湖南电网融冰装置配置方案研究

方昀晖，周秀冬，朱远，刘小芳，黄清军

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007) (2.国网湖南省电力公司防灾减灾中心，湖南长沙410129)

湖南电网融冰装置配置方案研究

方昀晖1，周秀冬2，朱远2，刘小芳2，黄清军2

(1.国网湖南省电力公司，湖南长沙410007) (2.国网湖南省电力公司防灾减灾中心，湖南长沙410129)

总结目前湖南电网在融冰装置配置方面存在的主要问题，提出了适用于湖南省电网融冰装置配置的目标与技术原则，结合电网网架结构、融冰装置特点，制定了融冰装置配置规划的方法、步骤，提出了湖南电网融冰装置配置方案，可科学经济地提高电网运行水平。

电网；融冰装置；配置方案

湖南由于特殊的地形极利于冷空气的侵入，易形成低温、降水等雨凇覆冰最有利的气候条件，是国内覆冰最严重的地区之一。2005年和2008年春节前后，湖南省出现了两次大范围雨雪冰冻天气，造成大量线路跳闸、倒杆断线，湖南电网遭受了严峻的威胁。特别是2008年，湖南省电力设施大面积覆冰，衡阳、郴州等城市发生大面积停电〔1－2〕，京广电气化铁路中断多日，冰灾给湖南电网造成的直接财产损失达数十亿元。

对输电线路采取提高设计冰厚来提高抗冰强度，投资巨大。目前输电线路防覆冰以融冰为主，主要分为交流融冰和直流融冰。湖南电网采取的融冰方式主要有中低压交流融冰 (10 kV或35 kV电源)、高压交流融冰 (110 kV电源)和直流融冰。

为提高湖南电网抵御冰雪灾害能力，防止输电线路的覆冰倒杆断线事故的发生，确保电网安全稳定运行，同时大大降低电网建设成本，研究湖南电网输电线路融冰装置的配置方案，具有非常重要的意义。

1 湖南电网融冰装置配置现状

中低压交流融冰和高压交流融冰只需提供对应的融冰电源点，不需额外配置融冰装置，但其存在融冰无功消耗大、倒负荷繁琐、融冰效率低等一些不足之处，不宜采用交流融冰的线路，应尽量配置直流融冰装置。

截至2015年底，湖南电网在郴州、永州等重冰区共配置了30套直流融冰装置〔3〕，可对426条110 kV及以上线路进行融冰。其中固定式直流融冰装置11套，可对17条500 kV线路、92条220 kV线路、98条110 kV线路进行融冰。固定式直流融冰装置利用站内固定设备，从融冰间隔取电源，对其进行变压整流后，将直流电流输入到线路，在线路末端进行三相短接融冰。移动式直流融冰装置19套，可对4条500 kV线路、150条220 kV线路、71条110 kV线路进行直流融冰。移动式直流融冰装置采用车载式融冰平台，通过变压整流将交流转换为直流后接入线路，在线路末端进行三相短接实现融冰〔4－5〕。

配置的直流融冰装置可对线路进行高效融冰，但是湖南电网直流融冰装置配置还存在以下问题:

1)目前湖南电网融冰直流装置主要集中在重冰区220 kV及以上线路，中冰区的融冰装置很少。

2)由于配电网一直存在建设资金不足的问题(尤其是各郊区和市县)，中低压配电网投资速度跟不上负荷增长的需要，造成中低压配电网融冰装置配置少，难以抵抗大型冰灾。

3)部分微地形、微气象〔5〕地区覆冰情况规律不明晰或资料掌握不齐全，导致融冰装置容量不足。一旦出现极端覆冰天气，融冰装置效率不能满足运行需要。例如郴州220 kV城前岭变，融冰装置最大输出电压为3 000 V，每次需花3～4 h才能对覆冰8 mm的高铁牵引站供电线路北用线进行融冰，融冰效率低。

4)变电站内融冰装置设备多，影响设备正常运行的因素复杂，尤其是在雨雪冰冻灾害严重的山区，融冰装置的运行环境条件相对恶劣，运行维护工作量大，需要投入一定的资源方可保证设备的完好率和可投运率。

