融冰电流计算及融冰装置原理探究

梁德欣，孙闻浩，赵 蔚，王海涛

(国网北京市电力公司，北京 100031)

1 融冰方式选择

通过增大导线电流使导线温度上升，从而溶解架空输电线路的覆冰，是应对架空线路覆冰的一种常用技术手段。从融冰电流角度分析，目前常用的融冰方法有直流融冰和交流融冰。相较于交流融冰，直流融冰因其所需系统容量小、倒闸操作简便而被广泛应用。

除了能减少融冰所需的系统容量外，直流融冰还可避免交流融冰时需要进行线路阻抗匹配和繁杂的倒闸操作。以下基于直流融冰电源、融冰装置工作原理，分析直流融冰电流应用效果。

2 直流融冰原理

直流融冰装置电路原理如图1所示。

图1 直流融冰装置电路原理

直流融冰装置由变压部件、整流部件、感应电压抑制部件、输出组合刀闸及融冰电缆构成，利用变电站或中压发电车的10 kV 电源作为输入电源，经过变压部件变压后，引入整流部件，通过整流器将交流变成直流，再经输出组合刀闸将整流部件输出的直流电流施加到线路的A，B，C 三相上，通过线路电阻发热的原理进行融冰，常用于移动式抗冰抢险工作中。

3 融冰线路电流计算

对于整流部件中每一个三相全桥，融冰时交流电压、电流与直流电压、电流的理论计算公式为：

(1) 整流部件内部串联，分以下两种情况。

① 输电线路两并一串融冰时，计算公式为：

② 输电线路两相串联融冰时，计算公式为：

(2) 整流部件内部并联，分以下两种情况。

① 输电线路两并一串融冰时，计算公式为：

② 输电线路两相串联融冰时，计算公式为：

融冰所需系统容量计算公式为：

式(1)～(7)中，Wk为系统容量，U直为输出侧直流电压，U交为变压后单绕组交流电压，I直为输出侧直流电流，I交为变压后交流电流，R为单相导线电阻总和(不同线径单位阻值不同)。

4 案例分析

北京某覆冰线路导线型号为LGJ 240/30，重点覆冰段为116—123 号，可用某变电站4 号主变带6号母线备用226 间隔作为专用融冰间隔提供10 kV电源(额定电流1 250 A，额定容量18 MW)。

在短接点的选择上，主要考虑三方面因素：一是融冰线路需满足一定长度，否则电阻过小易导致融冰电流过大，超过导线承受能力；二是短接点必须为耐张杆塔；三是引流线的连接方式为耐张线夹(不能为倒装线夹)，不能安装备份线夹。因此，选择该线路上的135 号塔为短接点进行融冰。

目前，融冰车采用二极管全桥整流，变压器内有两个绕组，每个绕组有3 600 V，3 000 V，2 500 V，2 000 V，1 500 V，1 000 V 共6 个档位，可通过绕组并联或串联实现变压效果。在直流电流输出侧由6 副单相刀闸组成，其刀闸逻辑关系如图2所示。图中“+”“-”分别接入融冰装置直流输出侧的正、负极，A，B，C 接到待融冰线路。刀闸额定电压10 kV，额定电流2 000 A。

图2 输出组合刀闸逻辑

通过输出组合刀闸可实现6 种融冰方式(见表1)，其中融冰方式中的“+”表示串联，“||”表示并联。

表1 刀闸组合方式表

输出组合刀闸的操作在配套的控制箱上进行，通过电动控制6 副单相刀闸，实现三相线路之间串并联关系的改接线，可避免手动操作的繁琐。需要注意的是，在图2中A 相的K1，K2 开关是直接相连接的(K3，K4，K5，K6 同理)，因此，K1 与K2，K3 与K4，K5 与K6 是电气互锁关系不能同时闭合，可避免输出直接短路。

经查阅资料，该线路导线型号为LGJ 240/30单分裂导线，其单相电阻为0.131 Ω/km，融冰长度为46.503 km，故该线路单根导线总电阻R=0.131×46.503=6.09 Ω；最大融冰电流为940 A，最小融冰电流为540 A。

经核算，融冰时导线采取了两并一串的方式，变压器选择了串联的方式，档位选择的是5 档3 kV。根据公式3 可得：I直=821 A，由此可判断该方案满足融冰要求。此时，电源容量为6.96 MW，输入电流为402 A，也满足融冰电源限值，从而验证了直流融冰方式应用的有效性。