[发明专利]一种大容量直流融冰装置

说明书

技术领域

属于电力输电线路的融冰设备。

背景技术

输电线路在冬季覆冰是电力系统的重大自然灾害之一。因覆冰引起的供电中断，甚至电网解列等事故后果通常极为严重，修复工作难度大、周期长。为解决这一严重威胁电力系统安全运行的难题，世界各国都投入了极大的人力物力进行研究。目前输电线路除冰主要有热力除冰、机械除冰、被动除冰等方法。因高压输电线路大多架设在荒郊野外、崇山峻岭之间，一旦产生覆冰，就目前的技术水平而言，采用机械法除冰难以达到及时除冰的目的。因此热力融冰仍是目前可行的常用方法。

热力融冰采用交、直流电流均可，但实施上有很大的差别。采用交、直流电流热力融冰的现有技术及其不足如下：

1、“三相短路融冰法”

“三相短路融冰法”是将融冰线路的一端三相短路接地，在另一端施加合适的融冰电源，由较大的短路电流加热导线，使之达到融冰的温度。三相短路融冰法原理示于图1，若融冰电压为U_R、三相输电线路并联阻抗为Z_L，则融冰电流I_R：

IR=URZL]]>

融冰电流I_R必须大于输电线路的临界覆冰电流、而小于线路的安全电流，因此必须选择适当的融冰电压。即必须提供合适的融冰电源。在电网中只有两种途径提供融冰电源。

(1)发电机组，借助发电机及励磁设备，采用零起升流办法提供直流电流给线路融冰。该方法所存在的问题是需要针对相应的线路联结融冰专用设备，临时改变发电机励磁系统接线，融冰前期准备工作量大，实时性和快速性较差，而且仅适用于中、短距离的线路融冰。

(2)系统电源，即在变电站选合适的电压等级作为融冰电源。由于U_R的限制，要得到合适大小的I_R，只能设法改变Z_L，常用的方法是将若干条输电线路串接起来，以达到所要求的Z_L；因此三相短路融冰法往往需要停运多条线路，尽管有些线路并不需要融冰，因此会使多条线路停运，造成不必要的停电损失。

三相短路融冰法主要还存在如下弊端：

(1)实施三相短路融冰，需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停下来，融冰电源通常由系统提供，故只能采取冲击合闸方式，在系统电压较低、无功备用不足时可能会破坏系统稳定。

(2)融冰前期准备工作量很大，需要调度、运行、继保等多个部门配合，影响正常生产；

(3)三相短路融冰耗电量大，一次融冰所需电量通常都在数万kWh以上。

(4)该方法仅对220kV及以下电压等级线路可行，由于融冰电源难以解决，对500kV及以上线路基本无法实施，即用较低电压等级作融冰电源，所能融冰线路太短；采用高电压等级，需要系统提供巨大的无功功率。例如对4×LGJ300、4×LGJ400、4×LGJ500三种500kV常用导线，施加不同等级电压，满足最小融冰电流条件下，所能融冰线路的长度及所需无功功率计算结果列于表1；

表1线路长度及所需无功容量

注：上述三种500kV线路最小融冰电流分别取2.8kA、3.2kA、4.0kA；

计算表明，用35kV、220kV系统作为融冰电源，可融冰线路最长分别不超过25km、169km；而用500kV系统作融冰电源，线路长度基本可满足要求，但需要系统提供2000Mvar以上的无功功率，一般变电站无法提供如此巨大的无功储备。

综上所述，三相短路融冰法无法满足500kV输电线路融冰需要，对较低的电压等级融冰也存在问题。研究、计算表明，采用直流融冰技术则可克服以上弊端。

2、“直流融冰法”

由于500kV线路采用分裂导线，线路的分布电容大，而直流电阻只有交流阻抗的10％左右，交流短路融冰时，融冰电源需提供大量无功用于线路充电，作用于电阻发热的部分相对很小。因此要得到同样大小的融冰功率，采用直流电流融冰所需电源容量将小得多。