劉 輝，漆 照，賈 然，沈 浩，劉 嶸

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

輸電線路覆冰現(xiàn)象多發(fā)生于春冬季節(jié)的雪季，是一種受微地形、微氣象和線路本身因素影響的自然現(xiàn)象［1］。輸電線路在不同因素影響下會(huì)產(chǎn)生雨凇、混合凇、霧凇、積雪、白霜等覆冰類型［2］。輸電線路覆冰會(huì)導(dǎo)致輸電線路機(jī)械性能、電氣性能降低，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行［3］。線路嚴(yán)重覆冰還會(huì)導(dǎo)致倒塔、斷線，自然環(huán)境惡劣和道路不通時(shí)搶修難度大，恢復(fù)供電時(shí)間長(zhǎng)［1］。電鐵接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分［4］。電鐵接觸網(wǎng)通常暴露在室外，容易受到覆冰影響，而接觸網(wǎng)的覆冰會(huì)破壞弓網(wǎng)關(guān)系，造成弓網(wǎng)虛接，從而引起導(dǎo)線燒斷、設(shè)備損壞和列車停運(yùn)等后果［4］。

針對(duì)輸電線路和電鐵接觸網(wǎng)的覆冰問題，目前采取的主要手段為人工定期巡檢［3，5-6］。電鐵接觸網(wǎng)方面還會(huì)在鐵路沿線搭建觀冰站作為人工監(jiān)測(cè)。但人工巡檢存在人力需求大、排查時(shí)間長(zhǎng)、投資成本高和不能在線監(jiān)測(cè)等問題。輸電線路方面，人工巡檢無(wú)法準(zhǔn)確判斷線路的覆冰厚度和受力情況［3，6］?；谝陨蠁栴}，國(guó)內(nèi)外提出了多種除冰和融冰方法，其中包括熱融冰、激光除冰、電脈沖涂冰、機(jī)械除冰、防冰涂料、和混合除冰等［2，7-9］。交直流融冰技術(shù)是目前消除輸電線路和電鐵接觸網(wǎng)覆冰最為有效的技術(shù)手段，屬于熱力融冰技術(shù)范疇。因此，深入研究交直流融冰技術(shù)將推動(dòng)電鐵接觸網(wǎng)和輸電線路融冰問題的解決。國(guó)內(nèi)目前有大量工作在使用和改進(jìn)交直流融冰技術(shù)。2008年南方大范圍冰災(zāi)后，中國(guó)電科院、湖南公司、南瑞集團(tuán)、許繼集團(tuán)等成功研制各種輸電線路融冰裝置。2020年，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司配置了一套用于220 kV 及以下線路的移動(dòng)式直流融冰裝置，并于2021年3月在某220 kV變電站實(shí)施直流融冰作業(yè)。

重點(diǎn)討論交直流融冰技術(shù)在輸電線路和電鐵接觸網(wǎng)融冰中的應(yīng)用。根據(jù)原理對(duì)交直流融冰技術(shù)進(jìn)行分類，并結(jié)合裝置配置和應(yīng)用場(chǎng)景介紹了交直流融冰技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，詳述交直流融冰技術(shù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)與配置原則，討論交直流融冰技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的適用性與缺陷，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 融冰原理

1.1 輸電線路融冰

1.1.1 交流融冰

交流融冰技術(shù)包括三類：常規(guī)交流融冰技術(shù)［2，10］、帶負(fù)荷交流融冰技術(shù)［11-12］和可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)償式交流融冰技術(shù)［13-14］。

常規(guī)交流融冰技術(shù)原理如圖1所示［2］，在線路的一端施加交流電源，短接線路另一端或者中間段以得到短路電流，然后使用短路電流實(shí)現(xiàn)融冰。但此方法存在需要進(jìn)行線路停運(yùn)的缺陷。

