湖南电网主网线路融冰方式综述

易维，王斌

(湖南省电力公司调度通信局，湖南长沙 410007)

1 湖南电网覆冰情况

1.1 湖南电网覆冰原因——特殊的地形

湖南省地处我国东南腹地，长江中游，三面环山——东与江西诸山交界，南面横亘南岭山脉，西为雪峰山脉，湘中盆地以丘陵、岗地、河谷冲击平原为主。这种三面环山、北面开口的地形，使得冬季北方强冷空气能长驱直入，并在南岭北坡与南海副热带暖湿气流交汇，形成“南岭静止锋”。在静止锋覆盖地区，凝结层中的过冷却水极不稳定，一旦遇上较冷的硬物如导线等，极易附着其上形成雾凇或雨凇〔1〕。这是冬季冰冻导致湖南电网线路覆冰的重要原因。

1.2 冰冻灾害对电网的影响

湖南三面环山的地理环境以及湿度大等气候特征，使得湖南电网线路在冬春季节极易覆冰，覆冰使输电线路机械负载增大，可能造成碰线、断线、倒杆等事故。这些对电网安全运行造成很大威胁〔2〕。

2008年初，湖南遭受了50年一遇的冰雪灾害，对湖南电网主网造成了灾害性的影响:

1)大量线路跳闸、多个变电站全停，电网结构受到严重破坏，安全稳定运行受到严峻挑战。超过75%的220 kV及以上线路严重覆冰，部分线路覆冰达40～100 mm;500 kV线路累计跳闸75条次，最多时33条500 kV线路中16条停运;220 kV线路累计跳闸832条次，最多时275条220 kV线路中86条停运。6个500 kV变电站母线失压，其中2个变电站全停;32个220 kV变电站母线失压，其中30个变电站发生过全站失压。

2)电网供电能力大幅度下降。由于电网结构不断弱化，冰冻期间电网供电能力持续下降。1月19日全网最大发电负荷为1 178万kW，日用电量为2.38亿kWh，1月29日则分别下降至为489万kW及1.03亿kWh，分别下降了58.4%及56.7%。

3)大量线路倒杆断线，电力设施受损严重。冰冻造成500 kV线路倒塔182基，变型82基，断线159处;220 kV线路倒塔633基，变型203基，断线241处。

这次冰灾给湖南电网造成了巨大的损失，衡阳、郴州等城市大面积停电，对全省人民的正常生产和生活造成了严重的影响，并影响了京广铁路湖南段的正常运行。

2 湖南电网主网线路融冰方式现状

为了和冰冻灾害作斗争，湖南电网除了在电力线路设计、施工、维护中采用“抗、改、避、防、除”等措施外，对主网线路实施融冰是防止冰害事故的主要手段，目前，湖南电网主网线路融冰方式有:高电压交流融冰、低电压交流融冰、直流融冰。

2.1 高电压交流融冰

高电压交流融冰是指以110 kV电压为融冰电源及水电机组零起升压的交流融冰方式，是湖南电网使用时间最长、技术最成熟的主网线路融冰方式。

以220 kV牌田Ⅰ线高电压交流融冰方案为例:从220 kV万溶江变电站的110 kV母线上取电源，在220 kV田家变电站进行三相短路，将110 kV等级的电流送到220 kV线路，实现对多条串接线路的同时融冰。融冰结线图见图1，该融冰方案串接线路的总阻抗ZΣ=9.019+j 57.102(Ω)，融冰电压Uk=110 kV，融冰电流Ik=1 098.6 A，融冰所需容量Wk=32.66+j 206.76(MVA)。

图1 牌田Ⅰ线高电压交流融冰方案结线图

高电压交流融冰方式，其电源取自220 kV变电站的中压侧，电压基本恒定，需要匹配合适的线路阻抗，才能获取合适的融冰电流，因融冰电压高，需要的线路阻抗较大，一般需串多回线路，且融冰所需容量大。这种方式的优点是:1)能够解决长线路的融冰问题;2)在特定条件下可以实现多条线路同时完成融冰。但存在不足:1)融冰时，需多条线路同时停运，发生大面积冰冻灾害时，电网运行本来就比较薄弱，如果同时停运多条线路，无疑加重了电网运行的难度;2)需要系统提供的容量大，作为融冰电源点的220 kV变电站所供负荷几乎要全部转移，对110 kV电网方式影响较大，影响供电的可靠性;3)需串接线路较多，操作量大，耗时长〔3〕。

2.2 低电压交流融冰

低电压交流融冰是指以10 kV及35 kV电压为融冰电源点的交流融冰方式，是在2008年初抗击冰冻灾害中提出的新方法，2008年1月，长沙电业局用这种方法对220 kV威天Ⅰ线、丛集线等线路进行了融冰。

以220 kV牌田Ⅰ线低电压交流融冰方案为例:从500 kV牌楼变电站的35 kV母线上取电源，在220 kV牌田Ⅰ线#119杆处进行三相短路，将35 kV等级的电流送到220 kV牌田Ⅰ线，实现对牌田Ⅰ线#1－#119杆线路段进行融冰。融冰结线图见图2，该融冰方案线路的总阻抗ZΣ=2.05+j 13.53(Ω)，融冰电压Uk=35 kV，融冰电流Ik=1 477 A，融冰所需容量Wk=13.41+j 88.51(MVA)。

