輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王毅

[摘 ?要]我國幅員遼闊，是一個典型的亞熱帶季風(fēng)性氣候的國家，輸電線路正常工作是維持廣大人民群眾進(jìn)行正常生產(chǎn)生活的基本保障。然而近幾年全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。在低溫雨雪的天氣下，輸電線路覆冰的情況十分普遍，會造成電網(wǎng)受損甚至癱瘓的嚴(yán)重后果，因此，對輸電線路進(jìn)行融冰成為了人們關(guān)心的問題。本文闡述說明了交流短路融冰、直流融冰和過負(fù)荷融冰這三種主要融冰方法的原理及應(yīng)用，并就融冰方案進(jìn)行分析，最終得出輸電線路融冰過程檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案，并通過試驗驗證了該監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

[關(guān)鍵詞]輸電線路;融冰;監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0042-01

前言：目前在世界范圍內(nèi)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，而輸電線路容易受到各種極端天氣的影響，其中較為嚴(yán)重的是低溫雨雪對輸電線路造成的危害。在我國，第一季度及第四季度，全國大部均面臨低溫雨雪天氣。雨雪過程頻繁，輸電線路覆冰現(xiàn)象多發(fā)，對電網(wǎng)的影響巨大，也對人們正常的生產(chǎn)生活造成一定損失。本文通過對輸電線路融冰過程進(jìn)行分析，由此提出監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

1.目前的融冰方式

1.1 交流短路融冰

人類使用交流電的歷史已經(jīng)很久，對交流電的各種利用也研究得比較廣泛，利用交流電流融冰已經(jīng)在國內(nèi)外被普遍使用。目前國家電路系統(tǒng)中，交流線路所占比例大，例如湖南電網(wǎng)、應(yīng)用交流電流進(jìn)行融冰相對方便快捷，可從電網(wǎng)中直接取得電源。交流短路融冰的原理是在線路中造成局部短路，使導(dǎo)線發(fā)熱至可以融冰。

包括三種類型：三相短路融冰、兩相短路融冰、線—地單相短路融冰。對于進(jìn)行技術(shù)改造困難，無法抵抗強(qiáng)覆冰的線路，交流短路融冰比較適合。但所需功率很大，因此只適合電壓不超過220kV的線路，而不適合電壓超過550kV的覆冰線路。

1.2 直流融冰

直流融冰相對于交流融冰來說具有更多的優(yōu)勢：所需功率小、耗時短、融冰速度快，操作簡便易行、對電網(wǎng)正常工作的影響較小等。在1972年前蘇聯(lián)開始使用二極管整流裝置后，世界各國紛紛投入到對直流融冰技術(shù)的研究中。我國在2008年南方遭受極端天氣之后，電力科研工作者對直流融冰裝置和技術(shù)進(jìn)行了自主研發(fā)，并在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，2009年至今每到覆冰期進(jìn)行應(yīng)用時，在應(yīng)用規(guī)模和效果上表現(xiàn)優(yōu)異，已走在世界先進(jìn)水平。隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，直流技術(shù)不斷改革創(chuàng)新，整流元器件也多種多樣，功能齊全，適合場景多。直流融冰技術(shù)應(yīng)用越來越普遍。

1.3 過負(fù)荷融冰

過負(fù)荷融冰對于電壓等級為110kV的地區(qū)特別適用，地區(qū)電網(wǎng)不需要斷電，只需要提供足夠的負(fù)荷就可以進(jìn)行融冰。過負(fù)荷融冰也稱為運(yùn)行方式融冰，原理是通過調(diào)整電路的運(yùn)行方式，而不用使電網(wǎng)停止工作，對覆冰的線路部分的負(fù)荷電流增大，來增加電能轉(zhuǎn)化為熱能的功率。這種融冰的方法簡便，對電網(wǎng)的影響不大，只需對電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。過負(fù)荷融冰的方法較多，目前主要采用的是這幾種方法：基于調(diào)度的調(diào)整潮流法、基于增加無功電流的融冰法、基于移相器的帶負(fù)荷法等。目前我國電網(wǎng)仍然是使用220kV輸電線路，和110kV線路存在很大聯(lián)系，所以使用過負(fù)荷融冰方法也比較適合。

2.融冰方案分析

2.1 融冰電流計算不準(zhǔn)確

選擇何種融冰方法直接決定了融冰電流的計算方法，而融冰方法的選擇又與融冰線路的特點以及該線路在電網(wǎng)中的功能等相關(guān)聯(lián)。導(dǎo)線電阻、導(dǎo)線狀態(tài)、線路長度、天氣情況都對融冰的電流計算有很大影響。加拿大水電局根據(jù)線路覆冰的薄厚、環(huán)境的溫度、風(fēng)向以及風(fēng)速、輸電導(dǎo)線與水平地面間的距離、導(dǎo)線自身的電阻、吸熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，研發(fā)了一種計算融冰電流的程序。在我國，各級、各地電力研究院根據(jù)《電力系統(tǒng)分析程序》，也進(jìn)行了一系列的研究方案。但是這些理論成果在實際應(yīng)用中并不方便，同時準(zhǔn)確度比較低，在具體情況中，對融冰電流的計算的把控并不是十分精確。

