變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法研究與應用

鄧元實，宋靜文2，張 燃，薛志航

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓中心，四川 成都 611133)

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變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法研究與應用

鄧元實1，宋靜文2，張 燃1，薛志航1

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓中心，四川 成都 611133)

冬季配電網(wǎng)線路覆冰時，可以采用交流融冰的方法對線路全線進行融冰作業(yè)。傳統(tǒng)交流融冰采用變電站內(nèi)10kV母線作為融冰電源，常出現(xiàn)由于線路阻抗不匹配，導致融冰電流小于最小融冰電流或大于線路最大融冰電流，從而無法進行交流融冰的情況。提出了一種基于變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法，作為傳統(tǒng)交流融冰方法的有效補充，提升了配電網(wǎng)線路交流融冰適用率。技術人員應用該方法成功對10kV桃鐵線進行現(xiàn)場融冰，取得了較好的工程應用效果，可為類似的配電網(wǎng)線路交流融冰提供參考。

配電網(wǎng)線路；交流融冰；雙變壓器串聯(lián)

配電網(wǎng)線路交流短路融冰是在線路上設置短路點，形成短路故障，并將短路電流控制在最大允許融冰電流范圍內(nèi)，使導線發(fā)熱融冰。配電網(wǎng)線路交流融冰線路融冰電壓均取自變電站內(nèi)10 kV母線，融冰電源、線路阻抗均是定值。若線路阻抗不匹配，則可能無法進行交流融冰，只能采用效率低且有一定風險性的人工登塔敲冰方式除冰。

根據(jù)國網(wǎng)四川省電力科學研究院設備狀態(tài)評價中心統(tǒng)計，在四川電網(wǎng)有融冰需求的36條重要10 kV線路中，僅有3條線路可直接采用變電站內(nèi)10 kV母線作為交流融冰的電源開展交流融冰，余下的大部分線路由于阻抗不匹配無法融冰，交流融冰適用率很低[4]。國網(wǎng)湖南省電力公司對線路交流融冰在實際運用中遇到阻抗匹配問題進行了分析，提出了通過串接不同線路的方式提升交流融冰的適用率，但該方法需轉移大量負荷，操作繁瑣且電量消耗極大[1-3]。

下面提出的采用“變壓器串聯(lián)”方式融冰方法，無需轉移負荷，也無倒閘操作，作為傳統(tǒng)交流融冰方法的有效補充，可提升交流融冰適用率。

1 變壓器串聯(lián)交流融冰理論計算

1.1 變壓器串聯(lián)交流融冰原理

待融冰配電網(wǎng)線路的起始或終端35 kV變電站內(nèi)主變壓器高低壓側變比是35 kV/10.5 kV。采用變電站內(nèi)10 kV母線作為融冰電源，在線路中段或對側位置短接后，若融冰電流超過了線路最大融冰電流，則可嘗試采用變壓器串聯(lián)的融冰方法。

變壓器串聯(lián)方法的主要思想是降低融冰電源電壓，從而降低融冰電流。即準備1臺35 kV備用主變并運輸至站內(nèi)，備用主變壓器的35 kV側接入10 kV電源，二次側則輸出2.86 kV融冰電壓，如圖1所示。

圖1 變壓器串聯(lián)交流融冰原理圖

1.2 變壓器串聯(lián)交流融冰原則

利用配電網(wǎng)變壓器串聯(lián)的交流融冰方法主要在以下3個方面開展可行性分析：

1)采用2.86 kV作為融冰電源，融冰電流值處于最小融冰電流與最大融冰電流值之間，待融冰線路的覆冰段需在線路可融冰范圍內(nèi)；即要求

(1)

式中：U為融冰電壓；R+jX為線路單位阻抗；L為待融冰線路長度；R短為融冰電壓器二次側短路阻抗。

2)融冰變壓器的二次側最大通流值需大于線路交流融冰電流值。

3)站內(nèi)主變壓器承擔了全部功率負荷，站內(nèi)主變壓器的功率需滿足：

S主變≥S10kVⅠ母+S10kVⅡ母+S融冰[4]

(2)

