變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法研究與應(yīng)用

鄧元實，宋靜文2，張 燃，薛志航

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，四川 成都 611133)

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變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法研究與應(yīng)用

鄧元實1，宋靜文2，張 燃1，薛志航1

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；2.國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，四川 成都 611133)

冬季配電網(wǎng)線路覆冰時，可以采用交流融冰的方法對線路全線進(jìn)行融冰作業(yè)。傳統(tǒng)交流融冰采用變電站內(nèi)10kV母線作為融冰電源，常出現(xiàn)由于線路阻抗不匹配，導(dǎo)致融冰電流小于最小融冰電流或大于線路最大融冰電流，從而無法進(jìn)行交流融冰的情況。提出了一種基于變壓器串聯(lián)的配電網(wǎng)線路交流融冰方法，作為傳統(tǒng)交流融冰方法的有效補(bǔ)充，提升了配電網(wǎng)線路交流融冰適用率。技術(shù)人員應(yīng)用該方法成功對10kV桃鐵線進(jìn)行現(xiàn)場融冰，取得了較好的工程應(yīng)用效果，可為類似的配電網(wǎng)線路交流融冰提供參考。

配電網(wǎng)線路；交流融冰；雙變壓器串聯(lián)

配電網(wǎng)線路交流短路融冰是在線路上設(shè)置短路點，形成短路故障，并將短路電流控制在最大允許融冰電流范圍內(nèi)，使導(dǎo)線發(fā)熱融冰。配電網(wǎng)線路交流融冰線路融冰電壓均取自變電站內(nèi)10 kV母線，融冰電源、線路阻抗均是定值。若線路阻抗不匹配，則可能無法進(jìn)行交流融冰，只能采用效率低且有一定風(fēng)險性的人工登塔敲冰方式除冰。

根據(jù)國網(wǎng)四川省電力科學(xué)研究院設(shè)備狀態(tài)評價中心統(tǒng)計，在四川電網(wǎng)有融冰需求的36條重要10 kV線路中，僅有3條線路可直接采用變電站內(nèi)10 kV母線作為交流融冰的電源開展交流融冰，余下的大部分線路由于阻抗不匹配無法融冰，交流融冰適用率很低[4]。國網(wǎng)湖南省電力公司對線路交流融冰在實際運(yùn)用中遇到阻抗匹配問題進(jìn)行了分析，提出了通過串接不同線路的方式提升交流融冰的適用率，但該方法需轉(zhuǎn)移大量負(fù)荷，操作繁瑣且電量消耗極大[1-3]。

下面提出的采用“變壓器串聯(lián)”方式融冰方法，無需轉(zhuǎn)移負(fù)荷，也無倒閘操作，作為傳統(tǒng)交流融冰方法的有效補(bǔ)充，可提升交流融冰適用率。

1 變壓器串聯(lián)交流融冰理論計算

1.1 變壓器串聯(lián)交流融冰原理

待融冰配電網(wǎng)線路的起始或終端35 kV變電站內(nèi)主變壓器高低壓側(cè)變比是35 kV/10.5 kV。采用變電站內(nèi)10 kV母線作為融冰電源，在線路中段或?qū)?cè)位置短接后，若融冰電流超過了線路最大融冰電流，則可嘗試采用變壓器串聯(lián)的融冰方法。

變壓器串聯(lián)方法的主要思想是降低融冰電源電壓，從而降低融冰電流。即準(zhǔn)備1臺35 kV備用主變并運(yùn)輸至站內(nèi)，備用主變壓器的35 kV側(cè)接入10 kV電源，二次側(cè)則輸出2.86 kV融冰電壓，如圖1所示。

圖1 變壓器串聯(lián)交流融冰原理圖

1.2 變壓器串聯(lián)交流融冰原則

利用配電網(wǎng)變壓器串聯(lián)的交流融冰方法主要在以下3個方面開展可行性分析：

1)采用2.86 kV作為融冰電源，融冰電流值處于最小融冰電流與最大融冰電流值之間，待融冰線路的覆冰段需在線路可融冰范圍內(nèi)；即要求

(1)

式中：U為融冰電壓；R+jX為線路單位阻抗；L為待融冰線路長度；R短為融冰電壓器二次側(cè)短路阻抗。

2)融冰變壓器的二次側(cè)最大通流值需大于線路交流融冰電流值。

3)站內(nèi)主變壓器承擔(dān)了全部功率負(fù)荷，站內(nèi)主變壓器的功率需滿足：

S主變≥S10kVⅠ母+S10kVⅡ母+S融冰[4]

