电站孤岛直流融冰装置技术简介

电站孤岛直流融冰装置是将发电机孤岛运行的输出电源经整流后对输电线路施加直流电压并在输电线路末端进行短路，使导线发热从而对输电线路进行融冰。

系统原理

1. 引言

输电线路在冬季覆冰是电力系统的重大自然灾害。因覆冰引起的供电中断，甚至电网解列等事故后果极为严重，且修复工作难度大、周期长。2008年冰灾给我国造成了很大的经济损失，此后我国研究人员开始大量的进行直流融冰装置的研发，成功研制出自主知识产权的大功率直流融冰装置，包括带专用整流变压器、不带专用整流变压器、车载移动式等多种融冰形式。但现有发明无一例外是由大电网充当电源，系统容量大、稳定性高，如2011年11月23日公开的专利号：CN 102255273A，此发明专利提出了一种基于不可控整流的直流融冰方式，使用电网供电，没有考虑谐波电流对电网的影响，且直流电流不可调，不能应对多条线路融冰的场合，且不适用于孤岛融冰情况。

发电机孤岛运行时，因受谐波电流的影响，发电机带负载能力严重下降，且由于调速系统的静态工频特性，系统频率也有所偏差。电站孤岛运行直流融冰装置根据发电机孤岛运行时的特征，综合考虑了经济性和融冰效果，是一种性价比高的直流融冰装置。

2. 系统结构及原理

电站孤岛直流融冰装置的结构示意图如图1所示：

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图1 电站孤岛直流融冰装置结构图

电站孤岛直流融冰装置主要由整流变压器、电抗器、6脉波可控硅整流桥、线路切换柜、LC无源滤波器及保护测量控制系统组成。电源由发电机提供，发电机、融冰装置及融冰线路组成一个小型孤网，整流装置将三相交流电变为直流，然后供给线路，通过电流热效应来融化线路覆冰。整流装置采用电流闭环控制方式，通过调节晶闸管导通角来调节融冰电流，并可按程序自动改变融冰电流。

由于整流装置采取6脉波可控硅整流，将会产生6N1次的谐波，谐波流入发电机内部将会影响发电机内部磁场，使电磁转矩波动，带负载能力大大减小。通过LC无源滤波器进行滤波，可以减小流入发电机组的谐波电流，使发电机的出力最大。

孤网融冰技术对滤波器进行了特殊设计：通过分析发电机组功率-频率特性，如图2所示，得出发电机带额定融冰负载时系统频率，再根据此频率确定滤波器参数。

图2 发电机功率-频率静态特性.jpg

图2 发电机功率-频率静态特性

3. 融冰方式

电站孤岛直流融冰技术中，对不同线路的融冰，采用了成本最优的整流装置供电结构，整流装置可分别通过整流变压器和电抗器供电：融冰电流大、所需功率高的场合直接使用电抗器供电；融冰负载较小时通过整流变压器供电，将整流装置导通角控制在合适范围，减小谐波。

在线路负载方面，不同线路选取不同短接方式，线路短接方式如图3和图4所示。当线路所需融冰电流较大时选择1进2回线路短接方式，降低融冰功率，保证系统稳定；当所需融冰电流较小时采取1进1回线路短接方式，同时对两相线路融冰提高效率。

以下对两种融冰线路短接方式进行详细的说明。

(1) 1进2回方式

线路所需融冰电流较大时，融冰功率较大，对于此类线路，选择1进2回线路短接方式，降低线路电阻，分三次对线路融冰，以U相为例，开关K1、K3、K4闭合，K2断开，短接示意图如图3所示。同时，融冰电流大时，直流电压较大，直接通过电抗器向整流装置供电，使整流装置导通角在恰当范围内降低谐波。融冰时，整流装置采取电流闭环控制，使用PID调节器，且可根据已有程序自动将直流电流逐步调节至所需融冰电流，缓解调速器调节压力，保证系统频率波动相对较小，滤波器在孤岛运行中仍能起到很好的效果，保证流入发电机的谐波在电机的允许范围内。同样融冰结束时，也由程序将融冰电流逐步降低为零，减小频率波动，提高系统稳定性。

图3 融冰线路1进2回短接示意图.jpg

图3 融冰线路1进2回短接示意图

(2) 1进1回方式

对于融冰电流较小的输电线路，所需的融冰功率较小，采取整流变压器的方式先将发电机输出的电压降到合适的等级，然后向整流装置供电，使导通角在合适范围。对于此类线路，采用1进1回线路短接方式，以U、V两相为例，开关K1、K3闭合，K2、K4断开，一次融化两相线路的覆冰，提高融冰效率，节约成本，短接示意图如图4所示。同时先采用1进1回方式进行融冰，然后再采用1进2回融冰方式，此时已融线路电流为该融冰电流的一半，有利于对已融线路的保护，减少再次覆冰。整流装置采取电流闭环控制，使用PID调节器，融冰电流增加和融冰完成后电流减小采取程序自动控制方式，逐步减少或增加，节约人工成本，同时防止原动力调速系统超调太大，系统频率波动过高。

图4 融冰线路1进1回短接示意图.jpg