变电站中直流融冰技术的应用探讨

变电站中直流融冰技术的应用探讨

田仁杰

（广西电网有限责任公司桂林供电局541002）

摘要：在出现极端寒冷天气时，直流融冰技术可以有效除去输电线路上的覆冰，降低短路过载造成电力事故的风险。利用直流短路作用所产生的热量，可以将电路上的覆冰融化。直流融冰技术已经在电网中得到了较为广泛的应用，形成了一定的设计方法与准则。针对不同类型的输电线路，具体又可以分为交流输电线路中的可控硅整流融冰与直流输电双极异向传输融冰技术，为了提高设备的利用率，同时具备SVC功能的直流融冰装置是较好的设计思路。在实际应用中，要注意分析各类方法的优缺点，根据电力设施当地的环境条件选择最适宜的方式。

关键词：变电站；直流融冰技术；探讨

冬季极寒天气下，输电线路容易因为大范围雨雪天气而出现覆冰。覆冰会给输电线路造成极大的压力，严重时会导致电网设备破坏，引发大面积停电事故。在2008年出现的冰雪天气中，我国南方部分省份由于对突发覆冰状况处置预案不足，为社会经济带来了较大的损失。为此，研究输电线路的直流融冰技术，对保护电网的正常运行，降低极端天气下的财产损失具有重要的意义。

1变电站直流融冰技术概况

1.1直流融冰的基本原理

直流融冰是依据电流的热效应原理所开发的一项除冰技术，通常应用与远距离大容量输电线路上。在覆冰线路两端通以直流电源，以覆冰线路作为负载，在直流短路的情况下，短时间内导线即可被加热，融化覆冰，所需电压和设备成本均在可以接受的范围内。

1.2直流融冰技术的主要应用方式

在实际应用时，覆冰线路的直流融冰可以通过两种方法去除：一是将三相线路的其中两相短接，并同时接入整流器的两个输出端，可同时对两相线路进行融冰；另一种方法是将三相线路的末端短接，将其中两相线路的导线并接以后接入整流器的一个输出端，另一相线路接入另一个输出端，该方法只能对一相进行融冰，效率略低于第一种方法。

1.3直流融冰技术的研究与应用现状

覆冰是对电网破坏性极大的一种自然灾害，在高纬度地区或低纬度出现极寒天气的情况下，会对电网的安全性造成极大的威胁。前苏联早在上个世纪70年代就开始了利用二极管整流进行直流融冰的尝试，这种装置在每年不需要融冰的时段还可以作为无功补偿装置使用，这种方法直到现在还是一种提高设备利用率的较好的思路；而随着电力电子技术的发展，针对长距离输电线路的融冰方法也逐渐受到重视。直流融冰技术已经初步形成了一定的工程设计准则，并开展了控制保护系统的研究。

2直流融冰技术的应用

2.1直流融冰方法的设计原则

直流融冰在实际应用时，应当从四个方面考虑其设计：确定融冰线路的最小所需电流；确定直流融冰输入电源的形式；直流融冰装置的最大容量，即其所能提供的最大融冰电流和输出的直流电流；换流器谐波对交流电网的影响等。

2.2交流线路直流融冰装置的设计方法

根据直流融冰技术的相关设计原则，首先要根据覆冰线路的长度与型号，计算线路所需的融冰电流；并以最小所需融冰电流与第一种直流融冰方式计算电源所提供的电压与容量，也可应用1.2倍融冰电流与第二种直流融冰方式计算电压与容量；再根据公式计算出换流变压器容量与畸变率，并配置合适的滤波器。在电源的选择上，既可以直接从发电车取出0.4kV的额定输出电压，也可以从交流电网中获取10Kv或35Kv的输出电压。根据实验统计，从交流电网中直接获取的电压作为阀侧电压时，可以满足大部分线路的融冰需求；而对于500Kv的高压变压器，则需要配置专门的换流变压器。

