中低壓輸電線路融冰實(shí)用技術(shù)研究

李宏力

（貴州電網(wǎng)公司 都勻供電局，貴州 都勻 558000）

1 中低壓輸電線路融冰技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 輸電線路融冰回路簡介

輸電線路融冰回路是指融冰裝置輸出的融冰母線→融冰線路首端→融冰線路→融冰線路末端的電流回路，如圖1所示。

圖1 輸電線路融冰回路示意圖

這是一般意義上直流融冰回路，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，特別是在110kV及以下電壓等級的中低壓輸電線路中，一般都沒有“融冰電源”和“融冰母線”，而是直接通過交流電源用高壓電纜與融冰線路直接連接。

1.2 中低壓輸電線路融冰技術(shù)現(xiàn)狀

與220kV及以上輸電線路不同，絕大多數(shù)中低壓輸電線路都沒有專用的融冰電源。在實(shí)際工作中，110kV及以下輸電線路常用以下方法進(jìn)行融冰操作：

方法一：人工除冰（木棍、竹桿、滑輪、繩索等）。1km線路大約需要5小時(shí)＆10人，而且主要針對10kV和35kV線路。

方法二：采用發(fā)電車對線路進(jìn)行融冰。但由于受到發(fā)電車容量和輸出電壓的限制，一般融冰線路的有效距離在2-3km左右，除了需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行連接及短接操作外，融冰線路太短也應(yīng)大大降低了融冰效率。經(jīng)過實(shí)踐，用發(fā)電車對線路進(jìn)行1次融冰操作需要花費(fèi)時(shí)間約5小時(shí)，如果以1條長度為15km的線路計(jì)算，則需要7小時(shí)×15/3＝35小時(shí)。

方法三：10kV交流電源融冰。就是將10kV交流電源通過電力電纜直接與融冰線路連接。由于電壓無法調(diào)節(jié)，因此融冰線路的長度是固定的，如對于LGJ-185的線路來說，有效融冰線路的長度約30kV左右，線路太短側(cè)融冰電流過大可能發(fā)生危險(xiǎn)，線路太長側(cè)融冰電流過小無法融冰。

也有將10kV交流電源接入35/10kV電力變壓器的35kV側(cè)，從而在變壓器的低壓側(cè)得到近3kV的融冰電源。

方法四：采用專用10kV交流融冰變壓器融冰。該融冰變壓器輸入電壓為10kV，通過無勵(lì)磁分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，輸出側(cè)可以得到1kV、2kV、3kV、4kV和5kV的融冰電源，在一定程度上擴(kuò)展的融冰線路范圍。但存在的問題是：融冰電壓的能量（6kV至10kV之間的能量）沒有得到充分利用，電壓調(diào)節(jié)范圍十分有限，仍然不滿足實(shí)際需求。

2 輸電線路融冰回路存在的問題

通過上述現(xiàn)狀分析可以看出，現(xiàn)有的各種融冰方法都存在一定的問題或不足，比較結(jié)果如下表所示：

表1 各種融冰方法效果比較表

3 中低壓輸電線路融冰實(shí)用技術(shù)研究

3.1 調(diào)節(jié)融冰電源輸出電壓實(shí)用技術(shù)研究

現(xiàn)有10kV交流融冰變壓器的輸出電壓只有1kV、2kV、3kV、4kV和5kV共5個(gè)檔位，無論是檔位數(shù)量還是電壓調(diào)節(jié)的精細(xì)度都不能滿足現(xiàn)場的實(shí)際需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，得到一種“自能式調(diào)節(jié)融冰電源”（專利號：ZL 2013 2 0443449.6），如下圖所示：

