直流融冰技术在500kV变电站中的应用研究

张方伟

（安徽省电力公司检修公司 安徽合肥 230061）

直流融冰技术在500kV变电站中的应用研究

张方伟

（安徽省电力公司检修公司 安徽合肥 230061）

如果出现极端寒冷天气，可能会造成输点线路的覆冰，引起输电线路短路或过载，从而造成电网的部分或全网停运，例如限电、杆塔倒塌、大面积停电、断线等。为了解决这一问题，抗击冰灾，应该在500kV变电站中积极应用直流融冰技术。本文先对直流融冰技术进行了简要的介绍，并探讨了直流融冰技术在500kV变电站中的具体应用。

500kV变电站；直流融冰技术；直流融冰装置

引言

2008年我国南方地区爆发了大面积冰灾，对当地的输电线路造成了极大的破坏，杆塔和输电线路覆冰严重，造成部分地区停电，给人民群众的生活带来了极其不利的影响。我国电网发展非常迅速，超高压、高压输电线路的覆盖范围越来越广，这也加大了覆冰发生的几率。鉴于此，南方电网通过仿真分析研究，进行了大量的参数研究和实验，对直流融冰技术进行了研究和应用，并在500kV变电站中进行应用。

1 直流融冰技术

在跨距较长、电压等级较高的输电线路中，为了满足融冰需要，往往需要安装直流融冰装置。直流融冰装置的作用在于使交流电动机或电力系统获得的交流电能变为直流电能，通过直流网络电流电阻会产生一定的热量，这种热量会使导线上的覆冰逐渐融化[1]。

1.1 直流融冰技术的装置

直流融冰装置使直流融冰技术的关键，应该以输电线路电压等级的不同来选择合适的融冰装置。自动切换技术是直流融冰装置的基本技术，其能够对三相线路进行自动切换，使其与整流装置连接，从而使三相线路的均衡融冰成为可能。导线电阻会在直流断路的作用下产生一定的热量，将覆盖的冰融化掉。零起升压和升流主要通过可控整流方式来实现，从而对冲击进行控制。将保护设备和自动控制设备安装在相应的线路上，同时可以根据线路的线径和长度的不同对直流输出电压进行调整，这也使直流融冰装置具有了较好的适应性。直流融冰装置还具有良好的灵活性，其能够在变电站之间进行移动，从根据需要对任意架空线路段进行融冰。为了使直流融冰装置能够长期大电流、大角度的运行，还可以使用水冷技术和大动力可控硅晶闸管，对范围宽进行灵活的调整[2]。

1.2 常见的直流融冰方式

在进行直流融冰时往往要在3根直流融冰五线上分别接入线路三相导线，然后在使用相应的装置对其进行自动切换，常用的直流融冰方式主要有两种：

（1）第一种直流融冰方式的接线图见图1，图1中A、B、C三相导线的融冰要分3次完成，变电站会短接A、B、C三相导线，然后在使用自动切换装置，分别对三相线进行融冰，融冰的回路电阻是2R，融冰时间是T/2。

图1 第一种融冰方式接线示意图

（2）第二种直流融冰方式的接线图如图2，三相导线融冰分3次完成，变电站短接A、B、C三相相导线，然后对两相导线进行并联，将直流融冰电源的一个输出端接入进去，另一个输出端和剩余的一项导线连接。再使用自动切换装置，分别完成三相导线的融冰。这种直流融冰方式的融冰回路电阻是1.5R，融冰时间是3/2T[3]。

图2 第二种溶冰方式接线示意图

相比之下，两种直流融冰的方式各有利弊，第二种直流融冰方式能够节约25%的时间，但是必须提高25%的电源容量。

2 直流融冰技术在500kV变电站的具体应用

500kV变电站的电压等级主要有5个，分别为10kV、35kV、110kV、220kV、500kV，由于其具有较多的输电线回路，因此要去除线路上的覆冰，可以使用两种直流融冰技术。

2.1 站间移动式直流融冰装置

根据站间移动式直流融冰装置的融冰接线原理，将三相融冰短接线安装在输电线路的某一点上，但注意不要接地，从而使直流融冰装置发挥直流电源的作用，加大线路的直流电阻。随着直流电阻的加大，线路会开始发热。

