完善输电线路融冰回路的关键技术研究

李宏力 周贵发

LI Hong-li ZHOU Gui-fa

（贵州电网公司 都匀供电局，贵州 都匀558000）

0 前言

目前， 在南方电网公司的典型设计中，110kV 和220kV 变电站内是不带旁路母线的。 在这些变电站中加装直流融冰装置时，将会遇到两个不可回避的问题：

一是，在直流融冰装置输出侧的融冰母线无法直接与融冰线路首端相连接；在融冰线路的末端，也没有专门的能够通过融冰电流的短路设备。 这就直接导致了整个融冰过程的工作效率十分低下： 约有44%的时间(详见参考文献)消耗在线路首端和连接和线路末端的短接上。

二是，直流融冰母线与融冰线路连接的空间受到限制，如果在融冰母线与融冰线路之间加装连接设备的话，就必须要对场地进行扩展征地。

本文针对上述存在的问题进行研究并提出具有完全自主知识产权的能够完善输电线路融冰回路的关键技术及设备。

1 输电线路融冰回路的现状

1.1 输电线路融冰回路简介

输电线路融冰回路是指融冰装置输出的融冰母线→融冰线路首端→融冰线路→融冰线路末端的电流回路，如图1 所示。

图1 输电线路融冰回路示意图

图2 融冰母线与融冰线路之间的连接示意图

1.2 融冰母线与融冰线路之间的连接现状

在没有旁路母线的变电站内（对于带旁路母线的变电站，只需要加装1 组普通隔离开关将融冰母线与旁路母线连接即可，不在本文的研究范围内），在不征地的前提下，目前通用的做法是将融冰母线修建在围墙上，融冰母线与线路之间用预制好的导线人工进行连接（即线路正常运行时，预制好的导线取下来存放，需要融冰操作时，将线路和线路开关单元停到检修状态后，由人工将预制好的导线进行连接），如图2 所示。

1.3 融冰线路末端三相短接现状

融冰线路末端三相短接主要有两种方式。 一种，是在线路末端变电站内出线避雷器顶端用预制好的导线人工进行短接， 如图3 所示；另一种，是在线路末端1 号杆（塔）上用预制好的导线人工进行短接，如图4 所示。

图3 避雷器顶端短接示意图

图4 线路末端1 号杆上短接示意图

2 输电线路融冰回路存在的问题

由图2、图3 和图4 可以看出，无论是融冰母线与融冰线路之间的连接，还是线路末端在雷器顶端短接，或是在线路末端1 号杆上短接，在对线路进行融冰之前，都需要将线路操作到检修状态，工作人员办理相应的工作许可手续后方能将预制的连接导线连接到相应的位置；融冰工作完成后还需要解除连接。 这种方式存在如下问题：

2.1 融冰工作效率低下；

2.2 运行人员操作工作量增加；

2.3 检修人员增加了作业风险和行车风险。

3 完善输电线路融冰回路的关键技术研究

3.1 融冰线路首端连接的关键技术研究

从图2 可见，如果在避雷器与融冰母线之间增加一组具有融冰跨越连接功能的垂直伸缩式隔离开关(该隔离开关以本文作者为第一发明人所取得的专利号为ZL 2012 2 0115421.5)， 该隔离开关一端接融冰母线，另一端接在线路上，则可以实现输电线路首端连接的自动化。但存在问题是：避雷器与融冰母线之间没有足够空间来增加设备。 如果要增加设备则必须将变电站围墙向外扩展。

如果在图2 中的避雷器位置安装一组垂直伸缩式隔离开关，这种隔离开关不但具有融冰跨越连接功能， 同时还具有避雷器的功能，则可以完美解决问题，其结构如如图5 和图6 所示：

图5 带防雷功能的融冰隔离开关示意图（合）

图6 带防雷功能的融冰隔离开关示意图（分）

这种带防雷功能的融冰隔离开关，在支架（11）上设有电动操作机构（9），在电动操作机构（9）上连接有垂直连杆（8），在支架（11）的顶部设有底座（10），在底座（10）上设有支柱避雷器（4）及低侧支柱绝缘子（7），垂直连杆（8）的顶部与低侧支柱绝缘子（7）的底部连接；在低侧支柱绝缘子（7）上设有低侧接线板（6），在低侧支柱绝缘子（7）的顶部连接有可折叠的导电杆（5），在支柱避雷器（4）的顶部连接有均压环（3），在均压环（3）的底部设有静触头（2），导电杆（5）的顶部能与静触头（2）接触，在均压环（3）的顶部设有高侧接线板（1）。