圖2 自能式調(diào)節(jié)融冰電源原理圖

圖3 帶自能式調(diào)節(jié)融冰電源外形圖

這種自能式調(diào)節(jié)融冰電源，在箱體1上設(shè)有輸入側(cè)高壓套管8、輸出側(cè)高壓套管9、低壓套管10、油位計(jì)11、有載調(diào)壓開關(guān)2及有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)3；在箱體1內(nèi)設(shè)變壓器線圈5，每相只有1個(gè)線圈：二次線圈是一次線圈的一部分，其變比最大值可調(diào)節(jié)為1；在變壓器線圈5上設(shè)有105個(gè)變壓器線圈抽頭4，變壓器線圈抽頭4與有載調(diào)壓開關(guān)2的抽頭對應(yīng)連接；在變壓器線圈5上設(shè)有兩個(gè)固定輸出抽頭6，兩個(gè)固定輸出抽頭6之間的變壓器線圈5形成固定輸出繞組7，變壓器線圈5的輸入端從輸入側(cè)高壓套管8引出，變壓器線圈5的輸出端從輸出側(cè)高壓套管9引出，固定輸出抽頭6從低壓套管10的A、B、C三相引出，并連接到有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)3上；有載調(diào)壓開關(guān)2通過水平連桿12和垂直連桿13與有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)3連接；變壓器線圈5結(jié)成星形并引出中性點(diǎn)。

該變壓器線圈抽頭為105個(gè)以上，電壓從0.1kV、0.2kV、0.3kV等至10kV可連接調(diào)節(jié)（每個(gè)檔位之間相關(guān)為100V）。每相只有1個(gè)線圈：二次線圈是一次線圈的一部分，其變比最大值可調(diào)節(jié)為1。

該設(shè)備采用以自耦變壓器的形式將多檔位有載分接開關(guān)、配電變壓器集成在一起，通過變壓器輸出380/220V的交流電源，使裝置自身為有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)提供能源，從而調(diào)節(jié)自身的輸出電壓，不需要外接控制電源，適用于各種不同長度的線路，充分利用了融冰電源的能量，擴(kuò)展了融冰線路的長度，提高了融冰的工作效率，完全滿足中低壓輸電線路融冰工作的實(shí)際需求。

3.2 改變?nèi)诒€路等效長度實(shí)用技術(shù)研究

另外一種方法是在恒定的10kV融冰電源下，通過研制可以改變?nèi)诒€路長度的模擬等效裝置，以適應(yīng)不同長度融冰線路的需求。基于這種思想，研制出一種 “自能式融冰電抗器”（專利號：ZL 2013 2 0187304.4），如下圖所示：

圖4 自能式融冰電抗器原理圖

圖5 自能式融冰電抗器外形圖

這種自能式融冰電抗器，在箱體1上設(shè)有輸入側(cè)高壓套管8、輸出側(cè)高壓套管9、低壓套管10、有載調(diào)壓開關(guān)12及有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)13；在箱體1內(nèi)設(shè)有三相三柱式的鐵芯2，在每柱鐵芯2上從外到內(nèi)分別設(shè)有阻抗調(diào)節(jié)線圈7、變壓器初級線圈5及變壓器次級線圈6；在阻抗調(diào)節(jié)線圈7上設(shè)有27個(gè)電抗器線圈抽頭4，電抗器線圈抽頭4與有載調(diào)壓開關(guān)12的抽頭對應(yīng)連接；變壓器初級線圈5及阻抗調(diào)節(jié)線圈7的輸入端從輸入側(cè)高壓套管8引出，阻抗調(diào)節(jié)線圈7的輸出端從輸出側(cè)高壓套管9引出，變壓器初級線圈5的另一端在箱體1內(nèi)部結(jié)成星形或三角形，且不引出；變壓器次級線圈6的輸出端從低壓套管10的A、B、C三相引出，并連接到有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)13上，其另一端在內(nèi)部結(jié)成星形后從低壓套管10的N相引出；有載調(diào)壓開關(guān)12通過水平連桿14和垂直連桿15與有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)13連接；在箱體1的頂部設(shè)有油位計(jì)11。

該電抗器線圈抽頭為27個(gè)以上。電抗器線圈抽頭與載調(diào)壓開關(guān)的抽頭對應(yīng)連接，不同的電抗器線圈抽頭用于改變阻抗調(diào)節(jié)線圈的匝數(shù)，其個(gè)數(shù)可根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行增多或減少調(diào)整，每個(gè)檔位相差1Ω。

