鳳灘水電廠機組參與線路防凍融冰方案論述

楊禮軍

（湖南省電力公司鳳灘水力發(fā)電廠，湖南 沅陵 419600）

鳳灘水電廠機組參與線路防凍融冰方案論述

楊禮軍

（湖南省電力公司鳳灘水力發(fā)電廠，湖南 沅陵 419600）

當(dāng)架空線覆冰達(dá)到設(shè)計厚度時，利用發(fā)電機作為電源點對線路進(jìn)行融冰。發(fā)電機組采取零起升壓方式為線路提供融冰電流。通過輸送給導(dǎo)線預(yù)先計算出的融冰電流、保線電流及所需融冰時間，避免電桿、鐵塔等不堪負(fù)重，導(dǎo)致斷線，電桿、鐵塔大面積倒塌事故，造成線路長時間不能修復(fù)送電，對系統(tǒng)和用戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

鳳灘水電廠；220kV線路；防凍融冰電流；實施方案；發(fā)電機組；電力系統(tǒng)

1 防凍融冰基本知識和常用公式

1.1 架空線結(jié)冰的危害

架空線結(jié)冰后，由于電桿、鐵塔等不堪負(fù)重，導(dǎo)致斷線，電桿、鐵塔大面積倒塌，使線路長時間不能修復(fù)送電，對系統(tǒng)和用戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 架空線路覆冰類型

1.2.1 雨淞。由空氣中的過冷卻水滴凍結(jié)在導(dǎo)線形成，多出現(xiàn)在海拔較低的地區(qū)。它的比重在0.6～0.9之間，結(jié)構(gòu)最緊密，附著力強，對輸電線危害最大。

1.2.2 霧淞。由霧中的水汽凝結(jié)在導(dǎo)線上形成，多出現(xiàn)在海拔較高的地區(qū)。它的比重0.1～0.3之間，結(jié)構(gòu)疏松，易于脫落，對輸電線危害最小。

1.2.3 混合淞。雨淞和霧松的連續(xù)凍結(jié)物。在天氣周期性變化時形成，它的比重通常在0.2～0.6之間，對輸電線的危害次于雨淞。

1.3 有關(guān)名詞解釋

1.3.1 融冰時間。融冰時間是指在一定短路電流作用下產(chǎn)生熱量使導(dǎo)線結(jié)冰完全熔化所需的時間。它是根據(jù)短路電流大小、結(jié)冰厚度、氣溫、風(fēng)速等條件考慮的。規(guī)程中所給的時間僅供參考，實際融冰時間以調(diào)度當(dāng)時的指令為準(zhǔn)。T1：一般指結(jié)冰厚度為10mm、風(fēng)速為3m、溫度為－3℃時的融冰時間；T2：一般指結(jié)冰厚度為10mm、風(fēng)速為5m、溫度為－5℃時的融冰時間；T1＇、T2＇：一般是指結(jié)冰厚度為20mm（風(fēng)速、溫度同T1、T2）的融冰時間。

1.3.2 導(dǎo)線融冰電流。使導(dǎo)線上覆冰融化的電流叫導(dǎo)線融冰電流。融冰電流在導(dǎo)線電阻中產(chǎn)生的熱量一部分使冰柱的溫度上升至融點，一部分使冰柱融化，一部分損失在從導(dǎo)線表面到冰柱表面的傳遞途中，還有一部分通過冰柱表面散失，其計算公式如下：

式中：

Ir——融冰電流（安）

RO——0℃時的導(dǎo)線電阻（歐/米）

Tr——融冰時間（小時）

Δt——導(dǎo)體溫度與外界氣溫之差（℃）

gO——冰的比重（一般按雨淞取0.9）

b——冰層厚度，即覆冰每邊冰厚（cm）

D——導(dǎo)體覆冰后的外徑（cm）

RTO——等效冰層傳導(dǎo)熱阻（度·厘米/瓦）d——導(dǎo)線直徑（cm）

對雨淞：λ＝2.27×10對霧淞：λ＝0.12×10

式中：

λ——導(dǎo)熱系數(shù)（瓦/厘米·度）

對雨淞：

式中：

RT——對流及輻射等效熱阻（度·厘米/瓦）V——風(fēng)速（米/秒）

對霧淞：

1.3.3 保線電流。保持導(dǎo)線溫度在冰點以上使導(dǎo)線不覆冰所需最小電流，保線電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量與對流，輻射散熱消耗熱量平衡，其計算公式如下：