5)受制于环保及空间限制，变电站建设遵循智能化、集约化发展，使得可供建设融冰装置的空间越来越少，给融冰装置配置带来新的问题。

2 融冰装置配置目标和技术原则

为实现湖南电网融冰措施的快速有效，需要在各级电网中配置不同容量、不同融冰能力的融冰设备，以满足不同程度电网冰冻灾害下电网的融冰需要。电网融冰装置配置的基本要求是在分析输电线路覆冰厚度、融冰装置融冰特性的基础上，合理配置融冰装置，以实现电网的快速高效融冰，提高电网抵御雨雪冰冻灾害的能力。

2.1 配置目标

1)覆冰厚度超过设计冰厚的已建线路。重要线路融冰覆盖率达到100%，一般线路融冰覆盖率超过70%。

2)新建线路。结合技术经济比较，降低了设计冰厚的线路，融冰覆盖率达到100%。

2.2 技术原则

结合湖南省气象条件、电网拓扑结构的特点和融冰装置的要求，融冰装置配置的技术原则如下〔6〕:

1)500 kV新建线路以抗为主、融为辅，已建线路覆冰厚度超过设计冰厚时，配置融冰装置。

2)220 kV，110 kV新建线路采取 “融、抗结合”的原则，适当降低设计冰厚，配置融冰装置，已建线路覆冰超过设计冰厚时，配置融冰装置。

3)500 kV线路不宜采用交流融冰，优先采用固定式直流融冰，220 kV，110 kV线路优先采用中低压交流融冰，其次采用直流融冰。

4)变电站有5回及以上覆冰严重的线路、或有重要线路且覆冰较为严重时，配置固定式融冰装置；其他情况配置移动式融冰装置。

3 融冰装置配置思路

通过统计覆冰厚度超过设计冰厚的已建线路和需降低设计覆冰厚度的新建线路，结合其覆冰程度和重要程度，按照 “先中低压交流融冰，后直流融冰”的总体思路，结合电网规划，利用现有的融冰技术手段，规划湖南主电网 “十三五”融冰装置的配置，使其与电网发展相协调，以提高电网的建设经济性，并保障其安全稳定运行。

4 融冰装置配置流程与方法

4.1 线路统计分析

收集湖南省每一条线路的冬季覆冰情况，通过对线路的设计冰厚和历史覆冰厚度数据进行比较，初步确定超过设计冰厚的已建线路和需降低设计覆冰厚度的新建线路。

4.2 线路重要程度分级

根据电网网架结构和线路所供负荷的重要性，将输电线路的重要程度进行如下分级:

1)特级线路:500 kV及以上线路、直流线路、220 kV战略保电通道、地区间联络线路、高铁供电线路。

2)一级线路:其他220 kV线路、110 kV战略保电通道、县城、电铁供电线路。

3)二级线路:其他110 kV线路。

4)三级线路:35 kV线路。

确定线路重要程度分级后，还需对电网网架拓扑结构的安全稳定水平及供电能力进行校核与评估，明确电网安全稳定约束条件，查找湖南电网中的关键断面，对特级线路和一级线路的融冰方法核算并留有适当裕度。

4.3 融冰方法核算

根据交流融冰方法的可融长度范围，线路中统计出湖南电网110 kV及以上各类电压等级可以采用交流融冰方法的线路 (不考虑串联3回及以上或短路点设在线路中间的线路)和不能采用交流融冰方法的线路，根据不能采取交流融冰方法的线路，核算直流融冰所需的融冰功率。

1)融冰电流和融冰时间的计算。基于融冰过程焦耳热消耗于吸收潜热、冰层热传导、冰层辐射和冰层加热，结合融冰线路的阻抗，为弥补传热计算中产生的误差而留有适当的裕度，计算融冰过程电流的大小和时间。

2)融冰导线最高温度和最大允许电流计算。由于融冰过程中导线的最高温度取决于焦耳热与导线对冰层的传热速率。通过建立导线—冰层传热稳态模型，计算融冰导线最高温度和最大允许电流。

3)选择导线直流融冰装置额定容量。结合融冰功率核算结果，考虑到变电站出线长度变化范围较大，选择220 kV直流融冰装置的额定容量为25 MW，500 kV直流融冰装置的额定容量为80 MW。

