移动式可控直流融冰装置

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案例描述

一、概述
　　湘潭大众整流器制造有限公司研制的移动式可控直流融冰装置是湖南省重点科研项目。经我公司科研人员不懈努力，已开发成功，并投入市场多年。
　　移动式直流融冰装置作为一种新型的融冰装置，重量轻、体积小、移动方便，可“移动”至多个变电站融冰，并克服了传统交流融冰所存在的融冰容量大、负荷转移困难、需要多线路串接等不足，为输电线路覆冰难题提供一种高效的解决措施。
　　移动式可控直流融冰装置作为高压输电线融冰加热电源。关键技术涉及到高压直流输电、车载户外系统、高压整流、移相触发、数字技术、计算机控制、远程监控、光缆传输、数据测量等。主要用于潮湿、寒冷季节的输电线路除冰。

二、移动式可控直流融冰装置的设计
　　1.装置的容量和各地电网电压等级融冰线路长度之间的关系。

序	导线型号	融冰电流	融冰电压	线长km	容量KVA	电阻率Ω/km	单价（元）
1	LGJ-80（100、120）	400A	4500V	15*2	1800	0.21~0.33	36万

　　注：最小融冰条件：温度-5度。风速5M/S。覆冰厚度：10MM
　　2.装置的外形尺寸和重量

设备名称	外形尺寸（mm）	重量（Kg）	备注
变压器	18008001200	2500
整流柜	16001200700	350

　　3.直流融冰装置设备的构成
　　主要由交流供电系统、整流变压器、可控硅整流电源、控制保护系统等组成。
　　本设备为移动式直流变电箱，固定在改装的专用车辆上，便于户外运输和使用。为适应极端恶劣的工作环境。本装置箱体结构全部用优质薄钢板弯制焊接而成。具有结构牢固、美观大方等优点。箱内“ 品”字形结构,分高压开关室,变压器室,整流室,箱体四周都有设有右拆卸的柜门，各室内设有照明灯,便于设备内部维修。各室相互分离,又相互联结,简单而又紧凑,元件都设置于室内，整流室由整流元件和控制元器件组成的控制板。为便于操作手观察，操作按钮、测量仪表、指示灯等均设置在高压开关室内柜前门上。柜顶设有吊环，为设备安装起吊之用所有装箱内。(见图1)

　　4.针对各变电站间的高压线路，融冰接线可采用如下两种方式进行融冰：
　　1)分两次完成 A、B、C 三相导线融冰

　　第一次，参见图 2，在对站将 A、B 两相导线短接，在本站将 A、B 两相导线接入直流融冰电源的两个输出端，进行 A、B 相导线融冰；
　　第二次在对站将 A、B、C 三相导线短接，参见图 3(a)，在本站将 A、B两相导线接入直流融冰电源的一个输出端，在本站将 C 相导线接入直流融冰电源的另外一个输出端，进行融 C 相导线融冰。
　　2)分三次完成三相导线融冰。
　　第一次，参见图 3(a)，在对站将 A、B、C 三相导线短接，在本站将 A、B 两相导线并接后接入直流融冰电源的一个输出端，在本站将 C 相导线接入直流融冰电源的另一个输出端，进行 C 相导线融冰；
　　第二次，参见3(b)，在在本站将 A、C 两相导线并接后接入直流融冰电源的一个输出端，在本站将 B 相导线接入直流融冰电源的另一个输出端，进行 B 相导线融冰；
　　第三次，参见图 3(c)，在在本站将 B、C 两相导线并接后接入直流融冰电源的一个输出端，在本站将A 相导线接入直流融冰电源的另一个输出端，进行C相导线融冰。

