配网交流融冰方式的应用探讨

邓旭

广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 512026

摘要：粤北地区位于南岭山脉，受地形影响造就其配网结构呈现分布面广、支线众多、线型复杂的特点，架空线路多经过容易覆冰的高寒山区，其供电可靠性尤为重要。一旦因线路覆冰造成倒杆断线，将严重影响人民的正常生产和生活用电，是冰灾防治工作的难点区域。本文比较当前交直流融冰方式的优劣，提出一种易于实现、成本较低，适用于小范围配网的融冰的方法，对融冰电流进行计算分析，并通过选点融冰试验，证实这种方法的实用性。

关键词： 配网结构；交流融冰装置；融冰电流

每年寒冬季节，粤北高寒山区电网线路都不同程度地遭受雨雪的冰冻灾害的影响，造成了不少损失，尤其是2008年年初那场冰灾，由于影响范围广，持续时间长，使得电网系统遭受了史无前例、极其严重的破坏。不少杆塔线路承受不起厚重的覆冰，纷纷发生倒杆断线，灾后重建工作更是耗费大量人力物力。

目前电力系统抗冰技术以电流融冰为主，融冰研究的重点集中在主网，对配网系统融冰的研究较少。配网线路点多面广，所处地形和气候条件恶劣，现有的电流融冰技术很难全方位应用于配网抗冰，不少地方的配网抗冰还是以人工除冰为主，效率低、安全隐患大^[1]。

针对上述问题，文中通过比较交直流融冰的特点，提出了一种用于配网融冰的固定式交流融冰方法，以完善充实当前融冰方式。

1 配网线路交直流融冰比较分析

当前配网线路融冰方式主要分为交直流融冰两大类别，直流融冰细分为固定式直流融冰装置、车载式直流融冰装置、便携式直流融冰装置；交流融冰分为固定式融冰变压器、发电车交流短路融冰。其中固定式直流融冰装置操作便捷、融冰能力强，融冰范围可调^[1]，劣势是投资大，占地多，不适宜配网操作；车载式直流融冰装置融冰范围可调，劣势是装置不稳定，准备工作耗时，谐波大，需要10kV电源；便携式直流融冰装置操作方便、灵活，不受电源限制，劣势是融冰范围小于400米；固定式融冰变压器是具有融冰能力强，融冰线路长度分级可调，可以用于多条线路融冰，劣势是投资大，占地多；发电车交流短路融冰操作方便、灵活，不受电源限制，劣势是融冰线路长度固定，不适宜车辆无法到达的地区。综合上述配网融冰应以交流融冰方式为主，但是两种交流融冰的方式都存在明显的弊端，如果取长补短，介于两者之间的融冰方式将是未来的主流。

2 配电变压器交流短路融冰

2.1 融冰方式简介

配电变压器交流短路融冰方法就是因地制宜、就地取材利用10kV主干线路（或支线）串接10kV/400V的配电变压器，为融冰线路提供400V的融冰电压，在线路末端进行三相短路，如图1所示。

图1 配电变压器交流短路融冰原理

这种方式需要通过配变容量、线型以及融冰电流大小来确定融冰的线路长度，并在前期做适当的配网改造，在设定位置安装开关、刀闸^[2]，其结构如图2、图3所示。在达到启动条件后对线路停电并在融冰线路末端进行三相短接，合上固定式融冰装置开关及刀闸，即可实施交流融冰。

图2 融冰变压器台架示意图

图3 短路点刀闸安装示意图

2.2短路点确定

10kV配变将10kV架空线路降压，由系统提供的电源可视为无穷大，短路阻抗视为零，融冰线段的短路电流由所融线路的长度（阻抗）决定。选取配网较为常见的线径为LGJ-50架空线路以及配变容量为100kVA进行计算^[3]。

