輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰的熱平衡分析與計(jì)算

李鐵鼎，李健，呂健雙，黃欲成

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

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輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰的熱平衡分析與計(jì)算

李鐵鼎，李健，呂健雙，黃欲成

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)覆冰的現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)外融冰的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在分析地線(xiàn)融冰機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳熱學(xué)的原理，建立橢圓融冰的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，研究最小融冰電流的計(jì)算方法。通過(guò)計(jì)算LBGJ-100-20AC、LBGJ-120-20AC、LBGJ-150-40AC這3種鋁包鋼絞線(xiàn)的地線(xiàn)融冰電流，分析覆冰厚度、風(fēng)速、環(huán)境溫度以及融冰時(shí)間等因素對(duì)地線(xiàn)融冰的影響；計(jì)算不同地線(xiàn)材料與融冰電流的關(guān)系；最后，通過(guò)該文提出的計(jì)算模型計(jì)算目前輸電線(xiàn)路工程常用地線(xiàn)材料的最小融冰電流。計(jì)算結(jié)果與目前工程應(yīng)用較多的布爾斯道爾夫融冰電流計(jì)算公式對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2種方法的計(jì)算結(jié)果吻合較好。分析計(jì)算結(jié)果表明：在架空輸電線(xiàn)路直流融冰過(guò)程中，融冰電流是由覆冰厚度、環(huán)境溫度、風(fēng)速和地線(xiàn)材料等參數(shù)共同決定，其中，環(huán)境溫度、覆冰厚度和地線(xiàn)材料對(duì)地線(xiàn)短路電流融冰均有顯著影響，但風(fēng)速的影響相對(duì)較小。該文提出的融冰電流計(jì)算模型，為輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰電流的選擇及融冰裝置的設(shè)計(jì)，提供了有效的參考。

輸電線(xiàn)路；地線(xiàn)融冰；熱平衡；橢圓融冰模型；工程應(yīng)用

0 引 言

覆冰這一特殊的氣象條件曾給世界各地架空輸電線(xiàn)路的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。美國(guó)、加拿大、俄羅斯、法國(guó)和日本等國(guó)都曾發(fā)生嚴(yán)重冰雪事故[1]。我國(guó)受大氣候和微地形、微氣象條件的影響，系統(tǒng)冰閃跳閘和倒塔斷線(xiàn)等冰災(zāi)事故也頻繁發(fā)生。尤其是2008年初，我國(guó)南方出現(xiàn)大面積降雪[2]，低溫雨雪冰凍災(zāi)害造成湖南、江西、貴州等省(區(qū)、市)輸電線(xiàn)路嚴(yán)重受損,眾多骨干輸電線(xiàn)路被迫長(zhǎng)期停運(yùn)，電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)受到巨大的挑戰(zhàn)，輸電線(xiàn)路的融冰已成為我國(guó)電網(wǎng)的一個(gè)重要課題，

前蘇聯(lián)自上世紀(jì)50年代起開(kāi)始應(yīng)用交流短路融冰技術(shù)，加拿大自1993年起研究直流短路融冰。關(guān)于線(xiàn)路融冰電流和融冰實(shí)踐的計(jì)算模型國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展了許多研究，提出了多種融冰計(jì)算模型，如融冰動(dòng)態(tài)模型、融冰靜態(tài)模型、橢圓融冰模型等[1,3]。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，建立覆冰導(dǎo)線(xiàn)的物理數(shù)學(xué)模型[4-7]分析短路電流融冰的物理過(guò)程，通過(guò)融冰模型對(duì)短路融冰過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)溫度、冰層變化等動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行仿真。但是，物理仿真模型的建立過(guò)程較復(fù)雜，需要根據(jù)不同輸電線(xiàn)路的覆冰情況、氣象條件，地形及線(xiàn)路運(yùn)行情況等建立不同的模型，且計(jì)算量很大，不便于工程應(yīng)用實(shí)施。

