新型移动式直流融冰装置试验分析研究

张 川 吴 云 杨春华 潘正婕 王超胜 付 添

(1、国网宜昌供电公司，湖北 宜昌 443000 2、三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

如今，多地输电线路出现短距离覆冰现象，冻雨附着在输电线路表面形成不均匀覆冰，改变输电线路截面的外部特征，在一定速度和方向的风的配合作用下，导线产生自激振动，引起舞动，导致线路跳闸甚至停运，严重威胁了电网的安全稳定运行。目前直流融冰装置按照摆放位置可分为移动式和固定式两类。固定式不需要接线，一般安装在容量大，电压等级比较高,需要融冰线路较多的变电站，但是固定式融冰装置只能对本站中的线路融冰使用，而且还需要修筑融冰管母线，投资较大，性价比不高。传统的移动式融冰装置存在容量小、额定融冰电流低等问题，往往无法有效融化导线的覆冰。此外，地线由于多采用接地型式等，往往较难融冰。另外，融冰装置的主要部件长期暴露在空气中会对设备进行腐蚀，部分构件的灵敏度也会受影响，而且融冰作业的环境条件对长时间进行操作的工作人员的身体健康也会造成很大的影响。

文献[1]列出了近年来全国典型的输电线路覆冰事故，很多输电线路和电力设施出现冰雪覆盖的情况, 线路断路器跳闸、线路杆塔倒塌等现象频繁发生，说明了导地线覆冰严重影响了电力系统的安全运行。文献[2]提出了直流融冰装置主要由系统电源、整流变压器、晶闸管整流器、平波电抗器、交直流滤波器及各类开关组成。文献[3-4]列举了采用直流融冰时应重点考虑以下关键问题：直流融冰装置容量能提供的最大融冰电流和输出直流电流；整流器运行时产生的无功和谐波对交流电网的需求和影响；融冰线路需要的最小融冰电流；直流融冰装置输入电源的获取。文献[5-8]指出直流融冰技术是将覆冰线路作为负载, 施加直流电压, 用较低电压提供短路电流, 将电能转化为热能, 使线路短时间内温度升高进行融冰。文献[9-10]表明地线融冰时，应考虑杆塔分流对融冰电流的影响，从而确保地线中段的融冰效果。

为了解决导线、地线融冰难等问题，需开展新型移动式直流融冰装置研究。本文是基于一种新型移动式直流融冰装置的试验分析，通过220kV YJYH 的导线融冰效果和500kV DJEH 的地线融冰效果来论证新型移动式直流融冰装置的实用性，最后根据试验当中所遇到的问题，指出该装置的不足和需要改进的方向。

1 移动式直流融冰设备情况

本试验所采用的移动式融冰设备是由南京南瑞继保电气有限公司生产的KGRB-2000/12.5 型号的直流融冰装置和武汉长江变压器厂生产SZ9-5000/35 移动式变压器组成，最大融冰电流为424A(按变压器过负荷120%计算的10 千伏直流电流)，可对融冰电流在424A 以下的220 千伏、110 千伏线路开展融冰工作。利用大功率发电车或者10kV 配电线路作为电源，使用车身短、越野能力强，可在乡道和泥土路上行驶的装载车辆。装载车辆一共三台，其中1 台放置进线开关柜、降压变压器，1 台车放置整流装置，1 台车放置交直流电缆及附件。与固定式融冰装置相比，更有明显的机动灵活性。移动式直流装置和变压器技术参数如表1 所示。

表1 融冰装置技术参数表

表2 移动式变压器技术参数

2 试验情况

2.1 导线融冰试验

此次融冰试验以220kV YJYH(Y03-J225)为对象。220kV YJYH 包含17#-76#共59 基杆塔(耐张塔16 基)，全长22.916千米。融冰范围为：(1)220kV JZH 变电站：220kV YJYH-J225,35kV 融冰线J358；(2)220kV XYX 变电站：220kV YJYH-Y03。运用移动式融冰装置组织开展直流融冰工作。其现场工作布置图如图1 所示。