图7 增加常规隔离开关时的断面图

电动操作机构每相1 个，实现分相操作，三相之间电气联动操作。系统正常运行时，通过电动操作机构将导电杆折叠，使导电杆与融冰母线的轴线保持平行，使装置处于分闸位置，原有线路和融冰装置按照常规模式正常运行，此时的装置具有避雷器的功能；当需要将线路输电线首端与融冰母线进行三相跨越连接时，只需将线路停电并拉开该线路开关单元的隔离开关，再通过电动操作机构使导电杆与静触头接触即可，此时的装置具有融冰专用隔离开关功能。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，采用将避雷器与具有融冰跨越连接的隔离开关合二为一，能够有效减少占地面积，降低工程投资和缩短施工工期，结构简单可靠(带防雷功能的融冰隔离开关已取得专利，专利号ZL 2012 2 0299930.8)。下图为应用该设备前后占地面积的对比图（以110kV 出线间隔为例）：

图8 采用具有防雷功能的隔离开关时的断面图

通过图7 和图8 的对比，每个110kV AIS 配电装置出线间隔可节省用地面积为8×[(2.3+0.5+2.5)-2.8]=20 平方米（公式中的8 为110kV AIS 配电装置出线间隔的标准宽度）。

3.2 融冰线路末端三相短路连接的关键技术研究

目前，在融冰线路的末端，只能采用图3 和图4 的方法进行三相短接， 如果在现有出线间隔内线路侧隔离开关的基础上进行改造，增加短路但不接地的功能，则可以解决问题，这种带融冰短路功能的隔离开关结构如图9、图10 所示。

图9 带融冰短路功能的隔离开关断面图（兼在系统中的接线示意图）

图10 带融冰短路功能的隔离开关俯视图

包括两个垂直支架（10），其特征在于：在每个垂直支架（10）上都设有操作机构（9），在操作机构（9）的顶部连接有垂直连杆（8），在垂直连杆（8）的顶部设有水平支架（7），在水平支架（7）上设有双柱水平旋转隔离开关（12），在双柱水平旋转隔离开关（12）的一侧设有三个对应的绝缘子（2），在绝缘子（2）的底部设有传动连杆A（5），传动连杆A（5）与垂直连杆（8）接触，在绝缘子（2）的底部设有传动连杆B（6），在绝缘子（2）的顶部设有导电杆动触头（3），在双柱水平旋转隔离开关（12）靠近绝缘子（2）的线路侧绝缘子接线座处设有导电杆静触头（4）；在绝缘子（2）顶部设有接线柱（1），在接线柱（1）之间设有短接导体（11）。

在具体使用中，将本隔离开关安装到待融冰线路的末端：一端连接到变电站母线侧(13)，另一端连接到输电线路(14)，将隔离开关(12)的融冰短路组件操作到分闸位置，即可按照原有隔离开关(12)的常规模式正常运行；当需要将线路进行短路时，只需拉开隔离开关(12)后，再合上隔离开关融冰短路组件即可完成输电线路的三相短路连接(这种带融冰短路功能的隔离开关已取得专利， 专利号为ZL 2012 20115423.4)。 在系统中的应用示意图可参考图9。

由于采用了上述的技术方案，与现有技术相比，完成输电线路三相短接解除短接的工作只需要不超过2 分钟时间（现有短接解除短接方式至少需要3-4 小时），工作效率提高了90-120 倍，而且不需要检修人员参与，完全消除了检修人员的作业安全风险。

4 采用新技术后注意事项

采用完善输电线路融冰回路的关键技术后，此时的融冰回路已经能够实现与常规的倒闸操作完全相同的操作方式。在运行中应该注意的问题是：

4.1 带防雷功能的融冰隔离开关(或具有融冰跨越连接功能的隔离开关)：该隔离开关的操作应受到融冰装置的控制：当确认线路处于可融冰状态后，该隔离开关才能够进行操作。

4.2 带短路功能的融冰隔离开关： 该隔离开关的短路部分与主刀之间应有机械闭锁和电气闭锁：当主刀处于运行位置（合位）时，不允许操作至线路短路状态，只有当主刀处于分闸位置时才可以操作至线路短路状态。 有条件时应受到融冰装置的控制。

5 结语

通过多个具有完全自主知识产权的关键技术的应用，能够让输电线路的融冰操作与常规的倒闸操作完全相同，从而大大提高融冰的工作效率、降低运行人员的操作风险和消除检修人员的作业风险。

对于带融冰短路功能的隔离开关， 虽然能够达到应用的目的，但存在一个问题是：比原有刀闸增加了一定的空间(以110kV 级GW4 型隔离开关为例，增加了1.3 米的空间)，使其通用性受到了一定的限制。目前已经通过对原有接地刀闸的系统改造，在不增加额外空间的前提下解决了这个问题，由于专利证书未到，因此不再详细叙述。

［1］李宏力.提高输电线路融冰工作效率的技术措施[J].广西电力技术，2012（1）.