輸電線路交直流融冰熱平衡過程及融冰監(jiān)測(cè)分析

文/陳銀

輸電線路交直流融冰熱平衡過程及融冰監(jiān)測(cè)分析

文/陳銀

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我國(guó)是一個(gè)典型的亞熱帶季風(fēng)性氣候的國(guó)家，維持廣大人民群眾的正常生活需要輸電線路正常工作。然而近幾年全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。在低溫雨雪的天氣下，輸電線路覆冰的情況十分普遍，造成電網(wǎng)受損甚至癱瘓的嚴(yán)重后果，因此，對(duì)輸電線路進(jìn)行融冰成為了人們關(guān)心的問題。本文闡述說明了交流短路融冰、直流融冰和過負(fù)荷融冰這三種主要融冰方法的原理及應(yīng)用，并就融冰方案進(jìn)行分析，最終得出輸電線路融冰過程檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。

輸電線路；融冰技術(shù)；監(jiān)測(cè)

目前在世界范圍內(nèi)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，而輸電線路容易受到各種極端天氣的影響，其中較為嚴(yán)重的是低溫雨雪對(duì)輸電線路造成的危害。在我國(guó)，第一季度及第四季度，全國(guó)大部均面臨低溫雨雪天氣。雨雪過程頻繁，輸電線路覆冰現(xiàn)象多發(fā)，對(duì)電網(wǎng)的影響巨大，也對(duì)人們正常的生產(chǎn)生活造成一定損失。本文通過對(duì)輸電線路融冰過程進(jìn)行分析，由此提出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 目前的融冰方式

1.1交流短路融冰

人類使用交流電的歷史已經(jīng)很久，對(duì)交流電的各種利用也研究得比較廣泛，利用交流電流融冰已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外被普遍使用。目前國(guó)家電路系統(tǒng)中，交流線路所占比例大，例如湖南電網(wǎng)、應(yīng)用交流電流進(jìn)行融冰相對(duì)方便快捷，可從電網(wǎng)中直接取得電源。交流短路融冰的原理是在線路中造成局部短路，使導(dǎo)線發(fā)熱至可以融冰。

包括三種類型：三相短路融冰、兩相短路融冰、線—地單相短路融冰。對(duì)于進(jìn)行技術(shù)改造困難，無(wú)法抵抗強(qiáng)覆冰的線路，交流短路融冰比較適合。但所需功率很大，因此只適合電壓不超過220kV的線路，而不適合電壓超過550kV的覆冰線路。

1.2直流融冰

直流融冰相對(duì)于交流融冰來(lái)說具有更多的優(yōu)勢(shì)：所需功率小、耗時(shí)短、融冰速度快，操作簡(jiǎn)便易行、對(duì)電網(wǎng)正常工作的影響較小等。隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，直流技術(shù)不斷改革創(chuàng)新，整流元器件也多種多樣，功能齊全，適合場(chǎng)景多。直流融冰技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普遍。

1.3過負(fù)荷融冰

過負(fù)荷融冰對(duì)于電壓等級(jí)為110kV的地區(qū)特別適用，地區(qū)電網(wǎng)不需要斷電，只需要提供足夠的負(fù)荷就可以進(jìn)行融冰。過負(fù)荷融冰也稱為運(yùn)行方式融冰，原理是通過調(diào)整電路的運(yùn)行方式，而不用使電網(wǎng)停止工作，對(duì)覆冰的線路部分的負(fù)荷電流增大，來(lái)增加電能轉(zhuǎn)化為熱能的功率。這種融冰的方法簡(jiǎn)便，對(duì)電網(wǎng)的影響不大，只需對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。過負(fù)荷融冰的方法較多，目前主要采用的是這幾種方法：基于調(diào)度的調(diào)整潮流法、基于增加無(wú)功電流的融冰法、基于移相器的帶負(fù)荷法等。目前我國(guó)電網(wǎng)仍然是使用220kV輸電線路，和110kV線路存在很大聯(lián)系，所以使用過負(fù)荷融冰方法也比較適合。

2 融冰方案分析

2.1融冰電流計(jì)算不準(zhǔn)確

選擇何種融冰方法直接決定了融冰電流的計(jì)算方法，而融冰方法的選擇又與融冰線路的特點(diǎn)以及該線路在電網(wǎng)中的功能等相關(guān)聯(lián)。導(dǎo)線電阻、導(dǎo)線狀態(tài)、線路長(zhǎng)度、天氣情況都對(duì)融冰的電流計(jì)算有很大影響。加拿大水電局根據(jù)線路覆冰的薄厚、環(huán)境的溫度、風(fēng)向以及風(fēng)速、輸電導(dǎo)線與水平地面間的距離、導(dǎo)線自身的電阻、吸熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，研發(fā)了一種計(jì)算融冰電流的程序。