　　5.本装置是新型且实际有效的输电线路融冰装置，克服了交流融冰方式的技术限制和技术缺陷，具有如下特点：
　　一是直流融冰时，线路阻抗的感性分量不起作用，大大降低了直流融冰所需的容量，提高了直流融冰效率。
　　二是直流融冰电压可调。通过调整融冰电压，可以满足不同长度线路的融冰要求，而不需要进行阻抗匹配。
　　三是基站式的直流融冰装置可全站共用一套装置，即可对全站所有的进出线开展直流融冰工作，在线路大面积覆冰时，效果尤其明显。针对部分覆冰线路进行融冰操作，极大地降低了能源消耗。
　　四是融冰效果显著。将直流电压施加至12.5千伏，融冰电流1420安，就可使输电导线上10毫米至15毫米厚的冻冰融化，一个半小时内，可融化100公里线路的冻冰，相当于100个工人一个星期的人工敲冰工作量。

三、整流器设计
　　整流柜主要由柜体结构、主电路、保护电路及冷却系统组成。为保证整流柜的高质量，我方采用可靠的技术方案、高质量的元器件及先进的加工工艺。我方根据制造规程、安全标准和IS09001质量保证体系的要求精心设计、制造和检验，确保设备可靠性高、易安装、易维护、操作简便、适应现场工作环境
　　1.直流融冰装置整流器采用晶闸管三相全控整流电路，主要技术参数：
　　1)额定输入电压：AC：3×10kV，50Hz；
　　2)额定输出直流电压：2000V；
　　3)额定输出直流电流：500A；
　　4)主电路形势：三相桥式全控整流
　　5)稳流精度：≤±1%；
　　6)过载能力：120%额定输电流过载 2 h；
　　7)冷却方式：采用强迫通风冷却。
　　8)晶闸管均压系数：≥0.95；
　　9)整流效率：≥99%；
　　10)外形尺寸为移动式变电站箱（可自定）
　　2.从应用于架空线路融冰的要求看，需要整流器输出电压和电流运行范围大。因此应充分考虑晶闸管触发移相的调节和晶闸管的深控发热问题和冷却系统的设计。
　　3.整流柜结构设计（见图五）
　　1)柜体为防磁型结构，可能产生局部涡流发热的地方，用不锈钢材料隔断磁路。
　　2)为品字形布局，方便开起和使用。
　　3)直流出线：整流室侧出部，方便接线
　　4)整流柜及整流控制系统达到防雨防尘要求，防止外部极端的恶劣环境影响柜内元件的正常工作，同时考虑散热问题。
　　5)冷却措施：采用4台强风冷却元件以及变压器。保证运行温度不低于国家标准
　　6)整流柜及整流控制柜外壳涂色：浅驮灰（色标RAL7032）,防静处理，保证操作人员有人身安全。
　　7)所有元件均经过热老化和电老化筛选，并提供检测报告。
　　8)整流柜二次保护设有操作过电压、换相过电压、桥臂过热、过流、脉冲丢失及失同步等保护功能。各显示仪表及信号按钮安装在柜外或保证能够方便清楚观察。
　　9)整流臂、快速熔断器臂、直流汇流母排均采用高绝缘性能及高强度的环氧玻璃支撑件与柜体绝缘，环氧玻璃支撑件及主柜内所有绝缘件均作阻燃工艺处理确保整流装置的安全运行和操作人员的人身安全；合理完善的过流、过压保护及良好的绝缘配合，使整机具有极高的可靠性和安全性；兼顾了机械强度、电动力、降低主电路磁场阻抗损耗、爬电距离以及整流元件在运行过程中压力的一致性和安装、维护方便等因素。