圖1 常規(guī)交流融冰原理

帶負(fù)荷交流融冰技術(shù)不需要線路停運(yùn)。這種方法需要通過負(fù)荷調(diào)節(jié)，改變覆冰區(qū)域的線路潮流來(lái)獲得融冰電流［2，10］。目前國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)潮流控制主要通過三種方法：一是直接調(diào)度線路潮流［11］；二是調(diào)整容性負(fù)荷來(lái)增加覆冰區(qū)域的無(wú)功電流；三是利用移相變壓器［12］等設(shè)備控制潮流。但是這三種方法均會(huì)影響輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定，實(shí)用性不高［13］。

可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)償式交流融冰技術(shù)在線路上串聯(lián)電容補(bǔ)償器，電容補(bǔ)償器的電容參數(shù)選取需要配合融冰電源規(guī)格和線路的特征參數(shù)［14］。這種方式對(duì)電容補(bǔ)償器的要求比較高。一方面使用電容補(bǔ)償器調(diào)節(jié)的融冰電流需要足夠大以獲得良好的融冰效果；另一方面，調(diào)節(jié)后的融冰電流不能過大，才可以保證線路安全。此外，不同融冰電源和覆冰線路需要使用不同容抗的電容補(bǔ)償器，因此這種方式還要求電容補(bǔ)償器有較大范圍的容抗調(diào)整裕度和必要的調(diào)整精度。目前該技術(shù)應(yīng)用不多。

1.1.2 直流融冰

直流融冰技術(shù)主要包括不增加設(shè)備的直流融冰技術(shù)和增加額外設(shè)備的直流融冰技術(shù)［15-16］。

不增加設(shè)備的直流融冰技術(shù)主要改變系統(tǒng)自身的性能與運(yùn)行狀況，提高線路電流以實(shí)現(xiàn)融冰。這種融冰方式將直接受到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的制約。

增加額外設(shè)備的融冰技術(shù)則使用設(shè)備來(lái)改良直流線路性能?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)設(shè)備對(duì)融冰電流進(jìn)行控制，同時(shí)也能進(jìn)一步提高線路融冰電流的容量。

直流融冰裝置的接線方式主要有兩種，其中包括：兩相串聯(lián)，即“一去一回”方式［17］，其融冰原理如圖2 所示；兩相并聯(lián)后與第三相串聯(lián)，即“一去兩回”方式［17］，其融冰原理如圖3所示。

圖2 兩相串聯(lián)直流融冰原理

圖3 兩并一串直流融冰原理

在部分特定場(chǎng)合下，直流融冰技術(shù)還會(huì)結(jié)合特制的導(dǎo)線和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整，李仁杰等［18］使用直流融冰技術(shù)對(duì)特制的導(dǎo)線進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的融冰效果。

1.2 電鐵接觸網(wǎng)融冰

1.2.1 交流融冰

接觸網(wǎng)交流融冰回路如圖4 所示［19］。交流融冰技術(shù)的融冰電源一般使用牽引變電所的變壓器，電鐵接觸網(wǎng)上行接觸線連接牽引變電所饋線，下行接觸線連接變電所地線以形成融冰回路［19-20］。同樣的，融冰電流應(yīng)該足夠大以實(shí)現(xiàn)融冰，同時(shí)也應(yīng)該調(diào)整線路參數(shù)來(lái)約束融冰電流，避免電流過大損毀線路與設(shè)備［19-20］。

圖4 接觸網(wǎng)交流融冰回路

1.2.2 直流融冰

接觸網(wǎng)直流融冰技術(shù)原理圖如圖5 所示［2，8］，直流融冰技術(shù)在交流融冰上需要額外整流。使用牽引變電所的牽引變壓器提供融冰電力，使用配套的整流裝置將電鐵接觸網(wǎng)與融冰線路連接。整流裝置可以采用基于絕緣柵雙極性晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的設(shè)備等進(jìn)行配置。

圖5 接觸網(wǎng)直流融冰技術(shù)原理

1.2.3 在線融冰

西南交通大學(xué)提出了一種應(yīng)用于交流鐵路接觸網(wǎng)的融冰方式。其特點(diǎn)為不需要線路停運(yùn)，可以實(shí)現(xiàn)在線融冰［21］。接觸網(wǎng)在線融冰原理如圖6 所示［21］，在接觸網(wǎng)的兩端安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator，SVG），由終端控制器判斷機(jī)車通過狀態(tài)并控制首末端SVG 的無(wú)功調(diào)節(jié)行為，保證鐵路網(wǎng)的功率因數(shù)，由此控制接觸網(wǎng)中的無(wú)功融冰電流。

