输电线路在冬季覆冰严重威胁电力系统的安全运行。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,对中国国民经济造成重大损失。
中国国内外研究融冰的几种思路为:将电能转化为热能融冰;将电能转化为机械能以破坏输电线上的覆冰的物理结构,达到使覆冰脱落的目的;直接破坏物理结构的机械法除冰。
中国自20世纪70年代以来就一直在220千伏以下线路上采用交流短路方法对严重覆冰线路进行融冰,对防止冰灾起到了较好的作用。由于交流融冰需要很高的热量,且交流线路存在电抗,致使220千伏及以下线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的5~10倍;对于500千伏以上超高压和特高压交流输电线路融冰时要求的融冰电源容量是线路实际融冰功率的10~20倍。在实施交流电流短路融冰时往往存在融冰电源容量远远不足的问题。因此,对于500千伏或更高电压等级输电线来说,由于难以找到满足要求的融冰电源,采用交流短路融冰方案不可行。
由于交流短路融冰法的局限,国际上自20世纪80年代开始就一直在探讨直流融冰的可能和开发直流融冰装置。与传统的三相交流短路融冰方法相比,直流融冰技术也是利用短路电流融冰方法,但融冰电流为直流,其电源由系统主变低压侧提供。该方法下线路等效阻抗主要取决于线路电阻参数,远小于交流短路融冰时线路阻抗,对融冰电源容量要求低。通过大量实践经验的总结,发现采用直流融冰是一种切实可行、经济有效的防止冰灾事故发生的技术方法和措施。中国国外已经开始进行相关装置的研制。
1998年的北美冰风暴灾难后,魁北克水电公司考虑了各种线路融冰措施。通过加强网架的办法带来的投资巨大,而交流短路融冰不能解决200千米范围的线路覆冰问题。所以,最终选择了与AREVA公司合作,投入2500万欧元开发了一套高压直流融冰装置,该装置装设于魁北克的Lévis变电站。但截至2009年3月6日,该装置还没有完成现场调试。
截至2009年3月6日,中国国内外提出直流融冰装置,未见采用该发明提出的技术方案。在AREVA公司方案和中国电力科学研究院申请专利200810223583.9中采用主接线重构方式实现融冰和SVC功能,设备及接线复杂;都不具备《直流融冰的主回路设置方法》的方案接线简单,对系统的谐波影响很小,不必配置滤波器组等优点。
Areva方案中:直流融冰装置在融冰工作方式时,交流侧采用三绕组变压器的一个中压绕组(43千伏)同时经过换相电抗器(分别连接两个6脉动换流器,共两组各3台电抗器)分别连接两个6脉动换流器的方式;直流侧采用两个6脉动换流器的输出通过均流电抗器并联的方式。
在动态无功补偿(SVC)工作方式时,交流侧需将一组3台换相电抗器改接线到三绕组变压器的一个低压绕组(20千伏),再连接到一个6脉动换流器,并且只使用该6脉动换流器中间部分可控硅阀;该6脉动换流器可控硅阀正反并接后再连接到另一组3台换相电抗器。该方式是典型的三角形连接的TCR(晶闸管控制电抗器型静止无功补偿)接线。