湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路融冰方式綜述

易維，王斌

(湖南省電力公司調(diào)度通信局，湖南長沙 410007)

1 湖南電網(wǎng)覆冰情況

1.1 湖南電網(wǎng)覆冰原因——特殊的地形

湖南省地處我國東南腹地，長江中游，三面環(huán)山——東與江西諸山交界，南面橫亙南嶺山脈，西為雪峰山脈，湘中盆地以丘陵、崗地、河谷沖擊平原為主。這種三面環(huán)山、北面開口的地形，使得冬季北方強冷空氣能長驅(qū)直入，并在南嶺北坡與南海副熱帶暖濕氣流交匯，形成“南嶺靜止鋒”。在靜止鋒覆蓋地區(qū)，凝結(jié)層中的過冷卻水極不穩(wěn)定，一旦遇上較冷的硬物如導(dǎo)線等，極易附著其上形成霧凇或雨凇〔1〕。這是冬季冰凍導(dǎo)致湖南電網(wǎng)線路覆冰的重要原因。

1.2 冰凍災(zāi)害對電網(wǎng)的影響

湖南三面環(huán)山的地理環(huán)境以及濕度大等氣候特征，使得湖南電網(wǎng)線路在冬春季節(jié)極易覆冰，覆冰使輸電線路機械負載增大，可能造成碰線、斷線、倒桿等事故。這些對電網(wǎng)安全運行造成很大威脅〔2〕。

2008年初，湖南遭受了50年一遇的冰雪災(zāi)害，對湖南電網(wǎng)主網(wǎng)造成了災(zāi)害性的影響:

1)大量線路跳閘、多個變電站全停，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞，安全穩(wěn)定運行受到嚴峻挑戰(zhàn)。超過75%的220 kV及以上線路嚴重覆冰，部分線路覆冰達40～100 mm;500 kV線路累計跳閘75條次，最多時33條500 kV線路中16條停運;220 kV線路累計跳閘832條次，最多時275條220 kV線路中86條停運。6個500 kV變電站母線失壓，其中2個變電站全停;32個220 kV變電站母線失壓，其中30個變電站發(fā)生過全站失壓。

2)電網(wǎng)供電能力大幅度下降。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷弱化，冰凍期間電網(wǎng)供電能力持續(xù)下降。1月19日全網(wǎng)最大發(fā)電負荷為1 178萬kW，日用電量為2.38億kWh，1月29日則分別下降至為489萬kW及1.03億kWh，分別下降了58.4%及56.7%。

3)大量線路倒桿斷線，電力設(shè)施受損嚴重。冰凍造成500 kV線路倒塔182基，變型82基，斷線159處;220 kV線路倒塔633基，變型203基，斷線241處。

這次冰災(zāi)給湖南電網(wǎng)造成了巨大的損失，衡陽、郴州等城市大面積停電，對全省人民的正常生產(chǎn)和生活造成了嚴重的影響，并影響了京廣鐵路湖南段的正常運行。

2 湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路融冰方式現(xiàn)狀

為了和冰凍災(zāi)害作斗爭，湖南電網(wǎng)除了在電力線路設(shè)計、施工、維護中采用“抗、改、避、防、除”等措施外，對主網(wǎng)線路實施融冰是防止冰害事故的主要手段，目前，湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路融冰方式有:高電壓交流融冰、低電壓交流融冰、直流融冰。

2.1 高電壓交流融冰

高電壓交流融冰是指以110 kV電壓為融冰電源及水電機組零起升壓的交流融冰方式，是湖南電網(wǎng)使用時間最長、技術(shù)最成熟的主網(wǎng)線路融冰方式。

以220 kV牌田Ⅰ線高電壓交流融冰方案為例:從220 kV萬溶江變電站的110 kV母線上取電源，在220 kV田家變電站進行三相短路，將110 kV等級的電流送到220 kV線路，實現(xiàn)對多條串接線路的同時融冰。融冰結(jié)線圖見圖1，該融冰方案串接線路的總阻抗ZΣ=9.019+j 57.102(Ω)，融冰電壓Uk=110 kV，融冰電流Ik=1 098.6 A，融冰所需容量Wk=32.66+j 206.76(MVA)。

