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摘要：2008年初發(fā)生的低溫雨雪冰凍災(zāi)害，造成全國(guó)范圍電網(wǎng)極大損壞，大范圍面積停電，其中我國(guó)南方、華中、華東地區(qū)受損最為嚴(yán)重。事后，南方電網(wǎng)公司為了抵御和防范極端天氣災(zāi)害，提出了適當(dāng)提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用抗冰融冰技術(shù)并完善應(yīng)急機(jī)制的綜合措施。直流融冰技術(shù)作為一種新型高效的技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)抗擊冰災(zāi)具有重大意義。本文通過對(duì)不同類型地線進(jìn)行直流融冰計(jì)算，采用對(duì)比方式進(jìn)行分析，得出在外部因素影響下，不同類型地線的融冰電流的變化情況，為以后在高壓線路地線選型上提供了理論數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：冰災(zāi)；地線；直線融冰；

1引言

大氣異常，自然災(zāi)害頻發(fā)，2008年我國(guó)南方、華中、華東地區(qū)出現(xiàn)了歷史上罕見的低溫雨雪凝凍災(zāi)害，對(duì)電網(wǎng)造成了極大破壞，大面積停電使國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活都受到嚴(yán)重影響。為了“建設(shè)人民放心的電網(wǎng)”，電力部門組織了電力設(shè)計(jì)、科研、制造單位，對(duì)中、重冰區(qū)輸變電工程抗冰設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化及通用設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，修改了有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范，優(yōu)化了電網(wǎng)規(guī)劃，提高了電網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)事故線路進(jìn)行了抗冰改造，同時(shí)啟動(dòng)了融冰技術(shù)研究及應(yīng)用，以提高電網(wǎng)抗冰災(zāi)保障能力。中國(guó)南方電網(wǎng)公司在2012年發(fā)布了《架空輸電線路地線覆冰防治工作導(dǎo)則（試行）》[1]（以下統(tǒng)稱“防冰導(dǎo)則”），地線直流融冰技術(shù)將在南方電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。從此以后，部分地方供電局對(duì)一些重要線路加裝了直流融冰裝置對(duì)線路進(jìn)行融冰，效果非常顯著，有效防止了倒塔、斷線等惡性事故的發(fā)生。

2防冰導(dǎo)則對(duì)架空輸電線路采用防冰措施的規(guī)定

2012年發(fā)布的《防冰導(dǎo)則》從設(shè)計(jì)、運(yùn)行、改造全過程，提出了重冰線路“避、抗、融、防”四字的地線覆冰差異化防治措施。根據(jù)《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5440-2009）規(guī)定，重覆冰線路設(shè)計(jì)應(yīng)首先采用避冰及抗冰措施，有條件的地方經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后可采用融冰及防冰等措施。線路的避冰應(yīng)在線路路徑選擇階段就認(rèn)真研究、考慮，一旦線路路徑確定后，相應(yīng)的線路設(shè)計(jì)冰厚就確定了。因此，架空地線防冰措施可從防冰和融冰方面考慮。

3架空地線直流融冰

在我國(guó)，導(dǎo)線融冰已取得較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而地線融冰還處于研究試研階段，地線融冰不少關(guān)鍵技術(shù)還需要通過專題試驗(yàn)研究解決。本次架空地線直流融冰方案的原則及計(jì)算過程的假設(shè)條件如下：

1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 50545-2010）執(zhí)行。

2）融冰電流與融冰冰厚、時(shí)間、風(fēng)速及環(huán)境溫度有關(guān)。為方便融冰電流的計(jì)算，假設(shè)計(jì)算條件取環(huán)境溫度-5℃、風(fēng)速5m/s、冰厚10mm、融冰時(shí)間1小時(shí)。

3）結(jié)合融冰方案確定融冰電壓，要盡可能達(dá)到既滿足冬季融冰又滿足防雷及正常運(yùn)行方式對(duì)地線的要求。

地線融冰主要是采用一定量的電流使地線發(fā)熱，達(dá)到融冰熱平衡而實(shí)現(xiàn)融冰，這是一個(gè)電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，融冰電流和融冰時(shí)與各參數(shù)之間熱平衡關(guān)系式如下：

（3-1）

式中：IC-融冰電流；R0-電線電阻；Q1-被融化部分的冰的溫度從Te（結(jié)冰時(shí)外界溫度）升溫到T0（地線融冰溫度）吸收的熱量；Q2-融化冰所需吸收的熱量；Q3-未被融化的冰溫度變化吸收的熱量；Q4-地線溫度從Te升溫到T0所吸收的熱量；Q5-冰表面散失的熱量。

當(dāng)?shù)鼐€上通過的電流I大于上式計(jì)算的臨界融冰電流IC時(shí)，經(jīng)過時(shí)間t，地線上冰層融化并脫落，達(dá)到融冰的目的。

根據(jù)《防冰導(dǎo)則》附錄B中的地線融冰電流計(jì)算公式，將公式（3-1）轉(zhuǎn)換為下列公式：

（3-2）

式中：Ir — 融冰電流（A）；R0 — 0℃時(shí)的導(dǎo)線電阻（Ω/m）；Tr — 融冰時(shí)間（h）；Δt — 導(dǎo)體溫度與外界氣溫之差（℃）；g0 — 冰的比重（一般按雨淞取0.9）；b — 冰層厚度，即覆冰每邊冰厚（cm）；D — 導(dǎo)體覆冰后的外徑（cm）；RT0 — 等效冰層傳導(dǎo)熱阻（），；d — 導(dǎo)線直徑（cm）；λ — 導(dǎo)熱系數(shù)（），對(duì)雨淞 λ=2.27×10-2，對(duì)霧淞 λ=0.12×10-2；RT — 對(duì)流及輻射等效熱阻（）

對(duì)雨淞：；對(duì)霧淞：；

V——風(fēng)速（m/s）

根據(jù)公式（3-2）可知，架空線路的地線融冰電流主要與環(huán)境溫度、風(fēng)速、覆冰厚度、融冰時(shí)間因素有關(guān)。由于不同地區(qū)的輸電線路覆冰情況與天氣情況等外部條件不一致，為了研究上述各種因素對(duì)融冰電流大小的影響規(guī)律，本文分別選取6種不同型號(hào)的常見地線（包括復(fù)合地線光纜）進(jìn)行計(jì)算各外部因素與融冰電流的關(guān)系，6種不同型號(hào)的地線參數(shù)詳見表3-1：

表3-1 常用地線參數(shù)表

參 數(shù)

型 號(hào)外徑（mm）20℃時(shí)直流電阻（Ω/km）

GJX-8010.092.7287

GJX-10013.002.0490

JLB20A-8011.401.0788

JLB20A-10013.000.8524

OPGW-24B1-8012.301.085

OPGW-24B1-10013.200.882

按假設(shè)計(jì)算條件：外界環(huán)境溫度為-5℃、風(fēng)速為5m/s、融冰時(shí)間為1h、覆冰厚度為10mm。通過計(jì)算分別得出上述4種因素與融冰電流關(guān)系的曲線圖，見圖3-1～圖3-4。

圖3-1 融冰電流與覆冰厚度的關(guān)系曲線圖

圖3-2 融冰電流與溫差的關(guān)系曲線圖

圖3-3 融冰電流與天氣風(fēng)速的關(guān)系曲線圖