式中：

Ib——保線電流（安）

R0——氣溫在0℃時單位長度導(dǎo)線的電阻（歐/米）

t1——導(dǎo)線溫度（保證導(dǎo)線不結(jié)冰的溫度，一般取t1＝2℃）

t2——結(jié)冰時外界溫度，一般取t2＝－3℃或t2＝－5℃

Σd——輻射系數(shù)

其中：冰取0.64；霜取0.32；銅取0.6；鋁取0.11；鐵取0.25。

1.3.4 導(dǎo)線最大允許電流。在融冰的短時間內(nèi)（最長幾小時）允許導(dǎo)線達(dá)到最高溫度（90℃）所通過的電流，其計算公式如下：

當(dāng)風(fēng)速＞2米/秒時：

式中：

R90——導(dǎo)線溫度為90℃時的電阻（歐）

Imax——導(dǎo)線最大允許電流（安）

t2——外界溫度（℃）

1.4 融冰電流獲取方法

1.4.1 發(fā)電機零起升壓。（1）發(fā)電機零起升壓方法的具體做法是：停下待融冰線路，線路末端三相短路，將融冰線路與靜止的發(fā)電機連成單獨的電氣回路，緩慢增加發(fā)電機勵磁升壓使線路電流達(dá)到所需要的融冰電流為止；（2）發(fā)電機零起升壓方法的優(yōu)點是對運行系統(tǒng)無影響，可在允許范圍內(nèi)方便地取得合適的融冰電壓，缺點是需要解列一臺或數(shù)臺發(fā)電機組，這對容量較緊的系統(tǒng)可能會受到容量不足的限制，同時還應(yīng)注意防止發(fā)電機自勵磁的發(fā)生。

1.4.2 全電壓沖擊合閘。（1）全電壓沖擊合閘方法是在其他設(shè)備處于正常運行狀態(tài)下，停下待融冰線路，對側(cè)三相短路后，沖擊合閘送融冰電流；（2）全電壓沖擊合閘升壓方法的優(yōu)點是操作簡單，缺點是可能會影響系統(tǒng)的運行。

1.4.3 非全電壓沖擊合閘。非全電壓沖擊合閘方法介于上述兩種方法之間，對于需要較大融冰電流的線路，需要多臺機組參與融冰，為使機組能并列不致失步，機組必須有一定的電壓以維持同步。具體操作步驟是：先將機組正常建壓并列，然后將其電壓盡量降低（以不失步為準(zhǔn)），向線路合閘后再升壓至所需的融冰電流。

1.5 短路融冰常用計算公式

1.5.1 采用三相短路融冰，且三相阻抗相等，即Z＝ZA＝ZB＝ZC時，則：

式中：

Ur——融冰電源線電壓

1.5.2 采用二相短路融冰，且A相開路（ZA＝∞），B、C兩相在末端短路，當(dāng)ZB＝ZC＝Z時，則：

IA＝0

1.6 導(dǎo)線覆冰冰厚計算公式

式中：

b——導(dǎo)線覆冰冰厚（mm）

A——冰棱長徑（mm）

B——冰棱短徑（mm）

γ——導(dǎo)線半徑（mm）

式中：

b——導(dǎo)線覆冰冰厚（mm）

G——導(dǎo)線每米覆冰冰重（公斤），實際應(yīng)用時應(yīng)將重量增加10%

1.7 融冰方案

1.7.1 有關(guān)術(shù)語解釋。（1）高壓交流融冰：指利用110kV電壓等級的交流融冰電源或水電機組零起升壓，對線路進(jìn)行交流電流發(fā)熱融冰的方式；（2）低壓交流融冰：指利用10kV或35kV電壓等級的交流融冰電源，對線路進(jìn)行交流電流發(fā)熱融冰的方式；（3）直流融冰：指利用10kV或35kV電壓等級的交流融冰電源，通過直流融冰裝置將交流轉(zhuǎn)化為直流，對線路進(jìn)行直流電流發(fā)熱融冰的方式。

