新型移動式直流融冰裝置試驗分析研究

張 川 吳 云 楊春華 潘正婕 王超勝 付 添

(1、國網(wǎng)宜昌供電公司，湖北 宜昌 443000 2、三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

如今，多地輸電線路出現(xiàn)短距離覆冰現(xiàn)象，凍雨附著在輸電線路表面形成不均勻覆冰，改變輸電線路截面的外部特征，在一定速度和方向的風的配合作用下，導線產(chǎn)生自激振動，引起舞動，導致線路跳閘甚至停運，嚴重威脅了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。目前直流融冰裝置按照擺放位置可分為移動式和固定式兩類。固定式不需要接線，一般安裝在容量大，電壓等級比較高,需要融冰線路較多的變電站，但是固定式融冰裝置只能對本站中的線路融冰使用，而且還需要修筑融冰管母線，投資較大，性價比不高。傳統(tǒng)的移動式融冰裝置存在容量小、額定融冰電流低等問題，往往無法有效融化導線的覆冰。此外，地線由于多采用接地型式等，往往較難融冰。另外，融冰裝置的主要部件長期暴露在空氣中會對設備進行腐蝕，部分構件的靈敏度也會受影響，而且融冰作業(yè)的環(huán)境條件對長時間進行操作的工作人員的身體健康也會造成很大的影響。

文獻[1]列出了近年來全國典型的輸電線路覆冰事故，很多輸電線路和電力設施出現(xiàn)冰雪覆蓋的情況, 線路斷路器跳閘、線路桿塔倒塌等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，說明了導地線覆冰嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全運行。文獻[2]提出了直流融冰裝置主要由系統(tǒng)電源、整流變壓器、晶閘管整流器、平波電抗器、交直流濾波器及各類開關組成。文獻[3-4]列舉了采用直流融冰時應重點考慮以下關鍵問題：直流融冰裝置容量能提供的最大融冰電流和輸出直流電流；整流器運行時產(chǎn)生的無功和諧波對交流電網(wǎng)的需求和影響；融冰線路需要的最小融冰電流；直流融冰裝置輸入電源的獲取。文獻[5-8]指出直流融冰技術是將覆冰線路作為負載, 施加直流電壓, 用較低電壓提供短路電流, 將電能轉化為熱能, 使線路短時間內溫度升高進行融冰。文獻[9-10]表明地線融冰時，應考慮桿塔分流對融冰電流的影響，從而確保地線中段的融冰效果。

為了解決導線、地線融冰難等問題，需開展新型移動式直流融冰裝置研究。本文是基于一種新型移動式直流融冰裝置的試驗分析，通過220kV YJYH 的導線融冰效果和500kV DJEH 的地線融冰效果來論證新型移動式直流融冰裝置的實用性，最后根據(jù)試驗當中所遇到的問題，指出該裝置的不足和需要改進的方向。

1 移動式直流融冰設備情況

本試驗所采用的移動式融冰設備是由南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的KGRB-2000/12.5 型號的直流融冰裝置和武漢長江變壓器廠生產(chǎn)SZ9-5000/35 移動式變壓器組成，最大融冰電流為424A(按變壓器過負荷120%計算的10 千伏直流電流)，可對融冰電流在424A 以下的220 千伏、110 千伏線路開展融冰工作。利用大功率發(fā)電車或者10kV 配電線路作為電源，使用車身短、越野能力強，可在鄉(xiāng)道和泥土路上行駛的裝載車輛。裝載車輛一共三臺，其中1 臺放置進線開關柜、降壓變壓器，1 臺車放置整流裝置，1 臺車放置交直流電纜及附件。與固定式融冰裝置相比，更有明顯的機動靈活性。移動式直流裝置和變壓器技術參數(shù)如表1 所示。

表1 融冰裝置技術參數(shù)表

表2 移動式變壓器技術參數(shù)

2 試驗情況

2.1 導線融冰試驗

此次融冰試驗以220kV YJYH(Y03-J225)為對象。220kV YJYH 包含17#-76#共59 基桿塔(耐張塔16 基)，全長22.916千米。融冰范圍為：(1)220kV JZH 變電站：220kV YJYH-J225,35kV 融冰線J358；(2)220kV XYX 變電站：220kV YJYH-Y03。運用移動式融冰裝置組織開展直流融冰工作。其現(xiàn)場工作布置圖如圖1 所示。

