移动直流融冰技术在500 kV输电线路上的应用

王京波，李 嗣，杨洪明，葛 雄，陈光辉

（国网湖北省电力有限公司超高压公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

根据相关统计，近年来因恶劣天气造成的电力系统故障达到75%以上[1]。其中，输电线路舞动覆冰是冬季常见的自然灾害之一，表现为覆冰导线在风的作用下发生低频且大幅度的摆动，极易因金属疲劳造成绝缘子、金具、导线损伤甚至倒塔断线，给电网安全运行带来巨大威胁[2]。2018年1月，湖北主网发生大面积输电线路覆冰舞动灾害，导致13条500 kV线路短期内发生永久接地故障跳闸，19条500 kV线路本体受损，造成严重的经济损失和巨大的社会影响。2019年2月，500 kV峡林一二三回线路百里荒段因覆冰导致地线断裂，造成3条线路相继跳闸，给三峡电力外送造成巨大影响[3]。在覆冰灾害发生时，对500 kV线路进行高效融冰是保证主网安全稳定运行的重要技术手段。由于500 kV输电线路融冰一直以来受距离长、线径粗等制约，文章探索利用移动式直流融冰装置对500 kV斗江线线路进行直流融冰。

1 直流融冰原理与参数计算

1.1 直流融冰原理

直流融冰是将覆冰线路作为负载，施加直流电流加热导线使覆冰融化。对于500 kV线路，由于直流阻抗只有交流阻抗的10%左右，采用直流电流融冰需要的电源容量较小。融冰直流电源可以由发电车提供，也可由系统电源连接整流装置提供。此外，直流输出电压和电流可调节，具有更好的适用性。直流融冰原理如图1所示。

图1 直流融冰原理

1.2 直流融冰参数计算

1.2.1 融冰电流和融冰时间

在现场工况和覆冰状态确定的情况下，融冰电流和融冰时间之间的关系为

式中：Ir为融冰电流，A；ΔT为导体温度与外界气温之差，℃；d为导线直径，cm；D为冰筒直径，cm；b为覆冰厚度，cm；g0为冰的密度，一般取0.9 g/cm3；R0为导线在0 ℃时的电阻率，Ω/m；tr为融冰时间，s；RT0为等效冰层传导热阻，（℃·cm）/W；RT1为对流及辐射等效热阻，（℃·cm）/W[4-5]。

1.2.2 最小融冰电流

最小融冰电流又称临界融冰电流，是临界融冰状态下的电流。只有融冰电流大于临界电流时，覆冰才能开始融化。最小融冰电流的计算对融冰装置的设计具有重要指导意义。其计算公式为

式中：Imin为最小融冰电流，A。

1.2.3 最大融冰电流

最大融冰电流也称极限融冰电流，是在特定环境温度下导线最高温度为70 ℃时所允许的短期电流。其计算公式为

式中：Imax为最大融冰电流，A；T2为环境温度，℃；σ为辐射系数，铝导线通常取0.11，铜导线取0.6，铁导线取0.25；R90为导线在90 ℃时的电阻率，Ω/m；v为风速，m/s。

1.2.4 融冰功率

融冰功率是在确定融冰电流的情况下，根据导线参数估算融冰装置的输出功率，用以指导融冰电源的配置。当采用“一去一回”方式融冰时，融冰功率的计算公式为

式中：P为融冰功率，W；Ir为融冰电流，A；R0表示导线在0 ℃时的电阻率，Ω/m；l为导线单程长度，m。

在不同工况下，500 kV以上线路常见导线的最小融冰电流和最大融冰电流计算结果如表1和表2所示。

表1 8 mm覆冰情况下不同型号导线的融冰参数计算值

由表1和表2可知，在相同的覆冰厚度、温度以及风速条件下，最小融冰电流与导线线径成正相关。覆冰厚度对最小融冰电流的影响不大，主要原因是导线表面热平衡吸热、散热与冰厚关系不大。在相同线径、冰厚及温度条件下，风速越大，导线的最小融冰电流越大；在相同导线线径、覆冰厚度和风速条件下，温度越低，导线的最小融冰电流越大。综合分析，风速和温度对导线表面吸热和散热影响较大。

2 500 kV斗江线融冰试验

2.1 参数校核

本次融冰选择退役的500 kV斗江线1#～12#耐张段作为融冰区段，长度为5.12 km。现场温度为-2 ℃，风速为2 m/s，覆冰厚度为5 mm。导线采用钢芯铝绞线LGJ-500，单根导线外径为30 mm、电阻率为0.059 12 Ω/km。

本次融冰采用现场10 kV交流作为融冰电源，利用车载变压器将10 kV交流降压为380 V，再与整流装置连接。直流侧输出电压为

式中：Ud为直流输出电压；U2为交流侧相电压，取220 V；α为晶闸管触发角，取10°。根据欧姆定律，500 kV斗江线融冰段单根子导线直流电流理论上限值为827.25 A，在最大融冰电流和最小融冰电流之间，融冰电流满足该区段导线融冰需求[6]。

2.2 操作步骤

对斗江线1#-12#耐张段A、B相导线进行融冰，具体操作步骤如下。第一步，确认融冰线路处于停电状态，在1#塔小号侧、12#塔大号侧挂设接地线；第二步，将直流电缆的两极分别接入1#塔大号侧和12#塔小号侧的A、B相导线；第三步，拆除1#、12#塔三相引流线；第四步，将融冰装置与电源线可靠连接，检查接线正确，风扇运转正常，控制、保护装置信号正确，设备状态无异常；第五步，启动融冰装置，以手动方式控制融冰电流缓慢上升，同时巡查直流电缆、融冰装置、融冰区段无异常；第六步，调节直流输出电流到最大值，同时检查直流融冰装备、接点温度无异常，直至A、B相导线融冰完毕；第七步，覆冰完全脱落后，将输出电流缓降至0 A；第八步，拆除融冰装置接线，恢复1#、12#塔三相引流线，拆除导线接地线，融冰结束。

2.3 试验结果

本次融冰结果如表3所示。

表3 融冰结果

由表3可知，融冰试验结果与理论值大致相符，证明了该方式的可行性，效果良好。

3 结 论

文章利用现场10 kV交流线路通过车载移动式变压器和整流装置提供直流融冰电源，对500 kV斗江线两相导线采用“一去一回”的方式进行直流融冰，获得较好的融冰效果。通过在500 kV线路上应用直流融冰技术，验证了其具有良好的适用性，值得推广应用。