基于移动直流融冰技术的500kV导线融冰试验--中国期刊网

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基于移动直流融冰技术的500kV导线融冰试验

发表时间：2020/1/7 来源：《科技新时代》2019年11期作者：王京波1、李嗣1、葛雄1、姚云枭2、鲁少军1

[导读] 近年来，500kV输电线路覆冰舞动现象频发，给电网安全可靠运行造成了巨大影响。

王京波1、李嗣1、葛雄1、姚云枭2、鲁少军1
        （1.国网湖北省电力有限公司检修公司，武汉 430050）（2.国网湖北直流运检公司，宜昌 443000）


        [摘   要] 近年来，500kV输电线路覆冰舞动现象频发，给电网安全可靠运行造成了巨大影响。本文探索了利用大容量应急电源车，经车载三相全控整流装置和直流电缆实现对超特高压导地线移动式直流融冰的可行性，经500kV峡林一回现场试验，证明该直流融冰技术具有良好的适用性。
        [关键词] 电网；覆冰舞动；移动式；直流融冰


        一、引言
        据统计，我国因恶劣天气造成的电力系统故障达到75%以上[1]，其中导线覆冰舞动是最为严重的自然灾害之一，其不仅容易引起倒塔断线，闪络跳闸，金具、绝缘子等设备损坏，严重时甚至会造成重大电网事故和社会影响[2]。2018 年1月23日至1月25日，湖北电网共29条超、特高压线路先后发生了大面积覆冰舞动，其中13条线路永久接地故障跳闸，其覆冰舞动范围之广、危害影响之大，为历年罕见。2019 年2月14日至2月17日，500kV峡林一二三回线覆冰厚度达24mm,相继发生闪落故障，给三峡送电断面造成巨大冲击。频发的覆冰舞动灾害给输电线路运维提出了更高的要求，迫切需要对线路覆冰进行有效防治。本文分析湖北地区导线覆冰形成机制，利用移动式直流融冰技术对500kV峡林一回导线进行融冰试验，取得了预期效果。
        二、覆冰舞动原因分析
        导线覆冰是由温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。当气温低于0℃时，雾气中的过冷水滴与输电线路表面碰撞并结冻，即形成导线覆冰。在持续的冰冻雨雪天气的作用下，当导线迎风面逐步形成厚 3~8 mm不易脱落的不规则覆冰层时，即形成一个翼面，遇到强风横向激励时，将诱发导线产生一种低频、大振幅的自激振动，即导线的覆冰舞动[4]。由于500kV线路通常采用四分裂及以上导线，截面积大，导线扭转刚度较大，子导线在间隔棒的约束下更易产生偏心覆冰，使导线舞动的振幅更大，对设备造成的危害也更严重。
        三、移动式直流融冰技术
        移动式直流融冰技术是通过移动电源和大容量电力电子设备将交流电源转化为直流从而达到对覆冰线路进行加热的目的[3]。该融冰方式具有较好的灵活性和更好的适用性，可满足多种电压等级输电线路的融冰需求。其两相或者是三相导线与装置的一端直接相连，另外一端短接，通过整流装置和电缆将直流电流输送至导线中，通过对导线进行加热而实现导线融冰。融冰系统结构如下所示：

        图1 移动式直流融冰总体结构图
        1.移动电源
        500kV导线融冰可采用移动应急电源车提供融冰电源。电源车装配柴油发电机组，额定输出1000kw-3000kW，额定电压380V-10kV，AVR电压调节，可为融冰装置提供电源。
        2.直流电缆与融冰装置连接
        直流电缆与融冰装置之间以交流电缆及金具连接，每相用单根50m-100m交流电缆接线，共三根。连接金具采用配套的导线快速T型线夹，型号为TL-95~150-150*100。
        3.融冰装置与500kV导线连接
        融冰装置与500kV导线通过两根直流电缆出线，每次仅对两相导线进行融冰。导线与直流电缆连接需要绞磨吊引，将电缆固定在杆塔上，再通过连接金具与导线短接。
        4.非电源点导线短接
        利用T型线夹，TLY-400和铝绞线导线（500mm2）制作短接线，将三相导线进行短接。
        四、峡林一回融冰试验
        1.导线融冰校核
        选择峡林一回207#-217#作为融冰区段，导线型号为4*LGJ-500/45，参数如下表所示：
        表1 导线参数表

        当不考虑整流装置损耗，且发电车无功容量充足，则直流侧输出电压

        式中：Ud表示直流电压，U2表示交流侧相电压，表示晶闸管触发角。
        考虑三相全控换流阀角度限制，U2=220V，α=10°，则直流侧最大输出电压约为505V，根据欧姆定律，峡林一回各融冰段直流电流理论上限值为3309A，满足该区段导线融冰需求。
        2.融冰操作方法
        在峡林一回207#杆塔大号侧接入直流电缆，在217#大号侧挂设接地线并将另一侧导线三相短接，同时拆除207#、217#三相引流线，对207#-217#段两相导线进行融冰，操作步骤如下：
        ①确认电源车进线与融冰车连接完毕，绝缘导线、融冰装置、直流电缆一次接线完毕，连接牢固。
        ②确认峡林一回线处于检修状态，在207#塔小号侧、217#塔大号侧挂设三相导线接地线。
        ③在峡林一回217#杆塔小号侧将三相导线短接，同时将直流电缆的两极分别接入峡林一回207#大号侧A相导线和B相导线，确认连接牢。
        ④解开峡林一回207#、217#耐张塔三相引流线。
        ⑤确认线路作业人员撤离到安全区，确认操作、巡视、检测人员全部到位
        ⑥检查融冰装置一次接线正确，风扇启动运转正常，控制、保护装置信号正确，发电车、直流融冰装置、交直流电缆状态无异常。
        ⑦启动融冰装置，通过后台选择“一去一回”融冰方式，再选择A/B相进行融冰。
        ⑧以手动方式控制融冰电流缓慢上升，检查绝缘导线、直流电缆、融冰装置无异常。
        ⑨继续调节电流输出到最大值，停留30分钟，接线调试组人员检查直流融冰装备、交直流电缆接点温度无异常。
        ⑩现场测量组人员检测导线接点温度、大档距弧垂变化。
        ⑪207#-217#线路A/B融冰完毕，将输出电流缓降至0A。
        ⑫将接入峡林一回207#大号侧B相导线的电缆拆除后再接入207#大号侧C相导线，确认连接牢固，重复8-11操作对A/C相融冰。
        3.融冰试验结果
        本次融冰选择峡林一回207#-217#段进行融冰试验，经过现场试验，融冰结果如下：
        表2 融冰结果
        最大输出电压（V） 500
        最大输出电流(A) 3265
        融冰持续时间（min） 30
        导线温度变化(℃) 12.6
        五、结语
        本文利用大容量应急电源车，经车载三相全控整流装置和直流电缆实现了对500kV峡林一回导地线的融冰试验，试验结果与理论计算相符，取得了较好的融冰效果，证明该融冰技术具有良好的适用性。
        参考文献
        [1] 张立春，朱宽军. 输电线路覆冰舞动灾害规律研究[J]. 电网与清洁能源, 2012, 28(9): 13-24.
        [2] 丁锡广,陶文秋.减轻送电线路导线舞动灾害的措施[J].高电压技术, 2004, 30(2): 54-55.
        [3]全晓方,王靓.直流融冰装置主参数设计与仿真[J].电工技术, 2019 (9): 62-64.
        [4] 王兆安电力电子技术[M] 机械工业出版社2009 . 60—61