圖1 牌田Ⅰ線高電壓交流融冰方案結(jié)線圖

高電壓交流融冰方式，其電源取自220 kV變電站的中壓側(cè)，電壓基本恒定，需要匹配合適的線路阻抗，才能獲取合適的融冰電流，因融冰電壓高，需要的線路阻抗較大，一般需串多回線路，且融冰所需容量大。這種方式的優(yōu)點是:1)能夠解決長線路的融冰問題;2)在特定條件下可以實現(xiàn)多條線路同時完成融冰。但存在不足:1)融冰時，需多條線路同時停運，發(fā)生大面積冰凍災(zāi)害時，電網(wǎng)運行本來就比較薄弱，如果同時停運多條線路，無疑加重了電網(wǎng)運行的難度;2)需要系統(tǒng)提供的容量大，作為融冰電源點的220 kV變電站所供負荷幾乎要全部轉(zhuǎn)移，對110 kV電網(wǎng)方式影響較大，影響供電的可靠性;3)需串接線路較多，操作量大，耗時長〔3〕。

2.2 低電壓交流融冰

低電壓交流融冰是指以10 kV及35 kV電壓為融冰電源點的交流融冰方式，是在2008年初抗擊冰凍災(zāi)害中提出的新方法，2008年1月，長沙電業(yè)局用這種方法對220 kV威天Ⅰ線、叢集線等線路進行了融冰。

以220 kV牌田Ⅰ線低電壓交流融冰方案為例:從500 kV牌樓變電站的35 kV母線上取電源，在220 kV牌田Ⅰ線#119桿處進行三相短路，將35 kV等級的電流送到220 kV牌田Ⅰ線，實現(xiàn)對牌田Ⅰ線#1－#119桿線路段進行融冰。融冰結(jié)線圖見圖2，該融冰方案線路的總阻抗ZΣ=2.05+j 13.53(Ω)，融冰電壓Uk=35 kV，融冰電流Ik=1 477 A，融冰所需容量Wk=13.41+j 88.51(MVA)。

圖2 牌田Ⅰ線低電壓交流融冰方案結(jié)線圖

低電壓交流融冰，其電源取自500 kV或220 kV變電站的低壓側(cè)，其主要優(yōu)點是:所需匹配的阻抗小，能融線路距離短，所串線路少。但存在不足:部分線路采用低壓交流融冰方式需在線路中間進行短接，不方便操作，且效率低，對于長度較長的線路很難滿足其融冰的需求。

高電壓交流融冰與低電壓交流融冰均為交流融冰方式，其電源取自電網(wǎng)本身，電壓調(diào)節(jié)空間非常有限，均需進行阻抗匹配，導(dǎo)致對融冰線路有明顯的距離限制，表1給出了不同電壓等級電源時，對2種220 kV線路導(dǎo)線型號融冰長度的限制。

表1 不同電壓等級電源的融冰線路長度

2.3 直流融冰

直流融冰是指采用固定式直流融冰裝置及移動式直流融冰裝置對線路進行融冰。2008年冰災(zāi)后，湖南省電力公司科學(xué)研究院研制出新型線路直流融冰裝置，投運成功后，在2011，2012年初的線路融冰中取得良好效果，情況見表2。

表2 2006－2012年220 k V線路采用各種融冰方式情況統(tǒng)計

以220 kV牌田Ⅰ線直流融冰方案為例:從220 kV田家變電站的10 kV母線上取電源，在牌樓變進行三相短路，將10 kV等級的電流經(jīng)過移動式直流融冰裝置整流后送到220 kV牌田Ⅰ線，實現(xiàn)對牌田Ⅰ線進行直流融冰。融冰結(jié)線圖見圖3，該融冰方案線路的總阻抗ZΣ=3.738+j 23.517(Ω)，融冰電壓Uk=10 kV，融冰電流I直=1 561.5A，融冰所需容量Wk=18.23+j 4.3(MVA)。