圖6 接觸網(wǎng)在線融冰系統(tǒng)原理

2 技術(shù)比較

2.1 輸電線路融冰

長(zhǎng)線路交流融冰的三種方法都存在一些不足：

1）常規(guī)交流融冰的融冰線路有線路短接操作，需要線路停運(yùn)。

2）帶負(fù)荷融冰需要調(diào)整線路潮流，負(fù)荷的參數(shù)選擇也需要進(jìn)行參數(shù)匹配，系統(tǒng)安全性不高。

3）可調(diào)電容式串聯(lián)補(bǔ)償式交流融冰技術(shù)需要電網(wǎng)提供非常大的容量，融冰前需要轉(zhuǎn)供的負(fù)荷較多，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行方式影響較大。

4）融冰電流的功率需求不斷擴(kuò)大，但受限于線路額度與系統(tǒng)安全性，難以達(dá)到很高的融冰電流［13］。

5）在遇到類似2008 年的南方電網(wǎng)覆冰問題時(shí)，由于短路融冰排隊(duì)線路多，難以完成全部的融冰任務(wù)［13］，同時(shí)大面積的融冰任務(wù)對(duì)融冰技術(shù)與相關(guān)設(shè)備的調(diào)度、調(diào)節(jié)能力要求高，現(xiàn)階段的技術(shù)與設(shè)備難以滿足。

相對(duì)的，直流融冰的優(yōu)點(diǎn)有：適用范圍較廣，融冰時(shí)沒有線路短接操作；不需要考慮線路的無(wú)功潮流；需要提供的容量小，只有交流融冰的1/6左右［2］。

但另一方面，交流融冰技術(shù)與現(xiàn)有交流電網(wǎng)兼容性強(qiáng)。直流融冰裝置容易帶來(lái)線路絕緣和老化問題［22］，因此需要開發(fā)新的實(shí)用新型交直流融冰技術(shù)。

開發(fā)新型交直流融冰技術(shù)，一方面應(yīng)該加強(qiáng)融冰裝置的可移動(dòng)性和適配性，保證融冰裝置和融冰技術(shù)既能滿足大部分工程要求的融冰能力，又能實(shí)現(xiàn)必要的可調(diào)度、可控制性能；另一方面，融冰裝置還應(yīng)該加強(qiáng)其對(duì)輸電線路、系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)在線融冰的同時(shí)保證線路潮流的穩(wěn)定。例如在直流融冰過程中，可以使用合適的整流電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路潮流控制的同時(shí)提供無(wú)功支撐，穩(wěn)定線路電壓，提高融冰線路電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性［23］。

2.2 接觸網(wǎng)融冰

接觸網(wǎng)交流融冰裝置需要直接與牽引變電所相連組成回路，因此大多受到牽引變電所地理區(qū)域限制，使用的地理范圍受限，并且相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)的維護(hù)工作量大。

接觸網(wǎng)的直流融冰不直接與牽引變電所地線相接，因此對(duì)牽引變電所的抗電磁干擾能力強(qiáng)，同時(shí)相對(duì)交流融冰方法機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，應(yīng)用的地理范圍更大；裝置容量比交流融冰方式??；可以使用整流設(shè)備進(jìn)行融冰電流的控制，其對(duì)不同線路與融冰電源的適應(yīng)性更高，融冰電流的調(diào)節(jié)能力與穩(wěn)定性更好。

3 輸電線路融冰裝置的配置原則

對(duì)于新建輸電線路，應(yīng)遵循以“抗為主、融為輔”或“融、抗結(jié)合”的原則，可結(jié)合電壓等級(jí)和線路類型考慮配置融冰裝置。相關(guān)的配置原則可以參考標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 716—2012《國(guó)家電網(wǎng)公司輸電線路電流融冰技術(shù)導(dǎo)則》［24-25］。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行融冰裝置的配置與選擇。

