矿区高压供电线路直流融冰技术

摘要：文章针对东源镇雄煤业高压供电线路冬季覆冰的情况，提出了矿区线路直流融冰方式，并根据线路参数，对直流融冰装置参数的确定进行了较详细的分析计算。

关键词：高压供电线路；直流融冰装置；融冰电流；冬季覆冰

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0133-03

1 概述

云南东源镇雄煤业有限公司地处云贵高原腹部的乌蒙山区，矿区地表为崇山峻岭的高山，该区具有较为典型的高原山区气候特征，雨雾时间长，日照时间短。冬季最低气温-11.9℃，每年有3～4个月的冰冻期，矿区35/10kV架空线路在设计时就充分考虑覆冰的因素，35kV架空线路选用220kV用铁塔，10kV线路选用110kV用铁塔，线路总长39.51km，该工程从2007年4月开始建设，2008年10月全部投运。截止到目前，因冰雪自然灾害，造成铁塔倒塌3次，报废4基铁塔，直接经济损失105万元，线路停运113天。鉴于上述情况，综合镇雄的气候特点，为保证矿区线路运行的安全性、可靠性，保证煤矿的安全生产，着手在东源镇雄煤业35kV变电站内装设一套供电线路直流融冰

装置。

2 矿区地面高压供电系统简介

东源镇雄煤业矿区35/10kV变电站位于公司长岭煤矿工业广场内，主变压器容量为2×20000kVA，负责向朱家湾、长岭、塘房三对煤矿供电。变电站的进线电源为双回路供电，一回路引自110kV乌峰变电站，导线选用LGJ-3×300，线路长10.3km，二回路引自220kV芒部变电站，导线选用LGJ-3×300，线路长14.8km。变电站对三对煤矿供电均为双回路供电，长岭煤矿的供电为电缆线路，塘房煤矿为在建项目，只有朱家湾煤矿为已建成的10kV架空线路，其中Ⅰ回导线选用LGJ-3×185，线路全长7.3km，Ⅱ回导线选用LGJ-3×185，线路全长7.2km。

3 架空线路直流融冰原理

直流融冰原理就是利用直流电源发生装置将来自电力系统的交流电能转换为直流电能，并将直流电流加在待融冰线路上，以形成回路的架空线路导线电阻为负载，使导线发热，线路覆冰发生融化脱落的现象，达到架空线路除冰的目的。为避免不对称融冰，破坏铁塔线路的受力平衡，发生扭塔事故，融冰时应首先对线路的两个边线进行融冰。

4 线路参数

5 直流融冰装置参数确定

融冰方式选择：采用图1融冰方式。设定15mm冰冻，设定完全融化时间30min一次。

说明：该方式每次对三相交流线路的两相导线进行融冰。对端三相短接，本端一相与融冰装置直流电压的正极相连，另一相与融冰装置直流电压的负极相连。

融冰装置主回路接线采用图2方式：

融冰装置主回路由整流变压器、大功率三相全桥可控整流电路及输入、输出开关等元件构成；采用整流变压器，不仅可以减少融冰装置的无功消耗，降低融冰装置注入系统的谐波电流，还能减少融冰装置中的晶闸管元件数，降低成套设备的故障率。

5.1 融冰电流的计算

5.1.1 融冰电流分融冰电流、保线电流以及最大允许电流作为设计装置直流融冰方案的基础，线路导线的融冰电流、保线电流以及最大允许电流应首先被确定。下面分别对这三个概念做简单介绍：

导线融冰电流——使导线上覆冰融化的电流。

保线电流——保持导线温度在冰点以上使导线不覆冰所需最小电流。

导体最大允许电流——在融冰的短时间内（最长几小时）允许导线达到的最高温度（90℃）所通过的电流。

直流融冰方案设计的基本原则：在融冰阶段，使覆冰线路的通过电流大于融冰电流同时小于最大允许电流，并兼顾融冰线路串接设备的流通能力。

常见线路融冰电流计算公式如下：

表2计算了几种常用架空导线在环境温度为-5℃、风速5m/s、15mm覆冰的外界条件下的融冰电流、保线电流以及最大允许电流。

根据表1线路参数及表2几种常用架空导线的融冰电流，表3列出了图1融冰连接方式下对应的线路负载电阻及融冰电流。

由表3计算结果可知，东源镇雄煤业35/10kV架空线路所需融冰各条交流线路融冰电流最大为795.7A，因此选取800A作为整流器额定电流可以满足35/10kV架空线路直流融冰的要求。

