500kV輸電線路抗冰融冰技術(shù)的研究與分析

舒斌 田維文

(中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局,貴州貴陽 550000)

500kV輸電線路抗冰融冰技術(shù)的研究與分析

舒斌 田維文

(中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局,貴州貴陽 550000)

嚴(yán)重覆冰不僅會(huì)造成500kV輸電線路和桿塔的損毀,而且會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線對(duì)地線、導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線的短路以及絕緣子閃絡(luò)等重大事故。由于500kV輸電線路覆冰導(dǎo)致的電力事故多發(fā)生在嚴(yán)冬季節(jié),維修人員開展搶修工作的環(huán)境非常惡劣,長時(shí)間停電容易給居民的生產(chǎn)和生活帶來不便,影響居民的生活質(zhì)量,因此研究500kV輸電線路抗冰融冰技術(shù)就具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

500kV輸電線路 抗冰融冰技術(shù) 直流融冰裝置

1 500kV輸電線路覆冰的危害

500kV輸電線路覆冰的危害主要包括:(1)過荷載。500kV輸電線路覆冰后的實(shí)際重量超過設(shè)計(jì)值很多，從而導(dǎo)致架空輸電線路機(jī)械和電氣方面的事故，一般過荷載又可分為垂直荷載、水平荷載、縱向荷載及振動(dòng)荷載；(2)導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)事故。由于500kV輸電線路不均勻覆冰，在風(fēng)的作用下產(chǎn)生舞動(dòng)，覆冰導(dǎo)線低頻高幅舞動(dòng)將造成導(dǎo)線斷股、金具損壞、桿塔傾斜或相間短路等嚴(yán)重事故；(3)不同期脫冰或不均勻履冰事故。相鄰檔導(dǎo)線不均勻履冰或不同期脫冰會(huì)產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)線、地線在線夾內(nèi)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使導(dǎo)線外層鋁股在線夾出口處全部斷裂，鋼芯抽動(dòng)；(4)絕緣子串冰閃事故。絕緣子覆冰或被冰凌橋結(jié)后，絕緣強(qiáng)度下降，泄漏距離縮短，融冰時(shí)絕緣子的局部表面電阻增加而形成閃絡(luò)事故，閃絡(luò)發(fā)展過程中持續(xù)電弧燒傷絕緣子，從而引發(fā)絕緣子絕緣強(qiáng)度的降低。

2 500kV輸電線路抗冰融冰技術(shù)的分析

自2008年冰災(zāi)發(fā)生后，南方電網(wǎng)技術(shù)中心針對(duì)轄區(qū)各省公司的冰災(zāi)分布特點(diǎn)，對(duì)各省的融冰技術(shù)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明500kV交直流線路采用交流融冰法基本不可行，因此可以根據(jù)不同應(yīng)用條件來選用不同容量和不同形式的直流融冰裝置。下表為貴州電網(wǎng)500kV直流線路和500kV交流線路采用直流融冰時(shí)所需的電源容量如表1。

對(duì)于貴州電網(wǎng)500kV直流線路，融冰所需電源容量很大，安裝單獨(dú)直流融冰裝置進(jìn)行融冰經(jīng)濟(jì)性較差，因此可以采用其他方案進(jìn)行融冰；對(duì)于貴州電網(wǎng)500kV交流線路，融冰所需電源容量較大，考慮到一些500kV樞紐變電站具有多條500kV出線，因此安裝固定式直流融冰裝置可以實(shí)現(xiàn)500kV出線的全線融冰。

2.1 500kV輸電線路的固定式直流電源融冰方案

目前貴州電網(wǎng)已經(jīng)由成貴陽、息烽、鴨溪、福泉、青巖、安順構(gòu)成500kV“日”字型環(huán)網(wǎng)，筆者認(rèn)為可以以安順、福泉、息烽和鴨溪變電站為中心融冰站安裝固定式直流電源融冰裝置，這樣就基本能夠?qū)崿F(xiàn)這四個(gè)變電站500kV交流出線的全線融冰。根據(jù)500kV變電站的實(shí)際情況，固定式直流融冰裝置的電源可以取自主變壓器的35kV側(cè)，同時(shí)建議在整流器和供電電源間安裝整流變壓器以進(jìn)行電壓變換。