　　4.整流柜的故障检测和保护措施：
　　整流柜采用完善的故障检测与保护措施，是提高整流柜运行可靠性的重要环节。本整流柜装设有下述的保护功能并将保护信号送至控制柜进行处理。
　　过电流过电压保护
　　交流侧过电压、直流侧过电压保护，晶闸管阻容吸收保护
　　主回路操作过电压保护。在整流装置进线处设置压敏电阻和RC回路保护，当保护系统故障时，送故障信号至PLC。
　　整流元件换向过电压保护。在最靠近整流元件处安装容量参数合适的阻容元件，接线应尽可能短，进行阻容吸收保护。
　　整流元件故障保护。采用与整流元件串联的快速熔断器熔断报警。故障信号送PLC检测。过电流保护及过载报警。当负载电流超过额定值（可调整设定）时将发送出过载报警信号送PLC，报警或发出过电流保护跳闸信号。
　　2)母线过热保护。当安装整流元件的母线温度超过55℃时，向PLC发出母线过热保护和报警信号。
　　3)反馈掉线故障保护。当直流电流反馈信号开路时，稳流控制系统自动转入交流反馈，并向PLC发出反馈掉线故障信号。
　　4)母线绝缘保护。当正、负汇流母线对地绝缘降低时，向PLC发出母线绝缘降低信号。
　　5.主要元器件的选择
　　1)可控硅整流柜晶闸管
　　采用了我公司引进线生产的大功率底损耗晶闸管，原始硅单晶片全部采用从丹麦TOPISIL公司进口的NTD硅单晶材料，其电阻率不均匀率小于10%，通过100%发高温阻断试验，检测元件的早期失效，从而确保整流元件参数一致性长期运行的稳定性及可靠性。按铁路机车标准控制其反向漏电流、触发参数、通态压降、通态电流，比常规工业要求更加严格。
　　2)快速熔断器
　　采用西安龙申熔断器厂生产的单极因化快速熔断器，保护迅速，熔断时间短，对快熔内阻进行测试配对，并提供质量保证书。根据快熔的内阻参数进行分组安装。
　　6.数字化触发控制系统
　　数控整流控制系统，由两套完全独立、互相热备用的控制板组成，按热备用方式进行配置，在PLC监控下，实现故障状态下无扰自动切换。
　　控制板采用了我们公司自行设计生产的全数字微机触发控制系统，它采用了DSP(高性能数字处理器)+PLC（可编程控制器）大规模集成元件，具有12位A/D转换、数据通讯等功能。该全数字微机触发控制系统采用双板结构（主控板和同步电源板），全密封设计，使得该系统更适合在恶劣环境的应用场合。
　　本系统针对直流融冰的特点,采用过零触发控制方式由于对电网无污染，在许多设备中都采用这种触发方式。图3所给出的可控硅触发电路，采用了二级保护措施，经在多台设备上使用，证明工作稳定，有很高的可靠性。
　　系统过零触发，电流突变，产生激磁震动，可促使冰块掉下来，可提高融冰的效率。
　　图1中DOPT1～DOPT3为交流光耦，图1中A1、B1、C1各点的输出波形如图2所示。

四、数控整流技术
　　数控整流触发是整流系统的核心单元，它的可靠性和稳定性直接影响整个工艺流程。控制柜主要由机组稳流控制系统、机组PLC监控系统、数字触摸屏三部分组成.
　　为适应现代电子电力设备的技术发展和现场工业生产工艺发展的要求，湘潭大众整流器制造有限公司将其变流技术悠久的历史、规范的产品管理、高水平的设计团队、严格的质量保证和完善的售后服务体系融为一体，在总结了以往整流控制系统在工业现场运行经营的基础上，利用现阶段先进的电子技术，在确保系统高度可靠性的前提下，成功开发了DSP(高性能数字处理器)+PLC（可编程控制器）整流控制系统。
　　主要特点
　　1、本系统数控板采用DSP(高性能数字处理器)+PLC（可编程控制器）整流控制模式既避免了因各种分立元件混合在一起所造成的匹配问题，又增大了存储空间，使微控制器系统以最小的元件，设计完成更多的功能。且实现了在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP），做到了嵌入式编程开发。
　　2、采用西门子公司的PLC技术大大减少常规继电器控制的繁杂，简化继电控制，保护及信号监测。
　　3﹑系统采用触摸屏为汉字人机界面（触摸屏可由买方选择）。操作人员可根据汉字提示任意设定整流器的系统参数，显示整流柜、高低压设备的各种状态以及设备故障进行保护的同时汉字显示系统保护的各种故障内容。
　　采用系统完整的设计思路，将计算机技术与整流器全运行设备进行有机结合，真正发挥了计算机控制效益的同时，及大大简化了系统的硬件构成。

附图：

图 1 操作首页