(2)

若上述條件都滿足，則可采用配電網(wǎng)變壓器串聯(lián)的方法開展線路交流融冰。

以國網(wǎng)巴中供電公司10kV桃鐵線交流融冰為例就所提方法進(jìn)行可行性說明。

2 交流融冰可行性分析實例

10kV桃鐵線起于35kV桃園變電站，線路全長為8.06km，整條線路為單回?zé)o分支線路，導(dǎo)線型號為LGJ-50，線路阻抗為4.49+j3.19Ω。線路上掛接2臺配電變壓器。線路歷史覆冰厚度為10mm。

2.1 選擇融冰電源，計算融冰電流

根據(jù)式(1)，若采用變電站內(nèi)10kV母線作為融冰電源，則融冰電流為832.1A，大于該線路最大融冰電流491.7A，因此無法使用10kV母線進(jìn)行交流融冰。

根據(jù)已運(yùn)輸至變電站內(nèi)的融冰變壓器銘牌參數(shù)，計算得到R短為1.77Ω，利用式(1)計算得到：

(3)

融冰電流有效值為226A，大于LGJ-50導(dǎo)線的最小融冰電流值165.5A，小于最大融冰電流值491.7A，滿足要求。

2.2 核實融冰變壓器二次側(cè)通流能力

根據(jù)融冰變壓器銘牌參數(shù)可知該變壓器二次側(cè)最大通流為219.9A，小于計算的融冰電流226A。根據(jù)《電力變壓器》GB1094-2008的規(guī)定，油浸式變壓器變壓器過載30%可持續(xù)運(yùn)行120min，過載60%可持續(xù)運(yùn)行45min短時過載運(yùn)行。因此，融冰變壓器二次側(cè)通流能力也滿足要求。

2.3 校核融冰變壓器功率

通過上述分析，證明可以采用變壓器串聯(lián)的方法對10kV桃鐵線進(jìn)行全線交流融冰。

3 變壓器串聯(lián)交流融冰工程應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備工作

融冰前的準(zhǔn)備工作主要內(nèi)容如下：

1)現(xiàn)場查勘。選擇合適的融冰電源間隔，確定融冰變壓器擺放位置。要求選擇的融冰電源間隔要能盡量減小站內(nèi)連線改動，間隔的TA量程需大于融冰電流值。

在此次融冰工作中，融冰變壓器高壓側(cè)電流約61.4A。10kV桃電線出線TA變比為150/5，滿足融冰電流條件。故選擇10kV桃電線出線間隔作為融冰電源間隔。

2)準(zhǔn)備連接電纜。確定10kV間隔到融冰變壓器、融冰變壓器到線路第一桿的電纜長度，并提前準(zhǔn)備電纜并制作電纜接頭。

此次，準(zhǔn)備了一根截面積50mm2、長度約50m的交聯(lián)聚乙烯電纜和一根型號為VJV22-3×300/10，長度約為134m的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。

3)調(diào)整線路保護(hù)整定值。融冰時，線路為短路故障運(yùn)行，原有線路保護(hù)整定值就不適用了。為了既能滿足合閘瞬間融冰電流沖擊峰值時保護(hù)不動作，又能在融冰過程中保護(hù)融冰變壓器不嚴(yán)重過載，需要調(diào)整線路保護(hù)整定值。融冰時，保護(hù)只需投入過流保護(hù)，零序保護(hù)、減載、重合閘等保護(hù)可退出。

此次，設(shè)定過流一段保護(hù)整定值為2.4A，確保了融冰變壓器一次側(cè)電流最高不超過72A，二次側(cè)最高不超過239.76A。

圖2 10 kV桃鐵線交流融冰接線簡圖

4)進(jìn)行全線巡視。此次融冰范圍為10kV桃鐵線01號桿至54號桿，線路全長約8.06km，線路跨越公路14次，跨越溪流5次，檔距超過200m的有20檔，最大檔距達(dá)620m。需安排對10kV桃鐵線進(jìn)行全線巡視，此次排除安全隱患3處。融冰時，設(shè)立監(jiān)控點7個，實時監(jiān)測導(dǎo)線弧垂與溫升。