近幾年來(lái)，我國(guó)輸電線(xiàn)路的融冰技術(shù)得到了快速的發(fā)展，采用目前的融冰裝置，導(dǎo)線(xiàn)的融冰效果非常顯著[1,8-9]，但是，架空地線(xiàn)由于自身的特點(diǎn)，比如分段接地或逐基接地、絕緣水平低等，其融冰方式不同于導(dǎo)線(xiàn)。若無(wú)法對(duì)地線(xiàn)進(jìn)行融冰，導(dǎo)致地線(xiàn)發(fā)生滑移，可能會(huì)造成線(xiàn)路的跳閘停運(yùn)。在不同融冰方案中融冰電流的選擇是地線(xiàn)能否有效融冰的關(guān)鍵。本文主要研究滿(mǎn)足地線(xiàn)融冰的最小融冰電流的計(jì)算方法，提出基于熱平衡原理的橢圓融冰模型，分析其融冰過(guò)程及其影響因素，并計(jì)算得到目前輸電線(xiàn)路工程常用地線(xiàn)材料的最小融冰電流，對(duì)輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰設(shè)計(jì)提供有效參考。

1 地線(xiàn)融冰的基本理論

1.1 融冰熱平衡方程

假設(shè)地線(xiàn)為無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)體，由于地線(xiàn)覆冰的截面形狀與風(fēng)速和風(fēng)向、過(guò)冷卻水滴的大小、地線(xiàn)的剛度等因素有關(guān)，十分復(fù)雜，本文將復(fù)雜的地線(xiàn)覆冰形狀等效為圓柱形。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，地線(xiàn)融冰過(guò)程中會(huì)形成橢圓形空氣間隙，如圖1所示。融冰電流產(chǎn)生的焦耳熱，通過(guò)地線(xiàn)傳遞至冰層，在冰表面與空氣進(jìn)行熱交換。融冰過(guò)程中，在重力作用下，地線(xiàn)上方的冰層逐漸融化，地線(xiàn)下方的氣隙逐漸增長(zhǎng)，橢圓面積也就不斷增大直至覆冰脫落。整個(gè)融冰過(guò)程中Tc，T0，Ti和Ta分別表示地線(xiàn)表面溫度，冰層內(nèi)表面溫度，冰層外表面溫度和環(huán)境溫度。

文獻(xiàn)[10-12]基于熱傳遞的基本原理，提出了覆冰導(dǎo)線(xiàn)融冰的熱平衡微分基本方程如式(1)所示。

(1)

圖1 地線(xiàn)融冰熱平衡示意圖

式中：I為融冰電流，A；rt為溫度為T(mén)時(shí)導(dǎo)線(xiàn)的電阻率，Ω/m；Ri為覆冰導(dǎo)線(xiàn)的半徑；h為冰層外表面與環(huán)境對(duì)流傳熱和輻射散熱的熱交換系數(shù)[8]，W/(m2·K)；TГ01為冰層外表面Г01的溫度， ℃；Lc為導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度，m；dVm為融冰體積增量，m3；LF為冰融化時(shí)吸收的潛熱，LF=335 000 J/m3；ρθk為區(qū)域θk的密度，kg/m3；Vθk為區(qū)域θk(k=1,2,3,4)的體積，m3，為融冰時(shí)間的函數(shù)；Cθk為區(qū)域θk的比熱容，J/(kg·℃)；dTθk為區(qū)域θk的溫度升高， ℃，融冰過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)、冰層及氣隙的溫度分布Tθk(x,y,t)(k=1,2,3,4)是時(shí)間和空間的函數(shù)。

1.2 融冰時(shí)間和融冰電流的計(jì)算

雖然地線(xiàn)融冰與導(dǎo)線(xiàn)融冰形式不同，運(yùn)行狀態(tài)也不一樣，地線(xiàn)短路融冰跟導(dǎo)線(xiàn)短路融冰都是基于短路電流產(chǎn)生的焦耳熱使覆冰融化脫落，地線(xiàn)融冰熱平衡過(guò)程與導(dǎo)線(xiàn)融冰基本一致。與導(dǎo)線(xiàn)融冰不同的是，由于線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)地線(xiàn)只有感應(yīng)電流產(chǎn)生焦耳熱，電流很小幾乎可以忽略，整個(gè)熱平衡過(guò)程不需要考慮運(yùn)行狀態(tài)下地線(xiàn)溫度對(duì)地線(xiàn)融冰的影響，因此，根據(jù)前面的熱平衡微分方程分析可得：

(2)

式(2)考慮了地線(xiàn)融冰過(guò)程中3種主要消耗[8]：融冰過(guò)程中吸收的潛熱；冰層外表面Г01的對(duì)流和輻射散熱；地線(xiàn)、冰層吸熱。

