淺談電網(wǎng)防冰融冰技術(shù)及應(yīng)用

張紅偉

（淮北雙龍礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235000）

淺談電網(wǎng)防冰融冰技術(shù)及應(yīng)用

張紅偉

（淮北雙龍礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235000）

為應(yīng)對越來越頻繁的冰災(zāi)對電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)重危害，就過電流融冰法、交流短路融冰法、利用直流電流加熱線路融冰以及其他融冰方法進行論述，為電網(wǎng)融冰提供理論方法與指導(dǎo)，以減少電力冰災(zāi)給國民經(jīng)濟和人民生活造成的損失。

電網(wǎng)安全運行；防冰融冰；技術(shù)保障

供電系統(tǒng)在遭遇的各種自然災(zāi)害中，冰災(zāi)是最嚴(yán)重的威脅之一，當(dāng)嚴(yán)重冰災(zāi)持續(xù)來襲時，輸電線路難免會出現(xiàn)覆冰。受大氣候、微地形、微氣象條件的影響，又因為發(fā)生冰害事故時往往天氣惡劣、冰雪封山交通受阻、通信中斷、搶修十分困難，因而經(jīng)常造成系統(tǒng)長時間停電，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，尤其給人民生活帶來不便，經(jīng)濟損失慘重。據(jù)查相關(guān)資料：我國從60年代初期就出現(xiàn)供電線路覆冰事故；1990年1月30日晚，常德洞庭湖區(qū)35kV以下線路因大風(fēng)及冰凍影響，造成104條線路跳閘，16條線路斷線、倒桿。最為嚴(yán)重的就是2008年初，我國南方大部分地區(qū)遭受凍雨天氣，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)設(shè)施受到嚴(yán)重破壞，直接經(jīng)濟損失達(dá)到150多億元。同樣，國外類似事故也時有發(fā)生。

近些年來，冰災(zāi)破壞程度越來越強，影響越來越廣，應(yīng)對難度也越來越大。電力系統(tǒng)在工程和運行中如何應(yīng)對電網(wǎng)覆冰帶來的危害，成為一項重要課題。往往形成一條供電線路完全把冰融完需要幾個小時甚至更長時間，如果融雪期間，線路不堪重負(fù)就有可能發(fā)生倒桿或斷桿現(xiàn)象，那么就有可能前功盡棄，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全或造成大面積停電，融冰準(zhǔn)備的倉促性，操作的復(fù)雜性，耗時的長期性供電的安全性等等這一切問題直接制約輸電線路的融冰工作，如果能夠有效的提高融冰操作時間，那就大大降低了威脅性，采取“抗、改、避、防、融、除”六項綜合措施，推進防冰減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用，防凍融冰已成為生產(chǎn)管理常態(tài)工作。

當(dāng)嚴(yán)重的冰災(zāi)持續(xù)來襲時，露天電力設(shè)備和輸電線路覆冰在所難免，因此有必要對這些電網(wǎng)設(shè)備進行除冰。對露天電力設(shè)備，如隔離開關(guān)、絕緣子等，目前廣泛應(yīng)用的方法是采用斷電后利用水沖洗或熱風(fēng)吹，通過對流熱交換溶解這些設(shè)備上的覆冰；也有通過機械外力除冰的。

一、過電流融冰法

過電流融冰技術(shù)是在線路導(dǎo)線或地線上通過加以高于正常電流值的傳輸電流，提高電路產(chǎn)熱量，從而達(dá)到融冰目的，其大致可分為以下幾種：

（1）帶負(fù)荷融冰法；

（2）基于移相器的帶負(fù)荷融冰法；

（3）用自耦式變壓器對特殊結(jié)構(gòu)的多分裂導(dǎo)線進行融冰法。

110kV及以下線路大都為饋線網(wǎng)絡(luò)，而且負(fù)荷自然分布，利用潮流來調(diào)整可能性較小，常用的手段有：增加受端感性無功補償，降低電壓值，電阻不變的情況下增大線路中的電流，通過轉(zhuǎn)移負(fù)荷至融冰線路所在變電站。不同型號的220kV輸電線路在溫度和風(fēng)速適宜的條件下需要的融冰功率在220kW～534MW之間，當(dāng)前我國220kV的電網(wǎng)線路仍是省級的骨干線路，電網(wǎng)之間的聯(lián)系較強，運用斷開電源、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、停運線路等手段，可以達(dá)到調(diào)整對抗潮流的目的。

對其電廠出線、主要輸電斷面和負(fù)荷中心線路進行過電流融冰可行性分析，結(jié)果表明，接入220kV電壓等級的電廠出線部分實施過電流融冰可行，負(fù)荷中心環(huán)網(wǎng)不具備過電流融冰的可行性。

二、交流短路融冰法

短路電流融冰法就是在架空線路的某一點裝設(shè)三相融冰短路線（但不接地），再對線路送實際融冰電源，經(jīng)過一段時間后，線路發(fā)熱，從而將架空線路上的覆冰融化。據(jù)查，我國自1976年起就采用這種技術(shù)對供電線路進行處冰，工作中常采用以下兩種方法：