某運(yùn)維單位根據(jù)線路覆冰區(qū)域的冰層厚度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速等氣象因素和線路類型，使用了系統(tǒng)電源供電的可控硅直流整流融冰技術(shù)［23］。

3.1 特高壓交流輸電線路

對(duì)于新建特高壓交流輸電線路，遵循“抗（冰）為主、融（冰）為輔”，盡量滿足100 年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)冰厚要求，難以達(dá)到時(shí)，應(yīng)配置融冰裝置。對(duì)于已建特高壓交流輸電線路，按規(guī)定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期核算的標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度超過設(shè)計(jì)冰厚時(shí)，應(yīng)配置融冰裝置［24］。特高壓交流輸電線路距離長(zhǎng)，融冰所需容量大，應(yīng)優(yōu)先使用固定式直流融冰裝置。

3.2 新建500 kV（750 kV、330 kV）交流輸電線路

對(duì)于已建500 kV（750 kV、330 kV）交流輸電線路，按規(guī)定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期核算的標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度超過設(shè)計(jì)冰厚時(shí)，應(yīng)配置融冰裝置。500 kV（750 kV、330 kV）交流輸電線路不宜采用交流融冰方法，應(yīng)優(yōu)先配置固定式的直流融冰裝置。變電站需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，融冰裝置可配置無(wú)功補(bǔ)償功能，也可根據(jù)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，分別配置融冰裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3.3 220 kV和110（66）kV交流輸電線路

對(duì)于新建220 kV交流輸電線路，以“融、抗結(jié)合”為原則，可適當(dāng)降低輸電線路設(shè)計(jì)覆冰厚度，同時(shí)配置融冰裝置。

對(duì)于已建220 kV 交流輸電線路，按規(guī)定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期核算的標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度超過設(shè)計(jì)冰厚時(shí)，應(yīng)配置融冰裝置［24-25］。220 kV 和110（66）kV 交流輸電線路可采用中低壓交流融冰方法、高壓交流融冰方法或直流融冰方法，優(yōu)先采用中低壓交流融冰，其次采用直流融冰，最后采用高壓交流融冰。

變電站有無(wú)功補(bǔ)償需求時(shí)，可配置兼作無(wú)功補(bǔ)償功能的融冰裝置，也可根據(jù)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，分別配置融冰裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置。進(jìn)出變電站輸電線路中有5 回及以上覆冰嚴(yán)重的輸電線路或有重要輸電線路且覆冰較為嚴(yán)重時(shí)，宜配置固定式融冰裝置；其他情況可配置移動(dòng)式直流融冰裝置。

3.4 直流輸電線路

對(duì)于新建直流輸電線路，遵循“以抗為主、融為輔”原則，盡量滿足規(guī)定的重現(xiàn)期設(shè)計(jì)冰厚要求，難以達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)利用本線路直流系統(tǒng)進(jìn)行融冰。直流輸電線路距離長(zhǎng)、融冰所需容量大，不宜采用交流融冰方法。對(duì)于已建直流輸電線路，按規(guī)定重現(xiàn)期核算的覆冰厚度超過設(shè)計(jì)覆冰厚度時(shí)，利用本線路直流系統(tǒng)融冰或配置獨(dú)立的融冰裝置。

4 輸電線路直流融冰裝置

4.1 輸電線路融冰裝置構(gòu)成

輸電線路直流融冰裝置結(jié)構(gòu)包括融冰電源、整流變壓器等整流器件、電容調(diào)節(jié)器與濾波器等［15］。融冰電源一般直接使用線路附近的交流電力系統(tǒng)，使用整流相關(guān)裝置產(chǎn)生直流融冰電流，同時(shí)配合相關(guān)的調(diào)節(jié)期間控制直流融冰電流的大小與穩(wěn)定性，經(jīng)過濾波裝置改善直流融冰電流的波形，消除諧波［15］。

