移動式可控直流融冰裝置

一、概述
　　湘潭大眾整流器制造有限公司研制的移動式可控直流融冰裝置是湖南省重點科研項目。經我公司科研人員不懈努力，已開發成功，并投入市場多年。
　　移動式直流融冰裝置作為一種新型的融冰裝置，重量輕、體積小、移動方便，可“移動”至多個變電站融冰，并克服了傳統交流融冰所存在的融冰容量大、負荷轉移困難、需要多線路串接等不足，為輸電線路覆冰難題提供一種高效的解決措施。
　　移動式可控直流融冰裝置作為高壓輸電線融冰加熱電源。關鍵技術涉及到高壓直流輸電、車載戶外系統、高壓整流、移相觸發、數字技術、計算機控制、遠程監控、光纜傳輸、數據測量等。主要用于潮濕、寒冷季節的輸電線路除冰。

二、移動式可控直流融冰裝置的設計
　　1.裝置的容量和各地電網電壓等級融冰線路長度之間的關系。

　　注：最小融冰條件：溫度-5度。風速5M/S。覆冰厚度：10MM
　　2.裝置的外形尺寸和重量

　　3.直流融冰裝置設備的構成
　　主要由交流供電系統、整流變壓器、可控硅整流電源、控制保護系統等組成。
　　本設備為移動式直流變電箱，固定在改裝的專用車輛上，便于戶外運輸和使用。為適應極端惡劣的工作環境。本裝置箱體結構全部用優質薄鋼板彎制焊接而成。具有結構牢固、美觀大方等優點。箱內“ 品”字形結構,分高壓開關室,變壓器室,整流室,箱體四周都有設有右拆卸的柜門，各室內設有照明燈,便于設備內部維修。各室相互分離,又相互聯結,簡單而又緊湊,元件都設置于室內，整流室由整流元件和控制元器件組成的控制板。為便于操作手觀察，操作按鈕、測量儀表、指示燈等均設置在高壓開關室內柜前門上。柜頂設有吊環，為設備安裝起吊之用所有裝箱內。(見圖1)

　　4.針對各變電站間的高壓線路，融冰接線可采用如下兩種方式進行融冰：
　　1)分兩次完成 A、B、C 三相導線融冰

　　第一次，參見圖 2，在對站將 A、B 兩相導線短接，在本站將 A、B 兩相導線接入直流融冰電源的兩個輸出端，進行 A、B 相導線融冰；
　　第二次在對站將 A、B、C 三相導線短接，參見圖 3(a)，在本站將 A、B兩相導線接入直流融冰電源的一個輸出端，在本站將 C 相導線接入直流融冰電源的另外一個輸出端，進行融 C 相導線融冰。
　　2)分三次完成三相導線融冰。
　　第一次，參見圖 3(a)，在對站將 A、B、C 三相導線短接，在本站將 A、B 兩相導線并接后接入直流融冰電源的一個輸出端，在本站將 C 相導線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行 C 相導線融冰；
　　第二次，參見3(b)，在在本站將 A、C 兩相導線并接后接入直流融冰電源的一個輸出端，在本站將 B 相導線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行 B 相導線融冰；
　　第三次，參見圖 3(c)，在在本站將 B、C 兩相導線并接后接入直流融冰電源的一個輸出端，在本站將A 相導線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行C相導線融冰。

　　5.本裝置是新型且實際有效的輸電線路融冰裝置，克服了交流融冰方式的技術限制和技術缺陷，具有如下特點：
　　一是直流融冰時，線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。
　　二是直流融冰電壓可調。通過調整融冰電壓，可以滿足不同長度線路的融冰要求，而不需要進行阻抗匹配。
　　三是基站式的直流融冰裝置可全站共用一套裝置，即可對全站所有的進出線開展直流融冰工作，在線路大面積覆冰時，效果尤其明顯。針對部分覆冰線路進行融冰操作，極大地降低了能源消耗。
　　四是融冰效果顯著。將直流電壓施加至12.5千伏，融冰電流1420安，就可使輸電導線上10毫米至15毫米厚的凍冰融化，一個半小時內，可融化100公里線路的凍冰，相當于100個工人一個星期的人工敲冰工作量。

