高壓輸電線路直流融冰裝置與技術(shù)研究

李天夢(mèng)

摘要：直流融冰是解決高壓輸電線路覆冰問題的一種技術(shù)手段，直流融冰裝置是高壓輸電線路直流融冰技術(shù)不可或缺的部分。文中主要從高壓輸電線路直流融冰技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，采用遞進(jìn)方式對(duì)直流融冰方法的技術(shù)原理與相應(yīng)配套裝置進(jìn)行闡釋與分析，與其他高壓輸電線路融冰方式相比，直流融冰具有適用性強(qiáng)、安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高壓輸電;直流融冰;融冰裝置;模型仿真。

Abstract： DC ice-melting is a technical means to solve the problem of overlaying ice on high voltage transmission lines. DC ice-melting device is an indispensable part of DC ice-melting technology in high voltage transmission lines. This paper is based on the development present situation of DC ice-melting technology of high voltage transmission line， and the technical principle of DC ice-melting method and the corresponding supporting devices are explained and analyzed in a progressive way. Compared with other way of ice-melting in high voltage transmission lines， DC ice-melting has wide applicability， high security and other advantages.

Key words： High voltage transmission; DC ice-melting; Ice-melting device; Model simulation.

引言

在氣候條件較為寒冷的地區(qū)，輸電線路常常會(huì)出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，輸電線路覆冰會(huì)導(dǎo)致冰閃、短路、斷線、斷電甚至倒塔等問題進(jìn)而引發(fā)電力系統(tǒng)故障[1-3]，美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)家也曾發(fā)生過較為嚴(yán)重的輸電線路覆冰災(zāi)害[4]，因此有必要對(duì)該問題給予重視，利用各種技術(shù)手段及時(shí)清除輸電線路覆冰，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。世界各國(guó)對(duì)輸電線路覆冰問題的產(chǎn)生、覆冰環(huán)境條件、覆冰荷載定量、閃絡(luò)特征和輸電線路操作問題等都進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。本文主要是以高壓輸電線路直流融冰技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)直流融冰方法的技術(shù)原理與相應(yīng)配套裝置進(jìn)行闡釋與分析，通過與其他高壓輸電線路融冰方式進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)證明直流融冰方式的優(yōu)勢(shì)。

1 直流融冰方法的技術(shù)原理

直流融冰方法是利用直流電流加熱覆冰輸電線路，首先，需要將覆冰段的輸電線路退出運(yùn)行并將退出運(yùn)行的三相輸電線路并聯(lián)，其次，利用融冰整流裝置將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，再次，直流電源為退出運(yùn)行的覆冰輸電線路加熱融冰，最后，實(shí)現(xiàn)覆冰輸電線路融冰目的。

利用輸電線路發(fā)熱進(jìn)行融冰，融冰電流的選擇直接關(guān)系到融冰時(shí)長(zhǎng)、融冰效果、導(dǎo)線損傷等諸多方面，因此，在進(jìn)行融冰操作之前，需要選擇合適的融冰電流。直流融冰方法中涉及到的融冰電流參數(shù)包括以下方面：

（1）保線電流

覆冰輸電線路在通入保線電流的情況下，導(dǎo)線溫度能夠維持在冰點(diǎn)以上，輸電線路不會(huì)再出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，維持該狀態(tài)所需的最小電流即為保線電流。

（2）最小融冰電流

能夠使覆冰輸電線路表面附著的冰融化的最小電流即為最小融冰電流，當(dāng)輸電線路表面覆冰時(shí)，如果導(dǎo)線內(nèi)的電流小于最小融冰電流，則該段導(dǎo)線無(wú)法實(shí)現(xiàn)融冰。

（3）最大允許融冰電流

在融冰過程中允許輸電線路溫度上升至90℃時(shí)的導(dǎo)線電流即為最大允許融冰電流。

（4）融冰時(shí)間

覆冰輸電線路融冰過程所需要的熱量與融冰裝置功率的比值即為融冰時(shí)間。

當(dāng)輸電線路發(fā)生覆冰現(xiàn)象時(shí)，利用融冰裝置進(jìn)行融冰，融冰電流的取值應(yīng)當(dāng)介于最小融冰電流與最大允許融冰電流之間，完成融冰后，輸電線路導(dǎo)線電流值應(yīng)當(dāng)不小于保線電流，否則將再次發(fā)生覆冰現(xiàn)象。當(dāng)其他條件確定時(shí)，融冰時(shí)間的長(zhǎng)短取決于融冰電流的大小。

2 直流融冰方法的配套裝置

根據(jù)直流融冰原理配置直流融冰裝置，按照直流融冰裝置中的整流裝置是否可控進(jìn)行劃分，可以將直流融冰裝置分為不可控直流融冰裝置與可控直流融冰裝置。不可控直流融冰裝置主要是由三相二極管整流閥、交流濾波裝置、直流平波電抗器、50Hz濾波器等組成，如圖1所示，與可控直流融冰裝置相比，不可控直流融冰裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，然而，由于裝置中采用的是不可控二極管整流裝置，因此系統(tǒng)輸出的直流電壓不可調(diào)，也即輸電線路融冰電壓不可調(diào)，在其他條件一定的情況下，融冰電流的大小完全取決于輸電線路電阻值?？煽刂绷魅诒b置主要是由三相可控硅整流閥、交流濾波裝置、直流平波電抗器、50Hz濾波器等組成，如圖2所示，與不可控直流融冰裝置相比，可控直流融冰裝置具有電壓可調(diào)、系統(tǒng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，然而，由于裝置中采用的是可控硅整流裝置，因此存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備成本相對(duì)較高的問題。就實(shí)際應(yīng)用而言，可控直流融冰裝置在高壓/超高壓輸電線路直流融冰中的應(yīng)用更為廣泛。

交流濾波裝置的主要作用是濾除整流產(chǎn)生的諧波電流并為裝置提供容性無(wú)功，直流平波電抗器的主要作用是平滑整流得到的直流電流，50Hz濾波器的主要作用是濾除其他運(yùn)行線路耦合到融冰線路上的工頻電壓/電流。

3直流融冰方法的顯著優(yōu)勢(shì)

從融冰原理上進(jìn)行分析，直流融冰方法的融冰原理可以表示為，交流融冰方法的融冰原理可以表示為，相同一段輸電線路，分別通入交流與直流時(shí)，交流電路中存在電抗，因此，當(dāng)輸入電壓相同時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)，直流融冰方法能夠產(chǎn)生更多的熱量用于融冰。直流融冰方法適應(yīng)于各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路，融冰裝置的容量和融冰方式都可以隨覆冰情況的改變而改變，更高耐壓水平開關(guān)器件的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)一步推動(dòng)了直流融冰技術(shù)的發(fā)展。

從多種因素上進(jìn)行分析，對(duì)輸電線路除冰方式進(jìn)行對(duì)比，主要是從除冰效果、除冰技術(shù)手段、除冰可操作性、除冰安全性、除冰成本等方面進(jìn)行比較，綜合比較的結(jié)果可知，輸電線路直流融冰方式具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

直流融冰方法適應(yīng)于各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路，與交流融冰方法等其他融冰方法相比，具有適用性強(qiáng)、安全性高、無(wú)功損耗小等優(yōu)點(diǎn)，直流融冰裝置采用可控型直流融冰裝置，為了提高直流融冰的效果，可以通過增加晶閘管的數(shù)量增加整流電路的脈波數(shù)，平滑直流電壓波動(dòng)，在進(jìn)行理論分析后，通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)直流融冰方式的效果進(jìn)行了仿真測(cè)試與驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

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