圖1 220kV YJYH(Y03-J225)融冰工作布置圖

移動式直流融冰裝置380V 低壓電源，位于220kV JZH 變電 站 110kV 配 電 電 源 箱， 開 關 容 量(100A， 型 號NM1LE-12S/4300A)，與融冰裝置車輛位置的大致距離約30 米。其接線示意圖如圖2 所示。

圖2 220kV YJYH(Y03-J225)移動式融冰裝置接線示意圖

融冰電流從0 A 上升至800A，觀測#24 塔、#30 塔導線溫度分別上升1.5℃、3℃。繼續(xù)上升至1000A，導線溫度再次上升3.5℃、2.8℃，累計上升5℃、5.8℃。繼續(xù)上升至1400 A 并保持5 min，導線溫度逐漸上升9.3℃、14℃，累計上升14.3℃、19.8℃。

試驗表明：(1)移動式直流融冰裝置在額定輸送電流下，短距離導線溫升可以達到14.3℃、19.8℃，滿足融冰需要。(2)融冰電流在800A 以下時，溫升提升不明顯；融冰電流在800A 以上時，溫升顯著提升。

2.2 地線融冰試驗

將融冰段首端地線和光纜短接后，接入融冰裝置的正極，融冰段末端地線和光纜短接后，再和任一相導線末端連接；導線首端接入融冰裝置負極，構成回路。融冰裝置直流電流輸出，部分電流經(jīng)地線和光纜流進融冰段，部分電流經(jīng)桿塔入地，最后匯集到導線回流到融冰裝置的負極。

需要注意的是，靠近首端的位置，融冰電流經(jīng)桿塔分流后，流經(jīng)地線的直流電流逐漸減小，靠近尾端的位置，分流電流經(jīng)大地回流到桿塔，匯集到地線。在地線融冰區(qū)段內，首尾兩端地線電流大，中間位置地線電流小，如圖3 所示。

圖3 融冰區(qū)段內地線分部電流

此次試驗以500kV DJ 地線為融冰對象，線路長度3.1km。融冰裝置采用車載式輕型移動融冰裝置，容量4000kVA，最大輸出電流4000A，交流輸入通過電纜接入10kV 配電線路，直流輸出通過直流電纜接入地線及光纜。

將融冰段(1#桿塔到n#桿塔)的首端1＃桿塔的地線和光纜短接，然后與中相B 相連接，電流從融冰裝置的正極直流電流輸出，經(jīng)B 相掛設的電纜、地線連接線等流入地線和光纜(“地線去”)。融冰段末端n＃桿塔地線和光纜短接后，和邊相C相連接，電流經(jīng)地線和光纜流進融冰段末端桿塔后，通過C 相導線匯集回流，經(jīng)融冰段首端桿塔C 相掛設的電纜進入融冰裝置負極(“導線回”)，詳見圖4。

圖4 地線及光纜融冰接線圖

融冰直流電流從0A 上升至800A(等同于首尾端電流)，通過桿塔上紅外檢測，4#塔地線溫度上升1.3℃；直流電流上升至1000A，地線溫度累計上升3.0℃；直流電流輸出上升至1500A，測得靠中間位置地線融冰電流達到300A，地線溫度累計上升13℃。

試驗表明：(1)移動式直流融冰裝置在額定輸送電流下，短距離地線溫升可以達到13℃，滿足融冰需要。(2)地線與光纜并聯(lián)，融冰裝置輸出電流達到1500A 時，單根地線最小電流達到300A；(3)融冰電流超過300A 時，地線溫升效果明顯；(4)地線通過桿塔直接接地后，桿塔分流較大，可采用“地線去、導線回”方式開展融冰，同時為盡量減少分流的損耗，應盡量在融冰區(qū)段外的耐張段斷開地線，并斷開桿塔接地引下線。

3 結論

本次試驗證明，新型移動式直流融冰裝置適用于輸電線路導線和地線的融冰，在后續(xù)工作中，應從以下幾個方面進行改進：

3.1 改進提升新型移動式直流融冰裝置性能。提升融冰裝置容量，重點提高額定融冰電流值，確保能滿足大截面導線融冰需求。

3.2 在進行地線融冰時，靠近首端的位置，融冰電流經(jīng)桿塔分流后，流經(jīng)地線的直流電流逐漸減小，靠近尾端的位置，分流電流經(jīng)大地回流到桿塔，匯集到地線。在地線融冰段內，首尾兩端地線電流大，中間位置地線電流小。應注意直流融冰電流的選取，以確保地線融冰的順利進行。

3.3 改進提高新型移動式直流融冰裝置的融冰距離，對于長距離覆冰導線，目前只能采取分段融冰的方法。