可以使用固定于变压器母线附近的融冰装置电源，也可以使用发电车发动的移动式融冰装置电源。融冰装置是直流融冰技术的关键，而可控整流设备能够对融冰装置的容量进行科学的控制。为了提高容量，可以将数个融冰装置串联起来。不同的短路方式也会影响直流融冰装置的电源容量，如果三相线路短路在并联两条线路则会获得较小的导线电阻，减弱并联两条线路的融冰效果。但这种方法能够降低25%的融冰装置容量要求[4]。

2.2 固定式融冰装置

如果直流融冰电源设备具有较大的工作电流和设备容量，应该考虑在500kV变电站内设置融冰设备，使多条线路的融冰需求能够同时得到满足。500kV的主变35kV侧系统能够为固定式直流融冰装置提供所需的电源，由整流变压器对整流装置进行连接。可以选择一个具有较大的辐射面积的中心变电站，然后将大容量固定式直流融冰装置安置在中心变电站内，其容量一般可以达到60MW。

固定式直流融冰系统包括以下几个主要设备：控制保护设备、导线、刀闸、交流滤波器、换流阀、变压器。由于具有较大的容量，因此工作时间较短，具有良好的融冰效果，但是也需要比较大的投资。该套设备不仅可以用来融冰，还可以作为静止动态无功补偿装置。为了提高该设备的利用率，应该在装置上留出相应的接口，从而使变电站的动态电压支撑能力得到一定的提高。短路方法是直流电流对交流线路的主要融冰方法，运用大容量电力电子设备，能够交流电流转化为直流电流，从而对覆冰线路进行加热，融化覆冰，达到直流短路融冰的目的，这就需要在交流线路上接入融冰装置。

2.3 SVC直流融冰装置

直流融冰不会对无功进行消耗，无功消耗主要体现在直流换流器上，因此各个电压等级的线路融冰都可以使用直流短路法，不需要对线路中的无功补偿问题进行考虑。对于高电压等级线路而言，尽管直流融冰整流设备具有较高的成本，但是其具有较小的能耗，而且工作时间较短。在非融冰工作期间还可以使用直流融冰装置交流系统进行无功功率补偿。融冰期间的高压直流融冰装置，能够为线路提供融冰电源，而在非融冰期间，其运行方式为SVC，对交流系统进行无功补偿。

2.4 直流融冰方案的选择

在500kV变电站中，应该根据实际需要来选择直流融冰装置。例如60kW大容量固定直流融冰装置在500kV输电线路中应用的比较广泛，该装置为交流35kV供电。站间移动式直流融冰装置则主要应用在110kV和220kV输电线路中，其容量为25MW为交流10kV供电。500kW小容量移动式直流融冰装置则主要应用于35kV及以下电压等级输电线路，主要为400V供电。

在设计和选择直流融冰方案时，应该保障直流融冰方案的操作简便，对系统安全运行具有较小的影响，而且能够达到良好的融冰效果，以此为基础选择效率最高、投资最少的融冰方案。以所需融冰的输电线路符号为依据，运用融冰电流软件，对60min融冰电流进行计算。在以导线的型号和线路的长度为依据，将线路的直流电阻计算出来。对各种融冰方式融冰60min所需的容量和电压进行计算，在对融冰装置的额定容量和额定电压进行校核，最后形成比较完整的直流融冰方案。

3 直流融冰技术的发展前景

根据当前直流融冰技术在南方电网的应用可知，直流融冰技术是电力电子技术在电力系统中的一个新的应用领域，其能够有效的提高供电的可靠性，而且不会对生态环境造成不利的影响。因此直流融冰技术拥有广阔的发展前景，已经在我国大部分重覆冰地区中得到了应用。未来我国将在南方所有覆冰地区推行直流融冰技术，并在500kV、220kV、110kV输电线路中得到应用。

4 结语

直流融冰技术已经在我国部分地区得到了应用，应用效果良好。直流融冰技术能够有效的避免极端寒冷天气造成输电线路覆冰，而带来的部分或全网停运事故，提高了电网对自然灾害的抵御能力，也提高了输电线路运行的可靠性和安全性。

[1]傅闯，许树楷，饶宏，黎小林，陈亦平，李立浧.交流输电系统直流融冰装置设计及其应用[J].高电压技术，2013（03）.

[2]王朗珠，杨绍远，郑连清.500kV变电站的直流融冰技术研究[J].华北电力大学学报（自然科学版），2012（06）.

[3]吕锡锋，何 青.高压输电线路电热融冰技术[J].中国电力，2014（01）.

[4]彭晓博.浅议高压输电线路融冰技术[J].电子制作，2013（08）.

TM75

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1004-7344（2016）17-0049-02

2016-6-1