胡琴

【摘 要】本文首先闡述了融冰裝置方案，從融冰裝置的兩種電源來(lái)源，即發(fā)電機(jī)與變電站進(jìn)行分析，然后對(duì)直流融冰的應(yīng)用推廣加以簡(jiǎn)要敘述，最后對(duì)融冰裝置線(xiàn)路接入方式及其故障控制策略進(jìn)行分析研究。

【關(guān)鍵詞】直流融冰；推廣應(yīng)用；接入方式

冰凍災(zāi)害常?？简?yàn)著電力系統(tǒng)，電網(wǎng)技術(shù)如果裕度不夠，常常會(huì)發(fā)生冰閃甚至倒塔斷線(xiàn)、電網(wǎng)癱瘓的情形。融冰技術(shù)通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，增大導(dǎo)線(xiàn)電流提升溫度實(shí)現(xiàn)融冰目的，融冰技術(shù)具有多方面的突出優(yōu)勢(shì)，時(shí)間短、易操作等，因此這項(xiàng)技術(shù)具有很好的運(yùn)用推廣價(jià)值，值得重點(diǎn)研究。

一、融冰裝置方案

直流融冰法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)于融冰方式，通過(guò)大容量設(shè)備將交流電源轉(zhuǎn)化為直流，發(fā)電機(jī)或者交流電網(wǎng)均可以作為其電源，將導(dǎo)線(xiàn)一端與直流融冰裝置直接相連，導(dǎo)線(xiàn)另一端短路，將直流電流注入導(dǎo)線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱目的，進(jìn)而完成融冰目的。這種融冰方式僅需消耗小部分無(wú)功，因此適用范圍較為廣泛。覆冰融化的前提是上述過(guò)程所產(chǎn)生的熱量大于導(dǎo)線(xiàn)散發(fā)及其融冰熱量之和。

在運(yùn)用直流融冰過(guò)程中，須注意以下幾個(gè)技術(shù)核心問(wèn)題： 1）線(xiàn)路所需最小電流；2）裝置容量、融冰裝置能夠提供的最大融冰電流、融冰裝置能夠提供的最大輸出直流電壓；3）輸入電源的來(lái)源；4）無(wú)功和諧波對(duì)交流電網(wǎng)產(chǎn)生的影響；5）變電站的接入方式。

（一）電源由發(fā)電機(jī)（發(fā)電車(chē)）提供

直流融冰電源由發(fā)電機(jī)提供的電路圖1所示。這里的發(fā)電機(jī)可以是大功率柴油發(fā)電機(jī)組，也可以是電網(wǎng)發(fā)電機(jī)。在這種電源模式下，通過(guò)改造主接線(xiàn)，將其通過(guò)旁路與整流器聯(lián)通，獲得直流電源，最終達(dá)到融冰目的。

（二）電源由變電站提供

直流融冰電源由變電站提供的示意圖如圖2，系統(tǒng)電源通過(guò)換流變壓器、整流裝置，最終實(shí)現(xiàn)帶線(xiàn)路融冰。

假如220kV及其110kV變電站中，10kV恰好能夠滿(mǎn)足此種整流器電源輸入需求，直流融冰為一種特殊工況，220kV主變或110kV主變可以滿(mǎn)足其換相電抗需求，融冰過(guò)程中將其直接與220kV主變或110kV 主變10kV側(cè)直接連通。

上述模式?jīng)]有整流變壓器，可以實(shí)現(xiàn)在各變電站之間整流器直接移動(dòng)，但這模式只能選擇六脈動(dòng)整流，在整流過(guò)程中不可忽視的因素是其間生成的無(wú)功和諧波，而且需要評(píng)估在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的220kV或者110 kV的換相電抗對(duì)主變產(chǎn)生的影響。