5)聯(lián)系地調(diào)，確定線路停電時間。

3.2 現(xiàn)場融冰

基于變壓器串聯(lián)方法的10kV桃鐵線全線交流融冰接線簡圖如圖2所示。

2014年11月27日下午3：15，在所有準(zhǔn)備工作完成無誤后，合上10kV桃電線852開關(guān)，約252A交流融冰電流經(jīng)過連接電纜注入到10kV桃鐵線。隨著線路溫度升高，融冰電流略有減小，并最終穩(wěn)定在245A。線路從初始溫度6℃上升到21℃后達(dá)到熱平衡，基本保持穩(wěn)定。交流融冰工作共持續(xù)0.5h，融冰變壓器運(yùn)行正常，變壓器油溫在融冰過程中無變化，線路溫升約15℃，整個融冰過程安全可控。

桃鐵線A相融冰電流與融冰溫升如表1和圖3所示。

表1 桃鐵線A相融冰電流

圖3 10 kV桃鐵線A相導(dǎo)線溫升曲線

4 結(jié) 語

基于變壓器串聯(lián)方法的配電網(wǎng)線路交流融冰作為傳統(tǒng)交流融冰的有效補(bǔ)充，提升了配電網(wǎng)線路交流融冰適用率，保障了配電網(wǎng)線路覆冰季節(jié)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過本次融冰工作，總結(jié)了如下經(jīng)驗供線路運(yùn)維人員融冰時參考。

表2 傳統(tǒng)交流融冰方法適用的導(dǎo)線參數(shù)和可融冰線路長度范圍

表3 變壓器串聯(lián)方法配電網(wǎng)線路交流融冰快速可行性分析參考

(注：表格參數(shù)是在環(huán)境溫度-5℃、導(dǎo)線覆冰層溫度0℃、環(huán)境風(fēng)速5m/s、線路覆冰厚度10mm條件下計算的。)1)表2為采用傳統(tǒng)交流融冰方法下配網(wǎng)線路融冰長度范圍與融冰需要的最小功率，表3為采用變壓器串聯(lián)方法進(jìn)行配電網(wǎng)線路交流融冰時計算的不同導(dǎo)線的融冰范圍及最小容量，可供線路運(yùn)維人員對線路交流融冰電源及融冰長度進(jìn)行快速判斷。

2)采用所提方法融冰時，建議盡量選用有載調(diào)壓變壓器作為融冰變壓器。因為采用有載調(diào)壓變壓器，則可在融冰開始之前將其高壓側(cè)分接開關(guān)調(diào)整至最大，這樣在高壓側(cè)施加10 kV電壓時，其二次側(cè)電壓小于2.86 kV，可以降低起始融冰電流。在融冰過程中，操作人員可根據(jù)實際融冰電流大小調(diào)整分接開關(guān)。這樣融冰比較安全，同時能夠一定程度緩解變壓器二次側(cè)電流過載。

3)更改線路保護(hù)定值時，建議把一段保護(hù)定值設(shè)定為計算短路融冰電流值的1.25倍。該值滿足了合閘瞬間融冰電流沖擊峰值時保護(hù)不動作，又能在融冰過程中保護(hù)融冰變壓器不嚴(yán)重過載。

4)融冰變壓器的阻抗電阻和待融冰線路參數(shù)(線路正序阻抗值)盡量實測，避免因為線路實際長度可能與臺賬不符，或變壓器實際短路阻抗與銘牌值不符，導(dǎo)致融冰電流計算不準(zhǔn)確。

[1] 陸佳政，李波，張紅先，等. 新型交直流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3(4)：77-79.

[2] 雷洪才，陸家政，李波，等.可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)償式交流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應(yīng)用[J].湖南電力，2009，29(5)：28-29.

[3] 朱遠(yuǎn)，周秀東，李波，等.配網(wǎng)交流融冰仿真分析及工程應(yīng)用研究[J].湖南電力，2015，35(6)：32-34.

[4] 李宏力，朱鏡勛. 35kV交流融冰變壓器的改造方案[J]. 貴州電力技術(shù), 2011，14(7)：58-59.

When the distribution network lines are iced in winter, the AC ice-melting method is usually adopted. 10 kV bus in substation is selected as the power supply of AC ice-melting in the traditional AC ice-melting, but it has some restrictions because of the incompatible line impedance. A new AC ice-melting method using double transformers in series is proposed. As an effective supplement, it can improve the applicability of AC ice-melting. AC ice-melting in 10 kV Taotie line has been successfully completed with the proposed method, which obtains a good application effect. It can provide a reference for the similar distribution network line when AC ice-melting is needed.

distribution network lines; AC ice-melting; double transformers in series

TM726 <文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-6954(2016)06-0029-03文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a

1003-6954(2016)06-0029-03

A 文章編號：1003-6954(2016)06-0029-03

2016-09-21)

鄧元實(1985)，碩士研究生，主要從事線路抗冰防冰研究、線路專業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理。