融冰電流計(jì)算及融冰裝置原理探究

梁德欣，孫聞浩，趙 蔚，王海濤

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031)

1 融冰方式選擇

通過(guò)增大導(dǎo)線電流使導(dǎo)線溫度上升，從而溶解架空輸電線路的覆冰，是應(yīng)對(duì)架空線路覆冰的一種常用技術(shù)手段。從融冰電流角度分析，目前常用的融冰方法有直流融冰和交流融冰。相較于交流融冰，直流融冰因其所需系統(tǒng)容量小、倒閘操作簡(jiǎn)便而被廣泛應(yīng)用。

除了能減少融冰所需的系統(tǒng)容量外，直流融冰還可避免交流融冰時(shí)需要進(jìn)行線路阻抗匹配和繁雜的倒閘操作。以下基于直流融冰電源、融冰裝置工作原理，分析直流融冰電流應(yīng)用效果。

2 直流融冰原理

直流融冰裝置電路原理如圖1所示。

圖1 直流融冰裝置電路原理

直流融冰裝置由變壓部件、整流部件、感應(yīng)電壓抑制部件、輸出組合刀閘及融冰電纜構(gòu)成，利用變電站或中壓發(fā)電車(chē)的10 kV 電源作為輸入電源，經(jīng)過(guò)變壓部件變壓后，引入整流部件，通過(guò)整流器將交流變成直流，再經(jīng)輸出組合刀閘將整流部件輸出的直流電流施加到線路的A，B，C 三相上，通過(guò)線路電阻發(fā)熱的原理進(jìn)行融冰，常用于移動(dòng)式抗冰搶險(xiǎn)工作中。

3 融冰線路電流計(jì)算

對(duì)于整流部件中每一個(gè)三相全橋，融冰時(shí)交流電壓、電流與直流電壓、電流的理論計(jì)算公式為：

(1) 整流部件內(nèi)部串聯(lián)，分以下兩種情況。

① 輸電線路兩并一串融冰時(shí)，計(jì)算公式為：

② 輸電線路兩相串聯(lián)融冰時(shí)，計(jì)算公式為：

(2) 整流部件內(nèi)部并聯(lián)，分以下兩種情況。

① 輸電線路兩并一串融冰時(shí)，計(jì)算公式為：

② 輸電線路兩相串聯(lián)融冰時(shí)，計(jì)算公式為：

融冰所需系統(tǒng)容量計(jì)算公式為：

式(1)～(7)中，Wk為系統(tǒng)容量，U直為輸出側(cè)直流電壓，U交為變壓后單繞組交流電壓，I直為輸出側(cè)直流電流，I交為變壓后交流電流，R為單相導(dǎo)線電阻總和(不同線徑單位阻值不同)。

4 案例分析

北京某覆冰線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ 240/30，重點(diǎn)覆冰段為116—123 號(hào)，可用某變電站4 號(hào)主變帶6號(hào)母線備用226 間隔作為專(zhuān)用融冰間隔提供10 kV電源(額定電流1 250 A，額定容量18 MW)。

在短接點(diǎn)的選擇上，主要考慮三方面因素：一是融冰線路需滿(mǎn)足一定長(zhǎng)度，否則電阻過(guò)小易導(dǎo)致融冰電流過(guò)大，超過(guò)導(dǎo)線承受能力；二是短接點(diǎn)必須為耐張桿塔；三是引流線的連接方式為耐張線夾(不能為倒裝線夾)，不能安裝備份線夾。因此，選擇該線路上的135 號(hào)塔為短接點(diǎn)進(jìn)行融冰。

目前，融冰車(chē)采用二極管全橋整流，變壓器內(nèi)有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組有3 600 V，3 000 V，2 500 V，2 000 V，1 500 V，1 000 V 共6 個(gè)檔位，可通過(guò)繞組并聯(lián)或串聯(lián)實(shí)現(xiàn)變壓效果。在直流電流輸出側(cè)由6 副單相刀閘組成，其刀閘邏輯關(guān)系如圖2所示。圖中“+”“-”分別接入融冰裝置直流輸出側(cè)的正、負(fù)極，A，B，C 接到待融冰線路。刀閘額定電壓10 kV，額定電流2 000 A。

圖2 輸出組合刀閘邏輯

通過(guò)輸出組合刀閘可實(shí)現(xiàn)6 種融冰方式(見(jiàn)表1)，其中融冰方式中的“+”表示串聯(lián)，“||”表示并聯(lián)。

表1 刀閘組合方式表

輸出組合刀閘的操作在配套的控制箱上進(jìn)行，通過(guò)電動(dòng)控制6 副單相刀閘，實(shí)現(xiàn)三相線路之間串并聯(lián)關(guān)系的改接線，可避免手動(dòng)操作的繁瑣。需要注意的是，在圖2中A 相的K1，K2 開(kāi)關(guān)是直接相連接的(K3，K4，K5，K6 同理)，因此，K1 與K2，K3 與K4，K5 與K6 是電氣互鎖關(guān)系不能同時(shí)閉合，可避免輸出直接短路。

經(jīng)查閱資料，該線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ 240/30單分裂導(dǎo)線，其單相電阻為0.131 Ω/km，融冰長(zhǎng)度為46.503 km，故該線路單根導(dǎo)線總電阻R=0.131×46.503=6.09 Ω；最大融冰電流為940 A，最小融冰電流為540 A。

經(jīng)核算，融冰時(shí)導(dǎo)線采取了兩并一串的方式，變壓器選擇了串聯(lián)的方式，檔位選擇的是5 檔3 kV。根據(jù)公式3 可得：I直=821 A，由此可判斷該方案滿(mǎn)足融冰要求。此時(shí)，電源容量為6.96 MW，輸入電流為402 A，也滿(mǎn)足融冰電源限值，從而驗(yàn)證了直流融冰方式應(yīng)用的有效性。