我國電力輸電線路融冰技術(shù)和裝備的全面突破

電童

南網(wǎng)科研院等單位歷經(jīng)10年“產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了重大突破和實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)明，研制了滿足任意類型和長度導(dǎo)地線融冰需求的可控電流源型系列融冰裝置

輸電線路覆冰對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，電網(wǎng)抵御冰災(zāi)能力是電力系統(tǒng)安全保障技術(shù)的重要內(nèi)容之一。嚴(yán)重覆冰導(dǎo)致國內(nèi)外電網(wǎng)多次大面積癱瘓。我國南方地區(qū)2008年冰災(zāi)的各類損失超過千億元。防御冰災(zāi)一直是電網(wǎng)竭力突破的一大技術(shù)難題，突破電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)“被動(dòng)抗冰”到“主動(dòng)防冰”的轉(zhuǎn)變是保證電網(wǎng)安全、國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重大需求。2005年冰災(zāi)后，國內(nèi)一些單位對(duì)直流融冰技術(shù)和裝置進(jìn)行了探索，但直到2008年冰災(zāi)時(shí)尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

研究背景及研發(fā)歷程

2008年國家科技部設(shè)立了國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“電網(wǎng)抵御極端天氣災(zāi)害關(guān)鍵技術(shù)及裝置開發(fā)與應(yīng)用”。當(dāng)年2月開始，在南方電網(wǎng)公司、國家科技部和國家自然科學(xué)基金委的支持和資助下，南網(wǎng)科研院等單位歷經(jīng)10年“產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了重大突破和實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)明，研制了滿足任意類型和長度導(dǎo)地線融冰需求的可控電流源型系列融冰裝置，包括國內(nèi)首創(chuàng)第二代直流融冰裝置（基于晶閘管的6脈動(dòng)和12脈動(dòng)融冰裝置，2008年）和國際首創(chuàng)的第三代直流融冰裝置（基于全橋模塊化多電平換流器的融冰裝置，2013年），建立起了完整的輸電線路融冰理論和應(yīng)用技術(shù)體系。

主要技術(shù)創(chuàng)新

本項(xiàng)目以提高電網(wǎng)防御冰災(zāi)的能力為目標(biāo)，主要取得四個(gè)方面的原始創(chuàng)新。

創(chuàng)新點(diǎn)一：突破融冰換流器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)瓶頸，發(fā)明并成功研制出滿足任意類型和長度導(dǎo)地線融冰需求的可控電流源型系列融冰裝置，成為我國融冰裝置的基本型式。

圖1 12脈動(dòng)晶閘管融冰裝置

圖2 6脈動(dòng)晶閘管融冰裝置

圖3 發(fā)電車式晶閘管融冰裝置

圖4 基于全橋MMC換流器的融冰裝置

創(chuàng)新點(diǎn)二：研制出滿足地線融冰需要的地線絕緣子、光纖接續(xù)裝置和融冰狀態(tài)監(jiān)測裝置，提出基于融冰電流的纖芯溫度計(jì)算公式及OPGW融冰溫度控制范圍，突破了光纖復(fù)合地線（OPGW）融冰技術(shù)瓶頸，確保OPGW融冰安全，實(shí)現(xiàn)地線、OPGW與導(dǎo)線同期融冰。

圖5 地線和OPGW分段融冰方法

創(chuàng)新點(diǎn)三：針對(duì)融冰線路與融冰裝置連接難題，研制出動(dòng)靜觸頭絕緣等級(jí)不同的緊湊型自動(dòng)接線隔離開關(guān)（占地減小50%）、地線分段接入融冰系統(tǒng)的自動(dòng)裝置，突破輸電線路導(dǎo)、地線與融冰裝置自動(dòng)、快速、安全連接的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)融冰過程全自動(dòng)化操作，避免人工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高現(xiàn)場融冰效率和安全性。

創(chuàng)新點(diǎn)四：針對(duì)融冰裝置功能及性能驗(yàn)證難題，首創(chuàng)換流器極限工況驗(yàn)證方法和現(xiàn)場融冰等效試驗(yàn)方法，揭示融冰裝置運(yùn)行工況等效機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)融冰裝置50A-5000A全工況檢驗(yàn)。

與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)的比較

在本項(xiàng)目開始之前，國外僅俄羅斯(前蘇聯(lián))有二極管整流和6脈動(dòng)晶閘管整流融冰裝置用于實(shí)際融冰，但存在電流大小不可調(diào)節(jié)，不能用于地線和光纖復(fù)合地線融冰等問題。

本項(xiàng)目發(fā)明并成功研制的可控電流源型直流融冰系列裝置于2008年10月12日完成了所有現(xiàn)場試驗(yàn)，成為我國融冰裝置的基本型式，是我國易覆冰地區(qū)變電站中的標(biāo)準(zhǔn)配置，是國標(biāo)、電力行標(biāo)和電力行業(yè)電網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的推薦型式，市場占有率超過80%。

推廣應(yīng)用情況、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

本項(xiàng)目發(fā)明和研制的融冰裝置2011年列入國家重點(diǎn)新產(chǎn)品推廣目錄，已在全國安裝150多套，市場占有率超過80%。導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接開關(guān)已經(jīng)推廣應(yīng)用超過600套。導(dǎo)線融冰自動(dòng)連接裝置已經(jīng)推廣應(yīng)用超過200套、融冰地線絕緣子13萬只。

2009～2016 年利用該項(xiàng)技術(shù)共計(jì)對(duì)貴州、云南、四川、浙江、河南、青海、江西、福建、重慶、安徽等共計(jì)13個(gè)省（市）110kV及以上電壓等級(jí)輸電線路實(shí)施融冰超過1400次，其中架空地線和光纖復(fù)合地線融冰超過300次。

項(xiàng)目成果

項(xiàng)目相關(guān)成果榮獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)，廣東省專利金獎(jiǎng)1項(xiàng)。

項(xiàng)目獲授權(quán)國家發(fā)明專利45項(xiàng)，美國發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利53項(xiàng)，軟件著作權(quán)3項(xiàng)，制定國家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。

成果完成單位

南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，南京南瑞繼保電氣有限公司，貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司，中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司。

鑒定和評(píng)價(jià)意見

2012年6月29 日，國家科技部組織對(duì)產(chǎn)出該項(xiàng)成果的國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，意見為：提出了直流融冰裝置主回路設(shè)計(jì)、過電壓和絕緣配合、試驗(yàn)和調(diào)試方法，對(duì)設(shè)備規(guī)范、接入設(shè)計(jì)、裝置制造、等效試驗(yàn)等進(jìn)行了深入研究，建立了直流融冰技術(shù)集成體系。研制的融冰裝置已在南方電網(wǎng)高壓、超高壓輸電線路中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。實(shí)踐證明，融冰速度快、效果好，顯著提高了電網(wǎng)抵御冰災(zāi)的能力。

項(xiàng)目成果得到了電氣工程領(lǐng)域韓英鐸、雷清泉、程時(shí)杰、鄭健超、沈國榮、孫才新、李立浧等多位院士的高度評(píng)價(jià)。