融冰電流計算及融冰裝置原理探究

梁德欣，孫聞浩，趙 蔚，王海濤

(國網北京市電力公司，北京 100031)

1 融冰方式選擇

通過增大導線電流使導線溫度上升，從而溶解架空輸電線路的覆冰，是應對架空線路覆冰的一種常用技術手段。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容量小、倒閘操作簡便而被廣泛應用。

除了能減少融冰所需的系統容量外，直流融冰還可避免交流融冰時需要進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、感應電壓抑制部件、輸出組合刀閘及融冰電纜構成，利用變電站或中壓發電車的10 kV 電源作為輸入電源，經過變壓部件變壓后，引入整流部件，通過整流器將交流變成直流，再經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，通過線路電阻發熱的原理進行融冰，常用于移動式抗冰搶險工作中。

3 融冰線路電流計算

對于整流部件中每一個三相全橋，融冰時交流電壓、電流與直流電壓、電流的理論計算公式為：

(1) 整流部件內部串聯，分以下兩種情況。

① 輸電線路兩并一串融冰時，計算公式為：

② 輸電線路兩相串聯融冰時，計算公式為：

(2) 整流部件內部并聯，分以下兩種情況。

① 輸電線路兩并一串融冰時，計算公式為：

② 輸電線路兩相串聯融冰時，計算公式為：

融冰所需系統容量計算公式為：

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

4 案例分析

北京某覆冰線路導線型號為LGJ 240/30，重點覆冰段為116—123 號，可用某變電站4 號主變帶6號母線備用226 間隔作為專用融冰間隔提供10 kV電源(額定電流1 250 A，額定容量18 MW)。

在短接點的選擇上，主要考慮三方面因素：一是融冰線路需滿足一定長度，否則電阻過小易導致融冰電流過大，超過導線承受能力；二是短接點必須為耐張桿塔；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 號塔為短接點進行融冰。

目前，融冰車采用二極管全橋整流，變壓器內有兩個繞組，每個繞組有3 600 V，3 000 V，2 500 V，2 000 V，1 500 V，1 000 V 共6 個檔位，可通過繞組并聯或串聯實現變壓效果。在直流電流輸出側由6 副單相刀閘組成，其刀閘邏輯關系如圖2所示。圖中“+”“-”分別接入融冰裝置直流輸出側的正、負極，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

通過輸出組合刀閘可實現6 種融冰方式(見表1)，其中融冰方式中的“+”表示串聯，“||”表示并聯。

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行，通過電動控制6 副單相刀閘，實現三相線路之間串并聯關系的改接線，可避免手動操作的繁瑣。需要注意的是，在圖2中A 相的K1，K2 開關是直接相連接的(K3，K4，K5，K6 同理)，因此，K1 與K2，K3 與K4，K5 與K6 是電氣互鎖關系不能同時閉合，可避免輸出直接短路。

經查閱資料，該線路導線型號為LGJ 240/30單分裂導線，其單相電阻為0.131 Ω/km，融冰長度為46.503 km，故該線路單根導線總電阻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。

經核算，融冰時導線采取了兩并一串的方式，變壓器選擇了串聯的方式，檔位選擇的是5 檔3 kV。根據公式3 可得：I直=821 A，由此可判斷該方案滿足融冰要求。此時，電源容量為6.96 MW，輸入電流為402 A，也滿足融冰電源限值，從而驗證了直流融冰方式應用的有效性。