張紅偉

（淮北雙龍礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235000）

淺談電網(wǎng)防冰融冰技術(shù)及應(yīng)用

張紅偉

（淮北雙龍礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235000）

為應(yīng)對(duì)越來(lái)越頻繁的冰災(zāi)對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)重危害，就過(guò)電流融冰法、交流短路融冰法、利用直流電流加熱線路融冰以及其他融冰方法進(jìn)行論述，為電網(wǎng)融冰提供理論方法與指導(dǎo)，以減少電力冰災(zāi)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活造成的損失。

電網(wǎng)安全運(yùn)行；防冰融冰；技術(shù)保障

供電系統(tǒng)在遭遇的各種自然災(zāi)害中，冰災(zāi)是最嚴(yán)重的威脅之一，當(dāng)嚴(yán)重冰災(zāi)持續(xù)來(lái)襲時(shí)，輸電線路難免會(huì)出現(xiàn)覆冰。受大氣候、微地形、微氣象條件的影響，又因?yàn)榘l(fā)生冰害事故時(shí)往往天氣惡劣、冰雪封山交通受阻、通信中斷、搶修十分困難，因而經(jīng)常造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停電，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，尤其給人民生活帶來(lái)不便，經(jīng)濟(jì)損失慘重。據(jù)查相關(guān)資料：我國(guó)從60年代初期就出現(xiàn)供電線路覆冰事故；1990年1月30日晚，常德洞庭湖區(qū)35kV以下線路因大風(fēng)及冰凍影響，造成104條線路跳閘，16條線路斷線、倒桿。最為嚴(yán)重的就是2008年初，我國(guó)南方大部分地區(qū)遭受凍雨天氣，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)設(shè)施受到嚴(yán)重破壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到150多億元。同樣，國(guó)外類似事故也時(shí)有發(fā)生。

近些年來(lái)，冰災(zāi)破壞程度越來(lái)越強(qiáng)，影響越來(lái)越廣，應(yīng)對(duì)難度也越來(lái)越大。電力系統(tǒng)在工程和運(yùn)行中如何應(yīng)對(duì)電網(wǎng)覆冰帶來(lái)的危害，成為一項(xiàng)重要課題。往往形成一條供電線路完全把冰融完需要幾個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，如果融雪期間，線路不堪重負(fù)就有可能發(fā)生倒桿或斷桿現(xiàn)象，那么就有可能前功盡棄，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全或造成大面積停電，融冰準(zhǔn)備的倉(cāng)促性，操作的復(fù)雜性，耗時(shí)的長(zhǎng)期性供電的安全性等等這一切問(wèn)題直接制約輸電線路的融冰工作，如果能夠有效的提高融冰操作時(shí)間，那就大大降低了威脅性，采取“抗、改、避、防、融、除”六項(xiàng)綜合措施，推進(jìn)防冰減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用，防凍融冰已成為生產(chǎn)管理常態(tài)工作。

當(dāng)嚴(yán)重的冰災(zāi)持續(xù)來(lái)襲時(shí)，露天電力設(shè)備和輸電線路覆冰在所難免，因此有必要對(duì)這些電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行除冰。對(duì)露天電力設(shè)備，如隔離開(kāi)關(guān)、絕緣子等，目前廣泛應(yīng)用的方法是采用斷電后利用水沖洗或熱風(fēng)吹，通過(guò)對(duì)流熱交換溶解這些設(shè)備上的覆冰；也有通過(guò)機(jī)械外力除冰的。

一、過(guò)電流融冰法

過(guò)電流融冰技術(shù)是在線路導(dǎo)線或地線上通過(guò)加以高于正常電流值的傳輸電流，提高電路產(chǎn)熱量，從而達(dá)到融冰目的，其大致可分為以下幾種：

（1）帶負(fù)荷融冰法；

（2）基于移相器的帶負(fù)荷融冰法；

（3）用自耦式變壓器對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的多分裂導(dǎo)線進(jìn)行融冰法。

110kV及以下線路大都為饋線網(wǎng)絡(luò)，而且負(fù)荷自然分布，利用潮流來(lái)調(diào)整可能性較小，常用的手段有：增加受端感性無(wú)功補(bǔ)償，降低電壓值，電阻不變的情況下增大線路中的電流，通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷至融冰線路所在變電站。不同型號(hào)的220kV輸電線路在溫度和風(fēng)速適宜的條件下需要的融冰功率在220kW～534MW之間，當(dāng)前我國(guó)220kV的電網(wǎng)線路仍是省級(jí)的骨干線路，電網(wǎng)之間的聯(lián)系較強(qiáng)，運(yùn)用斷開(kāi)電源、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、停運(yùn)線路等手段，可以達(dá)到調(diào)整對(duì)抗潮流的目的。

對(duì)其電廠出線、主要輸電斷面和負(fù)荷中心線路進(jìn)行過(guò)電流融冰可行性分析，結(jié)果表明，接入220kV電壓等級(jí)的電廠出線部分實(shí)施過(guò)電流融冰可行，負(fù)荷中心環(huán)網(wǎng)不具備過(guò)電流融冰的可行性。

二、交流短路融冰法

短路電流融冰法就是在架空線路的某一點(diǎn)裝設(shè)三相融冰短路線（但不接地），再對(duì)線路送實(shí)際融冰電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，線路發(fā)熱，從而將架空線路上的覆冰融化。據(jù)查，我國(guó)自1976年起就采用這種技術(shù)對(duì)供電線路進(jìn)行處冰，工作中常采用以下兩種方法：

