張 川 吳 云 楊春華 潘正婕 王超勝 付 添

(1、國(guó)網(wǎng)宜昌供電公司，湖北 宜昌 443000 2、三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

如今，多地輸電線路出現(xiàn)短距離覆冰現(xiàn)象，凍雨附著在輸電線路表面形成不均勻覆冰，改變輸電線路截面的外部特征，在一定速度和方向的風(fēng)的配合作用下，導(dǎo)線產(chǎn)生自激振動(dòng)，引起舞動(dòng)，導(dǎo)致線路跳閘甚至停運(yùn)，嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前直流融冰裝置按照擺放位置可分為移動(dòng)式和固定式兩類。固定式不需要接線，一般安裝在容量大，電壓等級(jí)比較高,需要融冰線路較多的變電站，但是固定式融冰裝置只能對(duì)本站中的線路融冰使用，而且還需要修筑融冰管母線，投資較大，性價(jià)比不高。傳統(tǒng)的移動(dòng)式融冰裝置存在容量小、額定融冰電流低等問(wèn)題，往往無(wú)法有效融化導(dǎo)線的覆冰。此外，地線由于多采用接地型式等，往往較難融冰。另外，融冰裝置的主要部件長(zhǎng)期暴露在空氣中會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行腐蝕，部分構(gòu)件的靈敏度也會(huì)受影響，而且融冰作業(yè)的環(huán)境條件對(duì)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行操作的工作人員的身體健康也會(huì)造成很大的影響。

文獻(xiàn)[1]列出了近年來(lái)全國(guó)典型的輸電線路覆冰事故，很多輸電線路和電力設(shè)施出現(xiàn)冰雪覆蓋的情況, 線路斷路器跳閘、線路桿塔倒塌等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，說(shuō)明了導(dǎo)地線覆冰嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。文獻(xiàn)[2]提出了直流融冰裝置主要由系統(tǒng)電源、整流變壓器、晶閘管整流器、平波電抗器、交直流濾波器及各類開關(guān)組成。文獻(xiàn)[3-4]列舉了采用直流融冰時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下關(guān)鍵問(wèn)題：直流融冰裝置容量能提供的最大融冰電流和輸出直流電流；整流器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的無(wú)功和諧波對(duì)交流電網(wǎng)的需求和影響；融冰線路需要的最小融冰電流；直流融冰裝置輸入電源的獲取。文獻(xiàn)[5-8]指出直流融冰技術(shù)是將覆冰線路作為負(fù)載, 施加直流電壓, 用較低電壓提供短路電流, 將電能轉(zhuǎn)化為熱能, 使線路短時(shí)間內(nèi)溫度升高進(jìn)行融冰。文獻(xiàn)[9-10]表明地線融冰時(shí)，應(yīng)考慮桿塔分流對(duì)融冰電流的影響，從而確保地線中段的融冰效果。

為了解決導(dǎo)線、地線融冰難等問(wèn)題，需開展新型移動(dòng)式直流融冰裝置研究。本文是基于一種新型移動(dòng)式直流融冰裝置的試驗(yàn)分析，通過(guò)220kV YJYH 的導(dǎo)線融冰效果和500kV DJEH 的地線融冰效果來(lái)論證新型移動(dòng)式直流融冰裝置的實(shí)用性，最后根據(jù)試驗(yàn)當(dāng)中所遇到的問(wèn)題，指出該裝置的不足和需要改進(jìn)的方向。

1 移動(dòng)式直流融冰設(shè)備情況

本試驗(yàn)所采用的移動(dòng)式融冰設(shè)備是由南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的KGRB-2000/12.5 型號(hào)的直流融冰裝置和武漢長(zhǎng)江變壓器廠生產(chǎn)SZ9-5000/35 移動(dòng)式變壓器組成，最大融冰電流為424A(按變壓器過(guò)負(fù)荷120%計(jì)算的10 千伏直流電流)，可對(duì)融冰電流在424A 以下的220 千伏、110 千伏線路開展融冰工作。利用大功率發(fā)電車或者10kV 配電線路作為電源，使用車身短、越野能力強(qiáng)，可在鄉(xiāng)道和泥土路上行駛的裝載車輛。裝載車輛一共三臺(tái)，其中1 臺(tái)放置進(jìn)線開關(guān)柜、降壓變壓器，1 臺(tái)車放置整流裝置，1 臺(tái)車放置交直流電纜及附件。與固定式融冰裝置相比，更有明顯的機(jī)動(dòng)靈活性。移動(dòng)式直流裝置和變壓器技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 融冰裝置技術(shù)參數(shù)表

表2 移動(dòng)式變壓器技術(shù)參數(shù)

2 試驗(yàn)情況

2.1 導(dǎo)線融冰試驗(yàn)

此次融冰試驗(yàn)以220kV YJYH(Y03-J225)為對(duì)象。220kV YJYH 包含17#-76#共59 基桿塔(耐張塔16 基)，全長(zhǎng)22.916千米。融冰范圍為：(1)220kV JZH 變電站：220kV YJYH-J225,35kV 融冰線J358；(2)220kV XYX 變電站：220kV YJYH-Y03。運(yùn)用移動(dòng)式融冰裝置組織開展直流融冰工作。其現(xiàn)場(chǎng)工作布置圖如圖1 所示。

