输电线路柔性直流融冰技术研究

【前言】输电线路柔性直流融冰技术研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1）输电线路直流融冰情况。直流融冰基础主要是利用直流电传输过程中所产生的热能来完成线路除冰，当产生的温度或者周围的环境温度高于零度时，就能够清除覆冰； 2）在利用物理模型来分析覆冰情况时，导线会被冰层所覆盖。输电线路一般为三相220kv，通过对单条导线的分...

摘 要 本文主要根据电网中经常用到的直流融冰技术提出了柔性直流融冰技术。通过对输电线路结冰等效模型以及在融冰过程中产生的热交换过程进行研究，计算出了220kv输电线路在融冰过程中所需要的保线电流和这一过程中的最大电流值。通过以上设计了全控直流融冰装置机器，通过对该机器进行试验可以看出，这台融冰装置能够柔性调节直流输出电压，在融冰过程中测得的网侧谐波含量仅有3.16%。

关键词 输电线路；柔性；直流；融冰；技术

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0197-02

当电网导线出现覆冰现象以后，会造成线路电缆的弯曲，严重的有可能导致线路断裂或者倒塔，在覆冰阶段，导线会在线夹中出现滑动现象，并造成线夹处导线外层的断裂和钢芯的移位。覆冰情况还会造成闪络事故，所以针对电力系统线路，必须要加强融冰技术的研究，这样才能保证电网运行的安全性。

1 高压输电线路直流融冰电流

1）输电线路直流融冰情况。直流融冰基础主要是利用直流电传输过程中所产生的热能来完成线路除冰，当产生的温度或者周围的环境温度高于零度时，就能够清除覆冰；

2）在利用物理模型来分析覆冰情况时，导线会被冰层所覆盖。输电线路一般为三相220kv，通过对单条导线的分析可以了解到其所具有的结构。如果将线路的焦耳热定义为QⅠ，在覆冰过程中导线和冰层对外辐射以及耗损的热量假设为QⅡ，就能够得出QⅠ=I2rR0Lt。其中Ir主要表示线路通过电流时的平均值；L表示的是导线的实际长度；R0表示的是线路单位直流电阻值；t表示的是融冰所需要的时间。如果将r值确定为导线半径，并规定导线温度为θx，线路冰面的温度为θi，线路周围环境的温度为θe，基准线和任意点M所形成的角度为α，该点和导线之间所产生的交换热量就可以表示为Q1=R（θx-θi）。此时M和外界形成的交换热量可以表示为QⅡ=hl（θi-θe）。通过以上内容的分析可以得出，当覆冰开始融化以后，也就是QⅠ>QⅡ时，QⅢ所表示的是融冰过程中冰能够吸收的热量和增加的热度值，进而得出QⅢ=QⅠ-QⅡ。在QⅢ不断增加的情况下，覆冰能够进行热量的吸收，并出现液化的现象，进而完成脱冰过程。除此之外，输电线路融冰还会受到冰层厚度、风速以及冰层的分布情况影响；

3）直流融冰电流计算。在计算直流融冰电流时，需要以220kv的高压输电线路为研究对象，并选择50km长度的线路进行融冰试验，该线路的半径约为0.0599，线路覆冰的厚度大约在0.01m左右，线路融冰前的温度在-5℃，需要融冰的时间为1h；

4）最大电流值。根据融化线路中所有覆冰所需要的能量来看，计算融冰过程中的电流值可以看作是计算最大值。输电线路的截面可以看作圆形，导线和覆冰的相关参数与上述内容相同，由此可计算出导线覆冰的体积为V=π（（l-r）?+2（l-r）r）L。在融冰过程中，温度在冰点阶段所需要的热量为Q1，在液化阶段所需要的热量为Q2，导线在吸收温度后升温的热量为Q3，0℃的冰转化为水所需要的温度为Q2=KioiVi。之后再计算出冰在融化以后所吸收的热量值，根据能量守恒定律，就能够得出导线的融冰电流。

2 试验直流融冰装置

1）本文通过对高压输电线路直流融冰电流以及直流融冰装置的分析，研制了符合本设计参数数值的直流融冰装置。该装置总共有6个功率单元级，并组成整流融冰电源，装置一次侧电源能够输入的电流为35kv，在经过多绕组变电器以后，能够对每组的功率单元进行研究，单元之间需要进行电流输入的部分，需要使用变压器进行电流隔离，直流斩波部分需要利用母线进行串联，上下模块之间进行连接，就形成了柔性直流融冰电源。其中每个功率单元的实际输出值和输入值分别为850v和900A，脉冲整流电路中主要使用2400A/1700V等级，如果功率单元级联，就能够保证输出电流为900A；

2）为了检验该直流融冰装置样机的使用性能，决定以220kv电网为例进行试验验证。该样机的硬件主要采用DSP+FPGA平台，软件使用斩波输入错相和瞬时电流进行控制。通过对功率单元交流电流和电压波形的分析可以了解到，功率单元直流侧输出斩波电压的频率可以达到300Hz，在20ms以内，6个功率单元的变化导致输出电压增加。功率单元交流侧输入电流的值为890A，产生的波形与正弦波相类似，具有较低的谐波含量，仅此不会对电网产生过大的影响。当输出电流电压为5000V时，可以利用高压探头进行测量。通过波形分析能够了解到，输出电压主要是由单个模块进行叠加而产生的，并且具有较为稳定的波形，其一个脉冲周期中的脉波频率为单个单元的6倍。通过观察融冰装置中的输入电流可以了解到，其输出的平均值基本为900A，并且电流处于连续输出和较为稳定的状态。在利用分析仪来测定功率时，能够测得融冰功率为4.8MVA，35kv侧电流大约为80A，35kv高压交流侧的谐波含量约为3.16%左右，网侧功率因数大约为0.985，这些数据都符合相关标准的要求。在融冰过程中输出的电流能够经过IGBT控制增加至额定值，并且具有较广的输出范围，网络谐波含量较低。通过对融冰前后线路覆冰效果的分析可以了解到，在融冰以后，线路上的覆冰慢慢开始溶解，在20min以后开始进行脱冰，并且能够取得较好的融冰效果。在该装置使用1h以后，能够使50km的覆冰线路上的积雪都得到融化。

3 结论

通过对新型柔性直流融冰技术的分析试验可以得出，这种新型装置的主电路拓扑需要的电容量较小，能够节省额外的功补装置，进而缩小了设备的实际体积。该装置能够柔性调节输出电压，有较强的负载适应性，同时利用调节斩波的方式来适应电流变化的需求。融冰能够在较大范围内进行电流输出，融冰效果极佳，适合在工程中使用，同时也可以用作移动式车载设备或抢险电源。

参考文献

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