1.先將線路短路，由發(fā)電機(jī)帶融冰線路零起升流。一般情況下，零起升流法只適用于需要的融冰電流較小的輸電線路，且要求發(fā)電機(jī)容量較大。

2.先將線路短路，控制斷路器對(duì)三相短路線路進(jìn)行全電壓沖擊合閘。

這種方法，必須根據(jù)融冰電流及短路電流大小選用適宜的短線回路阻抗，一般的都是通過(guò)第一級(jí)的電壓對(duì)相應(yīng)的高一級(jí)的線路實(shí)行短路融冰，電壓水平維持在正常的運(yùn)行狀態(tài)，這是重要環(huán)節(jié)，要重點(diǎn)把握。

對(duì)于220kV線路導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，必須選擇相應(yīng)容量的融冰電源，提供形成短路電源。2GJ－2×400線路采用110kV來(lái)作為融冰電源時(shí)，這時(shí)最大的融冰線路長(zhǎng)度可達(dá)137km，在電線上的覆冰厚度，以及外界氣溫和風(fēng)速一定的條件下，融冰電源的選取與融冰線路的型號(hào)、長(zhǎng)度、線路短路容量有關(guān)。如果500kV系統(tǒng)接入短路，發(fā)生故障有可能影響系統(tǒng)區(qū)域過(guò)大，就難以確保系統(tǒng)的維穩(wěn)運(yùn)行，這樣對(duì)于500kV或更高電壓等級(jí)的輸電線路來(lái)講，因?yàn)殡y以找到滿足要求的融冰電源，這樣選取的交流短路融冰方案是不可行的。融冰電源點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的線路條數(shù)與之的比例爭(zhēng)取做到7～8：1；同時(shí)，同一融冰電源點(diǎn)對(duì)應(yīng)所融線路的條數(shù)，盡量均勻，充分結(jié)合原有融冰電源點(diǎn)的設(shè)置，盡量?jī)?yōu)化，做到既不重復(fù)布點(diǎn)，又能減輕原有融冰電源點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。盡量?jī)?yōu)先考慮新建發(fā)電廠（尤其是水電廠）作為零升融冰電源，但在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)充分了解機(jī)組的特性，核實(shí)是否符合要求。

三、利用直流電流加熱線路融冰

直流融冰是將覆冰線路作為負(fù)荷，提供直流電源產(chǎn)生較低的電壓來(lái)提供短路電流，使之產(chǎn)生熱量，加熱導(dǎo)線，從而達(dá)到覆冰融化的目的的一種融冰方法。這種方法直流電流產(chǎn)生的熱量必須大于導(dǎo)線散熱量和融冰熱量之和，電線上的覆冰才能融化。其一，線路所通融冰電流I必須達(dá)到一定的數(shù)值；其二，融冰電流確定以后，融冰裝置的電源容量（Pdc）對(duì)應(yīng)一定長(zhǎng)度的線路（電阻為R），并且裝置的輸出電壓也受到IR的限制。

據(jù)報(bào)道：湖南中試所聯(lián)合有關(guān)單位開(kāi)發(fā)了小容量直流融冰裝置，并對(duì)1條23km長(zhǎng)的110kvLGJ－240導(dǎo)線經(jīng)行了直流融冰試驗(yàn)，2008年1月份對(duì)1條23km長(zhǎng)的110kV（LGJ－240型號(hào)）線路經(jīng)行了實(shí)際融冰測(cè)試，融冰電流850A，24min內(nèi)成功融冰，效果良好。

四、其它除冰方法

1.機(jī)械除冰

機(jī)械除冰法：滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法，其過(guò)程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的。基本的機(jī)械除冰法因其對(duì)設(shè)備、環(huán)境要求較低。機(jī)械外力除冰最早采用有“ad hoc”法、華倫鏟刮法和強(qiáng)力震動(dòng)法，其中滑輪刮鏟法較為實(shí)用，其耗能小、價(jià)格低廉，但操作困難、安全性能亦需完善。但該方法并不適用于我國(guó)西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。

2.被動(dòng)除冰

被動(dòng)除冰就是依靠自然的力風(fēng)、地球吸引力、隨機(jī)散射和溫度變化等被動(dòng)脫冰的方法。這種方法不需要附加外界能量條件，已經(jīng)運(yùn)用到輸電線路上的有線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來(lái)預(yù)防或減少輸電線路上的覆冰。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低，但也有一定的缺點(diǎn)就是不能完全阻止覆冰的形成，這只僅僅適用于特定的地區(qū)，范圍較窄。

3.熱力融冰

增大導(dǎo)線的傳輸電流融冰或采用短路電流融冰，加裝低距離溫度磁環(huán)或低距離溫度磁力線，促使導(dǎo)線自身發(fā)熱，溫度升高。這種融冰方法要消耗較高的電能。

這幾種方法以外，也有利用電磁脈沖、氣動(dòng)脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰的方法，但這些都是理想或試驗(yàn)階段中，未能實(shí)現(xiàn)，還不夠成熟，還需要加以研究和探討。而最近國(guó)內(nèi)外比較熱門(mén)的機(jī)械除冰法主要通過(guò)除冰機(jī)械人來(lái)完成，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的除冰機(jī)械人通常由爬行機(jī)構(gòu)、越障機(jī)構(gòu)、除冰機(jī)構(gòu)三部分組成，并且向著小型化、實(shí)用化、可越障、智能化的方向發(fā)展。

總之，電網(wǎng)的防凍融冰工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要針對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇針對(duì)性的除冰方式，把危害造成的經(jīng)濟(jì)損失降低到最低。

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1671-8275（2012）03-0091-02

2012-02-28

張紅偉（1978-），男，安徽淮北人，淮北雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司助理工程師。

責(zé)任編輯：訾興建