1.7.2 融冰方案的選擇。（1）已建立固定式直流融冰裝置或者已具備直流融冰條件的變電站，其出現(xiàn)融冰優(yōu)先采用直流融冰方案；（2）低電壓交流融冰方案優(yōu)先于高壓交流融冰方案；（3）單條線路交流融冰方案優(yōu)先于多條線路串聯(lián)交流融冰方案；（4）直流融冰較三相短路交流融冰方式，所需系統(tǒng)容量小，且直流融冰電壓可調(diào)，無需進(jìn)行阻抗匹配，可對不同長度的線路進(jìn)行融冰。

2 防凍融冰操作

2.1 三臺機組經(jīng)黃秧坪開關(guān)站給220kV線路送融冰電流的方案

2.1.1 總體方案

圖1 融冰一次主接線圖（1）

2.1.2 由三臺機組供融冰電流時，用機組低壓過流保護(hù)作為融冰保護(hù)，將融冰機組低壓過流保護(hù)的低電壓元件短接、過電流定值按調(diào)度下達(dá)的定值調(diào)整好。

2.1.3 執(zhí)行本方案時，鳳廠不承擔(dān)給110kV線路供電的任務(wù)。

2.2 融冰運行方式

2.2.1 三臺機組經(jīng)110kVⅠ段母線、500斷路器、110kVⅡ段母線、506斷路器、鳳珍線鳳側(cè)部分線路、6507隔離開關(guān)、融冰過江線、鳳黃Ⅰ線、黃站6145隔離開關(guān)、融冰線路旁路隔離開關(guān)向融冰線路送融冰電流。

2.2.2 鳳廠110kV系統(tǒng)7GT解列停機備用，鳳古線、鳳明線轉(zhuǎn)入冷備用狀態(tài)，鳳珍線對側(cè)轉(zhuǎn)入冷備用狀態(tài)，鳳灘防汛電站線保持運行狀態(tài)以保證鳳廠廠用電的可靠性。110kV母線分段斷路器500斷路器保持合閘狀態(tài)并拉開其操作電源。

2.2.3 鳳廠4臺機變都沒有檢修工作時，應(yīng)采用3T帶廠用電和10kV系統(tǒng)，此時拉開530斷路器、5303隔離開關(guān)將融冰系統(tǒng)和鳳黃Ⅱ線、3GT正常運行系統(tǒng)分開。

2.2.4 鳳廠3T、4T參與融冰時，應(yīng)拉開其630斷路器、6303隔離開關(guān)、640斷路器和6403隔離開關(guān)。3GT參與融冰時，應(yīng)按現(xiàn)場運行規(guī)程改變10kV系統(tǒng)的運行方式。

2.2.5 鳳廠2T、3T和4T任意一臺主變有檢修工作時，將廠用電倒至壩頂變供電。根據(jù)水庫水位情況決定防汛電站的開機方式，同時向調(diào)度申請鳳灘防汛電站線必須在運行狀態(tài)。

2.2.6 在融冰線路對側(cè)裝設(shè)三相短路排或者合上三相短路隔離開關(guān)。

2.2.7 融冰過程中要嚴(yán)密監(jiān)視506線路電流不得超過調(diào)度下達(dá)的融冰電流值。

2.3 繼電保護(hù)及自動裝置

2.3.1 將融冰機組低壓過流保護(hù)的電壓元件短接、過電流定值按調(diào)度下達(dá)的定值調(diào)整好，勵磁裝置切“融冰”方式，失磁保護(hù)退出，調(diào)速器置于“自動”運行，退出融冰機組一次調(diào)頻功能，退出融冰機組AGC功能，其他保護(hù)照常投入。

