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(jīng)我公司科研人員不懈努力，已開發(fā)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(tǒng)交流融冰所存在的融冰容量大、負荷轉(zhuǎn)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(guān)鍵技術(shù)涉及到高壓直流輸電、車載戶外系統(tǒng)、高壓整流、移相觸發(fā)、數(shù)字技術(shù)、計算機控制、遠程監(jiān)控、光纜傳輸、數(shù)據(jù)測量等。主要用于潮濕、寒冷季節(jié)的輸電線路除冰。

二、移動式可控直流融冰裝置的設(shè)計
　　1.裝置的容量和各地電網(wǎng)電壓等級融冰線路長度之間的關(guān)系。

　　注：最小融冰條件：溫度-5度。風(fēng)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(shè)備的構(gòu)成
　　主要由交流供電系統(tǒng)、整流變壓器、可控硅整流電源、控制保護系統(tǒng)等組成。
　　本設(shè)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(yīng)極端惡劣的工作環(huán)境。本裝置箱體結(jié)構(gòu)全部用優(yōu)質(zhì)薄鋼板彎制焊接而成。具有結(jié)構(gòu)牢固、美觀大方等優(yōu)點。箱內(nèi)“ 品”字形結(jié)構(gòu),分高壓開關(guān)室,變壓器室,整流室,箱體四周都有設(shè)有右拆卸的柜門，各室內(nèi)設(shè)有照明燈,便于設(shè)備內(nèi)部維修。各室相互分離,又相互聯(lián)結(jié),簡單而又緊湊,元件都設(shè)置于室內(nèi)，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(shè)置在高壓開關(guān)室內(nèi)柜前門上。柜頂設(shè)有吊環(huán)，為設(shè)備安裝起吊之用所有裝箱內(nèi)。(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(dǎo)線融冰