4.2 裝置分類

直流融冰裝置根據(jù)機(jī)動(dòng)性分為固定式和移動(dòng)式兩種［26］，固定式建于變電站內(nèi)，主要用于500（330）kV及以上電壓等級(jí)線路和長(zhǎng)距離線路的直流融冰，如圖7所示。

圖7 500 kV固定式直流融冰裝置（最大融冰長(zhǎng)度230 km）

移動(dòng)式可根據(jù)需要靈活移動(dòng)部署，主要應(yīng)用于不超過220 kV 線路，因此也更多地應(yīng)用于配網(wǎng)線路［26］，如圖8所示。

圖8 220 kV移動(dòng)式直流融冰裝置（最大融冰長(zhǎng)度150 km）

農(nóng)配網(wǎng)直流融冰裝置采用移動(dòng)式和便攜式。移動(dòng)式解決5 km 及以下長(zhǎng)度農(nóng)配網(wǎng)線路的融冰問題，如圖9 所示。便攜式采用汽油發(fā)電機(jī)供電，配備大電流快速接線夾，如圖10所示。

圖9 農(nóng)配網(wǎng)移動(dòng)式直流融冰裝置（最大融冰長(zhǎng)度5 km）

圖10 農(nóng)配網(wǎng)便攜式直流融冰裝置

移動(dòng)式裝置在使用中有部分缺點(diǎn)，一方面移動(dòng)式裝置難以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，且在使用的時(shí)候需要進(jìn)行設(shè)備安裝，工作量大，時(shí)間長(zhǎng)；另一方面移動(dòng)式裝置一般都是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，在環(huán)境差時(shí)，人工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)非常大［26］。

4.3 HZR-Y12型直流融冰裝置應(yīng)用實(shí)例

目前國(guó)網(wǎng)山東省電力公司部署了一套移動(dòng)式直流融冰裝置，型號(hào)為HZR-Y12，可滿足220 kV 及以下輸電線路融冰工作需要，如圖11所示。

圖11 HZR-Y12型移動(dòng)式直流融冰裝置

4.3.1 裝置主要參數(shù)

HZR-Y12 型直流融冰裝置的額定容量為14.2 MW；額定輸入交流電壓為35 kV；額定輸出直流電壓為10 000/5 000 V（兩橋串聯(lián)/兩橋并聯(lián)）；額定輸出直流電流為2 000 A；冷卻方式采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，融冰線路長(zhǎng)度為4.1～119 km。針對(duì)HZR-Y12 型直流融冰裝置，列舉不同型號(hào)和長(zhǎng)度的輸電線路融冰距離如表1所示。

表1 HZR-Y12型直流融冰裝置融冰距離 單位：km

4.3.2 融冰的啟動(dòng)與終止條件

融冰過程需要消耗線路能量，并且會(huì)帶來(lái)線路發(fā)熱等問題，通常在線路覆冰厚度達(dá)到一定要求時(shí)才會(huì)啟動(dòng)融冰裝置，HZR-Y12 型直流融冰裝置的輸電線路導(dǎo)線覆冰厚度啟動(dòng)條件如表2所示。

表2 HZR-Y12設(shè)備啟動(dòng)的覆冰厚度規(guī)定值 單位：mm

當(dāng)輸電線路導(dǎo)線覆冰達(dá)到表2 的厚度，且氣象預(yù)報(bào)后續(xù)一段時(shí)間內(nèi)覆冰會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，應(yīng)開展融冰工作。當(dāng)多回輸電線路需要同時(shí)融冰時(shí)，應(yīng)根據(jù)輸電線路重要程度等級(jí)決定融冰實(shí)施順序。融冰啟動(dòng)前，應(yīng)校核融冰電源容量和融冰回路是否滿足融冰需求。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一，應(yīng)終止融冰：融冰過程中輸電線路覆冰已脫落；導(dǎo)線某處升溫異常；融冰回路中某個(gè)或多個(gè)設(shè)備溫度超過允許范圍；融冰裝置發(fā)生過熱、燃燒、放電等異?，F(xiàn)象或出現(xiàn)報(bào)警。