該電抗器采用將變壓器與阻抗調(diào)節(jié)線圈集成在一起，通過變壓器輸出380/220V的交流電源，使裝置自身為有載調(diào)壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)及有載調(diào)壓開關(guān)提供能源，從而調(diào)節(jié)自身的輸出阻抗，不需要外接控制電源；并通過改變阻抗調(diào)節(jié)線圈的匝數(shù)，使其能輸出不同的抗阻值，能夠模擬不同長度的線路，充分利用了融冰電源的能量，擴(kuò)展了融冰線路的長度，提高了融冰的工作效率，解決了在10kV電壓下，所有0km以上且因線路長度太短需要串聯(lián)附加阻抗才能進(jìn)行融冰的輸電線路能夠進(jìn)行融冰操作的實(shí)際問題。

3.3 對超長融冰線路的實(shí)用技術(shù)研究

通過理論計(jì)算，我們知道：在10kV交流融冰電壓下，其最大輸出能量是一定的。例如對于LGJ-185的輸電線路，最長的融冰距離為30km，超過該距離后，由于融冰電流太小而無法進(jìn)行融冰操作。有沒有能夠在不改變?nèi)诒娫醋畲竽芰康那疤嵯?，又能夠延長融冰線路的方法或裝置呢？基于這種思想，研制出一種“負(fù)阻抗特性的融冰輔助裝置”（專利號：ZL 2013 2 0443305.0），如下圖所示：

這種負(fù)阻抗特性的融冰輔助裝置，包括單只電容器1，單只電容器1為6個(gè)，所有的單只電容器1均并聯(lián)在一起，每個(gè)單只電容器1都串聯(lián)有一個(gè)投切裝置2，所有的單只電容1與投切裝置2組成總電容器3；串聯(lián)在一起的單只電容器1與投切裝置2密封在同一油箱4內(nèi)，投切裝置2的操作機(jī)構(gòu)置于油箱4外；投切裝置2為單相隔離開關(guān)（也可采用真空接觸器或真空斷路器）。

以導(dǎo)線型號為LGJ-50的輸電線路為例來說明一下該裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)用。根據(jù)計(jì)算，該導(dǎo)線在10kV融冰電壓下，線路超過43km后，需要串聯(lián)電容器才能夠進(jìn)行融冰操作，當(dāng)線路長度超過48km后，串聯(lián)電容器也無法對其進(jìn)行融冰操作。因此確定串聯(lián)電容器的長度范圍為43－48km，可計(jì)算出串聯(lián)電容器兩端電壓的變化范圍、所需串聯(lián)電容器的容量、串聯(lián)電容器在特定容量和電壓下呈現(xiàn)的容抗，如下表所示：

表2 阻抗特性的融冰輔助裝置設(shè)計(jì)計(jì)算表A

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，（以三相中的1相為例）可將該串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)為6個(gè)組：

表3 阻抗特性的融冰輔助裝置設(shè)計(jì)計(jì)算表B

在現(xiàn)場使用前，需要針對融冰線路的具體情況計(jì)算出需要串聯(lián)電容器的實(shí)際使用容量，并將其調(diào)節(jié)到實(shí)際使用容量，然后將裝置串聯(lián)接入線路中，線路的末端W需要三相短路連接，線路的首端A與三相交流融冰電源連接。

該設(shè)備將單只電容器與投切裝置組合后并聯(lián)成一個(gè)總電容器，通過改變操作投切裝置來改變單只電容器的并聯(lián)數(shù)量，從而調(diào)節(jié)總電容器的容量及輸出容抗XC的大小，充分利用了融冰電源的能量，擴(kuò)展了融冰線路的長度，提高了融冰的工作效率。

4 結(jié)語

通過對現(xiàn)有的中低壓輸電線路融冰現(xiàn)狀的調(diào)查分析和研究，在此基礎(chǔ)上提出了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的多項(xiàng)中低壓輸電線路融冰實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)。通過這些實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)的推廣應(yīng)用，解決了中低壓輸電線路的融冰技術(shù)問題，提高了融冰的工作效率。