我国电力输电线路融冰技术和装备的全面突破

电童

南网科研院等单位历经10年“产、学、研、用”协同攻关，实现了重大突破和实质性创新，取得了多项原创性发明，研制了满足任意类型和长度导地线融冰需求的可控电流源型系列融冰装置

输电线路覆冰对电网安全构成严重威胁，电网抵御冰灾能力是电力系统安全保障技术的重要内容之一。严重覆冰导致国内外电网多次大面积瘫痪。我国南方地区2008年冰灾的各类损失超过千亿元。防御冰灾一直是电网竭力突破的一大技术难题，突破电网抵御冰灾的技术瓶颈，实现“被动抗冰”到“主动防冰”的转变是保证电网安全、国民经济持续稳定发展的重大需求。2005年冰灾后，国内一些单位对直流融冰技术和装置进行了探索，但直到2008年冰灾时尚未取得实质性进展。

研究背景及研发历程

2008年国家科技部设立了国家科技支撑计划重点项目“电网抵御极端天气灾害关键技术及装置开发与应用”。当年2月开始，在南方电网公司、国家科技部和国家自然科学基金委的支持和资助下，南网科研院等单位历经10年“产、学、研、用”协同攻关，实现了重大突破和实质性创新，取得了多项原创性发明，研制了满足任意类型和长度导地线融冰需求的可控电流源型系列融冰装置，包括国内首创第二代直流融冰装置（基于晶闸管的6脉动和12脉动融冰装置，2008年）和国际首创的第三代直流融冰装置（基于全桥模块化多电平换流器的融冰装置，2013年），建立起了完整的输电线路融冰理论和应用技术体系。

主要技术创新

本项目以提高电网防御冰灾的能力为目标，主要取得四个方面的原始创新。

创新点一：突破融冰换流器设计和制造技术瓶颈，发明并成功研制出满足任意类型和长度导地线融冰需求的可控电流源型系列融冰装置，成为我国融冰装置的基本型式。

图1 12脉动晶闸管融冰装置

图2 6脉动晶闸管融冰装置

图3 发电车式晶闸管融冰装置

图4 基于全桥MMC换流器的融冰装置

创新点二：研制出满足地线融冰需要的地线绝缘子、光纤接续装置和融冰状态监测装置，提出基于融冰电流的纤芯温度计算公式及OPGW融冰温度控制范围，突破了光纤复合地线（OPGW）融冰技术瓶颈，确保OPGW融冰安全，实现地线、OPGW与导线同期融冰。

图5 地线和OPGW分段融冰方法

创新点三：针对融冰线路与融冰装置连接难题，研制出动静触头绝缘等级不同的紧凑型自动接线隔离开关（占地减小50%）、地线分段接入融冰系统的自动装置，突破输电线路导、地线与融冰装置自动、快速、安全连接的技术瓶颈，实现融冰过程全自动化操作，避免人工作业风险，提高现场融冰效率和安全性。

创新点四：针对融冰装置功能及性能验证难题，首创换流器极限工况验证方法和现场融冰等效试验方法，揭示融冰装置运行工况等效机理，实现对融冰装置50A-5000A全工况检验。

与当前国内外同类技术的比较

在本项目开始之前，国外仅俄罗斯(前苏联)有二极管整流和6脉动晶闸管整流融冰装置用于实际融冰，但存在电流大小不可调节，不能用于地线和光纤复合地线融冰等问题。

本项目发明并成功研制的可控电流源型直流融冰系列装置于2008年10月12日完成了所有现场试验，成为我国融冰装置的基本型式，是我国易覆冰地区变电站中的标准配置，是国标、电力行标和电力行业电网设计标准的推荐型式，市场占有率超过80%。

推广应用情况、经济效益和社会效益

本项目发明和研制的融冰装置2011年列入国家重点新产品推广目录，已在全国安装150多套，市场占有率超过80%。导线融冰自动连接开关已经推广应用超过600套。导线融冰自动连接装置已经推广应用超过200套、融冰地线绝缘子13万只。

2009～2016 年利用该项技术共计对贵州、云南、四川、浙江、河南、青海、江西、福建、重庆、安徽等共计13个省（市）110kV及以上电压等级输电线路实施融冰超过1400次，其中架空地线和光纤复合地线融冰超过300次。

项目成果

项目相关成果荣获省部级科技进步奖一等奖3项、二等奖4项，技术发明奖二等奖1项，中国专利奖优秀奖1项，广东省专利金奖1项。

项目获授权国家发明专利45项，美国发明专利1项，实用新型专利53项，软件著作权3项，制定国家标准3项、电力行业标准2项。

成果完成单位

南方电网科学研究院有限责任公司，南京南瑞继保电气有限公司，贵州电网有限责任公司，中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，云南电网有限责任公司，北京四方继保自动化股份有限公司。

鉴定和评价意见

2012年6月29 日，国家科技部组织对产出该项成果的国家科技支撑计划重点项目进行验收，意见为：提出了直流融冰装置主回路设计、过电压和绝缘配合、试验和调试方法，对设备规范、接入设计、装置制造、等效试验等进行了深入研究，建立了直流融冰技术集成体系。研制的融冰装置已在南方电网高压、超高压输电线路中获得了大规模应用。实践证明，融冰速度快、效果好，显著提高了电网抵御冰灾的能力。

项目成果得到了电气工程领域韩英铎、雷清泉、程时杰、郑健超、沈国荣、孙才新、李立浧等多位院士的高度评价。