500kV输电线路抗冰融冰技术的研究与分析

舒斌 田维文

(中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局,贵州贵阳 550000)

500kV输电线路抗冰融冰技术的研究与分析

舒斌 田维文

(中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局,贵州贵阳 550000)

严重覆冰不仅会造成500kV输电线路和杆塔的损毁,而且会导致导线对地线、导线对导线的短路以及绝缘子闪络等重大事故。由于500kV输电线路覆冰导致的电力事故多发生在严冬季节,维修人员开展抢修工作的环境非常恶劣,长时间停电容易给居民的生产和生活带来不便,影响居民的生活质量,因此研究500kV输电线路抗冰融冰技术就具有十分重要的现实意义。

500kV输电线路 抗冰融冰技术 直流融冰装置

1 500kV输电线路覆冰的危害

500kV输电线路覆冰的危害主要包括:(1)过荷载。500kV输电线路覆冰后的实际重量超过设计值很多，从而导致架空输电线路机械和电气方面的事故，一般过荷载又可分为垂直荷载、水平荷载、纵向荷载及振动荷载；(2)导线覆冰舞动事故。由于500kV输电线路不均匀覆冰，在风的作用下产生舞动，覆冰导线低频高幅舞动将造成导线断股、金具损坏、杆塔倾斜或相间短路等严重事故；(3)不同期脱冰或不均匀履冰事故。相邻档导线不均匀履冰或不同期脱冰会产生张力差，使导线、地线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全部断裂，钢芯抽动；(4)绝缘子串冰闪事故。绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，融冰时绝缘子的局部表面电阻增加而形成闪络事故，闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，从而引发绝缘子绝缘强度的降低。

2 500kV输电线路抗冰融冰技术的分析

自2008年冰灾发生后，南方电网技术中心针对辖区各省公司的冰灾分布特点，对各省的融冰技术进行了研究，研究结果表明500kV交直流线路采用交流融冰法基本不可行，因此可以根据不同应用条件来选用不同容量和不同形式的直流融冰装置。下表为贵州电网500kV直流线路和500kV交流线路采用直流融冰时所需的电源容量如表1。

对于贵州电网500kV直流线路，融冰所需电源容量很大，安装单独直流融冰装置进行融冰经济性较差，因此可以采用其他方案进行融冰；对于贵州电网500kV交流线路，融冰所需电源容量较大，考虑到一些500kV枢纽变电站具有多条500kV出线，因此安装固定式直流融冰装置可以实现500kV出线的全线融冰。

2.1 500kV输电线路的固定式直流电源融冰方案

目前贵州电网已经由成贵阳、息烽、鸭溪、福泉、青岩、安顺构成500kV“日”字型环网，笔者认为可以以安顺、福泉、息烽和鸭溪变电站为中心融冰站安装固定式直流电源融冰装置，这样就基本能够实现这四个变电站500kV交流出线的全线融冰。根据500kV变电站的实际情况，固定式直流融冰装置的电源可以取自主变压器的35kV侧，同时建议在整流器和供电电源间安装整流变压器以进行电压变换。

2.2 500kV输电线路直流融冰装置的设计

2.2.1 直流融冰装置的关键技术

直流融冰法将交流电源通过大容量电力电子设备转化为直流进而加热一定长度的覆冰线路达到融冰的目的，由于直流融冰电流本身在线路上流动时不消耗无功，仅直流换流器自身需要消耗一部分无功，因此直流法适用于多个电压等级的融冰。

在设计500kV输电线路直流融冰装置时，要重点考虑:覆冰导线所需的最小融冰电流、直流融冰装置的容量及其能够提供的最大融冰电路和输出直流电压、直流融冰装置输入电源的获取、换流器运行时产生的无功和谐波对交流电网的影响和需求、直流融冰装置在变电站的接入系统设计。下面对其中一些关键技术进行简单的阐述:

①最小融冰电流的确定。直流融冰装置最小融冰电流通常是采用试验的方法确定的，即在试验大厅或室外试验场地对不同电压等级、不同型号的覆冰导线进行试验，通过多次试验来确定其最小融冰电流。

②融冰时间的确定。融冰时间tr(h)的计算公式如下所示，其中Ir为融冰电流，R0为导线在0℃时的电阻，Δt为导线与外界的温差，Rr0为等效冰层传导热阻，Rr1为对流辐射等效热阻，g0为冰比重，d为导线直径，b为冰厚，D为导线覆冰后的外径。

③直流融冰电压及功率的确定。500kV输电线路长度一般在400km以内，常用四分裂导线，即4×LGJ300，4×LGJ400、4×LGJ500。融冰回路电阻RL=1．5RdL(线路由直流融冰时，将线路两相并联后再与另一相串联)，融冰电压Ud=IdRd；融冰功率Pd=UdId。

2.2.2 直流融冰装置的整体设计

直流融冰装置由箱式开关组和控制保护、换流变35kV侧电源、直流融冰装置的出线、4%的进线电抗器、直流输出母线等设备构成。

35kV的三相电源通过电缆进入箱式开关站，从箱式开关站出来的管母进入整流变压器。整流变的输出是两组相位相差30度电角度的三相电压，额定有效值均为7．4kV。

变压器输出的电压通过大通流能力的管母送入箱式阀组进行整流，即将交流电变换成直流电。经过整流器形成的直流电流，进入倒闸开关箱选择送入相应的融冰母线。

35kV母线进线，来自500kV高压变压器的低压侧，为了降低短路电流对主变的冲击，在向融冰装置的整流变供电时，加入了4%的限流电抗器。

表1

3 结语

500kV输电线路覆冰会对电网的安全运行产生巨大影响，因此本文以贵州电网500kV输电线路为例，探讨了500kV输电线路抗冰融冰技术。结果表明，500kV交直流线路采用交流融冰法基本不可行，因此确定采用直流融冰作为贵州电网500kV线路的主要融冰技术手段。

[1] 杨晴,王骏.国内外抗冰融冰技术研究综述[J].云南电力技术,2008(4)．

[2] 钟和.南方电网抗冰融冰关键技术取得重大进展[J].广西电业,2008(5)．

舒斌(1986—),男,本科,四川乐至人,助理工程师,从事高压交流输电的运行维护工作。