構(gòu)

兼具無功補償?shù)娜诒b置有兩種規(guī)格模塊。一種模塊是由不可控器件二極管組成的整流單元。另一種模塊是由全控器件IGBT 與不可控器件二極管組合的全范圍可調(diào)整流單元，如圖1所示。

圖1 裝置可控單元電氣原理圖

4 基于整流變及十二脈波二極管融冰裝置設計

本方案為目前電網(wǎng)融冰中采用的較為成熟的一種方案，裝置利用變電站35kV 電源作為輸入，通過融冰整流變壓器將35kV 通過降壓后接入二極管整流閥，通過二極管整流閥整流將交流變成直流，再經(jīng)融冰方式切換刀閘將整流部件輸出的正負極施加到融冰線路的A、B、C 三相進行融冰，整流變壓器低壓側(cè)兩個繞組不同的接線方式，使兩個六脈波整流器各自輸出電壓相位相差30°，通過兩個整流器的串聯(lián)或并聯(lián)，抵消輸出直流電壓中的六脈動紋波，達到輸出十二脈波的目的，提高了輸出電壓的直流性能。同時在閥組交流側(cè)，輸入電流中6k±1 次諧波互相抵消，使得交流側(cè)僅含有12k±1 次諧波，電流諧波含量大大減少，通過整流變壓器的濾波，可以將整流變壓器網(wǎng)測的諧波控制在規(guī)程規(guī)定的諧波含量范圍以內(nèi)。二極管整流控制系統(tǒng)簡單，整流可靠性高，采用風冷散熱方式，裝置造價低、體積小，且故障率低，運行可靠，故障檢測方便，融冰成功率高。

圖2 整流變+十二脈波二極管整流原理圖

裝置由直流融冰部件、感應電壓抑制部件、融冰刀閘、串并聯(lián)切換刀閘、輸出融冰方式切換刀閘、內(nèi)部連接導體等構(gòu)成。二極管直流融冰部件由融冰整流變壓器、整流器組成，通過對輸入35kV 電源的降壓、整流，能夠?qū)崿F(xiàn)交流向直流的轉(zhuǎn)換，同時可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，還具有諧波治理、控制保護、測量監(jiān)控功能。

由于變電站主變低壓側(cè)為35kV，因此整流變壓器交流輸入電壓為35kV，同時變壓器設計多種檔位以滿足不同線路的融冰需求。

5 220kV 線路融冰試驗

220kV 羅渝Ⅰ線線路全長18.864km，共55 基桿塔，全線與220kV 羅渝Ⅱ線共塔，導線使用2*LGJ-300/25。

整流變采用第7 檔位（2305V），整流器采用兩橋并聯(lián)，融冰方式為兩相串聯(lián)，融冰電流約1594A，融冰順序先A 相串聯(lián)B相，再B 相串聯(lián)C 相，整流裝置輸出直流電壓通常為1.1 倍～1.4倍交流輸入電壓有效值，根據(jù)實際運行經(jīng)驗可取1.25 倍經(jīng)核實均滿足融冰電流要求。

5.1 保護整定原則

融冰前，需核對低壓側(cè)母線過流保護及主變低壓側(cè)保護定值單，交流過流速動和交流過流延時需優(yōu)先考慮上級主變保護和35kV 母線保護，不得越限。

融冰前需將羅渝Ⅰ線退出母線母差保護范圍，避免母差保護動作。同時退出羅渝Ⅰ線相關(guān)其他保護。

5.1.1 交流速動段電流整定

按躲過勵磁涌流整定，可取融冰裝置額定交流輸入電流的4-6 倍進行整定，動作時間可取0-0.3s，以6 倍額定電流計算為例：

Isd≥6×Ie/NCT

采用56.36MVA 整流變壓器時，額定交流輸入電流為929.6A，則速動段保護定值為Isd =6×929.6A/（2000/1）=2.789A，取Isd=2.789A，時間t=0s；

5.1.2 交流限時段電流整定

時間按躲過勵磁涌流衰減時間整定（要求不能越限主變35kV 后備三側(cè)保護），可取0.6s-1.2s。

按躲過融冰時整流變高壓側(cè)最大負荷電流，并校核低壓側(cè)故障動作靈敏度，取融冰裝置額定交流輸入電流的1.2 倍進行整定。計算公式如下：

采用56.36MVA 整流變壓器時，額定交流輸入電流為929.6A，則限時段保護定值為Ixs=1.2×929.6A/（2000/1）=0.557A，取Ixs=0.557 A，時間t=1.2s；

5.1.3 直流電流保護整定

按躲過融冰裝置所能允許的最大直流電流的1.2 倍整定。羅坊變?nèi)诒b置額定直流輸出電流為4000A，直流保護定值：

融冰裝置總電流Izs=4000×1.2=4800A

融冰裝置A 橋電流Izs1=2000×1.2=2400A

融冰裝置B 橋電流Izs2=2000×1.2=2400A

5.2 融冰流程與效果

觀察直流融冰裝置各部位運行情況及溫度，監(jiān)測裝置直流輸出電壓、輸出電流，羅渝Ⅰ線A、B 相直流融冰工作已開始，監(jiān)視站內(nèi)融冰回路設備、直流融冰裝置運行狀況，線路沿線觀測點與站內(nèi)觀測點，監(jiān)視線路A、C 相溫升與脫冰情況，現(xiàn)場監(jiān)測點觀冰人員觀測到線路覆冰基本脫落后，申請羅渝Ⅰ線直流融冰工作結(jié)束并恢復設備運行狀態(tài)。