1.先將線路短路，由發(fā)電機帶融冰線路零起升流。一般情況下，零起升流法只適用于需要的融冰電流較小的輸電線路，且要求發(fā)電機容量較大。

2.先將線路短路，控制斷路器對三相短路線路進行全電壓沖擊合閘。

這種方法，必須根據(jù)融冰電流及短路電流大小選用適宜的短線回路阻抗，一般的都是通過第一級的電壓對相應(yīng)的高一級的線路實行短路融冰，電壓水平維持在正常的運行狀態(tài)，這是重要環(huán)節(jié)，要重點把握。

對于220kV線路導(dǎo)線較長時，必須選擇相應(yīng)容量的融冰電源，提供形成短路電源。2GJ－2×400線路采用110kV來作為融冰電源時，這時最大的融冰線路長度可達(dá)137km，在電線上的覆冰厚度，以及外界氣溫和風(fēng)速一定的條件下，融冰電源的選取與融冰線路的型號、長度、線路短路容量有關(guān)。如果500kV系統(tǒng)接入短路，發(fā)生故障有可能影響系統(tǒng)區(qū)域過大，就難以確保系統(tǒng)的維穩(wěn)運行，這樣對于500kV或更高電壓等級的輸電線路來講，因為難以找到滿足要求的融冰電源，這樣選取的交流短路融冰方案是不可行的。融冰電源點所對應(yīng)的線路條數(shù)與之的比例爭取做到7～8：1；同時，同一融冰電源點對應(yīng)所融線路的條數(shù)，盡量均勻，充分結(jié)合原有融冰電源點的設(shè)置，盡量優(yōu)化，做到既不重復(fù)布點，又能減輕原有融冰電源點的負(fù)擔(dān)。盡量優(yōu)先考慮新建發(fā)電廠（尤其是水電廠）作為零升融冰電源，但在實際運用中應(yīng)充分了解機組的特性，核實是否符合要求。

三、利用直流電流加熱線路融冰

直流融冰是將覆冰線路作為負(fù)荷，提供直流電源產(chǎn)生較低的電壓來提供短路電流，使之產(chǎn)生熱量，加熱導(dǎo)線，從而達(dá)到覆冰融化的目的的一種融冰方法。這種方法直流電流產(chǎn)生的熱量必須大于導(dǎo)線散熱量和融冰熱量之和，電線上的覆冰才能融化。其一，線路所通融冰電流I必須達(dá)到一定的數(shù)值；其二，融冰電流確定以后，融冰裝置的電源容量（Pdc）對應(yīng)一定長度的線路（電阻為R），并且裝置的輸出電壓也受到IR的限制。

據(jù)報道：湖南中試所聯(lián)合有關(guān)單位開發(fā)了小容量直流融冰裝置，并對1條23km長的110kvLGJ－240導(dǎo)線經(jīng)行了直流融冰試驗，2008年1月份對1條23km長的110kV（LGJ－240型號）線路經(jīng)行了實際融冰測試，融冰電流850A，24min內(nèi)成功融冰，效果良好。

四、其它除冰方法

1.機械除冰

機械除冰法：滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機械方法，其過程是由地面工作人員拉動可以在線路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的?；镜臋C械除冰法因其對設(shè)備、環(huán)境要求較低。機械外力除冰最早采用有“ad hoc”法、華倫鏟刮法和強力震動法，其中滑輪刮鏟法較為實用，其耗能小、價格低廉，但操作困難、安全性能亦需完善。但該方法并不適用于我國西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。

2.被動除冰

被動除冰就是依靠自然的力風(fēng)、地球吸引力、隨機散射和溫度變化等被動脫冰的方法。這種方法不需要附加外界能量條件，已經(jīng)運用到輸電線路上的有線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來預(yù)防或減少輸電線路上的覆冰。這種方法的優(yōu)點是費用低，但也有一定的缺點就是不能完全阻止覆冰的形成，這只僅僅適用于特定的地區(qū)，范圍較窄。

3.熱力融冰

增大導(dǎo)線的傳輸電流融冰或采用短路電流融冰，加裝低距離溫度磁環(huán)或低距離溫度磁力線，促使導(dǎo)線自身發(fā)熱，溫度升高。這種融冰方法要消耗較高的電能。

這幾種方法以外，也有利用電磁脈沖、氣動脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰的方法，但這些都是理想或試驗階段中，未能實現(xiàn)，還不夠成熟，還需要加以研究和探討。而最近國內(nèi)外比較熱門的機械除冰法主要通過除冰機械人來完成，目前國內(nèi)外設(shè)計的除冰機械人通常由爬行機構(gòu)、越障機構(gòu)、除冰機構(gòu)三部分組成，并且向著小型化、實用化、可越障、智能化的方向發(fā)展。

總之，電網(wǎng)的防凍融冰工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要針對于現(xiàn)場實際情況，選擇針對性的除冰方式，把危害造成的經(jīng)濟損失降低到最低。

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1671-8275（2012）03-0091-02

2012-02-28

張紅偉（1978-），男，安徽淮北人，淮北雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司助理工程師。

責(zé)任編輯：訾興建