若上述條件都滿足，則可采用配電網(wǎng)變壓器串聯(lián)的方法開展線路交流融冰。

以國網(wǎng)巴中供電公司10kV桃鐵線交流融冰為例就所提方法進行可行性說明。

2 交流融冰可行性分析實例

10kV桃鐵線起于35kV桃園變電站，線路全長為8.06km，整條線路為單回無分支線路，導線型號為LGJ-50，線路阻抗為4.49+j3.19Ω。線路上掛接2臺配電變壓器。線路歷史覆冰厚度為10mm。

2.1 選擇融冰電源，計算融冰電流

根據(jù)式(1)，若采用變電站內(nèi)10kV母線作為融冰電源，則融冰電流為832.1A，大于該線路最大融冰電流491.7A，因此無法使用10kV母線進行交流融冰。

根據(jù)已運輸至變電站內(nèi)的融冰變壓器銘牌參數(shù)，計算得到R短為1.77Ω，利用式(1)計算得到：

(3)

融冰電流有效值為226A，大于LGJ-50導線的最小融冰電流值165.5A，小于最大融冰電流值491.7A，滿足要求。

2.2 核實融冰變壓器二次側通流能力

根據(jù)融冰變壓器銘牌參數(shù)可知該變壓器二次側最大通流為219.9A，小于計算的融冰電流226A。根據(jù)《電力變壓器》GB1094-2008的規(guī)定，油浸式變壓器變壓器過載30%可持續(xù)運行120min，過載60%可持續(xù)運行45min短時過載運行。因此，融冰變壓器二次側通流能力也滿足要求。

2.3 校核融冰變壓器功率

通過上述分析，證明可以采用變壓器串聯(lián)的方法對10kV桃鐵線進行全線交流融冰。

3 變壓器串聯(lián)交流融冰工程應用

3.1 準備工作

融冰前的準備工作主要內(nèi)容如下：

1)現(xiàn)場查勘。選擇合適的融冰電源間隔，確定融冰變壓器擺放位置。要求選擇的融冰電源間隔要能盡量減小站內(nèi)連線改動，間隔的TA量程需大于融冰電流值。

在此次融冰工作中，融冰變壓器高壓側電流約61.4A。10kV桃電線出線TA變比為150/5，滿足融冰電流條件。故選擇10kV桃電線出線間隔作為融冰電源間隔。

2)準備連接電纜。確定10kV間隔到融冰變壓器、融冰變壓器到線路第一桿的電纜長度，并提前準備電纜并制作電纜接頭。

此次，準備了一根截面積50mm2、長度約50m的交聯(lián)聚乙烯電纜和一根型號為VJV22-3×300/10，長度約為134m的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。

3)調(diào)整線路保護整定值。融冰時，線路為短路故障運行，原有線路保護整定值就不適用了。為了既能滿足合閘瞬間融冰電流沖擊峰值時保護不動作，又能在融冰過程中保護融冰變壓器不嚴重過載，需要調(diào)整線路保護整定值。融冰時，保護只需投入過流保護，零序保護、減載、重合閘等保護可退出。

此次，設定過流一段保護整定值為2.4A，確保了融冰變壓器一次側電流最高不超過72A，二次側最高不超過239.76A。

圖2 10 kV桃鐵線交流融冰接線簡圖

4)進行全線巡視。此次融冰范圍為10kV桃鐵線01號桿至54號桿，線路全長約8.06km，線路跨越公路14次，跨越溪流5次，檔距超過200m的有20檔，最大檔距達620m。需安排對10kV桃鐵線進行全線巡視，此次排除安全隱患3處。融冰時，設立監(jiān)控點7個，實時監(jiān)測導線弧垂與溫升。

5)聯(lián)系地調(diào)，確定線路停電時間。

3.2 現(xiàn)場融冰

基于變壓器串聯(lián)方法的10kV桃鐵線全線交流融冰接線簡圖如圖2所示。

2014年11月27日下午3：15，在所有準備工作完成無誤后，合上10kV桃電線852開關，約252A交流融冰電流經(jīng)過連接電纜注入到10kV桃鐵線。隨著線路溫度升高，融冰電流略有減小，并最終穩(wěn)定在245A。線路從初始溫度6℃上升到21℃后達到熱平衡，基本保持穩(wěn)定。交流融冰工作共持續(xù)0.5h，融冰變壓器運行正常，變壓器油溫在融冰過程中無變化，線路溫升約15℃，整個融冰過程安全可控。