2.2 500kV輸電線路直流融冰裝置的設(shè)計(jì)

2.2.1 直流融冰裝置的關(guān)鍵技術(shù)

直流融冰法將交流電源通過大容量電力電子設(shè)備轉(zhuǎn)化為直流進(jìn)而加熱一定長度的覆冰線路達(dá)到融冰的目的，由于直流融冰電流本身在線路上流動(dòng)時(shí)不消耗無功，僅直流換流器自身需要消耗一部分無功，因此直流法適用于多個(gè)電壓等級(jí)的融冰。

在設(shè)計(jì)500kV輸電線路直流融冰裝置時(shí)，要重點(diǎn)考慮:覆冰導(dǎo)線所需的最小融冰電流、直流融冰裝置的容量及其能夠提供的最大融冰電路和輸出直流電壓、直流融冰裝置輸入電源的獲取、換流器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無功和諧波對(duì)交流電網(wǎng)的影響和需求、直流融冰裝置在變電站的接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面對(duì)其中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡單的闡述:

①最小融冰電流的確定。直流融冰裝置最小融冰電流通常是采用試驗(yàn)的方法確定的，即在試驗(yàn)大廳或室外試驗(yàn)場地對(duì)不同電壓等級(jí)、不同型號(hào)的覆冰導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)，通過多次試驗(yàn)來確定其最小融冰電流。

②融冰時(shí)間的確定。融冰時(shí)間tr(h)的計(jì)算公式如下所示，其中Ir為融冰電流，R0為導(dǎo)線在0℃時(shí)的電阻，Δt為導(dǎo)線與外界的溫差，Rr0為等效冰層傳導(dǎo)熱阻，Rr1為對(duì)流輻射等效熱阻，g0為冰比重，d為導(dǎo)線直徑，b為冰厚，D為導(dǎo)線覆冰后的外徑。

③直流融冰電壓及功率的確定。500kV輸電線路長度一般在400km以內(nèi)，常用四分裂導(dǎo)線，即4×LGJ300，4×LGJ400、4×LGJ500。融冰回路電阻RL=1．5RdL(線路由直流融冰時(shí)，將線路兩相并聯(lián)后再與另一相串聯(lián))，融冰電壓Ud=IdRd；融冰功率Pd=UdId。

2.2.2 直流融冰裝置的整體設(shè)計(jì)

直流融冰裝置由箱式開關(guān)組和控制保護(hù)、換流變35kV側(cè)電源、直流融冰裝置的出線、4%的進(jìn)線電抗器、直流輸出母線等設(shè)備構(gòu)成。

35kV的三相電源通過電纜進(jìn)入箱式開關(guān)站，從箱式開關(guān)站出來的管母進(jìn)入整流變壓器。整流變的輸出是兩組相位相差30度電角度的三相電壓，額定有效值均為7．4kV。

變壓器輸出的電壓通過大通流能力的管母送入箱式閥組進(jìn)行整流，即將交流電變換成直流電。經(jīng)過整流器形成的直流電流，進(jìn)入倒閘開關(guān)箱選擇送入相應(yīng)的融冰母線。

35kV母線進(jìn)線，來自500kV高壓變壓器的低壓側(cè)，為了降低短路電流對(duì)主變的沖擊，在向融冰裝置的整流變供電時(shí)，加入了4%的限流電抗器。

表1

3 結(jié)語

500kV輸電線路覆冰會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，因此本文以貴州電網(wǎng)500kV輸電線路為例，探討了500kV輸電線路抗冰融冰技術(shù)。結(jié)果表明，500kV交直流線路采用交流融冰法基本不可行，因此確定采用直流融冰作為貴州電網(wǎng)500kV線路的主要融冰技術(shù)手段。

[1] 楊晴,王駿.國內(nèi)外抗冰融冰技術(shù)研究綜述[J].云南電力技術(shù),2008(4)．

[2] 鐘和.南方電網(wǎng)抗冰融冰關(guān)鍵技術(shù)取得重大進(jìn)展[J].廣西電業(yè),2008(5)．

舒斌(1986—),男,本科,四川樂至人,助理工程師,從事高壓交流輸電的運(yùn)行維護(hù)工作。