图2 牌田Ⅰ线低电压交流融冰方案结线图

低电压交流融冰，其电源取自500 kV或220 kV变电站的低压侧，其主要优点是:所需匹配的阻抗小，能融线路距离短，所串线路少。但存在不足:部分线路采用低压交流融冰方式需在线路中间进行短接，不方便操作，且效率低，对于长度较长的线路很难满足其融冰的需求。

高电压交流融冰与低电压交流融冰均为交流融冰方式，其电源取自电网本身，电压调节空间非常有限，均需进行阻抗匹配，导致对融冰线路有明显的距离限制，表1给出了不同电压等级电源时，对2种220 kV线路导线型号融冰长度的限制。

表1 不同电压等级电源的融冰线路长度

2.3 直流融冰

直流融冰是指采用固定式直流融冰装置及移动式直流融冰装置对线路进行融冰。2008年冰灾后，湖南省电力公司科学研究院研制出新型线路直流融冰装置，投运成功后，在2011，2012年初的线路融冰中取得良好效果，情况见表2。

表2 2006－2012年220 k V线路采用各种融冰方式情况统计

以220 kV牌田Ⅰ线直流融冰方案为例:从220 kV田家变电站的10 kV母线上取电源，在牌楼变进行三相短路，将10 kV等级的电流经过移动式直流融冰装置整流后送到220 kV牌田Ⅰ线，实现对牌田Ⅰ线进行直流融冰。融冰结线图见图3，该融冰方案线路的总阻抗ZΣ=3.738+j 23.517(Ω)，融冰电压Uk=10 kV，融冰电流I直=1 561.5A，融冰所需容量Wk=18.23+j 4.3(MVA)。

图3 牌田Ⅰ线直流融冰方案结线图

直流融冰装置一般由长距离融冰单元、中长距离融冰单元、短距离融冰单元、超短距离融冰单元组成，利用4个单元的不同融冰功能，可完成0～150 km输电线路的融冰工作。

与交流融冰方式相比，直流融冰方式具有如下优点:1)直流融冰方式可以对单回线路方便快捷的进行融冰，不需要进行阻抗匹配和负荷转移，也减少了融冰操作;2)由于直流融冰方式可以针对不同型号、不同长度的线路进行融冰，适用范围广，无需在线路中间设置短路点;3)直流融冰方式需要系统提供的容量小，仅为交流融冰方式的1/6左右;4)直流融冰方式存在交直流隔离，对电网在安全方面的影响比交流融冰方式小得多。因此，在线路融冰时，优先采用直流融冰方式，从表2可看出，直流融冰方式应用越来越多，逐步取代了高电压交流融冰方案。

但是，目前的直流融冰方式仍存在如下不足:1)由于不能三相同时对于某条线路融冰，必须进行2次或3次融冰，其融冰时间相对交流融冰方式较长;2)对于移动式直流融冰装置，在实际融冰时需临时接入，工作量大，且耗时长;3)移动式直流融冰装置庞大，移动不便。

2.4 融冰方案与选取原则

目前湖南电网主网线路融冰方案是根据上述3种融冰方式编制，即分为三大部分:高电压交流融冰方案、低电压交流融冰方案、直流融冰方案。且因采取多方式编制线路融冰方案的原则，对于一条线路，可能存在多个融冰方案，在实际使用时，规定了融冰方案选取原则:输电线路融冰应以对电网运行影响小、操作量少为原则选择方案。

湖南电网主网线路融冰方案体系，特别是直流融冰的广泛应用，能基本解决湖南电网主网线路的融冰问题。但仍存在以下问题:

1)对于近几年出现的大截面导线如LGJ－2×500，LGJ－2×630，因其融冰需要提供较大的融冰电流，目前仍有部分线路没有合适的融冰方案;

2)直流融冰装置过于庞大，移动式直流融冰装置实际不便移动，无法覆盖多个厂站，无法有效应对大规模冰冻灾害的发生。

3 融冰方式展望

防冻融冰工作早已成为湖南电网颇具特色的季节性工作，对电网线路进行及时有效的融冰，是确保电网安全稳定运行有效手段。

随着电网的发展，湖南电网主网线路中，会有越来越多的大截面短线路出现，高电压交流融冰方式逐步无法满足电网需要，低电压交流融冰及直流融冰将是未来的主要融冰方式。

目前，湖南电网所有新建220 kV变电站均会同步建设低压融冰间隔，但由于低电压交流融冰方式对融冰线路长度有限制，直流融冰方式是未来规划的重点。对于途经重冰区的重要联络线，若无法采用交流融冰方式，需重点考虑直流融冰方式，如建设固定式直流融冰装置。同时，为应对大规模冰冻灾害，需配置多套移动式直流融冰装置，且随着技术的不断发展，未来的移动式直流融冰装置必须具备以下几个特点:

1)融冰范围广，能对不同电压等级、不同导线型号、不同长度的线路都能提供合适的融冰电流;

2)体积小，移动方便快捷，且不受变电站场地限制;

3)接入快，能方便快捷的接入变电站。

只有具备了上述特点，直流融冰才能有效适应快速发展的电网。随着科技的进步，将不断出现更先进高效的融冰方式应对电网的冰冻灾害。

〔1〕许源，刘人玮，李军.湖南电网防冻融冰体系改革之探讨〔J〕.湖南电力，2003，23(5):24-27.

〔2〕李军.湖南电网三相短路融冰利弊分析〔J〕.湖南电力，1998，18(4):20-24.

〔3〕邓健，肖顺良，姚璞，等.220kV线路融冰方案的改进〔J〕.电网技术，2008，32(4):29-30.