2.3.2 融冰主變零序過流保護(hù)定值按調(diào)度下達(dá)定值調(diào)整好，保護(hù)正常投入，110kV母差保護(hù)退出，鳳珍線506線路保護(hù)退出，拉開500斷路器、506斷路器操作電源。

2.3.3 黃站按調(diào)度令投入融冰線路檢修投入連片（切機穩(wěn)定裝置屏）。

2.3.4 鳳廠按調(diào)度令將融冰切機轉(zhuǎn)為“禁切”狀態(tài)。

2.4 融冰前的準(zhǔn)備工作

2.4.1 鳳珍線（506）轉(zhuǎn)入冷備用狀態(tài)后，及時向調(diào)度匯報，鳳珍線對側(cè)的5063隔離開關(guān)拉開。

2.4.2 黃站將融冰線路轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)，供融冰線路對側(cè)裝設(shè)三相短路排。

2.4.3 鳳廠和黃站分別進(jìn)行廠用電、站用電的倒換。

2.4.4 將參與融冰的機變與系統(tǒng)解列，勵磁按規(guī)現(xiàn)場運行程規(guī)定切換到融冰狀態(tài)，機組轉(zhuǎn)入融冰狀態(tài)，低壓過流保護(hù)的電壓元件短接、過電流定值按調(diào)度下達(dá)的定值調(diào)整好。

2.4.5 鳳黃Ⅰ線停電，注意鳳廠拉開640斷路器、6403隔離開關(guān)，黃站拉開614斷路器、6143隔離開關(guān)。

2.4.6 當(dāng)3T、4T參與融冰時，其6303、6403隔離開關(guān)必須拉開。

2.4.7 黃站按調(diào)度令將融冰線路轉(zhuǎn)入冷備用狀態(tài)。

2.4.8 黃站按調(diào)度令合上融冰線路旁路隔離開關(guān)、鳳黃Ⅰ線6145隔離開關(guān)。注意合這兩個隔離開關(guān)前，要檢查622旁路斷路器在拉開，6225隔離開關(guān)在拉開，檢查旁路母線無異常，檢查旁路母線上其他所有線路的旁路隔離開關(guān)在拉開位置。

2.4.9 鳳廠檢查鳳珍線在冷備用狀態(tài)，按調(diào)度令合上6507隔離開關(guān)。

2.4.10 鳳廠將鳳珍線506線路轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。

3 結(jié)語

調(diào)度要求中止融冰或通訊中斷時融冰時間已經(jīng)達(dá)到調(diào)度預(yù)先下達(dá)的時間時，先同時減三臺融冰機組勵磁降壓至一定值（定子電壓不小于5kV），拉開506斷路器，再分別拉開各發(fā)電機出口斷路器。有關(guān)一、二次設(shè)備除因其他線路融冰需要或調(diào)度要求維持不動者外，其他都應(yīng)按調(diào)度指令恢復(fù)至正常運行或備用狀態(tài)，將本廠自行調(diào)度的設(shè)備恢復(fù)到正常運行方式。

[1]鐘謙，包居敏，曹珍崇．基于220kV輸電線路交流短路融冰技術(shù)方案研究[J]．水電能源科學(xué)，2008，（8）.

[2]劉擴軍．鳳灘水電廠防凍融冰工作實踐[J]．湖南電力，2006，（12）.

[3]許樹楷，楊煜，傅闖．南方電網(wǎng)直流融冰方案仿真研究[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，（4）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）

TM75

1009-2374（2017）12-0224-03

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.115

楊禮軍（1972-），男，湖南石門人，湖南省電力公司鳳灘水力發(fā)電廠工程師，研究方向：水電廠檢修計劃及運行管理。

A