韶关 输电线路交流融冰方案应用

陈基荣

广东电网有限责任公司韶关供电局 ，广东韶关， 512400

摘要：2008年1月，我国南方地区城市气温急剧下降，出现了大面积的低温雨雪冷凝冻天气，韶关局部的电网与主网解列，输电线路及杆塔设备设施也遭受到了大面积的覆冰损坏。本文主要分析交流融冰的技术原理、特点，通过输电线路交流融冰的理论公式计算，论证交流融冰的可行性及操作性，保证整个电网的安全平稳运行。

关键词：输电线路；覆冰；交流融冰；

1引言

2008年的冰灾给输电线路的安全稳定运行造成了严重的威胁，在冰雪中韶关部分的农村、乡镇甚至城市电力供应全停，韶关电网输电线路及杆塔设备设施遭受到了大面积的损坏，其中南雄、乐昌、坪石、乳源等地区受到影响最大，局部的电网与主网解列，部分高海拔山区的基塔几乎全部倒塌。据当年统计，韶关电网3回220kV线路，24回110kV线路，35回35kV线路，189回10kV线路；6座110kV 变电站、1座35kV变电站停止正常运行；输电线路发生杆塔倒塌算坏基数约为23000基，导线发生倒塌损坏约21700处^[1]。本次气象环境十分恶劣，影响范围广，持续时间长，对韶关电网西北片主网、配网造成了极大的损坏。

大电流融冰是指导线本身具有一定的阻抗，投入融冰电源，增加导线电流，通过大电流产生足够的热量，将电能转换为热能，预防及融化设备表面的覆冰^[2]。本文主要分析交流融冰的技术原理、特点，通过输电线路交流融冰的理论公式计算，论述交流融冰的可行性及操作性，为抗冰积累应用经验。

2交流短路融冰

交流短路融冰法，是通过交流两相或者三相短路方式，将融冰线路的一端相短路，而在另一端提供融冰电源，形成较大的短路电流来加热导线，使依附在导线上的冰融化^[3]。该融冰方法在国内外该技术已在实用化的阶段，在1993年，加拿大首先应用了交流短路融冰的方法进行融冰。在我国范围内也常采用交流短路融冰方法，使用该种融冰方法，不需要专门的融冰装置，可以接地选材，220kV及以下电网中，可以利用站内的融冰柜直接升流融冰，受外界因素影响小，节约时间。对于部分变电站未配置移动式直流融冰装置，如果利用直流融冰装置，在严寒时节路面覆冰，受运输路面、空间、天气及汽油补给等不可控风险因素影响，移动设备可能无法及时就位。在实际融冰工作中，交流短路加热融冰一般采用两种方案，由图1可知，一种是全电压冲击合闸法，人为的将融冰线路另外一端三相短路，控制提供交流电源的断路器对三相短路线路进行全电压冲击合闸，将附着的冰融化；还有另外一种方案为发电机零起升流方法，将线路短路，由发电机带融冰线路零起升流，因为直接带线路升流的发电机容量不大，因此该种方法只是用于较小的输电线路。

图1交流短路融冰方式方案

交流短路融冰方法原理简单，操作可行性极强，投资成本低，但对电力系统的冲击较大，消耗输电线路的有功和无功，在无功备用不足情况下对系统电压有影响。因此，根据短路电流的大小来选择合适的电源电压是融冰的重要环节，在交流融冰前，必须计算出冲击合闸后融冰短路电流的大小，核算融冰所需的有功与无功后，确定对整个系统无影响后才允许采用交流短路融冰。一般情况，交流短路融冰一般适用于220kV、110kV、35kV覆冰输电线路，且线路长度须在一定的范围内。对于500kV及以上的输电线路，很难找到满足要求的融冰电源，需要的无功功率很高，一般不能使用交流短路融冰法进行融冰。

3韶关电网交流短路融冰分析

韶关电网在近几年的融冰演练当中，由于可以就地取材，少了地域条件限制的因素，常使用交流融冰演练。由图2可见，110kV珠河线为110kV澜河站的主供线路，当110kV珠河线需要进行交流融冰时，将由110kV安澜线替换成主供澜河站供电，其他设备正常运行，只需将停运110kV珠河线待融冰。在融冰前，将110kV珠河线对侧珠玑端的线路三相短路，本侧线路通过电缆接至10kV开关柜，控制10kV开关柜对三相短路线路进行全电压冲击合闸，实行交流融冰。经过2008年冰灾后，韶关电网在易覆冰输电线路上加装融冰刀闸，融冰刀闸直接连接到系统电源10kV融冰柜，在每次交流融冰演练应用中，直接全电压冲击合闸进行融冰。

图2 110kV珠河线交流融冰接线图

在设计热力法融冰方案时，首先应确定的是输电线路的融冰电流、保线电流以及最大允许电流^[4]。导线的融冰电流是指对覆冰导线融冰的电流，融冰电流计算公式如下：

（1.1）

（1.2）

对雨凇：

（1.3）

对雾凇：

（1.4）

式中：Ir：融冰电流(A)；R₀：0℃时单位长度导线电阻（Ω/m）；T_r：融冰时间（h）；Δt：导体温度与外界气温之差（℃）；go：冰的比重（一般雨凇取0.9）；b：冰层厚度（cm）；D：导体覆冰后外径（cm）；R