4.3.3 裝置的實(shí)際應(yīng)用

2021-02-28T23：57：00至2021-03-01T06：10：00，雨雪冰凍災(zāi)害天氣導(dǎo)致山東某地區(qū)4 條220 kV 線路跳閘10 次，均為覆冰舞動(dòng)。3 月1 日，運(yùn)維單位在某220 kV 變電站試用該套裝置，用于某220 kV覆冰線路的融冰作業(yè)，該直流融冰裝置場(chǎng)地布置如圖12所示。

圖12 HZR-Y12型直流融冰裝置場(chǎng)地布置

5 輸電線路交流融冰裝置

5.1 輸電線路融冰裝置構(gòu)成與分類

輸電線路交流融冰也可用固定式融冰裝置和移動(dòng)式。國(guó)內(nèi)的輸電線路以交流形式為主，其覆蓋面積廣，線路長(zhǎng)，使用交流融冰技術(shù)可以就地取材，因此對(duì)于主網(wǎng)和固定覆冰嚴(yán)重區(qū)域可以使用固定式的交流融冰裝置。

固定式交流融冰方式融冰容量大，效果顯著，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司開發(fā)的農(nóng)村配電網(wǎng)交流融冰配電變壓器自動(dòng)分合閘裝置線路如圖13 所示［27］。其通過各開關(guān)的動(dòng)作完成整個(gè)裝置的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并在工作時(shí)提供足夠的融冰電流。通常固定式的裝置往往受到環(huán)境限制，并且需要周邊電力的長(zhǎng)期供應(yīng)。

圖13 用于農(nóng)村配電網(wǎng)交流融冰的配電變壓器自動(dòng)分合閘裝置

移動(dòng)式的交流融冰裝置則更為方便快捷，經(jīng)濟(jì)效益高。移動(dòng)式交流融冰裝置主要由裝置收納柜、可調(diào)電抗器、細(xì)絲軟銅線及線圈、電力保護(hù)裝置、組裝器件與運(yùn)載車組成［28］。移動(dòng)式交流融冰裝置特點(diǎn)為：

1）裝置使用機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，融冰電流可以根據(jù)可調(diào)電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要地可以配合變壓器等，其適用性更強(qiáng)。

2）使用時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)接線，曹琪等［28］采取插接式快速組裝線路支架，配合相關(guān)的組裝器件可以簡(jiǎn)化融冰裝置的組裝，操作方便。

3）裝置的制作成本低，除冰效率高，除冰用時(shí)短，覆冰線路能快速重新運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益高。

某66 kV 的交流融冰裝置如圖14 所示［28］。該裝置使用66 kV變電站提供融冰電源，根據(jù)線路相關(guān)參數(shù)改變可調(diào)電抗器與保護(hù)裝置配置，從而提供需要的融冰電流實(shí)現(xiàn)融冰。

圖14 66 kV交流融冰裝置

5.2 某地區(qū)部署的交流融冰

5.2.1 裝置主要結(jié)構(gòu)和配置

某運(yùn)維單位使用的交流融冰裝置實(shí)物圖如圖15所示［29］。使用東風(fēng)牌8X4 大運(yùn)N8 重卡輪式卡車為載具，操作時(shí)，繼電保護(hù)等保護(hù)裝置和可調(diào)電抗器固定在載具上，使用滿足安全需求的電纜和配套的支架等連接器件進(jìn)行融冰電路的組裝［29］。

圖15 某融冰裝置實(shí)物

5.2.2 裝置的實(shí)際應(yīng)用

圖15 所示裝置在覆冰季節(jié)某220 kV 變電站的某66 kV 線路進(jìn)行了試驗(yàn)［29］，根據(jù)計(jì)算得到的融冰電流實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)模擬融冰。結(jié)果表明其對(duì)該地區(qū)單電源的輸電線路融冰距離大于40 km［29］，融冰溫度大約維持在22 ℃，符合實(shí)際需要。

