高压输电线路直流融冰装置与技术研究

李天梦

摘要：直流融冰是解决高压输电线路覆冰问题的一种技术手段，直流融冰装置是高压输电线路直流融冰技术不可或缺的部分。文中主要从高压输电线路直流融冰技术的发展现状出发，采用递进方式对直流融冰方法的技术原理与相应配套装置进行阐释与分析，与其他高压输电线路融冰方式相比，直流融冰具有适用性强、安全性高等诸多优点。

关键词：高压输电;直流融冰;融冰装置;模型仿真。

Abstract： DC ice-melting is a technical means to solve the problem of overlaying ice on high voltage transmission lines. DC ice-melting device is an indispensable part of DC ice-melting technology in high voltage transmission lines. This paper is based on the development present situation of DC ice-melting technology of high voltage transmission line， and the technical principle of DC ice-melting method and the corresponding supporting devices are explained and analyzed in a progressive way. Compared with other way of ice-melting in high voltage transmission lines， DC ice-melting has wide applicability， high security and other advantages.

Key words： High voltage transmission; DC ice-melting; Ice-melting device; Model simulation.

引言

在气候条件较为寒冷的地区，输电线路常常会出现覆冰现象，输电线路覆冰会导致冰闪、短路、断线、断电甚至倒塔等问题进而引发电力系统故障[1-3]，美国、加拿大、法国等国家也曾发生过较为严重的输电线路覆冰灾害[4]，因此有必要对该问题给予重视，利用各种技术手段及时清除输电线路覆冰，保证电力系统安全、稳定运行。世界各国对输电线路覆冰问题的产生、覆冰环境条件、覆冰荷载定量、闪络特征和输电线路操作问题等都进行了长期的研究。本文主要是以高压输电线路直流融冰技术为研究对象，对直流融冰方法的技术原理与相应配套装置进行阐释与分析，通过与其他高压输电线路融冰方式进行对比分析来证明直流融冰方式的优势。

1 直流融冰方法的技术原理

直流融冰方法是利用直流電流加热覆冰输电线路，首先，需要将覆冰段的输电线路退出运行并将退出运行的三相输电线路并联，其次，利用融冰整流装置将交流电源转换为直流电源，再次，直流电源为退出运行的覆冰输电线路加热融冰，最后，实现覆冰输电线路融冰目的。

利用输电线路发热进行融冰，融冰电流的选择直接关系到融冰时长、融冰效果、导线损伤等诸多方面，因此，在进行融冰操作之前，需要选择合适的融冰电流。直流融冰方法中涉及到的融冰电流参数包括以下方面：

（1）保线电流

覆冰输电线路在通入保线电流的情况下，导线温度能够维持在冰点以上，输电线路不会再出现覆冰现象，维持该状态所需的最小电流即为保线电流。

（2）最小融冰电流

能够使覆冰输电线路表面附着的冰融化的最小电流即为最小融冰电流，当输电线路表面覆冰时，如果导线内的电流小于最小融冰电流，则该段导线无法实现融冰。

（3）最大允许融冰电流

在融冰过程中允许输电线路温度上升至90℃时的导线电流即为最大允许融冰电流。

（4）融冰时间

覆冰输电线路融冰过程所需要的热量与融冰装置功率的比值即为融冰时间。

当输电线路发生覆冰现象时，利用融冰装置进行融冰，融冰电流的取值应当介于最小融冰电流与最大允许融冰电流之间，完成融冰后，输电线路导线电流值应当不小于保线电流，否则将再次发生覆冰现象。当其他条件确定时，融冰时间的长短取决于融冰电流的大小。

2 直流融冰方法的配套装置

根据直流融冰原理配置直流融冰装置，按照直流融冰装置中的整流装置是否可控进行划分，可以将直流融冰装置分为不可控直流融冰装置与可控直流融冰装置。不可控直流融冰装置主要是由三相二极管整流阀、交流滤波装置、直流平波电抗器、50Hz滤波器等组成，如图1所示，与可控直流融冰装置相比，不可控直流融冰装置具有结构简单、成本低等优点，然而，由于装置中采用的是不可控二极管整流装置，因此系统输出的直流电压不可调，也即输电线路融冰电压不可调，在其他条件一定的情况下，融冰电流的大小完全取决于输电线路电阻值。可控直流融冰装置主要是由三相可控硅整流阀、交流滤波装置、直流平波电抗器、50Hz滤波器等组成，如图2所示，与不可控直流融冰装置相比，可控直流融冰装置具有电压可调、系统冲击小等优点，然而，由于装置中采用的是可控硅整流装置，因此存在系统结构相对复杂，设备成本相对较高的问题。就实际应用而言，可控直流融冰装置在高压/超高压输电线路直流融冰中的应用更为广泛。

交流滤波装置的主要作用是滤除整流产生的谐波电流并为装置提供容性无功，直流平波电抗器的主要作用是平滑整流得到的直流电流，50Hz滤波器的主要作用是滤除其他运行线路耦合到融冰线路上的工频电压/电流。

3直流融冰方法的顯著优势

从融冰原理上进行分析，直流融冰方法的融冰原理可以表示为，交流融冰方法的融冰原理可以表示为，相同一段输电线路，分别通入交流与直流时，交流电路中存在电抗，因此，当输入电压相同时，相同时间内，直流融冰方法能够产生更多的热量用于融冰。直流融冰方法适应于各个电压等级的输电线路，融冰装置的容量和融冰方式都可以随覆冰情况的改变而改变，更高耐压水平开关器件的研发与应用进一步推动了直流融冰技术的发展。

从多种因素上进行分析，对输电线路除冰方式进行对比，主要是从除冰效果、除冰技术手段、除冰可操作性、除冰安全性、除冰成本等方面进行比较，综合比较的结果可知，输电线路直流融冰方式具有明显优势。

4结语

直流融冰方法适应于各个电压等级的输电线路，与交流融冰方法等其他融冰方法相比，具有适用性强、安全性高、无功损耗小等优点，直流融冰装置采用可控型直流融冰装置，为了提高直流融冰的效果，可以通过增加晶闸管的数量增加整流电路的脉波数，平滑直流电压波动，在进行理论分析后，通过仿真实验对直流融冰方式的效果进行了仿真测试与验证。

参考文献

[1] 李庆峰， 范峥， 吴穹， 等. 全国输电线路覆冰情况调研及事故分析[J]. 电网技术， 2008， 32（9）：33-36.

[2] Xingliang J， Lichun S， Wenxia S， et al. Chinese transmission lines icing characteristic and analysis of severe ice accidents[J]. International Journal of Offshore and Polar Engineering， 2004， 14（3）：196-201.

[3] Yangchun C， Chunjie N， Chenggong L. The reliability evaluation method of high voltage overhead transmission lines[C]. 2008 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis， 2008：566-569.

[4] Farzaneh M， Fofana I， Hemmatjou H. Effects of temperature and impurities on the DC conductivity of snow[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation， 2007， 14（1）：185-193.