直流融冰隔離開關

直流融冰隔離開關是採用現代電力電子變流技術，直流融冰裝置可採用不同的整流拓撲結構.將變電站主變低壓側作為電源，通過整流技術將交流電源變成直流，然後通過直流母線引至需融冰輸電線路出線側場地內，將直流接入三相短接後的輸電線路，將覆冰線路作為直流融冰裝置的負載，利用電流的熱效應使輸電線路發熱，從而融化輸電線路上的覆冰。

基本介紹

• 中文名：直流融冰隔離開關
• 外文名：Dc melt isolation switch
• 類型：電力設備
• 特點：具有融冰功能
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

中國是世界上輸電線路覆冰較為嚴重的國家之一。隨著電網的迅速發展，跨越覆冰地區的高壓、超高壓輸電線路越來越多，極端天氣災害造成電網受災的可能性也越來越大。輸電線路覆冰會引起線路過負載，造成線路跳閘、斷線、導線舞動、絕緣子閃絡，甚至倒桿塔等事故，從而導致大面積停電事故。由於事故發生在嚴冬季節，大雪封山，公路冰凍，難於搶修，易造成長時間停電，造成巨大的經濟損失和社會影響。隨著電力電子技術的不斷發展，大電流直流融冰技術廣泛套用於不同電壓等級不同導線截面輸電線路融冰，該方法主要是將覆冰線路作為負載，施加直流電源，用較低電壓提供直流短路電流來加熱導線使線路覆冰融化。

直流融冰裝置是採用現代電力電子變流技術，直流融冰裝置可採用不同的整流拓撲結構.將變電站主變低壓側作為電源，通過整流技術將交流電源變成直流，然後通過直流母線引至需融冰輸電線路出線側場地內，將直流接入三相短接後的輸電線路，將覆冰線路作為直流融冰裝置的負載，利用電流的熱效應使輸電線路發熱，從而融化輸電線路上的覆冰。以500 kV變電站加裝直流融冰裝置為例，工作原理圖見概述圖。

直流融冰技術需將直流融冰裝置所產生的直流電流接入輸電線路，常規的接入方案有:人工臨時跨接、普通隔離開關跨接、小車跨接等。人工臨時跨接方案工作效率低、耗費時間長、作業風險高、規範性不強;普通隔離開關跨接方案占地面積大、投資大;小車跨接方案投資大、操作複雜不靈活、運行維護不便。隨著標準化、集約化設計的提高，設計一種工作效率高、作業風險低、規範性強、占地省、投資節省、運行維護方便的融冰跨接方案，對推廣直流融冰技術在高壓輸電線路中的套用具有十分重要的意義.

常規直流融冰跨接方案

直流融冰裝置一般是加裝在現有變電站內，將直流融冰裝置輸出的直流電流引入輸電線路的跨接方案受現有變電站場地限制，如圖2所示點劃線框區域外為變電站已有設備設施，僅在圖2所示點劃線框區域內場地可以利用，可利用場地小，施工難度大。常規的跨接方案有人工臨時跨接、普通隔離開關跨接、小車跨接等等.

人工臨時跨接導線方案

人工臨時跨接導線方案見圖3，是由人工臨時安裝的方式，直接用事先準備好的跨接導線，將直流管母線通過跨接導線接入輸電線路。這種跨接方案，雖然占地面積小、投資小、操作簡單、但由於高壓變電站出線構架高，採用臨時跨接方案工作效率低、工作人員勞動強度和作業風險高，輸電線路停電時間長。

普通隔離開關跨接方案

普通隔離開關跨接方案見圖4，是在融冰管母線與高壓出線線路之間新增一組高壓雙柱水平開啟式隔離開關，該隔離開關的一端接直流融冰母線，另一端與高壓線路相連線;為保護新增隔離開關，同時還將原有的線路避雷器移動至新增隔離開關線路側。由於新增設備，圍牆需外擴，占地面積增大，需新征地，施工周期長，投資高。

小車跨接方案

小車跨接方案見圖5，融冰管母線與出線線路之間採用專用小車臨時跨接，該小車一端接直流融冰母線，另一端與線路相連線。為了確保設備的安全距離，此方案圍牆需外擴，同時為滿足跨接小車與線路的連線，需要裝設專用的連線管母線，還需配置專用的具有隔離開關功能小車，投資大，還需專門停車庫的建設，且操作小車複雜。

人工臨時跨接方案一次性投資低，但其操作不便，每次融冰操作時，都需人工臨時跨接導線，當融冰結束時，還需將臨時跨接導線拆除，停電時間長，操作危險性大;普通隔離開關跨接方案工作效率高，當啟動融冰操作時，僅需電動或手動操作隔離開關即可立即轉換工作狀態，但需新征地、施工周期長;小車跨接方案需要將小車駕駛至相應線路間隔處，然後操作小車將直流母線與輸電線路連線起來，操作繁瑣，需專門培訓駕駛技術才能準確對位。

