文/陳銀

輸電線路交直流融冰熱平衡過程及融冰監(jiān)測分析

文/陳銀

南京開悅軟件有限公司

我國是一個典型的亞熱帶季風性氣候的國家，維持廣大人民群眾的正常生活需要輸電線路正常工作。然而近幾年全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。在低溫雨雪的天氣下，輸電線路覆冰的情況十分普遍，造成電網(wǎng)受損甚至癱瘓的嚴重后果，因此，對輸電線路進行融冰成為了人們關(guān)心的問題。本文闡述說明了交流短路融冰、直流融冰和過負荷融冰這三種主要融冰方法的原理及應用，并就融冰方案進行分析，最終得出輸電線路融冰過程檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案，并通過試驗驗證了該監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

輸電線路；融冰技術(shù)；監(jiān)測

目前在世界范圍內(nèi)自然災害頻繁發(fā)生，而輸電線路容易受到各種極端天氣的影響，其中較為嚴重的是低溫雨雪對輸電線路造成的危害。在我國，第一季度及第四季度，全國大部均面臨低溫雨雪天氣。雨雪過程頻繁，輸電線路覆冰現(xiàn)象多發(fā)，對電網(wǎng)的影響巨大，也對人們正常的生產(chǎn)生活造成一定損失。本文通過對輸電線路融冰過程進行分析，由此提出監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

1 目前的融冰方式

1.1交流短路融冰

人類使用交流電的歷史已經(jīng)很久，對交流電的各種利用也研究得比較廣泛，利用交流電流融冰已經(jīng)在國內(nèi)外被普遍使用。目前國家電路系統(tǒng)中，交流線路所占比例大，例如湖南電網(wǎng)、應用交流電流進行融冰相對方便快捷，可從電網(wǎng)中直接取得電源。交流短路融冰的原理是在線路中造成局部短路，使導線發(fā)熱至可以融冰。

包括三種類型：三相短路融冰、兩相短路融冰、線—地單相短路融冰。對于進行技術(shù)改造困難，無法抵抗強覆冰的線路，交流短路融冰比較適合。但所需功率很大，因此只適合電壓不超過220kV的線路，而不適合電壓超過550kV的覆冰線路。

1.2直流融冰

直流融冰相對于交流融冰來說具有更多的優(yōu)勢：所需功率小、耗時短、融冰速度快，操作簡便易行、對電網(wǎng)正常工作的影響較小等。隨著科技的不斷發(fā)展進步，直流技術(shù)不斷改革創(chuàng)新，整流元器件也多種多樣，功能齊全，適合場景多。直流融冰技術(shù)應用越來越普遍。

1.3過負荷融冰

過負荷融冰對于電壓等級為110kV的地區(qū)特別適用，地區(qū)電網(wǎng)不需要斷電，只需要提供足夠的負荷就可以進行融冰。過負荷融冰也稱為運行方式融冰，原理是通過調(diào)整電路的運行方式，而不用使電網(wǎng)停止工作，對覆冰的線路部分的負荷電流增大，來增加電能轉(zhuǎn)化為熱能的功率。這種融冰的方法簡便，對電網(wǎng)的影響不大，只需對電網(wǎng)運行方式進行調(diào)整。過負荷融冰的方法較多，目前主要采用的是這幾種方法：基于調(diào)度的調(diào)整潮流法、基于增加無功電流的融冰法、基于移相器的帶負荷法等。目前我國電網(wǎng)仍然是使用220kV輸電線路，和110kV線路存在很大聯(lián)系，所以使用過負荷融冰方法也比較適合。

2 融冰方案分析

2.1融冰電流計算不準確

選擇何種融冰方法直接決定了融冰電流的計算方法，而融冰方法的選擇又與融冰線路的特點以及該線路在電網(wǎng)中的功能等相關(guān)聯(lián)。導線電阻、導線狀態(tài)、線路長度、天氣情況都對融冰的電流計算有很大影響。加拿大水電局根據(jù)線路覆冰的薄厚、環(huán)境的溫度、風向以及風速、輸電導線與水平地面間的距離、導線自身的電阻、吸熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，研發(fā)了一種計算融冰電流的程序。