_TO：传导热阻；d：导线直径（cm）；λ：导热系数（W/cm），其中雾凇取0.12×10-2，雨凇取2.27×10-2；R_T：辐射等效热阻；雨凇应用（1.3）式，雾凇取（1.4）式；V：风速（m/s）

保线电流是指导线保持在冰点以上，导线不覆冰的最小导线电流。其公式如下：

（1.5）

式中：I_b：保线电流（A）；R₀：0℃时单位长度导线电阻（Ω/m）；T₁：导线温度，保证电流不覆冰时所需的温度，一般为2℃；T₂：结冰时外界温度，一般取-3℃或者-5℃； ：辐射系数；其中冰取0.64，霜取0.32，铜取0.6，铝取0.11，铁取0.25；

导线最大允许电流是指在融冰的短时间内，允许导线达到最高温度所通过的电流，最高温度一般取90℃，其计算公式如下：

当风速大于2m/s时：

（1.6）

式中：R₉₀：导线温度90℃时的电阻（Ω）；I_max：导线最大允许电流（A）；T₂：外界温度（℃）；

4线路交流融冰方法实际应用

2015年，韶关电网组织开展了110kV珠河线三相短路交流融冰应用，根据线路实际覆冰情况，将110kV珠河线对侧珠玑站端的线路三相短路，本侧线路通过经电缆线路融冰刀闸、电缆转接箱接至10kV开关柜，控制10kV开关柜对三相短路线路进行全电压冲击合闸，实行交流融冰。110kV珠河线是110kV澜河站主要联络主通道之一，线路路径穿越韶关中等覆冰区域中，以下为线路概况及参数：

表1 110kV珠河线线路概况及参数

由表1可知，以澜河站10kV F13融冰线10kV作为供电电源，对珠河线进行融冰方案编制，珠河线是连接珠玑站与澜河站的1条110kV输电线路，线路型号分别为LGJ-240、JLHA2/G1A-250，线路长度为24.45km，直径为21.66mm，阻抗参数为2.93 +j9.17 ，珠河线在珠玑站内三相短接，实现珠河线的交流短路融冰，对该融冰线路进行计算：

线路阻抗：

融冰短路电流：

融冰功率：

假设导线覆冰由雨凇形成，在外界温度：-3 ℃，风速为3 米/秒时，覆冰厚度为10mm时，导线型号为LGJ-240及JLHA2/G1A-250，0℃及20℃时单位长度导线电阻为0.1097Ω/km及 0.1209Ω/km，由融冰电流、保线电流以及最大允许电流公式计算可知，融冰电流525.9A，保线电流为390.9A，最大允许电流为1003.2A，交流融冰短路电流599.5A大于保线电流小于导线最大允许电流，能起到融冰效果的作用。

2015年1月，韶关片区将受强空气影响，气温有明显下降，澜河地区环境温度为15℃，融冰演练当天风速为1.0m/s，根据当时的气象要求，开展交流短路融冰演练。融冰组变电运行、检修、继保以及输电专业负责人按照风险评估结果落实控制措施并做好观测线路温度的变化。

表2 珠河线方式融冰记录表

本次试验是澜河站在新站改造后进行的第一次融冰启动试验，从11点30分调度下令将110kV珠河线三相短路融冰开始，到12点40分融冰结束，整个演练过程持续了1个小时，导线温度由最初的13℃上升到37℃应用时间大概为30分钟，从上表可见，利用三相短路交流融冰效果效果很显现。如果覆冰三相短路融冰可使得导线上冰块融化，起到融冰的效果作用，通过实战验证了的三相短路交流融冰可操作性，同时也为冰灾抗冰积累了应用的经验。

4结论

频繁的冰灾对电力系统造成严重的威胁，可能引起线路停电、线路断裂等事故。大电流融冰法是通过大电流产生足够的热量，将电能转换为热能，预防及融化设备表面的覆冰。110kV珠河线三相短路交流融冰实际应用说明了在输电线路在覆冰到达一定的程度时，选择正确的融冰方式，可起到融冰的效果作用，预防线路发生跳闸、断杆等现实践，保证电网安全稳定运行。目前融冰演练短接点都设在输电线路的末端（即变电站的线路刀闸外侧），建议下阶段对线路中间段设置短接点的融冰进行计算及研究。现阶段交流融冰都是在采用10.5kV交流输入电源进行研究，但随着电网建设增大，10.5kV融冰电源不能满足交流融冰的需求，建议下阶段对400V、6.3kV及不同电压等级的融冰电源进行分析。

参考文献

1. 毛先胤，彭向阳，姚森敬.粤北输电线路覆冰概况及原因分析[J].广东电力，2012，25(2)，63-65

2. 柳玉波，黄安平，蒋金良，张勇军，唐捷.韶关电网安全运行风险评估研究[J].供用电.2011,10(3):23-26

3. 电力专题.南方电网6年建设完善抗冰体系从容应对冰灾[N].南方电网报, 2014

4. 中国南方电网公司.电网防冰融冰技术及应用[M].中国电力出版社，2010.02