式(2)中：Dc為裸地線(xiàn)直徑，m；di為覆冰厚度，m；h為散熱系數(shù)，W/(m2℃)；Ti為冰層的溫度；Vm為冰融化的體積，m3；Vc、Vi分別表示地線(xiàn)和冰層的體積，m3；ρc、ρi分別表示地線(xiàn)和冰層的密度，kg/m3；Cc、Ci分別表示地線(xiàn)和冰層的比熱容，J/(kg℃)。忽略地線(xiàn)溫度變化吸收的熱量，冰層溫度Ti取內(nèi)外表面的平均溫度，融冰時(shí)間和融冰電流的計(jì)算公式可以分別表示為

(3)

(4)

式(3)和(4)中涉及中間變量融冰體積Vm和冰層表面溫度Ti，分別求解如下。

(1)融冰體積Vm。

冰層融冰脫落時(shí)刻融冰地線(xiàn)的截面圖如圖2所示，冰層融化的體積Vm即為橢圓形氣隙的體積，即

(5)

圖2 脫落時(shí)刻融冰地線(xiàn)的截面圖

根據(jù)地線(xiàn)外表面的圓必須內(nèi)切于橢圓氣隙這一約束條件，可得橢圓氣隙的長(zhǎng)軸b和短軸a必須滿(mǎn)足以下關(guān)系：

(6)

(7)

忽略圖2中地線(xiàn)下表面融化的冰層，得橢圓形氣隙的長(zhǎng)軸：

(8)

因此，融冰體積可以表示為

(9)

冰層的體積Vi可以表示為

(10)

(2)熱交換系數(shù)h。

在融冰過(guò)程中，冰層外表面通過(guò)對(duì)流傳熱和輻射傳熱的方式向周?chē)h(huán)境散熱，散熱系數(shù)為

(11)

式中：空氣的傳熱系數(shù)λa=0.024 4 W/(m℃)；冰層外表面的發(fā)射率ε=0.95；Stefan-Boltzmann常量=5.67×10-8W/m2；另外，Re，Pr和Nu分別為雷諾數(shù)，普朗特?cái)?shù)和努塞爾；Dc為地線(xiàn)直徑，m；di為覆冰厚度，m；va為風(fēng)速，m/s；v為空氣的運(yùn)動(dòng)黏度，v=1.328×10-5m2/s；a為空氣的熱擴(kuò)散率，a=1.88×10-5m2/s；C和n均為系數(shù)，對(duì)于覆冰天氣，C=0.683，n=0.466[8]。

(3)冰表面溫度Ti。

在冰層的外表面，熱平衡方程如式(12)：

(12)

式中Rq為冰層的熱阻[3]，即

(13)

由式(12)可解得：

(14)

最終得到融冰時(shí)間和融冰電流的計(jì)算公式。

把式(9)、(10)和(14)代入式(3)和(4)并化簡(jiǎn)得：

(15)

(16)

(17)

(18)

2 地線(xiàn)融冰電流及其影響因素

根據(jù)我國(guó)不同電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)中常用的地線(xiàn)型號(hào)[16]，本文選擇LBGJ-100-20AC、LBGJ-120-20AC、LBGJ-150-40AC這3種鋁包鋼絞線(xiàn)地線(xiàn)進(jìn)行分析計(jì)算(參數(shù)見(jiàn)表1)。應(yīng)用前面推導(dǎo)結(jié)果對(duì)地線(xiàn)融冰電流進(jìn)行計(jì)算，除變化條件時(shí)，外界溫度取-5 ℃、風(fēng)速取5m/s、融冰時(shí)間取1h。

表1 地線(xiàn)基本參數(shù)(鋁包鋼絞線(xiàn))

Table 1 Basic parameters of ground wire (Aluminume clad steel wire)

2.1 融冰電流與覆冰厚度的關(guān)系

融冰量的多少直接影響融冰電流大小及融冰時(shí)間的長(zhǎng)短，本文研究1～20 mm覆冰情況下的融冰電流，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