三、整流器設計
　　整流柜主要由柜體結構、主電路、保護電路及冷卻系統組成。為保證整流柜的高質量，我方采用可靠的技術方案、高質量的元器件及先進的加工工藝。我方根據制造規程、安全標準和IS09001質量保證體系的要求精心設計、制造和檢驗，確保設備可靠性高、易安裝、易維護、操作簡便、適應現場工作環境
　　1.直流融冰裝置整流器采用晶閘管三相全控整流電路，主要技術參數：
　　1)額定輸入電壓：AC：3×10kV，50Hz；
　　2)額定輸出直流電壓：2000V；
　　3)額定輸出直流電流：500A；
　　4)主電路形勢：三相橋式全控整流
　　5)穩流精度：≤±1%；
　　6)過載能力：120%額定輸電流過載 2 h；
　　7)冷卻方式：采用強迫通風冷卻。
　　8)晶閘管均壓系數：≥0.95；
　　9)整流效率：≥99%；
　　10)外形尺寸為移動式變電站箱（可自定）
　　2.從應用于架空線路融冰的要求看，需要整流器輸出電壓和電流運行范圍大。因此應充分考慮晶閘管觸發移相的調節和晶閘管的深控發熱問題和冷卻系統的設計。
　　3.整流柜結構設計（見圖五）
　　1)柜體為防磁型結構，可能產生局部渦流發熱的地方，用不銹鋼材料隔斷磁路。
　　2)為品字形布局，方便開起和使用。
　　3)直流出線：整流室側出部，方便接線
　　4)整流柜及整流控制系統達到防雨防塵要求，防止外部極端的惡劣環境影響柜內元件的正常工作，同時考慮散熱問題。
　　5)冷卻措施：采用4臺強風冷卻元件以及變壓器。保證運行溫度不低于國家標準
　　6)整流柜及整流控制柜外殼涂色：淺馱灰（色標RAL7032）,防靜處理，保證操作人員有人身安全。
　　7)所有元件均經過熱老化和電老化篩選，并提供檢測報告。
　　8)整流柜二次保護設有操作過電壓、換相過電壓、橋臂過熱、過流、脈沖丟失及失同步等保護功能。各顯示儀表及信號按鈕安裝在柜外或保證能夠方便清楚觀察。
　　9)整流臂、快速熔斷器臂、直流匯流母排均采用高絕緣性能及高強度的環氧玻璃支撐件與柜體絕緣，環氧玻璃支撐件及主柜內所有絕緣件均作阻燃工藝處理確保整流裝置的安全運行和操作人員的人身安全；合理完善的過流、過壓保護及良好的絕緣配合，使整機具有極高的可靠性和安全性；兼顧了機械強度、電動力、降低主電路磁場阻抗損耗、爬電距離以及整流元件在運行過程中壓力的一致性和安裝、維護方便等因素。

