输电线路短路电流融冰技术方案研究

电力系统
2018.5 电力系统装备丨133
Electric System
2018年第5期
2018 No.5
电力系统装备
Electric Power System Equipment 现代社会要求电网可以提供优质可靠的电力供应，而近年来频繁出现的极端气候给电力系统的安全稳定的运行带来了很大的威胁。

尤其是2008年发生的特大型冰冻灾害，使我国大部分南方省市电网遭受巨大损失。

特别是裸露在外的电力设施，许多地区的架空线路遭受到了极大的破坏，导致局部地区的电网瘫痪，严重地威胁到了南方电网安全稳定的运行[1]。

因此需给出维护电网，及时进行融冰处理的方案研究。

已经有较多的文献针对于研究融冰技术的实施，但是缺乏说明短路电流的融冰方案会根据现场电压等级的不同而改变的具体措施方法，并且传统的融冰方案有技术上的缺陷性，这两个方面的问题亟待解决。

在抢险救灾的工作中，这次冰灾对于电网的规划设计、运行管理以及应急处理机制都提出了进一步的要求[2]。

暴露出融冰工作效率低、融冰装置有待优化等问题。

所以本文研究短路融冰法的方案以及优化，为建设完善电流融冰体系，增加电网抵御冰灾自然灾害的能力提供参考。

1 短路电流融冰基本原理
1.1 线路融冰的基本方法
一般来说，电网的除冰思路有3种：（1）将电能转化为热能融冰；
（2）将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰，达到覆冰脱落的目的[3]；
（3）直接破坏物理结构的机械法除冰。

1.2 短路融冰基本原理
如图1所示，交流短路电流融冰的基本原理就是将融冰线路的一端进行三相短路，在另一边提供交流电源的装置，通过短路电流使导线上的冰融化。

该技术已达到实用化的阶段。

实现短路融冰，要求达到以下的条件[4]：
（1）融冰电源的短路容量需要足够大，要经得起在主变110 kV 侧的三相接地短路的冲击；
（2）要考虑负荷转移，故选取的电源点的主变台数至少为两台及其以上数量；
（3）提供融冰变压器的容量同样也要求足够大，需要在主变110 kV 侧流过短路融冰电流时候不超过载荷；
（4）考虑到不影响其他变压器正常供电，融冰电流的大
小也有要求；
（5）线路的长度需要其可以调整，线路的阻抗要在一个范围内，以此控制短路电流。

220 kV电源
220 kV变压器
10 kV电容器
待融冰线路
三相接地短路
A A A A A Y Y A A
B B B B B
B B
C C C C
C C C
220 kV
110 kV a2a3b2b3c2c3
11 kV
图1 交流短路融冰原理图
2 短路融冰接线实例研究
2.1 覆冰情况分析
以2011年福泉市电网受冰灾影响为例，最大覆冰达到90 mm ，35 kV 牛谷线的覆冰达到160 mm 。