2.3交流输电线路的可控硅整流融冰技术的应用

针对交流输电线路，目前开发了基于可控硅的整流融冰技术，其具有两种运行模式：站间移动时直流融冰装置适用于交流10kV，供电电容25MW的站间移动式直流融冰装置，可以对220kV以下的交流输电线路进行融冰，其采用紧凑的集装箱式安装，可以在各个变电站间快速激动，只要通过倒换接线的方式即可进行融冰工作，但缺点是由于空置时间较长，设备利用率较低，因此在每次重新使用时都要进行状态校核；而大容量固定式直流融冰装置适用于交流35kV，供电电容60MW的情况，可以对500Kv以上的交流线路进行融冰，固定式融冰装置的投资相对较大，包含了变压、滤波、保护等各类装置，一般只能用于融冰，造成设备闲置。条件允许的情况下，应考虑将其同时作为动态无功补偿装置的可行性，以提高设备利用率。

2.4直流输电双极异向传输融冰技术的应用

对于直流输电线路，其本身在进行大电流运行时，可以对线路覆冰状况进行缓解，有一定的自融冰效果。但是考虑到冰雪灾害多发时期与水电枯水季节重合，其自身电流一般不足与满足融冰需要，因此也应有相应的融冰对策。对于一般的直流输电线路，有几种直流融冰方式可以采用：一种是更改主接线，原本作为两极的换流器可作为并联的换流系统；或者将一极的功率正送，另一极功率返送；也可直接采用正常的直流输电方法进行融冰。方式二和三具有显著的优点，即不需要对系统的接线、调度、保护进行仍和改动，具有较高的可靠性，只要输送功率达到要求。而在使用双极异向融冰技术时，虽然要改变系统的主接线，但可以提高一倍的融冰电流，适用于融冰电流不能达到要求的直流输电线路。这种情况下需要注意的问题是，如果电路发生跳闸，如何减小对交流系统的冲击，提出可行的双极联动跳闸逻辑。

2.5SVC直流融冰装置的应用

SVC，即静止无功补偿装置，是有并联的电容器组与可调节电感元件组成。其特点是能够针对电网的实时负荷进行补偿，改善电能的质量。对变电站现有的SVC装置进行改造后，可以更好地降低直流融冰技术的成本。改造后的装置同时具有直流融冰和SVC两种功能，具备更高的装置利用率，可以根据实际的线路参数设定合适的目标融冰温度，操作方便快捷。但同时，SVC直流融冰装置也会对电网产生一定的影响，需要采取相关的对策。最典型的措施是针对过压和过流的保护。当融冰线路发生短路时，将会产生很大的短路电流，为此必须设置过流保护以保障系统安全。

3直流融冰技术的应用探讨

3.1直流融冰相对交流融冰的优缺点

当使用交流融冰方法时，需要将三相线路的末端相接再加入电源，如果输电线路的电压等级过高，将会使得线路的电抗远远大于电阻，产生大量的无功功率。而使用直流融冰的无功功率就相对很低。因此采用直流融冰，不仅其所配套的电源容量会小很多，其所需电压也更低。

3.2直流融冰技术应用效果的影响因素

根据实际应用经验来看，要保证良好的融冰效果，应使得直流融冰过程保持良好的热平衡。这种热平衡体现在两个方面：一是覆冰与空气接触面的热平衡，二是导线与覆冰接触面的热平衡。达到良好的热平衡以后，导线所产生的热量会与融冰所吸收的热量良好抵消，使能量的消耗降到最低；如果融冰电流低于临界融冰电流（当环境温度低于0℃时），将不会发生融冰现象，导致能源浪费；除此以外，融冰效果还受制于环境风速、湿度等条件风俗越大，融冰所消耗的能源越大。

4结语：总而言之，直流融冰技术的应用，无论是对于改进电网维护效率还是保障电网运行安全，都有着极为重要的意义。随着我国基础设施建设的进一步完善，针对复杂气候条件下的输电线路建设需求必然会越来越多，为此，本文研究了直流融冰技术在输电线路中的应用，分析了常见的直流融冰方法，为相关研究的深入开展具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]杨刚,杨奇逊,张涛,等.直流融冰及无功功率补偿系统研究[J].中国电力,2016,49(1):119-126.

[2]李斌,邱宏,李博通,等.高压输电线路直流融冰装置故障特性及过流保护[J].电力系统自动化,2016,40(13):100-106.