注：外界溫度為-5 ℃；風(fēng)速為5 m/s；融冰時(shí)間為1 h。

計(jì)算結(jié)果表明：覆冰厚度di對(duì)融冰電流影響很大，隨著覆冰厚度的增加，融冰電流基本呈線(xiàn)性增加。覆冰每增加5 mm，LBGJ-100-20AC和LBGJ-120-20AC地線(xiàn)分別需增加融冰電流約25～31A，而直流電阻較小的LBGJ-150-40AC地線(xiàn)需增加約48～60 A。由于覆冰厚度增加快，且融冰需要一定時(shí)間，因此，通過(guò)覆冰預(yù)警裝置，觀(guān)測(cè)到架空地線(xiàn)覆冰厚度大于5 mm時(shí)，運(yùn)行部門(mén)應(yīng)考慮啟動(dòng)融冰裝置，以免無(wú)法提供所需的融冰電流。

2.2 融冰電流與環(huán)境溫度的關(guān)系

根據(jù)前面熱平衡分析，冰層外表面的對(duì)流和輻射散熱是影響融冰電流的主要因素之一，因此融冰電流與環(huán)境溫度Ta的關(guān)系不可忽視，在覆冰厚度di，風(fēng)速va，融冰時(shí)間t一定的情況下，冬季環(huán)境溫度在-5～5 ℃條件下融冰電流計(jì)算如圖4所示。

圖4計(jì)算結(jié)果表明：環(huán)境溫度Ta對(duì)于融冰電流影響較大，對(duì)于本工程采用的3種地線(xiàn)環(huán)境溫度每下降2 ℃，LBGJ-100-20AC和LBGJ-120-20AC地線(xiàn)分別需增加融冰電流11～15 A，而LBGJ-150-40AC地線(xiàn)變化趨勢(shì)較快一些，需增加融冰電流25～30 A，且低溫融冰電流很大。因此，在極寒天氣到來(lái)之前，LBGJ-150-40AC地線(xiàn)應(yīng)盡快啟動(dòng)融冰裝置，避免環(huán)境溫度過(guò)低，覆冰厚度增加過(guò)快而引起的融冰電流過(guò)大或融冰容量過(guò)大。

注：覆冰厚度10 mm；風(fēng)速5 m/s；融冰時(shí)間1 h。

2.3 融冰電流與風(fēng)速的關(guān)系

同樣，熱交換系數(shù)h也是關(guān)于風(fēng)速va的函數(shù)，于是，計(jì)算得到給定條件下，融冰電流與風(fēng)速的關(guān)系如圖5所示。

注：環(huán)境溫度為-5 ℃；覆冰厚度為10 mm；融冰時(shí)間為1 h。

由圖5可知，風(fēng)速對(duì)融冰電流的影響程度與風(fēng)速大小有關(guān)，其中風(fēng)速在0～2 m/s，對(duì)融冰電流影響較大，風(fēng)速為2 m/s時(shí)，LBGJ-100-20AC和LBGJ-120-20AC地線(xiàn)較無(wú)風(fēng)時(shí)融冰電流增加13 A，而LBGJ-150-40AC鋁包鋼絞線(xiàn)融冰電流較無(wú)風(fēng)時(shí)增加約25 A。當(dāng)風(fēng)速大于4 m/s時(shí)，風(fēng)速對(duì)融冰電流的影響不大。

2.4 融冰電流與融冰時(shí)間的關(guān)系

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[17]可得：融冰電流大于臨界融冰電流時(shí)，融冰時(shí)間越短，要求融冰電流越大。本文在給定的融冰條件下，定量地分析融冰時(shí)間(0.5～5 h)與融冰電流的關(guān)系，見(jiàn)圖6。

注：環(huán)境溫度為-5 ℃；覆冰厚度10 mm；風(fēng)速5 m/s。

計(jì)算結(jié)果表明：融冰時(shí)間從0.5 h增加到1 h，減少融冰電流十分明顯，增加1 h融冰時(shí)間，LBGJ-100-20AC、LBGJ-120-20AC鋁包鋼絞線(xiàn)融冰電流可減少70～82A，融冰時(shí)間大于1.5 h后，減少融冰電流趨緩，每增加1 h融冰時(shí)間，融冰電流僅減少5～35 A；對(duì)于LBGJ-150-40AC鋁包鋼絞線(xiàn)、融冰時(shí)間從0.5 h增加到1 h，增加1 h融冰時(shí)間，融冰電流可減少127 A，融冰時(shí)間大于1.5 h后，融冰電流變化趨勢(shì)基本與其他型號(hào)地線(xiàn)一致。