普遍覆冰在30 mm 至50 mm 之间，覆冰类型有全包围导线、半包围导线，特别是封口处凝结了大块的覆冰。

线路受损共计98条，其中35 kV 线路4条，10 kV 线路53条，低压线路41条。

2.2 交流短路融冰方案
短路融冰技术在融冰中主要采用下列两种方案：
（1）固定发动机融冰线路方案。

将融冰线路停运，把需要融冰的另外一端进行短接，融冰线路和发电机形成电气回路，逐渐启动发电机使电流缓慢增加，至导线可以承受的最大发热电流使导线上的冰雪融化。

如图2所示方案示意图。

LGJQ-400/82.27
LGJ-400/64.432
三相短路排
旁母
~~~
接地刀闸
图2 固定发电机融冰方案示意图
［摘 要］目前，国内外电网均缺乏大规模应用短路融冰电流装置的实践经验，存在着融冰工作效率低、理论计算与实际登杆操作不相符等问题。

文章基于福泉市电网对不同电压等级的输电线路的交流短路融冰提出了具体的接线方法，并从融冰系统的组成、控制系统的设计、短路搭接方式3个方面对交流短路融冰方案进行了优化分析。

［关键词］冰灾；短路融冰；接线方案；优化［中图分类号］TM76；TM63 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2018）05–0133–02
Research and Optimization Analysis of Short Circuit Current
Ice Melting Technology for Transmission Lines
Zhu Jing-xun ，Wang Mei-ling ，Zhao Dan
［Abstract ］at present, both domestic and foreign power grid lack the practical experience of large scale application of short circuit ice melting current equipment, and there are many problems, such as low efficiency of ice melting, theoretical calculation and actual operation. Based on Fuquan city power grid, a specific wiring method is proposed for AC short circuit ice melting of transmission lines with different voltage levels. The optimization of the AC short circuit ice melting scheme from three aspects: the composition of the ice melting system, the design of the control system and the short circuiting lap mode are also analyzed. ［Keywords ］ice disaster; short circuit ice melting; connection scheme; optimization 输电线路短路电流融冰技术方案研究
朱镜勋1，王美玲2，赵 丹3
（1.贵州电网有限责任公司，贵州贵阳 550000；2.中国电力企业联合会电力建设技术经济咨询中心，
北京 100053；3.华北电力大学（保定），河北保定 071000）
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134丨电力系统装备 2018.5
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电力系统装备
Electric Power System Equipment
（2）全电压冲击合闸方案。

在其他设备正常运行的状态下，将待融冰线路进行停运处理，将线路两相短路，通过控制断路器对短路线路进行全电压冲击合闸。

采用该方案操作简单，但是由于对系统的冲击较大，在无功备用不足的时可能会对系统的稳定性造成影响。

具体示意图如图3所示。

LGJQ-400/80220 kV
110 kV
220 kV
LGJ-400/70三相短路排
接地刀闸
图3 全电压冲击合闸融冰方案示意图
2.3 实例分析
（1）110 kV 交流短路融冰
通过10 kV 交流短路融冰方法对35 kV 线路进行融冰，线路长度在30 km 。

结合福泉市电网结构，可以分别对11条35 kV 线路进行交流短路融冰，保障35 kV 线路正常运行，缓解其线路覆冰情况。

采用这种方法的融冰线路较长，但是操作复杂，电网运行安全风险增大。

示意图如图4所示。

35 kV牛道线LGJ-95
牛场变-道坪变
10 kV备用九
12.72 kM 15.7 kM
8.9 kM 道坪变-谷龙变
谷龙变-牛场变
35 kV道谷线LGJ-120
35 kV牛谷线LGJ-120
图4 110 kV 方案融冰示意图
（2）3 kV 交流短路融冰
通过3 kV 交流短路融冰方式对10 kV 线路进行融冰，融冰线路长度在10 km 。

结合福泉市配网结构，可以分别对43条线路有选择地进行交流短路融冰，保证10 kV 主干线路正常运行，缓解10 kV 线路的覆冰情况。

采用此方法操作简单，但是配网线路短路点的选择较多，线路上开关和闭合均需要短接，增加融冰的工作量。

示意图如图5所示。

3121311101112#主变1#主变3111
00410043
10 kV道谷线
35 k V I 母
004010312311012
011
图5 3 kV 交流短路融冰方案示意图
（3）0.4 kV 和移动发电机交流短路融冰
通过0.4 kV 交流短路融冰方式对10 kV 线路进行融冰，融冰线路长度在2 km.结合福泉市配网结构，可以对10 kV 支线进行有选择性的交流短路融冰，保障10 kV 支线正常运行，缓解10 kV 支线覆冰情况。

采用这种方法可以对局部覆冰严重、不需要全段融冰、人工除冰不能开展的地域进行除冰，但是由于地域较小，融冰设备的运行较为困难。

（4）发电机零起升流交流短路融冰
通过对6 kV 水力发电机零起升流交流短路融冰方式对35 kV 和10 kV 线路进行融冰，融冰线路长度在20 km 。

结合福泉市电网结构，可以对水电站附近的35 kV 和10 kV 线路有选择性的进行零起升流短路融冰，保障线路正常运行，缓解线路覆冰的情况。

采用这种方法融冰线路较长，但是只能在发电机附近线路开展。

3 交流短路电流融冰的改进
传统的融冰方案会存在技术层面的缺陷，如缺乏灵活性；融冰预案复杂，操作次数多；融冰时间较长；以融冰为单一目标，对于其他影响因素的考虑较少；短路融冰消耗较多电量，电网结构异常的情况下，不利于电网安全。

以上这些原因会
导致融冰效果较差。

下面分别从融冰系统的组成、控制系统与保护系统的设计、短路搭接的方式，对交流融冰方式进行优化分析。

3.1 融冰系统的组成
交流融冰变压器包括保护装置、融冰变压器、控制系统、融冰母排、融冰断路器柜、融冰刀闸。

3.2 控制系统与保护系统的设计
在融冰的过程中，可以通过将融冰电流目标值输入进控制系统，通过控制系统完成实际的电流采样工作。

在经由变送器把采样的电流信号传送给系统控制柜。

将这个结果与目标电流进行比对分析。

如果发现并不符合要求，在自动调整35 kV 变压器的低压侧的电压调节器。

通过主板差动和后备保护来确定可以充分满足覆冰线路融冰所需要的融冰方式。

同时进一步的求解需要的定制，输入不同定制区域，通过这种方式满足融冰的不同使用要求。

3.3 融冰短路搭接
将设有专用融冰隔离开关的融冰母排装在系统侧面，再将一组短路接地装置装在线路的末端。

根据上述方式，可以对交流融冰变压器系统进行改进，利用固定式融冰变压器实现融冰，弥补短路融冰方式的不足。

4 结语
本文基于福泉市电网结构对不同电压等级的输电线路的接线方式进行了方案设计。

通过几次融冰实验，发现3 kV 交流短路融冰具有操作简单，见效快，可以广泛应用于10 kV 主干线及大分支线路，同时10 kV 交流短路融冰具有远距离融冰效果，因其道闸操作较为复杂，建议在35 kV 线路覆冰面广的情况下使用。

通过对交流短路电流融冰方案的改进可以有效降低场施工搭接的难度，努力扩大调节的范围、提高系统的兼容性，最终可以保证线路的安全供电。

覆冰线路的融冰方案的合理选择将对减少线路断线和倒杆具有重要的作用，以此保障线路的安全运行。

交流短路融冰可以通过现场直接接线操作，相比于其他的融冰方式，该方式具有一定的灵活性与可操作性。

参考文献
[1] 尹宇春.模块化预制仓式变电站在110 kV 配网中的应用[J].中国高新技术企业，2017（11）：80-81.[2] 李艳玲，张迅.110 kV 及以下输电线路交流短路融冰探讨[J].贵州电力技术，2014（5）：30-33.[3] 刘吉祥.矿区高压供电线路直流融冰技术[J].中国高新技术企业，2013（12）：133-135.。