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電廠，湖南 沅陵 419600）

當架空線覆冰達到設計厚度時，利用發電機作為電源點對線路進行融冰。發電機組采取零起升壓方式為線路提供融冰電流。通過輸送給導線預先計算出的融冰電流、保線電流及所需融冰時間，避免電桿、鐵塔等不堪負重，導致斷線，電桿、鐵塔大面積倒塌事故，造成線路長時間不能修復送電，對系統和用戶造成重大經濟損失。

鳳灘水電廠；220kV線路；防凍融冰電流；實施方案；發電機組；電力系統

1 防凍融冰基本知識和常用公式

1.1 架空線結冰的危害

架空線結冰后，由于電桿、鐵塔等不堪負重，導致斷線，電桿、鐵塔大面積倒塌，使線路長時間不能修復送電，對系統和用戶造成重大經濟損失。

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在導線形成，多出現在海拔較低的地區。它的比重在0.6～0.9之間，結構最緊密，附著力強，對輸電線危害最大。

1.2.2 霧淞。由霧中的水汽凝結在導線上形成，多出現在海拔較高的地區。它的比重0.1～0.3之間，結構疏松，易于脫落，對輸電線危害最小。

1.2.3 混合淞。雨淞和霧松的連續凍結物。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生熱量使導線結冰完全熔化所需的時間。它是根據短路電流大小、結冰厚度、氣溫、風速等條件考慮的。規程中所給的時間僅供參考，實際融冰時間以調度當時的指令為準。T1：一般指結冰厚度為10mm、風速為3m、溫度為－3℃時的融冰時間；T2：一般指結冰厚度為10mm、風速為5m、溫度為－5℃時的融冰時間；T1＇、T2＇：一般是指結冰厚度為20mm（風速、溫度同T1、T2）的融冰時間。

1.3.2 導線融冰電流。使導線上覆冰融化的電流叫導線融冰電流。融冰電流在導線電阻中產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℃時的導線電阻（歐/米）

Tr——融冰時間（小時）

Δt——導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——導體覆冰后的外徑（cm）

RTO——等效冰層傳導熱阻（度·厘米/瓦）d——導線直徑（cm）

對雨淞：λ＝2.27×10對霧淞：λ＝0.12×10

式中：

λ——導熱系數（瓦/厘米·度）

對雨淞：

式中：

RT——對流及輻射等效熱阻（度·厘米/瓦）V——風速（米/秒）

對霧淞：

1.3.3 保線電流。保持導線溫度在冰點以上使導線不覆冰所需最小電流，保線電流通過導線產生的熱量與對流，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℃時單位長度導線的電阻（歐/米）

t1——導線溫度（保證導線不結冰的溫度，一般取t1＝2℃）

t2——結冰時外界溫度，一般取t2＝－3℃或t2＝－5℃

Σd——輻射系數

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

當風速＞2米/秒時：

式中：

R90——導線溫度為90℃時的電阻（歐）

Imax——導線最大允許電流（安）

t2——外界溫度（℃）

1.4 融冰電流獲取方法

1.4.1 發電機零起升壓。（1）發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電機連成單獨的電氣回路，緩慢增加發電機勵磁升壓使線路電流達到所需要的融冰電流為止；（2）發電機零起升壓方法的優點是對運行系統無影響，可在允許范圍內方便地取得合適的融冰電壓，缺點是需要解列一臺或數臺發電機組，這對容量較緊的系統可能會受到容量不足的限制，同時還應注意防止發電機自勵磁的發生。

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備處于正常運行狀態下，停下待融冰線路，對側三相短路后，沖擊合閘送融冰電流；（2）全電壓沖擊合閘升壓方法的優點是操作簡單，缺點是可能會影響系統的運行。

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），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ZB＝ZC＝Z時，則：

IA＝0

1.6 導線覆冰冰厚計算公式

式中：

b——導線覆冰冰厚（mm）

A——冰棱長徑（mm）

B——冰棱短徑（mm）

γ——導線半徑（mm）

式中：

b——導線覆冰冰厚（mm）

G——導線每米覆冰冰重（公斤），實際應用時應將重量增加10%

1.7 融冰方案

1.7.1 有關術語解釋。（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，對線路進行交流電流發熱融冰的方式；（2）低壓交流融冰：指利用10kV或35kV電壓等級的交流融冰電源，對線路進行交流電流發熱融冰的方式；（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化為直流，對線路進行直流電流發熱融冰的方式。