2.5 融冰電流與地線(xiàn)材料的關(guān)系

前面以不同型號(hào)的鋁包鋼絞線(xiàn)為例，分析了覆冰厚度di，環(huán)境溫度Ta，風(fēng)速va以及融冰時(shí)間t對(duì)融冰電流的影響，隨著地線(xiàn)材料的不同，鋼絞線(xiàn)，鋁包鋼絞線(xiàn)以及光纖復(fù)合架空地線(xiàn)對(duì)融冰電流的影響也不相同(參數(shù)見(jiàn)表2)。根據(jù)表2中已知地線(xiàn)參數(shù)分別計(jì)算LBGJ-100-20A，GJ-100和OPGW-100這3種不同材質(zhì)，同等尺寸的地線(xiàn)融冰電流，計(jì)算得融冰電流與地線(xiàn)材料的關(guān)系如圖7所示。

計(jì)算結(jié)果表明：同等融冰時(shí)間和氣象條件下，地線(xiàn)材料對(duì)融冰電流影響很大，鋼絞線(xiàn)對(duì)融冰電流的要求最小80～140 A，而OPGW對(duì)融冰電流的要求最高,達(dá)140～300 A?？梢?jiàn)，相同氣象條件下，地線(xiàn)材料不同，地線(xiàn)融冰電流差異很大，地線(xiàn)直流電阻的大小是影響融冰電流的決定性因素。同尺寸的地線(xiàn)材料，鋼絞線(xiàn)因其直流電阻率較大，較鋁包鋼絞線(xiàn)和OPGW融冰電流小很多。因此地線(xiàn)融冰設(shè)計(jì)時(shí)地線(xiàn)材料參數(shù)及氣象條件資料的確定是融冰成功與否的關(guān)鍵。

表2 地線(xiàn)基本參數(shù)(同等尺寸)

Table 2 Basic parameters of ground wire(same size)

注：環(huán)境溫度為-5 ℃；覆冰厚度為10 mm；風(fēng)速為5 m/s。

3 融冰電流的計(jì)算

以上分析可得知：融冰時(shí)間、氣象條件和地線(xiàn)材料等因素對(duì)融冰電流的影響較大。本文從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，通過(guò)本文提出的橢圓融冰模型的融冰電流計(jì)算公式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)橢圓公式)計(jì)算不同氣象條件下、不同型號(hào)的鋁包鋼絞線(xiàn)、OPGW光纜和鋼絞線(xiàn)最小融冰電流(地線(xiàn)參數(shù)見(jiàn)表3)，并將計(jì)算結(jié)果和文獻(xiàn)[1]中介紹的(在國(guó)家電網(wǎng)酒泉—湖南±800 kV特高壓直流線(xiàn)路工程、南方電網(wǎng)溪洛渡—廣東±500 kV直流線(xiàn)路地線(xiàn)融冰改造及500 kV桂山甲乙線(xiàn)地線(xiàn)融冰改造工程中應(yīng)用)布爾斯道爾夫融冰電流公式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)布氏公式)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)表4～6)。

表3 地線(xiàn)基本參數(shù)(不同尺寸)

Table 3 Basic parameters of ground wire(different sizes)

表4 鋁包鋼絞線(xiàn)融冰電流計(jì)算結(jié)果

表5 OPGW光纜融冰電流計(jì)算結(jié)果

表6 鋼絞線(xiàn)融冰電流計(jì)算結(jié)果

以上數(shù)據(jù)表明，采用基于橢圓融冰模型的融冰電流公式的計(jì)算結(jié)果與采用布爾斯道爾夫融冰電流公式的計(jì)算結(jié)果吻合較好。前者計(jì)算結(jié)果普遍偏小，但2種計(jì)算結(jié)果的最大偏差不超過(guò)15%。這是由于融冰模型較為復(fù)雜，融冰過(guò)程中影響因素頗多，每種計(jì)算模型的提出都有一定的局限性和誤差，比如，橢圓融冰計(jì)算模型沒(méi)有考慮地線(xiàn)溫度、氣隙等參量的動(dòng)態(tài)變化，因此，輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰需要基于數(shù)學(xué)計(jì)算，結(jié)合輸電線(xiàn)路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及融冰試驗(yàn)予以確定融冰電流。