6 電鐵接觸網(wǎng)交直流融冰裝置

電鐵接觸網(wǎng)交直流融冰裝置在國(guó)內(nèi)外展開了廣泛研究，其特點(diǎn)和輸電線路交直流融冰裝置十分相似。其中，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司所部署的移動(dòng)式直流融冰裝置與電鐵接觸網(wǎng)直流融冰裝置的原理是完全一致的，區(qū)別在于輸入電源的不同，一個(gè)取自變電站內(nèi)的35 kV 或者10 kV 交流電源，一個(gè)取自牽引變電所的27.5 kV交流電源。

6.1 交流電鐵接觸網(wǎng)融冰裝置結(jié)構(gòu)與配置

北京交通大學(xué)［30］提出了電鐵接觸網(wǎng)的交直融冰技術(shù)，原理如圖16 所示。該融冰裝置安裝在融冰線路的中間位置車（包括降壓變電所）和首末站（牽引變電所），融冰電源使用三相交流電網(wǎng)［30］。融冰裝置的輸出端接在電鐵接觸網(wǎng)上行、下行線路的中點(diǎn)處形成融冰通路。該交流融冰裝置可以避免接觸網(wǎng)干擾，同時(shí)不影響接觸網(wǎng)的正常使用，并且能夠起到覆冰預(yù)防作用［30］。

圖16 交流電鐵網(wǎng)融冰裝置

6.2 直流電鐵接觸網(wǎng)融冰裝置結(jié)構(gòu)與配置

直流電鐵接觸網(wǎng)融冰技術(shù)機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。為了適應(yīng)不同的融冰環(huán)境，其融冰電流的輸出能力應(yīng)該具有容量大、精度高和可調(diào)節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)；同時(shí)應(yīng)該配置更完善的保護(hù)系統(tǒng)，預(yù)防電壓電流失穩(wěn)、溫度過高等現(xiàn)象；具有完善的監(jiān)測(cè)、通信與控制功能，可以遠(yuǎn)程操作并預(yù)警［2］。

北京交通大學(xué)所研究直流融冰技術(shù)［31］的原理如圖17 所示。設(shè)備在鐵網(wǎng)線路的安裝位置與交流設(shè)備相同。

圖17 直流電鐵網(wǎng)融冰裝置

直流融冰設(shè)備的交流融冰電源也可以使用附近的三相交流電網(wǎng)，輸出的正、負(fù)極端口分別接在融冰線路的上、下行接觸網(wǎng)的中點(diǎn)處，形成融冰回路［31］。該融冰裝置能避免接觸網(wǎng)干擾，同時(shí)不影響接觸網(wǎng)的正常使用［31］。

7 結(jié)語(yǔ)

覆冰問題對(duì)電鐵網(wǎng)線路和輸電線路危害巨大，交直流融冰技術(shù)在解決覆冰問題的工程應(yīng)用和理論研究中發(fā)揮著重要作用，并已有一定發(fā)展，技術(shù)相對(duì)成熟。

對(duì)交直流融冰技術(shù)在電鐵網(wǎng)線路和輸電線路的融冰應(yīng)用進(jìn)行了全面的綜述，結(jié)合電路和相關(guān)理論分析了不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足。但對(duì)各技術(shù)的不足之處只提供了理論的改進(jìn)建議與措施，并沒有結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景提出問題的解決方案。

結(jié)合交直流技術(shù)的實(shí)地應(yīng)用，對(duì)交直流融冰設(shè)備的配置與運(yùn)營(yíng)進(jìn)行了分析，雖然各交直流融冰設(shè)備能夠解決對(duì)應(yīng)的實(shí)際問題，但各融冰設(shè)備在不同自然環(huán)境、不同應(yīng)用場(chǎng)景的適用性、機(jī)動(dòng)性等問題仍需解決。在之后的研究中，可以通過使用不同的融冰電路，提高交直流融冰設(shè)備的融冰性能與運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性；此外，還應(yīng)該注重提高融冰設(shè)備在不同覆冰條件、不同自然環(huán)境下的適用性和機(jī)動(dòng)性，進(jìn)一步擴(kuò)大融冰設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。