二、直流融冰裝置的應(yīng)用

2008年冰凍災(zāi)害受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)變電站之一為貴州福泉變電站。福泉500kV變電站電壓具有五個(gè)等級(jí)：500kV、220kV、110kV、35kV、10kV；有非常理想的直流融冰技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，所以選擇此地進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，裝置試驗(yàn)選擇500kV。參考國(guó)內(nèi)一系列較為成熟的裝置技術(shù)及其調(diào)試經(jīng)驗(yàn)對(duì)直流融冰系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及其測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行了研究、確定，并對(duì)無(wú)功和諧波進(jìn)行了分析計(jì)算。為避免融冰試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)的損傷，計(jì)算了220kV及其500kV輸電線(xiàn)路所需最大電流與溫度。為保障試驗(yàn)的安全性，測(cè)量并對(duì)比分析了直流電阻。于2008年8月在銅仁市完成了220kV 直流融冰裝置樣機(jī)全部試驗(yàn)項(xiàng)目，同年9月于貴州福泉完成25MW直流融冰裝置全部試驗(yàn)項(xiàng)目。此次試驗(yàn)取得了良好的效果，取得了較為理想的示范效應(yīng)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得成功之后，直流融冰裝置相繼在黔、粵、滇等南方冰凍重災(zāi)區(qū)得到了推廣應(yīng)用。試驗(yàn)成功之后的次年年初在南方大范圍的數(shù)日持續(xù)低溫期間，融冰裝置于黔、粵、滇三省電網(wǎng)陸續(xù)啟用，進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)，在短時(shí)期之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了使導(dǎo)線(xiàn)上的覆冰全部脫落的既定目標(biāo)。試驗(yàn)與實(shí)戰(zhàn)的成功意味著直流融冰裝置核心與關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用方面獲得了成功。

三、融冰裝置接入方式故障控制策略

（一）接入方式

直流融冰裝置目前采用的接入方式主要是短路法，通過(guò)短接形成回路，最終實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路融冰。接入方式在目前運(yùn)用普遍的“一進(jìn)兩回”模式的前提下，還有一種行之有效的自動(dòng)融冰與切換方法，在對(duì)融冰電流輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，在融冰電源不間斷的情況下，按照裝置線(xiàn)路實(shí)際負(fù)載對(duì)開(kāi)關(guān)k1～k5進(jìn)行控制、切換，實(shí)現(xiàn)接入線(xiàn)路的自動(dòng)變換，圖3中A、B、C依次代表負(fù)載線(xiàn)路的三相接入點(diǎn)，其接入方式如圖所示：

模式一：A相進(jìn)，B、C相回：k1、k3、k5閉合，k2、k4分?jǐn)唷?/p>

模式二：B相進(jìn)，A、C相回：k2、k3、k4閉合，k1、k5分?jǐn)唷?/p>

模式三：C相進(jìn)，A、B相回：k1、k2、k3閉合，k4、k5分?jǐn)唷?/p>

在這種接入模式中，k1和k4之間互鎖，k2和k5之間互鎖，避免出現(xiàn)由于開(kāi)關(guān)誤操作導(dǎo)致的短路故障。在融冰接入方式按照上述模式進(jìn)行自動(dòng)切換時(shí)，為了確保融冰控制按照合理方式進(jìn)行，需要對(duì)其順序和邏輯加以科學(xué)控制。在線(xiàn)路切換工程中，融冰電源的工作沒(méi)有必要間斷，只需控制電流及其接入開(kāi)關(guān)的分合便可完成切換工作及其自動(dòng)融冰任務(wù)。

在上述自動(dòng)切換模式的前提下，提出了一種新型三相循環(huán)自動(dòng)融冰控制策略，在這種控制策略下進(jìn)行融冰接入線(xiàn)路切換過(guò)程中，不需要停止整個(gè)融冰電源，通過(guò)對(duì)斬波器的控制，不需要停止整個(gè)融冰電源，就能夠?qū)崿F(xiàn)3種線(xiàn)路接入工作模式的切換，完成三相循環(huán)自動(dòng)融冰。

