貴州送變電工程公司 陳春林

淺析直流融冰對(duì)于輸電線路安全運(yùn)行的重要性

貴州送變電工程公司 陳春林

在輸電線路融冰安全運(yùn)行保障中，融冰技術(shù)包括機(jī)械除冰法、被動(dòng)除冰法以及熱力融冰法，在熱力融冰法中，直流融冰技術(shù)是最為理想、最為有效的融冰技術(shù)，應(yīng)用最為廣泛。對(duì)此，本文首先介紹了輸電線路覆冰的原因及危害，然后對(duì)輸電線路直流融冰技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探究，以期促進(jìn)其在輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用，保障電力系統(tǒng)在冬季覆冰狀態(tài)下依然能夠安全可靠的運(yùn)行。

輸電線路；直流融冰技術(shù)；運(yùn)行安全

1 引言

在電力系統(tǒng)中，輸電線路冬季覆冰是十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害。輸電線路在冰雪的影響下，會(huì)造成供電中斷，甚至?xí)l(fā)電網(wǎng)解列等事故。輸電線路融冰修復(fù)難度較大，而且周期比較長(zhǎng)，因此，輸電線路融冰已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的難點(diǎn)，對(duì)輸電線路融冰技術(shù)進(jìn)行深入研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 輸電線路覆冰的原因及危害

輸電線路安全運(yùn)行是保障正常供電的關(guān)鍵，冬季輸電線路覆冰會(huì)嚴(yán)重影響輸電線路正常運(yùn)行。在輸電線路送電過(guò)程中，其自身會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，因此，掉落在輸電線上的積雪能夠自動(dòng)消融，但是，由于輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中不可避免的會(huì)消耗一定的電能，而為了減少這部分電能消耗，在輸電線路材料方面一般選用電阻值較小的材料，而這就會(huì)造成輸電線路自身發(fā)熱量減少。我國(guó)很多地區(qū)冬季寒冷，輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量會(huì)迅速散發(fā)至空氣中，一旦積雪掉落在輸電線路表面，就很容易形成覆冰。如果輸電線路覆冰比較嚴(yán)重，則會(huì)直接影響輸電線路性能，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的安全事故。

具體而言，輸電線路覆蓋所引發(fā)的不良影響主要有以下幾點(diǎn)：

（1）過(guò)負(fù)載危害。如果輸電線路表面覆冰大于其所能夠承受的最大抗病厚度，就會(huì)造成輸電線路質(zhì)量增加，表面積增大，容易產(chǎn)生電路過(guò)載問(wèn)題。

（2）輸電線路舞動(dòng)問(wèn)題。輸電線路覆冰并不是完全對(duì)稱的，如果輸電線路表面非對(duì)稱結(jié)冰，則在風(fēng)力因素的影響下，輸電線路會(huì)不停舞動(dòng)，而如果舞動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，并且幅度比較大，則會(huì)對(duì)導(dǎo)線、桿塔造成危害，甚至?xí)斐奢旊娋€路斷裂問(wèn)題。

（3）絕緣子冰閃危害。如果輸電線路覆冰問(wèn)題比較嚴(yán)重，則會(huì)造成絕緣子絕緣強(qiáng)度降低，在融冰過(guò)程中，電解質(zhì)也會(huì)隨之溶解，而這就會(huì)造成融冰水的導(dǎo)電性能增加，導(dǎo)致絕緣子表面電壓出現(xiàn)畸變。

3 輸電線路直流融冰技術(shù)

3.1 直流融冰技術(shù)基本理論

在輸電線路中采用直流融冰技術(shù)，需要注意為了避免輸電線路過(guò)熱造成線路損害問(wèn)題，需要對(duì)融冰電流以及融冰時(shí)間進(jìn)行精確計(jì)算。在導(dǎo)線的融冰階段，會(huì)伴隨兩種熱交換現(xiàn)象，其一為從導(dǎo)線向覆冰方向的熱傳遞，其二為從覆冰向空氣方向的熱交換。在輸電線路實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，而這一熱量會(huì)散發(fā)至輸電線路表面，造成表面覆冰溫度升高至ts，然后覆冰與空氣進(jìn)行熱交換。在上述熱傳遞和熱交換過(guò)程中，如果覆冰和空氣所交換的熱量與導(dǎo)體本身所產(chǎn)生的熱量相同，則覆冰會(huì)處于融冰與不融冰的狀態(tài)，在這種情況下，在導(dǎo)線不覆冰狀態(tài)時(shí)所流過(guò)的最小電流即為臨界電流Ic，臨界電流的計(jì)算公式如下：

在上述公式中，Ic指的是臨界電流；ts指的是覆冰表面溫度（k）；D指的是導(dǎo)線外徑（m）；ρ指的是導(dǎo)線電阻率（Ω/m）；h指的是對(duì)流換熱系數(shù)（W/m×k）；σ=5.67×108W/m2×k4）；h指的是對(duì)流換熱系數(shù)（W/m×k）；ε指的是導(dǎo)線黑度；V指的是濕空氣移動(dòng)均勻速度；W指的是濕空氣含濕量；T指的是濕空氣溫度；E指的是輸電線路對(duì)于冷空氣冷卻水滴的捕獲系數(shù)；WE指的是導(dǎo)線表面蒸發(fā)的液體量；Cw=4.18kJ/kg×k；Lv=2.26×103kJ/kg）。通過(guò)對(duì)公式（1）分析，臨界電流是由輸電線路所在環(huán)境氣象條件以及輸電線路自身物理性能所決定的。

另外，對(duì)于融冰所需時(shí)間，可以采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

在上述公式中，Ta指的是氣溫；Ci指的是冰雪比熱容；ρi指的是覆冰密度；R0指的是輸電線路覆冰狀態(tài)時(shí)的半徑；I指的是融冰電流； Rc指的是單位長(zhǎng)度輸電線路在零度時(shí)的電阻值。

3.2 直流融冰方案

輸定線路直流融冰技術(shù)的應(yīng)用原理是通過(guò)換流設(shè)備，將交流電源轉(zhuǎn)化為直流電流，對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行加熱，從而消融輸電線路覆冰，如圖1所示。在輸電線路實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，直流電流并不會(huì)消耗無(wú)功，因此，對(duì)于同等級(jí)的融冰電源，直流融冰能夠輸出較大的融冰電流，而這也說(shuō)明直流融冰技術(shù)比較適用于多個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路融冰。

3.3 融冰裝置類型

直流融冰裝置一般又可以被分為兩種，即固定式直流融冰裝置以及移動(dòng)式融冰裝置。其中，固定式直流融冰裝置在實(shí)際應(yīng)用中所需電能是由變電站所提供的，其是由晶閘管閥、控制保護(hù)設(shè)備換流變壓器、交直流濾波器等設(shè)備所構(gòu)成的。另外，移動(dòng)式融冰裝置的應(yīng)用原理固定式基本相同，均通過(guò)晶閘管整流器整流，從而獲得直流電壓，對(duì)覆冰線路末端進(jìn)行短接，并且采用兩相或三相作為負(fù)載，為輸電線路提供熱量。