配变容量为100kVA的额定电流为

线径为LGJ-50架空线路热稳定限流值查得为182.75A。

根据两者这比，确定最高短路电流不超过144.3A为宜，将短路电流代入短路点计算公式，可得距离短路点的长度。

短路点计算长度为

—变压器低压侧额定电压; —单位长度线路阻抗值^[4]（注：线径为LGJ-50架空线路每公里阻抗值按经验选择为0.7379Ω/km。）

3.实际案例计算校核

以110kV大桥站10kV三元线为例，由10kV红云新村公用台变供电，通过架设低压导线在三元线#84杆接入380V电源，在三元线#107杆短接，采用低压电源对中压线路进行升温的方法融冰。#1-#82杆为LGJ-120线路，#84-#107杆LGJ-50线路，10kV红云新村公用台变额定容量为200kVA；在试验前仅对电网做了简单的改造，分别增设了一台低压融冰开关、一把电源刀闸以及一把短路刀闸。

图4 三元线#84杆-#107杆线路融冰示意图

3.1短路电流计算

依据2.2可算出#107杆处短路电流

其中，每两基杆段线路长度按经验平均值80米/杆计算。

3.2短路电流校核

110kV大桥站10kV母线三相短路电流为 =10784A，系统阻抗为

10kV红云新村公用台变额定容量为200kVA，变压器阻抗为

按平均值80米/杆、线径为LGJ-50架空线路每公里经验阻抗为0.7379Ω/km、线径为LGJ-120架空线路每公里经验阻抗为0.408Ω/km计算^[5]，线路阻抗为

LGJ-120线路阻抗

LGJ-50线路折算一次侧阻抗

10kV侧短路电流为

400V侧短路电流为

上述短路电流校核误差不大，计算结果未超出融冰线径、配变的继电保护整定值及允许容量的限额，可以得出短路点安装位置选点应该没有问题。

3.3融冰试验

向配调申请将110kV大桥站F12 10kV三元线#83杆83T1开关至#108杆108T1开关段线路由运行转冷备用后，合上#107杆107T01刀闸（短接刀闸）、#84杆84T01融冰刀闸（融冰电源刀闸）后合上110kV大桥站F12 10kV三元线红云新村公用台变低压侧低压融冰开关。由各组融冰观测人员定时监测导线温度变化并记录线路温度、冰厚和弧垂变化，在三元线红云新村公用台变计量装置观测点监测并记录输出电流。由于试验当天环境温度只有2℃，线路没有覆冰，只记录了温度、电流两项数据。试验开始时间为10:30，试验测试数据见表1。从导线测试温度情况来看，前2min线路温升较快，2-6min均匀上升，在第6min温升不明显，如果真正覆冰，温升则肯定会更慢,因此可知温度是可控的且融冰是有效的。

表1 融冰期间导线温度变化情况

4、结论

配电变压器交流短路融冰方式最大优点是成本低，只需在覆冰地段通过简单的计算选取合适区间线段，通过事前简易改造就可易于实现，不仅可以应对车载式或便携式交直流设备无法到达区域，而且通过未雨绸缪、提前技改便可有效应对面广点多的冰冻灾害，提升配网应对冰雪灾害的能力，确保电网稳定运行，具有重要的推广意义。

参考文献：

[1]朱远,周秀冬,李波,谭艳军,朱思国.配网交流融冰仿真分析及工程应用研究[J].湖南电力,2015,35(06):32-34.

[2]杨芳,侯宇凝. 交流融冰方法在粤北山区的应用研究[J]. 通信电源技术,2020,37(01):13-17.

[3]曹清华,陈松平,李亚涛. 山区配网线路的防冻融冰措施[J]. 大众用电,2019,34(02):35-36.

[4]曹军,邓元实. 四川电网配电网交流融冰方法应用研究[J]. 四川电力技术,2017,40(04):59-60+73.

[5]宫衍圣. 高速铁路接触网交流防(融)冰技术应用及发展[A]. 中国铁道学会.高寒地区高速铁路技术研讨会论文集[C].中国铁道学会:,2017:4.