圖3 牌田Ⅰ線直流融冰方案結(jié)線圖

直流融冰裝置一般由長距離融冰單元、中長距離融冰單元、短距離融冰單元、超短距離融冰單元組成，利用4個單元的不同融冰功能，可完成0～150 km輸電線路的融冰工作。

與交流融冰方式相比，直流融冰方式具有如下優(yōu)點:1)直流融冰方式可以對單回線路方便快捷的進行融冰，不需要進行阻抗匹配和負荷轉(zhuǎn)移，也減少了融冰操作;2)由于直流融冰方式可以針對不同型號、不同長度的線路進行融冰，適用范圍廣，無需在線路中間設(shè)置短路點;3)直流融冰方式需要系統(tǒng)提供的容量小，僅為交流融冰方式的1/6左右;4)直流融冰方式存在交直流隔離，對電網(wǎng)在安全方面的影響比交流融冰方式小得多。因此，在線路融冰時，優(yōu)先采用直流融冰方式，從表2可看出，直流融冰方式應(yīng)用越來越多，逐步取代了高電壓交流融冰方案。

但是，目前的直流融冰方式仍存在如下不足:1)由于不能三相同時對于某條線路融冰，必須進行2次或3次融冰，其融冰時間相對交流融冰方式較長;2)對于移動式直流融冰裝置，在實際融冰時需臨時接入，工作量大，且耗時長;3)移動式直流融冰裝置龐大，移動不便。

2.4 融冰方案與選取原則

目前湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路融冰方案是根據(jù)上述3種融冰方式編制，即分為三大部分:高電壓交流融冰方案、低電壓交流融冰方案、直流融冰方案。且因采取多方式編制線路融冰方案的原則，對于一條線路，可能存在多個融冰方案，在實際使用時，規(guī)定了融冰方案選取原則:輸電線路融冰應(yīng)以對電網(wǎng)運行影響小、操作量少為原則選擇方案。

湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路融冰方案體系，特別是直流融冰的廣泛應(yīng)用，能基本解決湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路的融冰問題。但仍存在以下問題:

1)對于近幾年出現(xiàn)的大截面導(dǎo)線如LGJ－2×500，LGJ－2×630，因其融冰需要提供較大的融冰電流，目前仍有部分線路沒有合適的融冰方案;

2)直流融冰裝置過于龐大，移動式直流融冰裝置實際不便移動，無法覆蓋多個廠站，無法有效應(yīng)對大規(guī)模冰凍災(zāi)害的發(fā)生。

3 融冰方式展望

防凍融冰工作早已成為湖南電網(wǎng)頗具特色的季節(jié)性工作，對電網(wǎng)線路進行及時有效的融冰，是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有效手段。

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，湖南電網(wǎng)主網(wǎng)線路中，會有越來越多的大截面短線路出現(xiàn)，高電壓交流融冰方式逐步無法滿足電網(wǎng)需要，低電壓交流融冰及直流融冰將是未來的主要融冰方式。

目前，湖南電網(wǎng)所有新建220 kV變電站均會同步建設(shè)低壓融冰間隔，但由于低電壓交流融冰方式對融冰線路長度有限制，直流融冰方式是未來規(guī)劃的重點。對于途經(jīng)重冰區(qū)的重要聯(lián)絡(luò)線，若無法采用交流融冰方式，需重點考慮直流融冰方式，如建設(shè)固定式直流融冰裝置。同時，為應(yīng)對大規(guī)模冰凍災(zāi)害，需配置多套移動式直流融冰裝置，且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的移動式直流融冰裝置必須具備以下幾個特點:

1)融冰范圍廣，能對不同電壓等級、不同導(dǎo)線型號、不同長度的線路都能提供合適的融冰電流;

2)體積小，移動方便快捷，且不受變電站場地限制;

3)接入快，能方便快捷的接入變電站。

只有具備了上述特點，直流融冰才能有效適應(yīng)快速發(fā)展的電網(wǎng)。隨著科技的進步，將不斷出現(xiàn)更先進高效的融冰方式應(yīng)對電網(wǎng)的冰凍災(zāi)害。

〔1〕許源，劉人瑋，李軍.湖南電網(wǎng)防凍融冰體系改革之探討〔J〕.湖南電力，2003，23(5):24-27.

〔2〕李軍.湖南電網(wǎng)三相短路融冰利弊分析〔J〕.湖南電力，1998，18(4):20-24.

〔3〕鄧健，肖順良，姚璞，等.220kV線路融冰方案的改進〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(4):29-30.