4)根据计算结果，给出线路融冰装置初步配置方案。

4.4 融冰装置配置

综合考虑湖南 “十三五”电网规划、线路覆冰情况及抗冰能力，湖南电网所有新建变电站均建设中低压交流融冰电源，现有的110 kV高压交流融冰电源作为备用方案，原则上不考虑建设110 kV高压交流融冰电源。所有中低压交流融冰电源和变电站同步设计、同步建设。

1)直流融冰需求分析。针对交流融冰方法(不计串联3回及以上或短路点设在线路中间的情况)覆盖不到的线路，分区进行需求分析，作为直流融冰规划的重要依据。

2)直流融冰装置配置。根据以上直流融冰需求分析，若全部按期实施，无论时间还是资金方面均有难度，另外从直流融冰装置的技术完善、技术升级等方面考虑，也不宜一气呵成。因此，2020年前湖南主电网考虑优化配置直流融冰装置，并分年度循序渐进实施。

根据布点规划以及合理配置后，在覆冰较严重或线路较多的变电站，考虑配置固定式直流融冰装置。综合分析固定式的覆盖范围后，另在湖南省适当补充配置几套移动式直流融冰装置，以满足湖南省的融冰需求。融冰装置配置实施时，有限进行对“十二五规划”中未完成的融冰装置配置，重点考虑永州、怀化、湘西等地区。

5 结论

1)2008年南方电网冰灾后湖南电网建立了一系列融冰体系，每年防冻融冰期间在提高电网抵御冰灾的能力方面发挥了重要作用，但是在微地形、微气象区域还需进一步加强配置规划。

2)湖南电网易遭受冰灾的侵袭，科学合理地配置融冰装置配置可降低线路投资成本。重要线路融冰覆盖率应达到100%，一般线路融冰覆盖率宜超过70%，降低了设计冰厚的新建线路，融冰覆盖率应达到100%，以最大限度地保障电网安全。

3)文中提出的湖南电网融冰配置方案能充分考虑电网重要网架结构和线路覆冰风险予以重点防护，结合固定式融冰装置的融冰能力和移动式融冰装置的经济性、灵活性，既能保住电网运行底线，又能最大限度减少冰冻灾害造成的停电损失，是应对极端冰冻灾害的有力措施。

〔1〕陆佳政，蒋正龙，雷红才，等.湖南电网2008年冰灾事故分析〔J〕.电力系统自动化，2008，32(11):16-19.

〔2〕侯慧，尹项根，陈庆前，等.南方部分500 kV主网架2008年冰雪灾害中受损分析与思考 〔J〕.电力系统自动化，2008，32 (11):12-15.

〔3〕国网湖南省电力公司.2015—2016年度湖南电网主网线路融冰方案 〔R〕.2015

〔4〕陆佳政，朱思国，李波，等.可减小输入侧谐波及输出电压可调的融冰装置 〔J〕.高电压技术，2013，39(005):1 225-1231.

〔5〕方针，陆佳政，张红先，等.基于12脉波的固定式直流融冰装置在城前岭变电站的应用 〔J〕.湖南电力，2009，29(5): 30-31，47.

〔6〕张弦.输电线路中微地形和微气象的覆冰机制及相应措施〔J〕.电网技术.2007，31(增2):87-89.

〔7〕国家电网公司.输电线路电流融冰技术导则:Q/GDW 716—2012〔S〕.北京:2012.

Study on configuration scheme for deicer of Hunan power grid

FANG Yunhui1，ZHOU Xiudong2，ZHU Yuan2，LIU Xiaofang2，HUANG Qingjun2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Disaster Prevention and Reduction Center，Changsha 410129，China)

The primary existing problems in configuration scheme for deicer of Hunan power grid are summed up in the paper. The goal and technological principles configuration for deicer are put forward.Combined with the characters of power grid structure in Hunan and the main technological parameters of deicer，the method and steps of configuration for deicer are established，then the configuration scheme of for deicer is put forward，which can improve the secure operation level in power system scientifically and effectively.

power system；deicer；configuration scheme

TM752.5

B

1008－0198(2016)06－0037－03

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.010

2016－03－24