4 結(jié) 論

本文以工程應(yīng)用為背景，提出橢圓融冰模型計(jì)算輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰時(shí)間和融冰電流。首先，通過(guò)計(jì)算不同規(guī)格的鋁包鋼絞線(xiàn)融冰電流，分析了不同氣象條件(風(fēng)速va、環(huán)境溫度Ta及覆冰厚度di)、融冰時(shí)間t及地線(xiàn)材料對(duì)地線(xiàn)融冰的影響。結(jié)果表明：環(huán)境溫度、覆冰厚度及地線(xiàn)材料對(duì)地線(xiàn)短路電流融冰均有明顯的影響，但風(fēng)速的影響相對(duì)較小，特別在風(fēng)速大于4 m/s時(shí)，風(fēng)速影響幾乎為0；然后，通過(guò)橢圓融冰模型計(jì)算公式計(jì)算幾種工程常用的鋁包鋼絞線(xiàn)、OPGW光纜和鋼絞線(xiàn)在不同氣象條件下的融冰電流，并將計(jì)算結(jié)果與在溪洛渡—廣東±500 kV直流線(xiàn)路地線(xiàn)融冰改造工程、500 kV桂山甲乙線(xiàn)地線(xiàn)融冰改造工程和酒泉—湖南±800 kV特高壓直流線(xiàn)路等工程地線(xiàn)融冰設(shè)計(jì)中應(yīng)用的布爾斯道爾夫公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：2種計(jì)算結(jié)果基本一致，橢圓融冰模型計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏小，但最大偏差不超過(guò)15%。實(shí)際融冰工程設(shè)計(jì)中，一般在不超過(guò)最大允許電流的前提下，設(shè)計(jì)最小融冰電流時(shí)考慮一定的裕度。因此，橢圓融冰模型同布爾斯道爾夫公式一樣適用于地線(xiàn)融冰電流設(shè)計(jì)，模型簡(jiǎn)單、計(jì)算方便且能更形象直觀(guān)地解釋地線(xiàn)融冰過(guò)程。采用本文的橢圓融冰模型可以有效分析架空輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰電流。本文的研究結(jié)果為輸電線(xiàn)路地線(xiàn)融冰電流的選擇及融冰裝置的設(shè)計(jì)提供了有效參考。

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(編輯:張媛媛)

Heat Balance Analysis and Calculation of Ground Wire Ice-Melting in Transmission Line

LI Tieding, LI Jian, LYU Jianshuang, HUANG Yucheng

(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

According to the present situation of ice cover of power system in China, combined with the practical experience of ice melting at home and abroad, this paper analyzed the mechanism of ground wire ice melting. On this basis, an elliptic mathematical calculation model was set up for ice-melting, combined with the theory of heat transfer. In the light of the engineering application, the calculation method of minimum ice-melting current was studied. Through the ice-melting current calculation of three kinds of aluminum clad steel wires (LBGJ-100-20AC,LBGJ-120-20AC, LBGJ-150-40AC), this paper analyzed the impact of ice thickness, wind speed, ambient temperature, ice melting time and other factors on ground wire ice-melting; calculated the relationship between different wire materials and ice melting current. Finally, the proposed calculation model was used to calculate the minimum ice-melting current of ground wire materials commonly used in transmission line engineering. Through the comparison of the calculation results with those results of Bauers Dolf ice-melting current calculation formula which was commonly used in transmission line engineering, it shows that two kinds of calculation results are in good agreement. The analysis and calculation results show that the ice-melting current is determined collaboratively by ice thickness, ambient temperature, wind speed and ground wire material; ambient temperature, ice thickness and ground wire material all have obvious influences on the ground wire ice-melting current, but the influence of wind speed is relatively small. The proposed calculation model of ice-melting current can provide useful and valid reference for the selection of ground wires ice-melting current and the design of defroster.

transmission line; ground wire ice melting; heat balance; elliptic ice-melting model; engineering application

Vm=πab-πRc2

b=Rc+di/2

Vi=π(Rc+di)2-πRc2

h=(0.295Ri)-0.534va0.466+4.39×(1+0.01Ta)

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)科技項(xiàng)目(DG1-D03-2013)。

TM 755

A

1000-7229(2015)04-0070-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.04.012

2014-10-26

2015-01-29

李鐵鼎(1987)，男，碩士，工程師，主要從事高壓輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)研究工作；

李健(1981)，男，碩士，工程師，從事超高壓輸電線(xiàn)路及電力電纜工程方面的研究和設(shè)計(jì)工作；

呂健雙(1987)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事高壓輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作；

黃欲成(1979)，男，高級(jí)工程師，主要從事高壓輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)研究工作。