2.2融冰時間計算不準確

從對國內(nèi)外融冰系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析來看，對融冰時間的計算主要采用的方法是建立數(shù)學模型，所得假設(shè)比較保守固定，例如在實際情況下，輸電導線上的覆冰并不是十分整齊的對稱圖形，而經(jīng)常為橢圓、菱形、錐形、針狀等不規(guī)則的形狀。同時，在融冰過程中，覆冰比較薄的部分常常會出現(xiàn)水膜，水膜的出現(xiàn)將會使冰繞其重心旋轉(zhuǎn)，融冰時間因此減少;同時，輸電導線的震動和彎曲、融冰時的天氣狀況、環(huán)境中的風速、導線覆冰厚度與地面覆冰厚度不一致等都會對融冰時間計算的數(shù)學模型假設(shè)結(jié)果造成影響。實際上，融冰所需時間通常比假設(shè)的結(jié)果要久。

3 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1系統(tǒng)組成

輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)有很多種，通常包括對輸電線路氣象情況微小變化的監(jiān)測，例如環(huán)境溫度、濕度、風向、風速以及氣壓等;同時也可監(jiān)測導線的覆冰狀況，例如導線的彎曲程度和震動幅度等;此外還可監(jiān)測導線的實際工作溫度。監(jiān)測系統(tǒng)的組成的基礎(chǔ)是位于省級監(jiān)控中心的主機，還包括下轄地市的電力部門監(jiān)控中心的主機、線路通信分機、氣象監(jiān)測分機、專家系統(tǒng)等五個部分。通過這種輸電線路融冰過程的監(jiān)測系統(tǒng)，可對導線溫度、覆冰重力動態(tài)變化、風向、風速、溫度、濕度、壓力、降水量進行從上到下的實時監(jiān)測。

3.2系統(tǒng)運行

該監(jiān)測系統(tǒng)的運行方式如下：首先根據(jù)省級監(jiān)控中心的主機根據(jù)時間變化得到的環(huán)境溫度、濕度、風向、風速、大氣壓力、導線的覆冰狀況、導線的彎曲程度和震動幅度、導線溫度等信息，對此進行收集整理的同時，要通過線路通信分機對各地市的氣象監(jiān)測分機進行聯(lián)系，將信息發(fā)送下去。根據(jù)建立的數(shù)學模型計算并分析各個監(jiān)測地點融冰線路的覆冰、融冰狀況變化情況以及當前導線的溫度變化情況等。省級監(jiān)測中心可對線路通信分機進行參數(shù)設(shè)置，可直接對地市級監(jiān)測中心的結(jié)果進行處理分析，這樣，能夠有效地提高融冰線路監(jiān)測系統(tǒng)工作的效率和靈活程度。

3.3系統(tǒng)試驗效果

采用上述的輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)進行試驗。從線路覆冰開始監(jiān)測，線路覆冰經(jīng)過起始階段，發(fā)展階段以及穩(wěn)定階段，期間可能會出現(xiàn)短時間覆冰大面積脫落，當覆冰過程結(jié)束時對該線路進行融冰，通過省級監(jiān)測中心所得信息，操作人員對線路進行直流融冰操作。當線路覆冰程度為零時，系統(tǒng)通過地市級監(jiān)測分機和通訊分機的反饋，可提醒操作人員停止融冰操作，結(jié)束融冰過程，避免導線溫度過高引起不必要的損失。

4 結(jié)語

輸電線路覆冰會造成很多問題和嚴重的后果，最直接的就是會給社會帶來經(jīng)濟損失。所以線路的覆冰機理的研究、相關(guān)數(shù)學模型的建立、融冰過程的實現(xiàn)以及融冰過程的監(jiān)測都十分重要。通過對融冰進行監(jiān)測，可提高融冰效率，節(jié)約社會資源。

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