2.2 融冰時間計算不準(zhǔn)確

從對國內(nèi)外融冰系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析來看，對融冰時間的計算主要采用的方法是建立數(shù)學(xué)模型，所得假設(shè)比較保守固定，例如在實際情況下，輸電導(dǎo)線上的覆冰并不是十分整齊的對稱圖形，而經(jīng)常為橢圓、菱形、錐形、針狀等不規(guī)則的形狀。同時，在融冰過程中，覆冰比較薄的部分常常會出現(xiàn)水膜，水膜的出現(xiàn)將會使冰繞其重心旋轉(zhuǎn)，融冰時間因此減少;同時，輸電導(dǎo)線的震動和彎曲、融冰時的天氣狀況、環(huán)境中的風(fēng)速、導(dǎo)線覆冰厚度與地面覆冰厚度不一致等都會對融冰時間計算的數(shù)學(xué)模型假設(shè)結(jié)果造成影響。實際上，融冰所需時間通常比假設(shè)的結(jié)果要久。

2.3 線路融冰的可行性

對于融冰線路的可行性進(jìn)行分析，融冰電流需要的融冰電源的電壓是關(guān)鍵。由于設(shè)備能力和實際情況的制約，系統(tǒng)存儲無功的能力受限制。對于長度不超過169km的輸電線路，如按交流短路融冰方式來說，最小融冰電流所需融冰電源為220kV，但無功功率同時限制了電源電壓，若按照此種方式融冰，則無功功率應(yīng)大于或等于2000Mvar;而對于550kV供電線路來說，不能使用220kV作為融冰電源，也不能使用550kV作為融冰電源。當(dāng)環(huán)境溫度在18攝氏度、無風(fēng)，融冰電流不低于4000A時，可使用直流融冰的方法，所需功率由系統(tǒng)提供，不多于200MW。綜上，要針對各種線路，與實際情況相結(jié)合，選擇適宜的方案對線路進(jìn)行融冰，才能高效快捷地完成融冰任務(wù)，保障廣大人民群眾的利益不受損失。

3.監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成

輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)有很多種，通常包括對輸電線路氣象情況微小變化的監(jiān)測，例如環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速以及氣壓等;同時也可監(jiān)測導(dǎo)線的覆冰狀況，例如導(dǎo)線的彎曲程度和震動幅度等;此外還可監(jiān)測導(dǎo)線的實際工作溫度。監(jiān)測系統(tǒng)的組成的基礎(chǔ)是位于省級監(jiān)控中心的主機(jī)，還包括下轄地市的電力部門監(jiān)控中心的主機(jī)、線路通信分機(jī)、氣象監(jiān)測分機(jī)、專家系統(tǒng)等五個部分。通過這種輸電線路融冰過程的監(jiān)測系統(tǒng)，可對導(dǎo)線溫度、覆冰重力動態(tài)變化、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、壓力、降水量進(jìn)行從上到下的實時監(jiān)測。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行

該監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下：首先根據(jù)省級監(jiān)控中心的主機(jī)根據(jù)時間變化得到的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓力、導(dǎo)線的覆冰狀況、導(dǎo)線的彎曲程度和震動幅度、導(dǎo)線溫度等信息，對此進(jìn)行收集整理的同時，要通過線路通信分機(jī)對各地市的氣象監(jiān)測分機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，將信息發(fā)送下去。根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型計算并分析各個監(jiān)測地點融冰線路的覆冰、融冰狀況變化情況以及當(dāng)前導(dǎo)線的溫度變化情況等。省級監(jiān)測中心可對線路通信分機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可直接對地市級監(jiān)測中心的結(jié)果進(jìn)行處理分析，這樣，能夠有效地提高融冰線路監(jiān)測系統(tǒng)工作的效率和靈活程度。

3.3 系統(tǒng)試驗效果

采用上述的輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行試驗。從線路覆冰開始監(jiān)測，線路覆冰經(jīng)過起始階段，發(fā)展階段以及穩(wěn)定階段，期間可能會出現(xiàn)短時間覆冰大面積脫落，當(dāng)覆冰過程結(jié)束時對該線路進(jìn)行融冰，通過省級監(jiān)測中心所得信息，操作人員對線路進(jìn)行直流融冰操作。監(jiān)測分機(jī)將融冰情況實時經(jīng)由通訊分機(jī)上傳至監(jiān)控中心，通過專家系統(tǒng)，可對導(dǎo)線溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并記錄測量數(shù)據(jù)，最終自動地繪制出一條溫度隨時間變化的曲線。通過該曲線可以清楚地了解整個現(xiàn)場覆冰融冰的情況。當(dāng)線路覆冰程度為零時，系統(tǒng)通過地市級監(jiān)測分機(jī)和通訊分機(jī)的反饋，可提醒操作人員停止融冰操作，結(jié)束融冰過程，避免導(dǎo)線溫度過高引起不必要的損失。該試驗表明，此系統(tǒng)對線路融冰具有很高的監(jiān)測效果以及操作簡便易行等優(yōu)點。

結(jié)語

輸電線路覆冰會造成很多問題和嚴(yán)重的后果，最直接的就是會給社會帶來經(jīng)濟(jì)損失。所以線路的覆冰機(jī)理的研究、相關(guān)數(shù)學(xué)模型的建立、融冰過程的實現(xiàn)以及融冰過程的監(jiān)測都十分重要。通過對融冰進(jìn)行監(jiān)測，可提高融冰效率，節(jié)約社會資源。

參考文獻(xiàn)

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