500 kV直流地線融冰方法

張銳，曹雙全

(南方電網超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

500 kV直流地線融冰方法

張銳，曹雙全

(南方電網超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

介紹輸電線路抗冰改造、加裝融冰裝置及增加覆冰在線監測裝置等措施，在線路覆冰初期，啟動融冰裝置對覆冰導線、地線進行融冰，有效地保護了輸電線路的安全。

南方電網；直流融冰；直流線路；直流融冰裝置

0　前言

某±500 kV同塔雙回直流輸電工程，是我國第一個兩回直流線路同塔架設、換流站同址建設的直流輸電工程，該系統是我國目前輸電容量最大的高壓直流輸電系統。線路途經10 mm、15 mm、20 mm、30 mm四個冰區。為提高線路抗冰能力，加裝地線直流融冰裝置，地線進行了相關改造，地線覆冰嚴重時，可對802 km架空地線和395 km光纖復合地線 (OPGW)進行融冰。

到目前為止，國內外已報道的除冰防冰方法約30多種，可分為4類：熱力防冰法、機械除冰法、自然脫冰法和其他防冰法[1]。

直流融冰是廣泛應用的有效的熱力防冰法，根據不同的條件可以采用不同形式和不同容量的直流融冰裝置[2]。

1　換流站直流融冰裝置

某換流站融冰裝置額定輸出容量：60 MW，額定輸出電壓：±20 kV DC，額定輸出電流：1 500 A。主要設備包括：35 kV油浸式整流變壓器，12脈動整流閥組及水冷設備，23 mH平波電抗器，開關刀閘設備，控制保護設備及后臺監控系統。主接線見圖1.

圖1　牛寨換流站直線融冰裝置主接線圖

直流融冰是將交流電流通過大容量電力電子設備轉化為直流電流來加熱覆冰線路，融冰電流和融冰時與各參數之間熱平衡關系式如下：

I2R0t=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

I-融冰電流；

R0-電阻；

Q1-被融化部分的冰的溫度從Te(結冰時外界溫度)升溫到T0(導線融冰溫度)吸收的熱量；

Q2-融化冰所需吸收的熱量；

Q3-未被融化的冰溫度變化吸收的熱量；

Q4-導線溫度從從 Te升溫到 T0所吸收的熱量；

Q5-冰表面散失的熱量。

當導線上通過的電流I，大于上式計算的臨界融冰電流Ic。經過時間t，導線上冰層融化并脫落，達到融冰的目的。融冰電流與融冰冰厚、時間、風速及環境溫度有關，計算條件取環境溫度-5℃、風速5 m/s、冰厚10 mm～15 mm、融冰時間1小時。

2　架空地線直流融冰

2.1 架空線路直流融冰

融冰裝置接入交流線路的示意如圖2所示，利用直流融冰裝置將站內交流電源整流為直流電源，然后接入線路的任意兩相，并同時在線路對側將兩相線路短接，形成一個閉合回路，由于線路電阻的存在，融冰裝置輸出的直流電壓將產生一個通過線路閉合回路的直流電流，由于線路短接，回路電阻較小，線路電抗近似為零，因此，只需要較小的輸入電壓，線路上即可流過很大的直流電流，利用電流的熱效應，即可將導線上的覆冰融化。架空地線與極線間臨時短接形成回路，才能進行融冰。

直流地線融冰段線路長度長，如果采用全線路串聯一次融冰，地線融冰電壓需要約240 kV，地線絕緣難以實現，必須采取分段并聯融冰，融冰時利用導線作為匯流母線，地線采用并聯接線方式，見圖3和圖4。

2.3 融冰地線接線方案

1)普通地線側融冰接線：融冰段普通地線802 km，電阻923.4 Ω，分為12段，每段約為77 Ω，一次融冰最多可以3段并聯。若全部普通地線需進行融冰，需融冰4次，每次并聯3段融冰；也可根據覆冰情況選取任意小于等于3段的地線進行融冰。

圖2　線路導線融冰示意圖

圖3　普通地線側三段并聯融冰方案接線示意圖

2.2 直流地線直流融冰實施

架空地線的主要作用是對架空線路進行防雷保護，架空地線一般多點接地，使得雷電流能夠更好的泄放，融冰的架空地線 (含OPGW地線)需要改造成絕緣地線，同時在地線絕緣子兩端并聯放電間隙，使得在覆冰停運情況下，地線處于絕緣狀態，從而可以對其加直流電壓進行融冰。而在正常工作情況下，當線路遭受雷擊時，絕緣間隙能夠及時擊穿，地線優于導線對雷電荷進行先導放電，達到防雷目的。

地線融冰時，不能向線路融冰一樣在線路對側將兩相線路短接形成回路，需要輸電班人員在

2)光纖復合地線側融冰接線：融冰段OPGW共394.7 km，電阻195 Ω，分為4段，每段電阻約為65 Ω，一次融冰最多可以4段并聯。若全部OPGW地線需進行融冰，需融冰1次，每次并聯4段融冰；也可根據覆冰情況選取任意小于等于4段的OPGW地線進行融冰。

