王京波，李 嗣，楊洪明，葛 雄，陳光輝

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)因惡劣天氣造成的電力系統(tǒng)故障達(dá)到75%以上[1]。其中，輸電線路舞動(dòng)覆冰是冬季常見(jiàn)的自然災(zāi)害之一，表現(xiàn)為覆冰導(dǎo)線在風(fēng)的作用下發(fā)生低頻且大幅度的擺動(dòng)，極易因金屬疲勞造成絕緣子、金具、導(dǎo)線損傷甚至倒塔斷線，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)巨大威脅[2]。2018年1月，湖北主網(wǎng)發(fā)生大面積輸電線路覆冰舞動(dòng)災(zāi)害，導(dǎo)致13條500 kV線路短期內(nèi)發(fā)生永久接地故障跳閘，19條500 kV線路本體受損，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和巨大的社會(huì)影響。2019年2月，500 kV峽林一二三回線路百里荒段因覆冰導(dǎo)致地線斷裂，造成3條線路相繼跳閘，給三峽電力外送造成巨大影響[3]。在覆冰災(zāi)害發(fā)生時(shí)，對(duì)500 kV線路進(jìn)行高效融冰是保證主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段。由于500 kV輸電線路融冰一直以來(lái)受距離長(zhǎng)、線徑粗等制約，文章探索利用移動(dòng)式直流融冰裝置對(duì)500 kV斗江線線路進(jìn)行直流融冰。

1 直流融冰原理與參數(shù)計(jì)算

1.1 直流融冰原理

直流融冰是將覆冰線路作為負(fù)載，施加直流電流加熱導(dǎo)線使覆冰融化。對(duì)于500 kV線路，由于直流阻抗只有交流阻抗的10%左右，采用直流電流融冰需要的電源容量較小。融冰直流電源可以由發(fā)電車(chē)提供，也可由系統(tǒng)電源連接整流裝置提供。此外，直流輸出電壓和電流可調(diào)節(jié)，具有更好的適用性。直流融冰原理如圖1所示。

圖1 直流融冰原理

1.2 直流融冰參數(shù)計(jì)算

1.2.1 融冰電流和融冰時(shí)間

在現(xiàn)場(chǎng)工況和覆冰狀態(tài)確定的情況下，融冰電流和融冰時(shí)間之間的關(guān)系為

式中：Ir為融冰電流，A；ΔT為導(dǎo)體溫度與外界氣溫之差，℃；d為導(dǎo)線直徑，cm；D為冰筒直徑，cm；b為覆冰厚度，cm；g0為冰的密度，一般取0.9 g/cm3；R0為導(dǎo)線在0 ℃時(shí)的電阻率，Ω/m；tr為融冰時(shí)間，s；RT0為等效冰層傳導(dǎo)熱阻，（℃·cm）/W；RT1為對(duì)流及輻射等效熱阻，（℃·cm）/W[4-5]。

1.2.2 最小融冰電流

最小融冰電流又稱臨界融冰電流，是臨界融冰狀態(tài)下的電流。只有融冰電流大于臨界電流時(shí)，覆冰才能開(kāi)始融化。最小融冰電流的計(jì)算對(duì)融冰裝置的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。其計(jì)算公式為

式中：Imin為最小融冰電流，A。

1.2.3 最大融冰電流

最大融冰電流也稱極限融冰電流，是在特定環(huán)境溫度下導(dǎo)線最高溫度為70 ℃時(shí)所允許的短期電流。其計(jì)算公式為

式中：Imax為最大融冰電流，A；T2為環(huán)境溫度，℃；σ為輻射系數(shù)，鋁導(dǎo)線通常取0.11，銅導(dǎo)線取0.6，鐵導(dǎo)線取0.25；R90為導(dǎo)線在90 ℃時(shí)的電阻率，Ω/m；v為風(fēng)速，m/s。

1.2.4 融冰功率

融冰功率是在確定融冰電流的情況下，根據(jù)導(dǎo)線參數(shù)估算融冰裝置的輸出功率，用以指導(dǎo)融冰電源的配置。當(dāng)采用“一去一回”方式融冰時(shí)，融冰功率的計(jì)算公式為