5.1.2 导线安全电流分析。根据表4可以看出融冰装置额定电流在融冰过程中最大融冰电流均远小于导线热稳定电流，同时配合装置本身的过电流保护措施完全满足融冰过程中导线的安全水平，不会发生线路温度过高被烧毁的情况。

5.2 融冰装置电压及容量的确定

在一定的环境条件下，直流融冰所需要的整流器容量取决于需要融冰线路的导线截面及导线长度，融冰容量与导线长度有线性关系。

根据欧姆定律，以表3东源镇雄煤业35/10kV架空线路负载电阻及融冰电流，选最大电流及负载电阻进行计算：

融冰所需直流电压为：Udc=I×R=795.7×2.8534=2.27kV

融冰有功功率为：P=Udc×I=1.81MW

按照表3的线路负载电阻及融冰电流分别计算导线融冰电压如表5所示。

由表5计算结果可知所需融冰的各条交流线路融冰电压均小于2.27kV，因此选2.3kV作为融冰装置的额定直流电压可以满足东源镇雄煤业35/10kV架空线路直流融冰的要求。

通过前面的计算可知，东源镇雄煤业35/10kV架空线路所需最大融冰容量为1.81MW。考虑一定裕量选取2MW作为额定容量满足东源镇雄煤业35kV变电站直流融冰的要求。

5.3 整流变压器参数的确定

整流变的额定容量应不小于直流融冰装置的额定容量。根据额定容量的优先值，因此整流变可考虑设置为1台三相双绕组变压器，变压器额定容量为：3MVA。

融冰装置直流电压和交流电压有如下关系：

Udc=1.35UNcosα

式中：

Udc——直流侧电压（2.3kV）

UN——交流侧额定电压

α——晶闸管触发角

当晶闸管在0°触发时，直流电压具有最大值Udi，称为理想空载直流电压，其数值不应小于融冰装置额定直流电压。通常晶闸管额定触发角取15°，据此可确定：

考虑一定裕量，将整流电路交流额定电压选为2kV。故变压器变比为10.5kV/2kV。根据整流变压器额定容量和阀侧交流额定电压可计算其阀侧额定电流为：

根据上述理论计算结果，结合站内实际情况，设计的直流融冰阀组参数为：

晶闸管型号选择KPB800-6500型，每相串联3只，每相共6只表，阀组共计18只晶闸管；整流变压器参数为：三相油浸自冷式整流变压器，容量3.0MVA，一次侧额定电压10.5kV，额定电压比10.5/2kV，二次侧额定电流866A，绕组连接组别D/y11。

6 融冰装置建设项目的实施

东源镇雄公司根据上述融冰装置计算参数，编制了设备采购计划，于2012年12月参与了设备招议标工作，并与设备中标单位对直流融冰装置整流器部分的控制、保护、冷却系统的功能要求签订了技术协议，现设备已采购到位进入安装阶段，到2013年12月份融冰装置可投入运行。

7 结语

云南东源镇雄煤业有限公司矿区供电系统经过35/10kV架空线路直流融冰装置的建设完善，将提高矿区供电线路在冬季覆冰时的可靠运行，对保障煤矿的安全生产有重要意义。

参考文献

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[2] 国家电网公司企业标准.直流融冰装置技术导则（Q/GDW635-2011）[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3] 李先允，姜宁秋.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[4] 曲学基，等.电力电子整流技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者简介：刘吉祥（1972—），男（彝族），云南宣威人，云南东源镇雄煤业有限公司生产技术部工程师，研究方向：企业机电系统管理及改扩建。