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）

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，從而造成電網的部分或全網停運，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年我國南方地區爆發了大面積冰災，對當地的輸電線路造成了極大的破壞，桿塔和輸電線路覆冰嚴重，造成部分地區停電，給人民群眾的生活帶來了極其不利的影響。我國電網發展非常迅速，超高壓、高壓輸電線路的覆蓋范圍越來越廣，這也加大了覆冰發生的幾率。鑒于此，南方電網通過仿真分析研究，進行了大量的參數研究和實驗，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獲得的交流電能變為直流電能，通過直流網絡電流電阻會產生一定的熱量，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，其能夠對三相線路進行自動切換，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，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，同時可以根據線路的線徑和長度的不同對直流輸出電壓進行調整，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，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，也可以使用發電車發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對融冰裝置的容量進行科學的控制。為了提高容量，可以將數個融冰裝置串聯起來。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兩條線路則會獲得較小的導線電阻，減弱并聯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，其容量一般可以達到60MW。

固定式直流融冰系統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，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，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 直流融冰技術的發展前景

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

4 結語

直流融冰技術已經在我國部分地區得到了應用，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停運事故，提高了電網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）.

TM75

A

1004-7344（2016）17-0049-02

2016-6-1