式中：P為融冰功率，W；Ir為融冰電流，A；R0表示導(dǎo)線在0 ℃時(shí)的電阻率，Ω/m；l為導(dǎo)線單程長(zhǎng)度，m。

在不同工況下，500 kV以上線路常見(jiàn)導(dǎo)線的最小融冰電流和最大融冰電流計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。

表1 8 mm覆冰情況下不同型號(hào)導(dǎo)線的融冰參數(shù)計(jì)算值

由表1和表2可知，在相同的覆冰厚度、溫度以及風(fēng)速條件下，最小融冰電流與導(dǎo)線線徑成正相關(guān)。覆冰厚度對(duì)最小融冰電流的影響不大，主要原因是導(dǎo)線表面熱平衡吸熱、散熱與冰厚關(guān)系不大。在相同線徑、冰厚及溫度條件下，風(fēng)速越大，導(dǎo)線的最小融冰電流越大；在相同導(dǎo)線線徑、覆冰厚度和風(fēng)速條件下，溫度越低，導(dǎo)線的最小融冰電流越大。綜合分析，風(fēng)速和溫度對(duì)導(dǎo)線表面吸熱和散熱影響較大。

2 500 kV斗江線融冰試驗(yàn)

2.1 參數(shù)校核

本次融冰選擇退役的500 kV斗江線1#～12#耐張段作為融冰區(qū)段，長(zhǎng)度為5.12 km?，F(xiàn)場(chǎng)溫度為-2 ℃，風(fēng)速為2 m/s，覆冰厚度為5 mm。導(dǎo)線采用鋼芯鋁絞線LGJ-500，單根導(dǎo)線外徑為30 mm、電阻率為0.059 12 Ω/km。

本次融冰采用現(xiàn)場(chǎng)10 kV交流作為融冰電源，利用車(chē)載變壓器將10 kV交流降壓為380 V，再與整流裝置連接。直流側(cè)輸出電壓為

式中：Ud為直流輸出電壓；U2為交流側(cè)相電壓，取220 V；α為晶閘管觸發(fā)角，取10°。根據(jù)歐姆定律，500 kV斗江線融冰段單根子導(dǎo)線直流電流理論上限值為827.25 A，在最大融冰電流和最小融冰電流之間，融冰電流滿足該區(qū)段導(dǎo)線融冰需求[6]。

2.2 操作步驟

對(duì)斗江線1#-12#耐張段A、B相導(dǎo)線進(jìn)行融冰，具體操作步驟如下。第一步，確認(rèn)融冰線路處于停電狀態(tài)，在1#塔小號(hào)側(cè)、12#塔大號(hào)側(cè)掛設(shè)接地線；第二步，將直流電纜的兩極分別接入1#塔大號(hào)側(cè)和12#塔小號(hào)側(cè)的A、B相導(dǎo)線；第三步，拆除1#、12#塔三相引流線；第四步，將融冰裝置與電源線可靠連接，檢查接線正確，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，控制、保護(hù)裝置信號(hào)正確，設(shè)備狀態(tài)無(wú)異常；第五步，啟動(dòng)融冰裝置，以手動(dòng)方式控制融冰電流緩慢上升，同時(shí)巡查直流電纜、融冰裝置、融冰區(qū)段無(wú)異常；第六步，調(diào)節(jié)直流輸出電流到最大值，同時(shí)檢查直流融冰裝備、接點(diǎn)溫度無(wú)異常，直至A、B相導(dǎo)線融冰完畢；第七步，覆冰完全脫落后，將輸出電流緩降至0 A；第八步，拆除融冰裝置接線，恢復(fù)1#、12#塔三相引流線，拆除導(dǎo)線接地線，融冰結(jié)束。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

本次融冰結(jié)果如表3所示。

表3 融冰結(jié)果

由表3可知，融冰試驗(yàn)結(jié)果與理論值大致相符，證明了該方式的可行性，效果良好。

3 結(jié) 論

文章利用現(xiàn)場(chǎng)10 kV交流線路通過(guò)車(chē)載移動(dòng)式變壓器和整流裝置提供直流融冰電源，對(duì)500 kV斗江線兩相導(dǎo)線采用“一去一回”的方式進(jìn)行直流融冰，獲得較好的融冰效果。通過(guò)在500 kV線路上應(yīng)用直流融冰技術(shù)，驗(yàn)證了其具有良好的適用性，值得推廣應(yīng)用。