圖4　OPGW側四段并聯融冰方案接線示意圖

3)融冰時，需通過輸電線路地線溫度和電流監測裝置檢測地線融冰電流及溫度。電流及溫度控制見表1。

表1　融冰電流及溫度控制

3　地線融冰改造

3.1 地線絕緣

一般500 kV線路的地線采用逐塔接地或分段絕緣一點接地的方式，絕緣的間隙取20 mm左右，運行表明，這樣的地線運行方式滿足地線的防雷要求。±500 kV牛從直流線路架空地線原設計是逐塔接地的，地線要實現融冰，必須將全線地線絕緣起來，地線懸垂串及耐張串均要加裝絕緣子，改造前后的絕緣子見圖5、圖6。

地線融冰關鍵要盡量減小地線融冰電壓，并與地線絕緣子 (間隙)絕緣水平配合，以實現地線絕緣，另外在雷擊時，地線的絕緣間隙在雷電先驅放電階段即被擊穿而使地線呈接地狀態，因而不影響其防雷功能；在導線發生單相接地故障時，地線間隙擊穿，起到分流的作用。

圖5　普通地線懸垂串

圖6　OPGW地線懸垂串

圖7　地線融冰接地刀閘示意圖

3.2 地線絕緣子間隙距離配置

直流線路懸垂、耐張絕緣子間隙為可調式，調整范圍為20 mm～120 mm，其中，10 mm、15 mm冰區地線懸垂絕緣子間隙按60 mm考慮，耐張絕緣子按80 mm考慮，20 mm、30 mm重冰區地線懸垂、耐張絕緣子間隙均按100 mm考慮，同時根據沿線電壓分布，各融冰區段兩端各約20%范圍內的絕緣子間隙取值適當提高 (提高10 mm)，間隙水平布置。將來可根據防冰、防雷等運行效果進行優化調整絕緣子間隙[3]。

3.3 安裝地線融冰刀閘

對±500 kV牛從直流絕緣后的線路防雷性能進行了研究。研究得出：

1)線路正常運行時，直流線路正負極均運行，絕緣地線的感應電壓較小；當線路單極運行時，尤其是雙極并聯大地回線方式，地線上的感應電壓較大。地線首尾兩端均接地時，其感應電壓較小，小于3 kV；地線不接地 (懸空)的感應電壓最大，最大為18.8 kV。

為便于地線的運行維護，需要降低感應電壓，可將地線在每一個融冰分段處將地線首尾兩端接地，地線感應電壓可降至1 kV以下。

2)直流線路接地故障時，地線上的感應電壓在200 kV(峰值)以上，100 mm的地線絕緣子間隙可以擊穿。

3.4 安裝地線融冰操作裝置

為滿足地線融冰操作的要求，還需配置融冰操作裝置 (導、地線臨時搭接線)。

3.5安裝OPGW光電分離接續盒

OPGW光電分離接續盒是實現OPGW絕緣運行的核心設備，在OPGW線路融時起到關鍵作用，具備兩個功能：一是將兩端的OPGW外包鎧裝層電氣隔離并使得OPGW與鐵塔絕緣，二是熔接兩端的光纖。

4　結束語

按照上述方法，對多條線路成功開展了融冰，均采用固定式融冰裝置直流融冰方式，有效地保證了輸電線路在覆冰期間的安全。

[1] 楊晴，王駿.國內外抗冰融冰技術研究綜述 [J].云南電力技術，2008，36(4)：35-38.

[2] 饒宏，李立涅，黎小林，等.南方電網直流融冰技術研究[J].南方電網技術，2008，1674-0629(2008)02-0007 -0：9.

[3] 西南電力設計院.洛渡右岸電站送電廣東±500 kV同塔雙回直流線路地線融冰改造工程總說明書及附圖 [R].成都，2013，50-S3272S-A0100：43.

Research on the Implementation of DC Ground Wire Ice-melting for 500 kV Niu-Cong Transmission Line

ZHANG Rui，CAO Shuangquan
(EHV Power Transmission Company Qujing Bureau，Qujing，Yunnan 655000，China)

took many measures such as transmission lines resisting ice，increasing melting ice device and measure of the icing online monitoring device，At the beginning of transmission lines iced，starting melting ice device to melt ice for iced conductor lines and grounding lines，taking these measures can protect the safety of the transmission lines effectively.

Southern Power Grid；DC-based deicing；DC transmission line；DC-based de-icer

TM75

B

1006-7345(2014)06-0121-03

2014-04-23

張銳 (1974)，男，高級工程師，超高壓輸電公司曲靖局，從事電力系統換流站運行與維護方面研究及管理工作 (e-mail) dongjishu＠qq.com。

曹雙全 (1970)，男，工程師，超高壓輸電公司曲靖局，從事電力安全生產管理及風險體系管理工作 (e-mail)987074470＠qq.com。