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，其出現融冰優先采用直流融冰方案；（2）低電壓交流融冰方案優先于高壓交流融冰方案；（3）單條線路交流融冰方案優先于多條線路串聯交流融冰方案；（4）直流融冰較三相短路交流融冰方式，所需系統容量小，且直流融冰電壓可調，無需進行阻抗匹配，可對不同長度的線路進行融冰。

2 防凍融冰操作

2.1 三臺機組經黃秧坪開關站給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作為融冰保護，將融冰機組低壓過流保護的低電壓元件短接、過電流定值按調度下達的定值調整好。

2.1.3 執行本方案時，鳳廠不承擔給110kV線路供電的任務。

2.2 融冰運行方式

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

2.2.2 鳳廠110kV系統7GT解列停機備用，鳳古線、鳳明線轉入冷備用狀態，鳳珍線對側轉入冷備用狀態，鳳灘防汛電站線保持運行狀態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，應采用3T帶廠用電和10kV系統，此時拉開530斷路器、5303隔離開關將融冰系統和鳳黃Ⅱ線、3GT正常運行系統分開。

2.2.4 鳳廠3T、4T參與融冰時，應拉開其630斷路器、6303隔離開關、640斷路器和6403隔離開關。3GT參與融冰時，應按現場運行規程改變10kV系統的運行方式。

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。根據水庫水位情況決定防汛電站的開機方式，同時向調度申請鳳灘防汛電站線必須在運行狀態。

2.2.6 在融冰線路對側裝設三相短路排或者合上三相短路隔離開關。

2.2.7 融冰過程中要嚴密監視506線路電流不得超過調度下達的融冰電流值。

2.3 繼電保護及自動裝置

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

2.3.2 融冰主變零序過流保護定值按調度下達定值調整好，保護正常投入，110kV母差保護退出，鳳珍線506線路保護退出，拉開500斷路器、506斷路器操作電源。

2.3.3 黃站按調度令投入融冰線路檢修投入連片（切機穩定裝置屏）。

2.3.4 鳳廠按調度令將融冰切機轉為“禁切”狀態。

2.4 融冰前的準備工作

2.4.1 鳳珍線（506）轉入冷備用狀態后，及時向調度匯報，鳳珍線對側的5063隔離開關拉開。

2.4.2 黃站將融冰線路轉入檢修狀態，供融冰線路對側裝設三相短路排。

2.4.3 鳳廠和黃站分別進行廠用電、站用電的倒換。

2.4.4 將參與融冰的機變與系統解列，勵磁按規現場運行程規定切換到融冰狀態，機組轉入融冰狀態，低壓過流保護的電壓元件短接、過電流定值按調度下達的定值調整好。

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

2.4.6 當3T、4T參與融冰時，其6303、6403隔離開關必須拉開。

2.4.7 黃站按調度令將融冰線路轉入冷備用狀態。

2.4.8 黃站按調度令合上融冰線路旁路隔離開關、鳳黃Ⅰ線6145隔離開關。注意合這兩個隔離開關前，要檢查622旁路斷路器在拉開，6225隔離開關在拉開，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在拉開位置。

2.4.9 鳳廠檢查鳳珍線在冷備用狀態，按調度令合上6507隔離開關。

2.4.10 鳳廠將鳳珍線506線路轉為熱備用狀態。

3 結語

調度要求中止融冰或通訊中斷時融冰時間已經達到調度預先下達的時間時，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，再分別拉開各發電機出口斷路器。有關一、二次設備除因其他線路融冰需要或調度要求維持不動者外，其他都應按調度指令恢復至正常運行或備用狀態，將本廠自行調度的設備恢復到正常運行方式。

[1]鐘謙，包居敏，曹珍崇．基于220kV輸電線路交流短路融冰技術方案研究[J]．水電能源科學，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．南方電網直流融冰方案仿真研究[J]．南方電網技術，2008，（4）.

（責任編輯：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電廠工程師，研究方向：水電廠檢修計劃及運行管理。

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