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北京交通大学毕业设计（论文）版权使用授权书《电力系统分析》电力系统防冰融冰对策的专题研究学院:授课时间:专业与班级:小组成员姓名（学号）:任课教师:提交日期:10《电力系统分析》专题研究报告 摘要摘要摘要：冰灾是供电系统在遭遇的各种自然灾害中最严重的威胁之一，当严重冰灾持续来袭时，输电线路有时会出现覆冰现象受大气候、微地形、微气象条件的影响，并且发生冰害事故时往往天气恶劣、冰雪封山使得交通受阻、通信中断、抢修十分困难，因而经常造成系统长时间停电，给人民生活带来不便，甚至带来较大的经济损失本文在国内外学者研究的基础上，对现阶段及理想或试验阶段中的防冰融冰技术的原理、优缺点进行分析研究，主要从热力融冰方面展开，介绍了过电流融冰法、交流融冰法、直流融冰法等几种目前应用较为广泛的融冰技术同时，本文也涉及了几种现行的价格较为低廉但应用局限的融冰技术，以及一些尚在试验阶段的新型技术关键词：电力系统；防冰融冰；热力融冰法；新型融冰技术《电力系统分析》专题研究报告 目录目录摘要 II目录 III1 专题研究的背景与意义 12 现阶段主要的防冰融冰技术 22.1 过电流融冰法 22.1.1 基于移相器的带负荷融冰法 22.1.2 用自耦式变压器对特殊结构的多分裂导线进行融冰法 32.2 交流融冰法 32.2.1 发电机带融冰线路方案 32.2.2 全电压冲击合闸方案 42.3 直流融冰法 42.3.1 采用发电机电源整流的直流融冰方案 42.3.2 变流电源融冰方案 52.4 机械除冰法 62.4.1 滑轮辗压铲刮法 62.4.2 “ad hoc”法 62.4.3 强力振动法 62.5 被动除冰法 73 新型的防冰融冰技术 83.1 激光热力融冰法 83.2 LC磁热线融冰法 83.3 电磁脉冲的机械除冰法 84 结论 9参考文献 10《电力系统分析》专题研究报告 正文1 专题研究的背景与意义随着时代的不断发展，我国科技已经进入到高速发展的重要阶段。

其中电力是大部分产业所必须能源而电力的输送主要是通过各种线路进行，但是由于地理环境与气候都存在一定的差异性，所以电力线路也需要进行定期的维护，从而保证线路的通畅性和安全性就以冬季来说，冰霜是引起电力线路问题的罪魁祸首，也是让维护人员最为头疼的东西我国是输变电线路覆冰事故较多的国家之一，覆冰事故已严重威胁了电力系统的安全运行，并造成巨大的经济损失进30年来，大面积的覆冰事故在全国各地时有发生，电力线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、倒杆、导线舞动、绝缘子闪络、通信信号中断等事故，由于导线上增加了冰载荷,对导线、铁塔和金具都会带来一定的机械损坏,覆冰严重时会断线、倒杆塔,导致大面积停电事故由于事故发生在严冬季节, 大雪封山,或公路结冻,使得抢修条件十分艰难,造成长时间停电,对国民经济造成重大损失近些年,随着全球异常气象带来的自然灾难逐步增多,为解决输电线 路在冬季覆冰这一严重威胁电力系统安全运行的难题,未雨绸缪,对输电线路覆冰问题的研究,解决因此带来的电网灾难,对国家稳定和建设和谐社会,起着重要的作用近几年,我国南方大部分地区输配电设备受冰灾影响严重,电网灾后重建及改造投入资金巨大,给国民经济造成重大损失。