直流融冰隔離開關

結合常規融冰跨接方案，為減小占地面積及投資，提高工作效率，降低作業風險，結合常規隔離開關跨接方案，並針對直流融冰特點發明了一種新型直流融冰隔離開關見圖6。該隔離開關將高、低壓以及交、直流設備特點融合為一體，主要由交流支柱絕緣子、導電刀閘、均壓環、靜觸頭、直流支柱絕緣子、操作支柱絕緣子、電動操作機構等部件組成。 此種新型隔離開關是在常規多種電壓等級隔離開關基礎上，結合直流融冰技術接線特點，融合了高壓隔離開關、低壓隔離開關以及接地開關的功能。新型直流融冰隔離開關中的導電刀閘採用電力行業常見的單臂垂直伸縮式隔離開關、雙臂垂直伸縮式隔離開關或單臂立開式隔離開關等垂直布置形式隔離開關的導電刀閘結構。採用這種方式減少了交流支柱絕緣子和直流支柱絕緣子之間的水平距離，因此能夠利用變電站內出線側電容式電壓互感器和避雷器旁的狹小場地進行安裝設定，不需要擴大變電站的占地面積，節約投資成本，降低了變電站由於場地擴大受周圍地形、環境的影響。為了降低人工開啟隔離開關的安全隱患，導電刀閘採用電動控制方式，可以實現遠程控制和操作。直流融冰隔離開關中交流支柱絕緣子保證了在正常的高壓交流輸電過程中的絕緣安全;直流支柱絕緣子保證在融冰模式下直流融冰電壓的絕緣安全.

新型直流融冰隔離開關有兩種工作狀態，當變電站及輸電線路正常運行時，直流融冰隔離開關斷開;需要融冰時，閉合相應相直流融冰隔離開關，將直流電流接入相應需融冰線路。

新型直流融冰隔離開關跨接方案

通過對常規直流融冰跨接方案特點分析總結並結合直流融冰技術特點，利用發明的新型直流融冰隔離開關，設計出新型直流融冰隔離開關跨接方案，如圖7點劃線框內所示。

當變電站及高壓輸電線路正常運行時，新型直流融冰隔離開關導電刀閘分離，新型直流融冰隔離開關類似高壓支柱絕緣子的作用，不影響變電站正常運作;當高壓輸電線路覆冰即將到達或超過導線設計覆冰厚度時，啟動融冰操作，停掉相應線路，並對對側線路進行三相短接，然後將新型直流融冰隔離開關導電刀閘合閘，啟動直流融冰裝置，產生的直流電流通過新型直流融冰隔離開關導電刀閘傳送至輸電線路，通過直流電流在導線上的熱效應融化導線上的覆冰，減輕或者清除導線上的覆冰荷載。採用新型隔離開關直流母線跨接方案，只需在需融冰線路出線側新增一組新型直流融冰隔離開關、直流母線及相關導線連線。該新型直流融冰隔離開關占地小，不需新征地，施工周期短，投資省，操作簡單快捷，運行維護方便，規範性強，設計新穎合理，結構簡單實用，具有廣泛的推廣實用價值。

新型直流融冰隔離開關跨接方案與常規跨接方案比較如表1所示。與常規跨接方案比較，新型直流融冰隔離開關跨接方案投資約需90萬/三相;常規隔離開關跨接方案在設備購置費基礎上還需加上征地費用共約需100萬/三相;小車跨接方案投資最高，小車購置費約為450萬/三相，再加上高壓管母線及靜觸頭等金具，總費用約需480萬/三相。

雖然人工臨時跨接方案一次性投資低，但其操作不便，每次融冰操作時，都需人工臨時跨接導線，當融冰結束時，還需將臨時跨接導線拆除，停電時間長，操作危險性大;而隔離開關跨接方案工作效率高，當啟動融冰操作時，僅需電動或手動操作隔離開關即可立即轉換工作狀態;小車跨接方案需要將小車駕駛至相應線路間隔處，然後操作小車將直流母線與輸電線路連線起來，操作繁瑣，需專門培訓駕駛技術才能準確對位。綜合比較後可見，該新型直流融冰隔離開關設計新穎合理，結構簡單實用，整個方案規範性強，具有廣泛的推廣實用價值。

工程套用

四川盆地空氣濕度大，容易形成雨雪天氣，再加上受微氣象、微地形影響，特別是地處山區、河谷的輸電線路設備極易形成履冰，可能導致線路受損，甚至引發倒塔事故，危機電網安全穩定運行。作為水電輸送大通道的東坡500 kV變電站及普提500 kV變電站，是華中電網和四川電網的主要樞紐變電站及四川電網“西電東送”的主要通道。為確保電網的安全穩定運行和省網“西電東送”的大局，四川省電力公司決定在東坡500 kV變電站及普提500 kV變電站加裝直流融冰裝置，主要對500 kV輸電線路相線進線融冰。 根據變電站系統位置特點，東坡500 kV直流融冰工程直流融冰裝置國內首次採用三相6脈動整流形式實現直流融冰兼SVC功能。普提500 kV變電站採用常規12脈動帶整流變方案。結合東坡S00 kV變電站及普提500 kV變電站現場實際情況，出線側可實施跨接方案的場地有限，在節約占地、縮短施工周期、節約投資原則下，均採用了新型直流融冰隔離開關及其跨接方案(如圖7所示)。兩個工程已於2011年12月投運，經過多次融冰操作檢驗，該新型直流融冰隔離開關操作簡單快捷，結構簡單實用，運行維護方便，規範性強。該產品及其跨接方案完全達到預期效果，並在其他省市相關直流融冰工程中也得到了推廣套用，運行效果良好，得到相關單位認可。

總結

輸電線路在冬季冰凍雨雪天氣下覆冰是一種嚴重威脅電力系統安全穩定運行的自然災害，採用直流融冰技術對大截面、高電壓等級輸電線路進行融冰是切實可行的技術措施。目前直流融冰工程常規直流母線跨接方案的不足，直流融冰隔離開關，採用這種直流融冰隔離開關的直流母線跨接方案投資省、施工方便、施工周期短、工作效率高、運行維護方便、規範性強，具有廣泛的推廣使用價值。