圖1 220kV YJYH(Y03-J225)融冰工作布置圖

移動(dòng)式直流融冰裝置380V 低壓電源，位于220kV JZH 變電 站 110kV 配 電 電 源 箱， 開 關(guān) 容 量(100A， 型 號(hào)NM1LE-12S/4300A)，與融冰裝置車輛位置的大致距離約30 米。其接線示意圖如圖2 所示。

圖2 220kV YJYH(Y03-J225)移動(dòng)式融冰裝置接線示意圖

融冰電流從0 A 上升至800A，觀測(cè)#24 塔、#30 塔導(dǎo)線溫度分別上升1.5℃、3℃。繼續(xù)上升至1000A，導(dǎo)線溫度再次上升3.5℃、2.8℃，累計(jì)上升5℃、5.8℃。繼續(xù)上升至1400 A 并保持5 min，導(dǎo)線溫度逐漸上升9.3℃、14℃，累計(jì)上升14.3℃、19.8℃。

試驗(yàn)表明：(1)移動(dòng)式直流融冰裝置在額定輸送電流下，短距離導(dǎo)線溫升可以達(dá)到14.3℃、19.8℃，滿足融冰需要。(2)融冰電流在800A 以下時(shí)，溫升提升不明顯；融冰電流在800A 以上時(shí)，溫升顯著提升。

2.2 地線融冰試驗(yàn)

將融冰段首端地線和光纜短接后，接入融冰裝置的正極，融冰段末端地線和光纜短接后，再和任一相導(dǎo)線末端連接；導(dǎo)線首端接入融冰裝置負(fù)極，構(gòu)成回路。融冰裝置直流電流輸出，部分電流經(jīng)地線和光纜流進(jìn)融冰段，部分電流經(jīng)桿塔入地，最后匯集到導(dǎo)線回流到融冰裝置的負(fù)極。

需要注意的是，靠近首端的位置，融冰電流經(jīng)桿塔分流后，流經(jīng)地線的直流電流逐漸減小，靠近尾端的位置，分流電流經(jīng)大地回流到桿塔，匯集到地線。在地線融冰區(qū)段內(nèi)，首尾兩端地線電流大，中間位置地線電流小，如圖3 所示。

圖3 融冰區(qū)段內(nèi)地線分部電流

此次試驗(yàn)以500kV DJ 地線為融冰對(duì)象，線路長(zhǎng)度3.1km。融冰裝置采用車載式輕型移動(dòng)融冰裝置，容量4000kVA，最大輸出電流4000A，交流輸入通過(guò)電纜接入10kV 配電線路，直流輸出通過(guò)直流電纜接入地線及光纜。

將融冰段(1#桿塔到n#桿塔)的首端1＃桿塔的地線和光纜短接，然后與中相B 相連接，電流從融冰裝置的正極直流電流輸出，經(jīng)B 相掛設(shè)的電纜、地線連接線等流入地線和光纜(“地線去”)。融冰段末端n＃桿塔地線和光纜短接后，和邊相C相連接，電流經(jīng)地線和光纜流進(jìn)融冰段末端桿塔后，通過(guò)C 相導(dǎo)線匯集回流，經(jīng)融冰段首端桿塔C 相掛設(shè)的電纜進(jìn)入融冰裝置負(fù)極(“導(dǎo)線回”)，詳見圖4。

圖4 地線及光纜融冰接線圖

融冰直流電流從0A 上升至800A(等同于首尾端電流)，通過(guò)桿塔上紅外檢測(cè)，4#塔地線溫度上升1.3℃；直流電流上升至1000A，地線溫度累計(jì)上升3.0℃；直流電流輸出上升至1500A，測(cè)得靠中間位置地線融冰電流達(dá)到300A，地線溫度累計(jì)上升13℃。

試驗(yàn)表明：(1)移動(dòng)式直流融冰裝置在額定輸送電流下，短距離地線溫升可以達(dá)到13℃，滿足融冰需要。(2)地線與光纜并聯(lián)，融冰裝置輸出電流達(dá)到1500A 時(shí)，單根地線最小電流達(dá)到300A；(3)融冰電流超過(guò)300A 時(shí)，地線溫升效果明顯；(4)地線通過(guò)桿塔直接接地后，桿塔分流較大，可采用“地線去、導(dǎo)線回”方式開展融冰，同時(shí)為盡量減少分流的損耗，應(yīng)盡量在融冰區(qū)段外的耐張段斷開地線，并斷開桿塔接地引下線。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)證明，新型移動(dòng)式直流融冰裝置適用于輸電線路導(dǎo)線和地線的融冰，在后續(xù)工作中，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

3.1 改進(jìn)提升新型移動(dòng)式直流融冰裝置性能。提升融冰裝置容量，重點(diǎn)提高額定融冰電流值，確保能滿足大截面導(dǎo)線融冰需求。

3.2 在進(jìn)行地線融冰時(shí)，靠近首端的位置，融冰電流經(jīng)桿塔分流后，流經(jīng)地線的直流電流逐漸減小，靠近尾端的位置，分流電流經(jīng)大地回流到桿塔，匯集到地線。在地線融冰段內(nèi)，首尾兩端地線電流大，中間位置地線電流小。應(yīng)注意直流融冰電流的選取，以確保地線融冰的順利進(jìn)行。

3.3 改進(jìn)提高新型移動(dòng)式直流融冰裝置的融冰距離，對(duì)于長(zhǎng)距離覆冰導(dǎo)線，目前只能采取分段融冰的方法。