图1 220kV YJYH(Y03-J225)融冰工作布置图

移动式直流融冰装置380V 低压电源，位于220kV JZH 变电 站 110kV 配 电 电 源 箱， 开 关 容 量(100A， 型 号NM1LE-12S/4300A)，与融冰装置车辆位置的大致距离约30 米。其接线示意图如图2 所示。

图2 220kV YJYH(Y03-J225)移动式融冰装置接线示意图

融冰电流从0 A 上升至800A，观测#24 塔、#30 塔导线温度分别上升1.5℃、3℃。继续上升至1000A，导线温度再次上升3.5℃、2.8℃，累计上升5℃、5.8℃。继续上升至1400 A 并保持5 min，导线温度逐渐上升9.3℃、14℃，累计上升14.3℃、19.8℃。

试验表明：(1)移动式直流融冰装置在额定输送电流下，短距离导线温升可以达到14.3℃、19.8℃，满足融冰需要。(2)融冰电流在800A 以下时，温升提升不明显；融冰电流在800A 以上时，温升显著提升。

2.2 地线融冰试验

将融冰段首端地线和光缆短接后，接入融冰装置的正极，融冰段末端地线和光缆短接后，再和任一相导线末端连接；导线首端接入融冰装置负极，构成回路。融冰装置直流电流输出，部分电流经地线和光缆流进融冰段，部分电流经杆塔入地，最后汇集到导线回流到融冰装置的负极。

需要注意的是，靠近首端的位置，融冰电流经杆塔分流后，流经地线的直流电流逐渐减小，靠近尾端的位置，分流电流经大地回流到杆塔，汇集到地线。在地线融冰区段内，首尾两端地线电流大，中间位置地线电流小，如图3 所示。

图3 融冰区段内地线分部电流

此次试验以500kV DJ 地线为融冰对象，线路长度3.1km。融冰装置采用车载式轻型移动融冰装置，容量4000kVA，最大输出电流4000A，交流输入通过电缆接入10kV 配电线路，直流输出通过直流电缆接入地线及光缆。

将融冰段(1#杆塔到n#杆塔)的首端1＃杆塔的地线和光缆短接，然后与中相B 相连接，电流从融冰装置的正极直流电流输出，经B 相挂设的电缆、地线连接线等流入地线和光缆(“地线去”)。融冰段末端n＃杆塔地线和光缆短接后，和边相C相连接，电流经地线和光缆流进融冰段末端杆塔后，通过C 相导线汇集回流，经融冰段首端杆塔C 相挂设的电缆进入融冰装置负极(“导线回”)，详见图4。

图4 地线及光缆融冰接线图

融冰直流电流从0A 上升至800A(等同于首尾端电流)，通过杆塔上红外检测，4#塔地线温度上升1.3℃；直流电流上升至1000A，地线温度累计上升3.0℃；直流电流输出上升至1500A，测得靠中间位置地线融冰电流达到300A，地线温度累计上升13℃。

试验表明：(1)移动式直流融冰装置在额定输送电流下，短距离地线温升可以达到13℃，满足融冰需要。(2)地线与光缆并联，融冰装置输出电流达到1500A 时，单根地线最小电流达到300A；(3)融冰电流超过300A 时，地线温升效果明显；(4)地线通过杆塔直接接地后，杆塔分流较大，可采用“地线去、导线回”方式开展融冰，同时为尽量减少分流的损耗，应尽量在融冰区段外的耐张段断开地线，并断开杆塔接地引下线。

3 结论

本次试验证明，新型移动式直流融冰装置适用于输电线路导线和地线的融冰，在后续工作中，应从以下几个方面进行改进：

3.1 改进提升新型移动式直流融冰装置性能。提升融冰装置容量，重点提高额定融冰电流值，确保能满足大截面导线融冰需求。

3.2 在进行地线融冰时，靠近首端的位置，融冰电流经杆塔分流后，流经地线的直流电流逐渐减小，靠近尾端的位置，分流电流经大地回流到杆塔，汇集到地线。在地线融冰段内，首尾两端地线电流大，中间位置地线电流小。应注意直流融冰电流的选取，以确保地线融冰的顺利进行。

3.3 改进提高新型移动式直流融冰装置的融冰距离，对于长距离覆冰导线，目前只能采取分段融冰的方法。