　　4.整流柜的故障檢測和保護措施：
　　整流柜采用完善的故障檢測與保護措施，是提高整流柜運行可靠性的重要環節。本整流柜裝設有下述的保護功能并將保護信號送至控制柜進行處理。
　　過電流過電壓保護
　　交流側過電壓、直流側過電壓保護，晶閘管阻容吸收保護
　　主回路操作過電壓保護。在整流裝置進線處設置壓敏電阻和RC回路保護，當保護系統故障時，送故障信號至PLC。
　　整流元件換向過電壓保護。在最靠近整流元件處安裝容量參數合適的阻容元件，接線應盡可能短，進行阻容吸收保護。
　　整流元件故障保護。采用與整流元件串聯的快速熔斷器熔斷報警。故障信號送PLC檢測。過電流保護及過載報警。當負載電流超過額定值（可調整設定）時將發送出過載報警信號送PLC，報警或發出過電流保護跳閘信號。
　　2)母線過熱保護。當安裝整流元件的母線溫度超過55℃時，向PLC發出母線過熱保護和報警信號。
　　3)反饋掉線故障保護。當直流電流反饋信號開路時，穩流控制系統自動轉入交流反饋，并向PLC發出反饋掉線故障信號。
　　4)母線絕緣保護。當正、負匯流母線對地絕緣降低時，向PLC發出母線絕緣降低信號。
　　5.主要元器件的選擇
　　1)可控硅整流柜晶閘管
　　采用了我公司引進線生產的大功率底損耗晶閘管，原始硅單晶片全部采用從丹麥TOPISIL公司進口的NTD硅單晶材料，其電阻率不均勻率小于10%，通過100%發高溫阻斷試驗，檢測元件的早期失效，從而確保整流元件參數一致性長期運行的穩定性及可靠性。按鐵路機車標準控制其反向漏電流、觸發參數、通態壓降、通態電流，比常規工業要求更加嚴格。
　　2)快速熔斷器
　　采用西安龍申熔斷器廠生產的單極因化快速熔斷器，保護迅速，熔斷時間短，對快熔內阻進行測試配對，并提供質量保證書。根據快熔的內阻參數進行分組安裝。
　　6.數字化觸發控制系統
　　數控整流控制系統，由兩套完全獨立、互相熱備用的控制板組成，按熱備用方式進行配置，在PLC監控下，實現故障狀態下無擾自動切換。
　　控制板采用了我們公司自行設計生產的全數字微機觸發控制系統，它采用了DSP(高性能數字處理器)+PLC（可編程控制器）大規模集成元件，具有12位A/D轉換、數據通訊等功能。該全數字微機觸發控制系統采用雙板結構（主控板和同步電源板），全密封設計，使得該系統更適合在惡劣環境的應用場合。
　　本系統針對直流融冰的特點,采用過零觸發控制方式由于對電網無污染，在許多設備中都采用這種觸發方式。圖3所給出的可控硅觸發電路，采用了二級保護措施，經在多臺設備上使用，證明工作穩定，有很高的可靠性。
　　系統過零觸發，電流突變，產生激磁震動，可促使冰塊掉下來，可提高融冰的效率。
　　圖1中DOPT1～DOPT3為交流光耦，圖1中A1、B1、C1各點的輸出波形如圖2所示。

四、數控整流技術
　　數控整流觸發是整流系統的核心單元，它的可靠性和穩定性直接影響整個工藝流程?？刂乒裰饕蓹C組穩流控制系統、機組PLC監控系統、數字觸摸屏三部分組成.
　　為適應現代電子電力設備的技術發展和現場工業生產工藝發展的要求，湘潭大眾整流器制造有限公司將其變流技術悠久的歷史、規范的產品管理、高水平的設計團隊、嚴格的質量保證和完善的售后服務體系融為一體，在總結了以往整流控制系統在工業現場運行經營的基礎上，利用現階段先進的電子技術，在確保系統高度可靠性的前提下，成功開發了DSP(高性能數字處理器)+PLC（可編程控制器）整流控制系統。
　　主要特點
　　1、本系統數控板采用DSP(高性能數字處理器)+PLC（可編程控制器）整流控制模式既避免了因各種分立元件混合在一起所造成的匹配問題，又增大了存儲空間，使微控制器系統以最小的元件，設計完成更多的功能。且實現了在系統編程（ISP）和在應用編程（IAP），做到了嵌入式編程開發。
　　2、采用西門子公司的PLC技術大大減少常規繼電器控制的繁雜，簡化繼電控制，保護及信號監測。
　　3﹑系統采用觸摸屏為漢字人機界面（觸摸屏可由買方選擇）。操作人員可根據漢字提示任意設定整流器的系統參數，顯示整流柜、高低壓設備的各種狀態以及設備故障進行保護的同時漢字顯示系統保護的各種故障內容。
　　采用系統完整的設計思路，將計算機技術與整流器全運行設備進行有機結合，真正發揮了計算機控制效益的同時，及大大簡化了系統的硬件構成。

附圖：

圖 1  操作首頁

圖 2  用戶登陸

圖 3  融冰參數設置

圖 4  整流參數設定

圖 5  報警列表

圖 6  融冰操作面板

圖 7  運行操作

圖 8  融冰電流電壓曲線