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        超高壓輸電線路直流融冰技術(shù)分析

        2018-12-31 00:00:00謝運(yùn)強(qiáng)
        大科技·D版 2018年11期

        摘 要:近些年來,我國多個(gè)區(qū)域遭受了非常嚴(yán)重的自然冰凍災(zāi)害,造成了大量桿塔倒塌或輸電線路冰閃跳閘等事故,給我國人民的生產(chǎn)生活帶來了極大損失甚至生命危險(xiǎn)。目前,已經(jīng)有很多學(xué)者針對(duì)超高壓輸電線路的各種融冰技術(shù)進(jìn)行了研究,本文從我國的相關(guān)國情出發(fā),對(duì)超高壓輸電線路結(jié)冰的原因及其不良影響進(jìn)行了介紹,并對(duì)直流融冰技術(shù)作了介紹,此外,還對(duì)直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)和除冰技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了闡述。

        關(guān)鍵詞:超高壓;輸電線路;直流融冰技術(shù)

        中圖分類號(hào):TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)33-0155-02

        1 引 言

        目前,全球正面臨著氣候惡化、天氣極端的環(huán)境問題,其中,冰雪災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了極大威脅,成為相關(guān)領(lǐng)域與學(xué)術(shù)界難以解決的問題,在全世界范圍內(nèi),德國、加拿大、日本、英國等國家都發(fā)生過非常嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害,我國也長期受輸電線路覆冰的困擾,幾十年來,在我國各個(gè)區(qū)域均有發(fā)生過大面積的冰災(zāi)事故,如:1974~1976年、1984年,在全國范圍內(nèi)發(fā)生了大面積的冰災(zāi)事故;2004年,重慶、湖南以及湖北等區(qū)域長期遭受雨雪天氣與雨凇天氣,最終導(dǎo)致了嚴(yán)重的冰災(zāi);2008年,我國南方大部分區(qū)域都遭受了百年一遇的大面積覆冰災(zāi)害,在多個(gè)省份的電網(wǎng)都有多處倒塔或斷線等重大災(zāi)情,尤其是500kV超高壓輸電線路的停電、斷電事故都造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。目前,直流融冰技術(shù)是較為有效的熱力融冰法,因此,對(duì)超高壓輸電線路的直流融冰技術(shù)進(jìn)行分析具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。

        2 輸電線路結(jié)冰的原因及其不良影響

        2.1 輸電線路結(jié)冰的原因

        由于輸電線路結(jié)冰會(huì)給我國各個(gè)產(chǎn)業(yè)、人民生活帶了極大的影響與損失,因此,對(duì)高壓輸電線路的結(jié)冰原因進(jìn)行探究非常有必要。一般來說,輸電線路在其工作過程中都會(huì)產(chǎn)生一定熱量,這些熱量按理來說應(yīng)該可以令電線上的積雪融化,線路并不應(yīng)該結(jié)冰,但是實(shí)際上,設(shè)計(jì)人員為了降低輸電線路送電過程中產(chǎn)生的電能損耗,在選擇電線耗材時(shí)大多數(shù)會(huì)選擇電阻較小的電線,因此電路自身產(chǎn)生的熱量非常有限,加之冬天經(jīng)常有氣溫極低的天氣,電路自身產(chǎn)生的熱量會(huì)迅速在空氣中散發(fā),從而導(dǎo)致線路被積雪覆蓋并結(jié)冰,此外,我國南方常常有凍雨夾雪的天氣,所以,雖然南方的最低溫度比北方高,但其輸電線路的結(jié)冰情況要比北方更為嚴(yán)重。

        2.2 輸電線路結(jié)冰的不良影響

        輸電線路結(jié)冰非常嚴(yán)重時(shí),會(huì)對(duì)輸電線路的性能造成極大的影響,甚至可能會(huì)造成更加嚴(yán)重的災(zāi)害,文章歸納了以下四種主要的不良影響:

        (1)結(jié)冰導(dǎo)線舞動(dòng)。如果輸電導(dǎo)線產(chǎn)生了非對(duì)稱結(jié)冰,輸電導(dǎo)線會(huì)由于導(dǎo)線受到的風(fēng)力大小不均衡而舞動(dòng),如果舞動(dòng)狀態(tài)持續(xù)太久或者舞動(dòng)幅度太大,就會(huì)不可避免地?fù)p壞電路,其后果輕則會(huì)損壞桿塔、導(dǎo)線以及金具等相關(guān)部件,重則會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)停電跳閘、桿塔傾覆甚至輸電線路斷裂。

        (2)過負(fù)載。如果輸電導(dǎo)線的結(jié)冰情況超過了其所能夠承受的最大抗冰厚度,導(dǎo)線質(zhì)量增加后,其受風(fēng)面積也會(huì)增大,從而使得其電路過載。

        (3)不均勻結(jié)冰或者不同時(shí)期脫冰。輸電線路結(jié)冰不均勻或者不同時(shí)期脫冰,都會(huì)導(dǎo)致兩段輸電線路間產(chǎn)生張力差,從而使得桿塔承受張力的能力變?nèi)?,懸垂絕緣子的偏移如果過大會(huì)碰撞到橫擔(dān),這就會(huì)使得絕緣子發(fā)生損壞甚至破裂,如果橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng),就會(huì)使得導(dǎo)線和拉線發(fā)生碰撞,導(dǎo)致拉線的燒傷或者燒毀,從而使得桿塔失去拉線、失去支撐后發(fā)生倒塌,此外,不同時(shí)期脫冰會(huì)使得橫擔(dān)向上翹起甚至折斷,或者地線支架被破壞等情況。