　　第一次，參見圖 2，在對站將 A、B 兩相導(dǎo)線短接，在本站將 A、B 兩相導(dǎo)線接入直流融冰電源的兩個輸出端，進行 A、B 相導(dǎo)線融冰；
　　第二次在對站將 A、B、C 三相導(dǎo)線短接，參見圖 3(a)，在本站將 A、B兩相導(dǎo)線接入直流融冰電源的一個輸出端，在本站將 C 相導(dǎo)線接入直流融冰電源的另外一個輸出端，進行融 C 相導(dǎo)線融冰。
　　2)分三次完成三相導(dǎo)線融冰。
　　第一次，參見圖 3(a)，在對站將 A、B、C 三相導(dǎo)線短接，在本站將 A、B 兩相導(dǎo)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(dǎo)線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行 C 相導(dǎo)線融冰；
　　第二次，參見3(b)，在在本站將 A、C 兩相導(dǎo)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(dǎo)線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行 B 相導(dǎo)線融冰；
　　第三次，參見圖 3(c)，在在本站將 B、C 兩相導(dǎo)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(dǎo)線接入直流融冰電源的另一個輸出端，進行C相導(dǎo)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(shù)限制和技術(shù)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(diào)。通過調(diào)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(dǎo)線上10毫米至15毫米厚的凍冰融化，一個半小時內(nèi)，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(shè)計
　　整流柜主要由柜體結(jié)構(gòu)、主電路、保護電路及冷卻系統(tǒng)組成。為保證整流柜的高質(zhì)量，我方采用可靠的技術(shù)方案、高質(zhì)量的元器件及先進的加工工藝。我方根據(jù)制造規(guī)程、安全標準和IS09001質(zhì)量保證體系的要求精心設(shè)計、制造和檢驗，確保設(shè)備可靠性高、易安裝、易維護、操作簡便、適應(yīng)現(xiàn)場工作環(huán)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(shù)參數(shù)：
　　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(wěn)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(fēng)冷卻。
　　8)晶閘管均壓系數(shù)：≥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(yīng)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(yīng)充分考慮晶閘管觸發(fā)移相的調(diào)節(jié)和晶閘管的深控發(fā)熱問題和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。
　　3.整流柜結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖五）
　　1)柜體為防磁型結(jié)構(gòu)，可能產(chǎn)生局部渦流發(fā)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(cè)出部，方便接線
　　4)整流柜及整流控制系統(tǒng)達到防雨防塵要求，防止外部極端的惡劣環(huán)境影響柜內(nèi)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(fēng)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(jīng)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(shè)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(huán)氧玻璃支撐件與柜體絕緣，環(huán)氧玻璃支撐件及主柜內(nèi)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(huán)節(jié)。本整流柜裝設(shè)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(cè)過電壓、直流側(cè)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(shè)置壓敏電阻和RC回路保護，當保護系統(tǒng)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(shù)合適的阻容元件，接線應(yīng)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(lián)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(diào)整設(shè)定）時將發(fā)送出過載報警信號送PLC，報警或發(fā)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(fā)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(wěn)流控制系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入交流反饋，并向PLC發(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)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(shù)一致性長期運行的穩(wěn)定性及可靠性。按鐵路機車標準控制其反向漏電流、觸發(fā)參數(shù)、通態(tài)壓降、通態(tài)電流，比常規(guī)工業(yè)要求更加嚴格。
　　2)快速熔斷器
　　采用西安龍申熔斷器廠生產(chǎn)的單極因化快速熔斷器，保護迅速，熔斷時間短，對快熔內(nèi)阻進行測試配對，并提供質(zhì)量保證書。根據(jù)快熔的內(nèi)阻參數(shù)進行分組安裝。
　　6.數(shù)字化觸發(fā)控制系統(tǒng)
　　數(shù)控整流控制系統(tǒng)，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(jiān)控下，實現(xiàn)故障狀態(tài)下無擾自動切換。
　　控制板采用了我們公司自行設(shè)計生產(chǎn)的全數(shù)字微機觸發(fā)控制系統(tǒng)，它采用了DSP(高性能數(shù)字處理器)+PLC（可編程控制器）大規(guī)模集成元件，具有12位A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊等功能。該全數(shù)字微機觸發(fā)控制系統(tǒng)采用雙板結(jié)構(gòu)（主控板和同步電源板），全密封設(shè)計，使得該系統(tǒng)更適合在惡劣環(huán)境的應(yīng)用場合。
　　本系統(tǒng)針對直流融冰的特點,采用過零觸發(fā)控制方式由于對電網(wǎng)無污染，在許多設(shè)備中都采用這種觸發(fā)方式。圖3所給出的可控硅觸發(fā)電路，采用了二級保護措施，經(jīng)在多臺設(shè)備上使用，證明工作穩(wěn)定，有很高的可靠性。
　　系統(tǒng)過零觸發(fā)，電流突變，產(chǎn)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(shù)控整流技術(shù)
　　數(shù)控整流觸發(fā)是整流系統(tǒng)的核心單元，它的可靠性和穩(wěn)定性直接影響整個工藝流程?？刂乒裰饕蓹C組穩(wěn)流控制系統(tǒng)、機組PLC監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字觸摸屏三部分組成.
　　為適應(yīng)現(xiàn)代電子電力設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)工藝發(fā)展的要求，湘潭大眾整流器制造有限公司將其變流技術(shù)悠久的歷史、規(guī)范的產(chǎn)品管理、高水平的設(shè)計團隊、嚴格的質(zhì)量保證和完善的售后服務(wù)體系融為一體，在總結(jié)了以往整流控制系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場運行經(jīng)營的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)階段先進的電子技術(shù)，在確保系統(tǒng)高度可靠性的前提下，成功開發(fā)了DSP(高性能數(shù)字處理器)+PLC（可編程控制器）整流控制系統(tǒng)。
　　主要特點
　　1、本系統(tǒng)數(shù)控板采用DSP(高性能數(shù)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(tǒng)以最小的元件，設(shè)計完成更多的功能。且實現(xiàn)了在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP），做到了嵌入式編程開發(fā)。
　　2、采用西門子公司的PLC技術(shù)大大減少常規(guī)繼電器控制的繁雜，簡化繼電控制，保護及信號監(jiān)測。
　　3﹑系統(tǒng)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(jù)漢字提示任意設(shè)定整流器的系統(tǒng)參數(shù)，顯示整流柜、高低壓設(shè)備的各種狀態(tài)以及設(shè)備故障進行保護的同時漢字顯示系統(tǒng)保護的各種故障內(nèi)容。
　　采用系統(tǒng)完整的設(shè)計思路，將計算機技術(shù)與整流器全運行設(shè)備進行有機結(jié)合，真正發(fā)揮了計算機控制效益的同時，及大大簡化了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。

附圖：

圖 1  操作首頁

圖 2  用戶登陸

圖 3  融冰參數(shù)設(shè)置

圖 4  整流參數(shù)設(shè)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