目前,我国在输变电设施冰灾预防、处理和恢复技术研究还不系统,线路设计防覆冰标准还有待完善提升,应用于输变电设施的融冰、除冰技术还不十分成熟研究输电线路防御冰灾以及迅速解决冰灾问题成为必要目前国内外已应用的和正在研究的除冰和融冰技术已经有40余种，一般按照原理不同把它们划分为机械融冰、自然被动除冰、热力除冰和其他除冰方法热力除冰方法是目前应用最为广泛的融冰方法，它是路上通过较大电流来产生一定的焦耳热，以此使得线路覆冰融化常见的热力融冰法主要包括过电流融冰法、交流融冰法和直流融冰法此次我们将主要从热力融冰的方法进行相应研究《电力系统分析》专题研究报告 正文2 现阶段主要的防冰融冰技术热力融冰法是目前应用最为广泛的融冰方法其基本原理是路上通过高于正常电流密度的传输电流以获得焦耳热进行融冰前期研究主要包括：1976年以来中国和1993年以来加拿大水电局采用的短路电流融冰、1982年有专家提出采用高电流密度融冰以及1987~1990年日本研制的电阻性铁磁线2.1 过电流融冰法过电流融冰技术是路导线或地线上通过加以高于正常电流值的传输电流，提高电路产热量，从而达到融冰目的，其大致可分为以下几种：带负荷融冰法、基于移相器的带负荷融冰法、用自耦式变压器对特殊结构的多分裂导线进行融冰法。

110kV及以下线路大都为馈线网络，而且负荷自然分布，利用潮流来调整可能性较小，常用的手段有：增加受端感性无功补偿，降低电压值，电阻不变的情况下增大线路中的电流，通过转移负荷至融冰线路所在变电站不同型号的220kV输电线路在温度和风速适宜的条件下需要的融冰功率在220kW~534MW之间，当前我国220kV的电网线路仍是省级的骨干线路，电网之间的联系较强，运用断开电源、转移负荷、停运线路等手段，可以达到调整对抗潮流的目的对其电厂出线、主要输电断面和负荷中心线路进行过电流融冰可行性分析，结果表明，接入220kV电压等级的电厂出线部分实施过电流融冰可行，负荷中心环网不具备过电流融冰的可行性2.1.1 基于移相器的带负荷融冰法基于移相变压器融冰法不需要停运线路，利用安装路上移相变压器改变平行双回线或多回线的潮流分布，使其中一回线的电流来增加到融冰电流进行融冰（见图3）加拿大J.Brochu等针对Matapédia电网设计了基于移相变压器的融冰方案，可对超过900km的230kV和315kV线路进行融冰，但该方案还未实施过这种方法将显著增加系统无功需求，且对系统安全稳定影响较大该方案能够达到的最大电流有限，很难用于500kV线路融冰。

2.1.2 用自耦式变压器对特殊结构的多分裂导线进行融冰法对于多分裂导线，可以通过把线路电流集中在某一分裂导线上，增大发热量而融冰，通过各分裂导线间的切换，使线路覆冰完全融化这种方法要求线路分裂导线间相互绝缘，需要对线路进行大范围改造加拿大的P.Couture提出并设计了基于绝缘分裂导线的智能输电线路（Smart power line, SPL）并申请了专利，但至今仅还处于概念阶段国内也有学者对此进行了研究，但还没有实际应用宝鸡电业局将重覆冰线路110kV马向Ⅰ、Ⅱ线改造为装有绝缘间隔棒的二分裂导线，并将每相的两根导线用三片绝缘子隔离，自断开点两侧用悬空T形接线引入融冰变电所当需要导线带负荷融冰时，通过专门的融冰自耦变压器的电压差在二分裂导线产生强迫的融冰环流，使得导线发热融冰如图4所示，已经应用多年，在解决小范围覆冰问题提供了很好的借鉴参考2.2 交流融冰法交流融冰法一般是在输电线路中通过交流大电流以加大线路导线的发热，从而实现线路融冰2.2.1 发电机带融冰线路方案首先要圈定好需要融冰的线路，暂时做停运处理，该短路组成有融冰线路和发电机为了能够使所需电流为融冰的事宜电流，所以不能直接将电机发到指定的电压，而是在缓慢增加的情况下逐渐调试，直到看到线路融冰可以融化即可。