        (4)絕緣子冰閃。如果絕緣子遭受了大量覆冰,就會(huì)使得其絕緣強(qiáng)度降低、泄露距離變短;在融冰時(shí),一些電解質(zhì)雜質(zhì)會(huì)溶解于融冰水中,從而使得融冰水導(dǎo)電性能提高,就會(huì)導(dǎo)致單片絕緣子表面電壓分布或者絕緣子串電壓分布產(chǎn)生畸變,并使得覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓變低;此外,融冰時(shí)常常會(huì)遇到大霧天氣,空氣中的污染顆粒也會(huì)使得融化冰水的導(dǎo)電率提高,從而形成冰閃。

        3 直流融冰技術(shù)

        所謂直流融冰技術(shù),指的是當(dāng)輸電線路產(chǎn)生較為嚴(yán)重的結(jié)冰災(zāi)害時(shí),斷開主網(wǎng)和結(jié)冰線路間的連接,將線路的末端進(jìn)行短接,然后將直流電源接到線路的輸入端,這樣就會(huì)形成一條回路,在導(dǎo)線中通過較大的電流使得導(dǎo)線產(chǎn)生一定熱量,繼而令導(dǎo)線上所結(jié)的并融化并脫落,減少電路的負(fù)擔(dān),避免輸電線路發(fā)生斷裂甚至桿塔倒塌等事故,在導(dǎo)線結(jié)冰情況解決后,就可以將直流電源移除,并令電線、輸電設(shè)備等恢復(fù)至正常狀態(tài),確保安全后投入正常工作??偟膩碚f,直流融冰技術(shù)的基本思想就是將輸電導(dǎo)線作為負(fù)載,通過在電路中通低壓電流的方式令導(dǎo)線生熱從而使導(dǎo)線上的冰層融化。

        直流融冰技術(shù)作為新型的融冰技術(shù),并不同于其他交流融冰技術(shù),它已經(jīng)克服了一些交流融冰技術(shù)的困難與缺陷,其特點(diǎn)有:①適用性強(qiáng),在不同的環(huán)境下可以采用不同的融冰電壓,較為靈活;②效率較高,在直流融冰時(shí),線路中的的阻抗感性分量并不會(huì)產(chǎn)生干擾,因此直流融冰所需的容量被大大降低,其工作效率也大大提高。由此可得,直流融冰技術(shù)在目前是一種極為可行的融冰技術(shù)。

        4 直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)及除冰技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

        4.1 直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)

        在超高壓輸電線路的安全問題中,直流融冰技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出了其應(yīng)用性與便捷性,但該技術(shù)仍然需要進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。文章對(duì)其兩大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

        (1)直流供電電源。在直流融冰技術(shù)中,直流供電電源及其重要,在直流融冰技術(shù)中所使用的電源必須容易控制而且非常穩(wěn)定,在了解直流融冰技術(shù)的原理之后,我們能夠指導(dǎo),在融冰過程中會(huì)在輸電線路中通過極大的電流,必將會(huì)大大超過單整流裝置的極限,所以,一般會(huì)選擇并聯(lián)方式來保證電源裝置的安全。

        (2)選擇直流裝置的容量。在對(duì)直流裝置的容量進(jìn)行選擇時(shí)也要對(duì)多方面因素進(jìn)行綜合考量,應(yīng)當(dāng)對(duì)通電電流與融冰時(shí)間進(jìn)行比較研究后選擇最合適的直流裝置容量,從而保證直流融冰裝置能夠穩(wěn)定、有效地工作。

        4.2 除冰技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

        隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展,對(duì)輸電線路融冰技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè):

        (1)融冰理念產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。在過去,人們將重點(diǎn)放在如何除掉輸電線路上的覆冰,而現(xiàn)在,人們已經(jīng)在嘗試防冰與除冰相結(jié)合的新技術(shù),通過對(duì)輸電線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)來降低線路結(jié)冰的可能;

        (2)加強(qiáng)融冰技術(shù)的安全性。在未來,融冰技術(shù)必將發(fā)展得更加安全,為了確保電力技術(shù)人員的安全,利用除冰設(shè)備來取代人工除冰,從而避免塔倒人亡的事故再次發(fā)生;

        (3)融冰技術(shù)智能化。將電網(wǎng)輸電系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來,使得未來的融冰技術(shù)更加智能,如:研究融冰機(jī)器人,應(yīng)用于惡劣氣候、高危地區(qū)等情況的線路融冰工作。

        5 結(jié)束語

        從理論上來看,超高壓輸電線路的直流融冰是十分可行的,隨著我國電力電子技術(shù)的日漸成熟,國內(nèi)也開始研制直流融冰裝置并計(jì)劃將其投入實(shí)際應(yīng)用,其應(yīng)用必將為我國的防冰抗災(zāi)工作做出有效貢獻(xiàn)。此外,在輸電線路的防冰抗災(zāi)工作中還應(yīng)當(dāng)考慮一些其他因素,并建立一個(gè)較為全面的抗冰應(yīng)急方案。宏觀來看,電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定與我國的國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展是否安穩(wěn)有著密切的關(guān)系,針對(duì)輸電線路結(jié)冰研制更加先進(jìn)、更加安全、更加高效低耗的除冰技術(shù)必將是我國相關(guān)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張文朝,韓 奕,徐友平,等.電網(wǎng)過電流融冰運(yùn)行方式可行性研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(20):54~58.

        [2]申屠剛.電力系統(tǒng)輸電線路抗冰除冰技術(shù)研究進(jìn)展綜述[J].機(jī)電工程,2008,25(7):72~75.

        [3]常 浩,石 巖,殷威揚(yáng),等.交直流線路融冰技術(shù)研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(5):1~6.

        收稿日期:2018-10-9

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