2.2融冰時(shí)間計(jì)算不準(zhǔn)確

從對(duì)國(guó)內(nèi)外融冰系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析來(lái)看，對(duì)融冰時(shí)間的計(jì)算主要采用的方法是建立數(shù)學(xué)模型，所得假設(shè)比較保守固定，例如在實(shí)際情況下，輸電導(dǎo)線上的覆冰并不是十分整齊的對(duì)稱圖形，而經(jīng)常為橢圓、菱形、錐形、針狀等不規(guī)則的形狀。同時(shí)，在融冰過程中，覆冰比較薄的部分常常會(huì)出現(xiàn)水膜，水膜的出現(xiàn)將會(huì)使冰繞其重心旋轉(zhuǎn)，融冰時(shí)間因此減少;同時(shí)，輸電導(dǎo)線的震動(dòng)和彎曲、融冰時(shí)的天氣狀況、環(huán)境中的風(fēng)速、導(dǎo)線覆冰厚度與地面覆冰厚度不一致等都會(huì)對(duì)融冰時(shí)間計(jì)算的數(shù)學(xué)模型假設(shè)結(jié)果造成影響。實(shí)際上，融冰所需時(shí)間通常比假設(shè)的結(jié)果要久。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)組成

輸電線路融冰過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有很多種，通常包括對(duì)輸電線路氣象情況微小變化的監(jiān)測(cè)，例如環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速以及氣壓等;同時(shí)也可監(jiān)測(cè)導(dǎo)線的覆冰狀況，例如導(dǎo)線的彎曲程度和震動(dòng)幅度等;此外還可監(jiān)測(cè)導(dǎo)線的實(shí)際工作溫度。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成的基礎(chǔ)是位于省級(jí)監(jiān)控中心的主機(jī)，還包括下轄地市的電力部門監(jiān)控中心的主機(jī)、線路通信分機(jī)、氣象監(jiān)測(cè)分機(jī)、專家系統(tǒng)等五個(gè)部分。通過這種輸電線路融冰過程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)導(dǎo)線溫度、覆冰重力動(dòng)態(tài)變化、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、壓力、降水量進(jìn)行從上到下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2系統(tǒng)運(yùn)行

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下：首先根據(jù)省級(jí)監(jiān)控中心的主機(jī)根據(jù)時(shí)間變化得到的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓力、導(dǎo)線的覆冰狀況、導(dǎo)線的彎曲程度和震動(dòng)幅度、導(dǎo)線溫度等信息，對(duì)此進(jìn)行收集整理的同時(shí)，要通過線路通信分機(jī)對(duì)各地市的氣象監(jiān)測(cè)分機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，將信息發(fā)送下去。根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算并分析各個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)融冰線路的覆冰、融冰狀況變化情況以及當(dāng)前導(dǎo)線的溫度變化情況等。省級(jí)監(jiān)測(cè)中心可對(duì)線路通信分機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可直接對(duì)地市級(jí)監(jiān)測(cè)中心的結(jié)果進(jìn)行處理分析，這樣，能夠有效地提高融冰線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作的效率和靈活程度。

3.3系統(tǒng)試驗(yàn)效果

采用上述的輸電線路融冰過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。從線路覆冰開始監(jiān)測(cè)，線路覆冰經(jīng)過起始階段，發(fā)展階段以及穩(wěn)定階段，期間可能會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間覆冰大面積脫落，當(dāng)覆冰過程結(jié)束時(shí)對(duì)該線路進(jìn)行融冰，通過省級(jí)監(jiān)測(cè)中心所得信息，操作人員對(duì)線路進(jìn)行直流融冰操作。當(dāng)線路覆冰程度為零時(shí)，系統(tǒng)通過地市級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)和通訊分機(jī)的反饋，可提醒操作人員停止融冰操作，結(jié)束融冰過程，避免導(dǎo)線溫度過高引起不必要的損失。

4 結(jié)語(yǔ)

輸電線路覆冰會(huì)造成很多問題和嚴(yán)重的后果，最直接的就是會(huì)給社會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。所以線路的覆冰機(jī)理的研究、相關(guān)數(shù)學(xué)模型的建立、融冰過程的實(shí)現(xiàn)以及融冰過程的監(jiān)測(cè)都十分重要。通過對(duì)融冰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可提高融冰效率，節(jié)約社會(huì)資源。

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[2]輸電線路高頻、高壓激勵(lì)融冰技術(shù)研究[J].王紅斌,王琦,崔翔.廣東電力.2009.

[3]新型交直流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應(yīng)用[J].陸佳政,李波,張紅先,方針,蔣正龍.南方電網(wǎng)技術(shù).2009.