要按照融冰時(shí)間及其線(xiàn)路溫度對(duì)融冰正常完成與否加以判斷。融冰開(kāi)關(guān)切換、封鎖融冰斬波脈沖的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其線(xiàn)路電流要加以檢測(cè)（確保線(xiàn)路電流為0）。以“A相進(jìn)，B、C相 回”接入工作模式舉例，在這種模式中融冰相電流為IA，可得IA=IB+IC，通過(guò)焦耳熱及其流經(jīng)線(xiàn)路電流的平方成正比的關(guān)系來(lái)看，A相吸收的熱量為B相及其C相的4倍，在A相融冰試驗(yàn)過(guò)程中，A相溫度先升高，在這個(gè)時(shí)候?qū)φＨ诒瓿杉右耘袛嗟臈l件是：融冰相溫度大于融冰規(guī)定臨界值；融冰時(shí)間大于2t。在系統(tǒng)滿(mǎn)足上述任何一項(xiàng)條件的情況下，可切換至下一相的融冰或者停機(jī)結(jié)束。融冰相溫度由實(shí)驗(yàn)時(shí)的各觀測(cè)點(diǎn)紅外測(cè)溫成像儀進(jìn)行測(cè)量之后傳回。融冰時(shí)間t計(jì)算公式為：

（二）故障及其控制策略

在具體操作過(guò)程中，對(duì)線(xiàn)路短路進(jìn)行保護(hù)的方法是通過(guò)中間接地電容來(lái)對(duì)半電壓狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)可能存在于裝置直流一側(cè)的短路或者接地等故障進(jìn)行檢測(cè)與排查，下圖中R1、R2兩個(gè)電阻完全一致。

在進(jìn)線(xiàn)接地短路故障與回線(xiàn)接地短路故障中存在如下3種可能性：

（1）進(jìn)線(xiàn)接地，在這種故障中負(fù)載電流會(huì)出現(xiàn)突然急劇上升情形，此時(shí)變流器裝置通常會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，在這種情況下UR1<2UR2且UR2<2U0 /3成立。

（2）回線(xiàn)接地，在這種故障中負(fù)載電流仍會(huì)出現(xiàn)突然急劇上升情形，此時(shí)變流器裝置通常會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，在這種情況下UR1>2UR2且UR1>2U0 /3成立。

（3）進(jìn)線(xiàn)與回線(xiàn)短接故障：當(dāng)UR1=2UR2依然成立，但是系統(tǒng)負(fù)載會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)突然變小的情形，電流發(fā)生突變，短接位置決定幅度值大小，若突變達(dá)到系統(tǒng)保護(hù)設(shè)定的門(mén)檻值時(shí)分級(jí)保護(hù)動(dòng)作，門(mén)檻值設(shè)置為1.2倍額定電流。直流融冰系統(tǒng)直流側(cè)短路及其接地等故障，可以按照負(fù)載電流變化、電阻R1及其R2端電壓的比較分析來(lái)確定故障類(lèi)型，并且采取相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。

直流融冰技術(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，裝置已經(jīng)投入實(shí)際使用中，直流融冰裝置作為一種針對(duì)冰凍災(zāi)害極端氣候的一種應(yīng)急方式優(yōu)勢(shì)明顯，調(diào)節(jié)領(lǐng)域與范圍廣闊。直流融冰裝置運(yùn)用自動(dòng)切換技術(shù)保障了融冰的均衡性，安全系數(shù)、可靠系數(shù)、可操控性及其結(jié)構(gòu)非常理想。一系列實(shí)驗(yàn)證明了直流融冰技術(shù)的可行性、故障解決策略的有效性，關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的一系列科研成果已經(jīng)得到了轉(zhuǎn)化，在很大范圍內(nèi)起到了示范帶頭作用，在相關(guān)技術(shù)與實(shí)踐領(lǐng)域開(kāi)拓了一片新天地。

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