桃鐵線A相融冰電流與融冰溫升如表1和圖3所示。

表1 桃鐵線A相融冰電流

圖3 10 kV桃鐵線A相導線溫升曲線

4 結 語

基于變壓器串聯(lián)方法的配電網(wǎng)線路交流融冰作為傳統(tǒng)交流融冰的有效補充，提升了配電網(wǎng)線路交流融冰適用率，保障了配電網(wǎng)線路覆冰季節(jié)的安全穩(wěn)定運行。通過本次融冰工作，總結了如下經(jīng)驗供線路運維人員融冰時參考。

表2 傳統(tǒng)交流融冰方法適用的導線參數(shù)和可融冰線路長度范圍

表3 變壓器串聯(lián)方法配電網(wǎng)線路交流融冰快速可行性分析參考

(注：表格參數(shù)是在環(huán)境溫度-5℃、導線覆冰層溫度0℃、環(huán)境風速5m/s、線路覆冰厚度10mm條件下計算的。)1)表2為采用傳統(tǒng)交流融冰方法下配網(wǎng)線路融冰長度范圍與融冰需要的最小功率，表3為采用變壓器串聯(lián)方法進行配電網(wǎng)線路交流融冰時計算的不同導線的融冰范圍及最小容量，可供線路運維人員對線路交流融冰電源及融冰長度進行快速判斷。

2)采用所提方法融冰時，建議盡量選用有載調(diào)壓變壓器作為融冰變壓器。因為采用有載調(diào)壓變壓器，則可在融冰開始之前將其高壓側分接開關調(diào)整至最大，這樣在高壓側施加10 kV電壓時，其二次側電壓小于2.86 kV，可以降低起始融冰電流。在融冰過程中，操作人員可根據(jù)實際融冰電流大小調(diào)整分接開關。這樣融冰比較安全，同時能夠一定程度緩解變壓器二次側電流過載。

3)更改線路保護定值時，建議把一段保護定值設定為計算短路融冰電流值的1.25倍。該值滿足了合閘瞬間融冰電流沖擊峰值時保護不動作，又能在融冰過程中保護融冰變壓器不嚴重過載。

4)融冰變壓器的阻抗電阻和待融冰線路參數(shù)(線路正序阻抗值)盡量實測，避免因為線路實際長度可能與臺賬不符，或變壓器實際短路阻抗與銘牌值不符，導致融冰電流計算不準確。

[1] 陸佳政，李波，張紅先，等. 新型交直流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應用[J].南方電網(wǎng)技術，2009，3(4)：77-79.

[2] 雷洪才，陸家政，李波，等.可調(diào)電容串聯(lián)補償式交流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應用[J].湖南電力，2009，29(5)：28-29.

[3] 朱遠，周秀東，李波，等.配網(wǎng)交流融冰仿真分析及工程應用研究[J].湖南電力，2015，35(6)：32-34.

[4] 李宏力，朱鏡勛. 35kV交流融冰變壓器的改造方案[J]. 貴州電力技術, 2011，14(7)：58-59.

When the distribution network lines are iced in winter, the AC ice-melting method is usually adopted. 10 kV bus in substation is selected as the power supply of AC ice-melting in the traditional AC ice-melting, but it has some restrictions because of the incompatible line impedance. A new AC ice-melting method using double transformers in series is proposed. As an effective supplement, it can improve the applicability of AC ice-melting. AC ice-melting in 10 kV Taotie line has been successfully completed with the proposed method, which obtains a good application effect. It can provide a reference for the similar distribution network line when AC ice-melting is needed.

distribution network lines; AC ice-melting; double transformers in series

TM726 <文獻標志碼：a class="emphasis_bold"> 文獻標志碼：A 文章編號：1003-6954(2016)06-0029-03文獻標志碼：a

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2016-09-21)

鄧元實(1985)，碩士研究生，主要從事線路抗冰防冰研究、線路專業(yè)生產(chǎn)技術管理。