该方案可选择由发电机采用变压器带线路零起升流，或由发电机直接带线路零起升流发电机带融冰最大的好处是对整体线路运行的影响比较小，可以直接截取某个部分进行短路，获取电流随意性较强，但是起不足的地方是回路电流比较强，这部分回流要直接加到电机中去，所以在发电机的选用上要特别注意需要更大的电机容量，另外为了发电机在工作中回流过大而造成自磁力的发生，只能选用220kV以下的融冰线路，如此从形式上相对操作比较有难度2.2.2 全电压冲击合闸方案首先同样先要圈定待融冰的线路，三相短路暂作停运处理，控制断路器对三相短路线路进行全电压冲击合闸，从形式上来说，全电压冲击合闸法要比发电机带融冰简单易行，但是由于电压比较大，电流过大会直接冲击整体运行的使用，所以在使用过程中需要根据计算选用合理的电阻来环节回路的冲击力选用全电压冲击合闸一定要注意到对系统整体的影响，如果因电压过大而产生的任何问题反而造成得不偿失，要在科学的计算下确定不会对整体功能有影响下方可使用同样此中方法同样需要将电压控制在220kV以下，尽量缩短待融冰的线路长度4x400的导线，长度不能超过150km，且系统提供无功容量超过1GVA，可能系统无法满足要求。

2.3 直流融冰法直流电流融冰技术是指在覆冰线路中通过大于最小融冰电流的直流电流，使导线产生线路融冰所需要的能量，达到线路融冰的目的由于直流输电工程主接线的特点、换流器的交 直流变换特性及高度可控性使直流输电线路的融冰 方法选择更加灵活，而且更具可操作性2.3.1 采用发电机电源整流的直流融冰方案发电机出口经旁路到整流装置，带线路融冰其中整流装置采用不可控整 流方式由于整流采用不可控三相整流，其整流脉动系数较小发电机相当于 带整流电阻性负载，对发电机不会产生其它影响 采用此方案，除整流装置、引出配电装置需要重新设计配置外，可借用发 电机励磁控制系统实现零起升压、升流其保护也可采用发电机保护和励磁系 统保护，大大减少投资，但实时性较差，同时线路长度受出口电压的限制，有 一定的局限性此方案仅适用于中短距离的输电线路直流融冰2.3.2 变流电源融冰方案此方案由系统提供电源，经整流变压器、整流装置，对线路融冰整流装 置可选择的方案有两种：可控整流和不可控整流虽然不可控整流装置价格相 对便宜，但由系统提供整流电源的情况下，不能实现零起升流，存在对系统冲 击大和相对不安全的缺点，因此最好采用可控整流装置。

基于二极管或晶匝管的直流融冰技术将交流电整流为直流电，供给覆冰线路 进行融冰常用的整流电路有6脉波、12脉波以及24脉波整流电路进线电流谐波含量的计算公式如式：可以看出，方波电流中含有大量的5、7、11、13次谐波，各次谐波 含量为20％、14.3％、9.1％、7.7％，输出直流电压谐波含量的计算公式如式：可以看出，输出电压中含有大量的6次、12次、18次等谐波，各次谐波含量分别为5.7％、1.4％、0.62％等随着脉冲数的增加，输入侧谐波含量则随之降低站间采用的直流融冰成套装置、为6脉波的3相全控桥式整流电路是由整 流变压器和一个三相六脉冲整流器组成12脉波整流电路由两个6脉波3相全控整流桥串联组成其中一个3相整流桥接向整流变压器的二次侧星形绕组，另一个3相整流桥接向整流变压器的二次侧三角形绕组因为每台整流变压器二次侧星形绕组和三角形绕组相对应的线电压相位错开30度，于是可以得到两个三相桥串联组成的12脉波整流电路调整晶闸管的触发角度时，输出直流电压也相应的改变，加载在阻感负载上的电流也相应的改变，实现了输出电流的连续可调这种电路的输出谐波含量较大，输入功率因数为0.7-0.8之间，需要联结额外的功率补偿装置，脉波整流可以降低波形畸变，减少低次谐波含量，以减少对电网的谐波干扰，降低输出直流电压纹波系数，使得输出直流电压平稳。

两台12脉波整流器可以组成一套24脉波直流融冰系统两台整流变压器一次侧绕组分别移相+7．50和-7.50，使。