摘要：随着电网的改造迅速发展，连接覆冰地区的高压、超高压输电线路的范围的越来越广，覆冰造成电网受灾的地区的可能性就越多。覆冰对电网的安全运行造成的影响，国内外对覆冰的问题一直较为关注。有关研究和运行技术人员一直在研究输电线路覆冰的形成机理，探索预防和减少输电线路发生冰灾事故的方案和技术措施。尤其是随着全球气候的变暖，各类气象灾害更为频繁，特高压输电工程的建设，造成严冬输电线路发生冻雨覆冰的范围的扩大。因此，输电线路的直流融冰的研究和应用对于电网抗击冰灾具有重大的意义。本文介绍了500kV输电线路覆冰的危害，直流融冰技术的原理，提出了在500kV变电站的交流输电线路中对直流融冰装置应用的研究。
关键词：直流融冰技术；500kV变电站；直流融冰装置
1 500kV输电线路覆冰的危害
500kV输电线路覆冰的危害主要包括：（1）过荷载。500kV输电线路覆冰后的实际重量超过设计值很多，从而导致架空输电线路机械和电气方面的事故，一般过荷载又可分为垂直荷载、水平荷载、纵向荷载及振动荷载；（2）导线覆冰舞动事故。由于500kV输电线路不均匀覆冰，在风的作用下产生舞动，覆冰导线低频高幅舞动将造成导线断股、金具损坏、杆塔倾斜或相间短路等严重事故，（3）不同期脱冰或不均匀履冰事故。相邻档导线不均匀履冰或不同期脱冰会产生张力差，使导线、地线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全部断裂，钢芯抽动，（4）绝缘子串冰闪事故。绝缘子覆冰或被冰凌桥结后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，融冰时绝缘子的局部表面电阻增加而形成闪络事故，闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，从而引发绝缘子绝缘强度的降低。
2直流融冰原理
直流融冰法就是通过直流融冰装置把电力系统或交流电动机获得的交流电能转化为直流电能，再把直流电能传输到待融冰线路导线中，利用直流短路电流的作用在导线电阻中产生热量令导线发热、从而使覆冰融化的方法。该方法将覆冰输电线路作为负载，接入直流电源，用较低电压提供短路电流使导线升温，达到覆冰融化的效果。直流融冰不受线路感抗的影响，比较适合电压等级高、跨距长的输电线路融冰。
3 500kV输电线路中直流融冰装置的应用
一般500kV变电站具有5个等级电压，500kV，220kV，110kV，35kV以及10kV。输电线回路多，满足直流融冰技术应用的条件，所以可以使用固定式和站间移动式两套直流融冰装置去除覆冰。
对于500kV输电线路应用交流35kV供电的60kW大容量固定直流融冰装置。对于220kV和110kV输电线路应用交流10kV供电的容量为25MW站间移动式直流融冰装置，；对于35kV及以下电压等级输电线路应用400V供电的容量为500kW小容量移动式直流融冰装置。
3.1固定式融冰装置
500kV线路直流融冰电源设备容量、工作电流都比较大，因此只考虑将融冰设备固定布置在500kV变电站内，同时满足多条线路融冰需求；500kV交流线路固定式直流融冰装置是由500kV主变35kV侧系统提供电源，经整流变压器连接整流装置。对500kV交流输电线路的融冰可以在辐射面积较大的中心变电站安装由35kV供电的容量为60MW的大容量固定式直流融冰装置。
大容量固定式直流融冰系统的设备主要由变压器、换流阀、交流滤波器、刀闸、导线及控制保护设备等组成，投资比较高，但融冰装置工作时间很短，仅用来融冰，设备资源有点浪费。所以要考虑其作为静止动态无功补偿装置的可能性，并留有相应的接口，增加了设备的利用率，改善变电站的动态电压支撑能力。直流电流对交流线路融冰通常采用短路方法。直流短路融冰将交流电流通过大容量电力电子设备转化为直流电流来加热覆冰线路。
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3.2可移动式直流融冰装置
可移动式直流融冰装置就是在输电线路的某一点装设三相融冰短接线（但不接地），将直流融冰装置当作直流电源，造成线路的直流电阻比较大，输电线路开始发热。经过输入热量后，输电线路逐渐发热，从而将输电线路上的覆冰融化。
直流融冰技术的关键就是融冰装置。直流融冰装置的容量由可控整流设备控制，通过串联融冰装置就能得到比较大的容量。直流融冰装置的电源容量接入不同的短路方式要求就会有所不同，把三相线路短路时，两条线路并联，导线电阻变小，对并联的两相线路融冰效果就会减弱，但这种方式要求融冰装置的容量就很低，可以降低25%左右。
3.3SVC直流融冰装置
由于直流融冰是导线只与导线的电阻有关，线路不消耗无功，仅直流换流器自身消耗无功，因此直流短路法可以将各个电压等级的线路融冰，而无须考虑线路中无功补偿不足的问题。直流融冰仅和直流电阻有关，特别适合于高电压等级线路，而且能耗小，但整流设备成本比较高，但直流融冰装置工作时间非常短，直流融冰装置在非融冰工作期间还可以为交流系统进行无功功率补偿。
利用一套高压直流融冰装置，在融冰工作期间给线路作为融冰电源，在非融冰工作期间以SVC方式运行，对交流系统进行无功补偿，起到稳定电压的作用。俄罗斯提出不融冰时可以将直流融冰装置作为静止无功补偿（SVC）设备，可以为交流系统提供无功功率补偿，还可以提高设备利用率。
4 500KV输电线路抗冰改造措施
（1）对覆冰倒塔断线或覆冰严重的故障段，以观冰数据为依据，按照冰区图分界点上限值进行改造。如果现场观冰数据严重超过冰区图上限值，建议重新修订冰区图，再进行抗冰改造设计。（2）对重冰区已发生覆冰（雪）闪络的V串复合绝缘子，采用防冰闪复合绝缘子进行改造；重冰区与重污区叠加区域线路外绝缘配置宜采用合成化瓷质或玻璃绝缘子，并遵循微气象区域加强外绝缘抗冰设计原则。（3）对因架空地线、OPGW光缆严重覆冰引起弧垂下降，导致导地线净空距离不足跳闸的区段，采取紧凑改常规、增加地线支架水平偏移、提高地线金具强度和握着力等综合措施进行改造。（4）对发生相间导线脱冰跳跃的故障段，采取双回路改单回路、局部缩小挡距、安装相间隔棒等方式改造。重冰区塔位设计应尽量避免大小挡、大高差、大挡距，无法避免时，应减少耐张段长度或采取独立耐张段。宜采用预绞丝护线条保护导线，以减少脱冰跳跃对导线造成损伤。（5）当重冰区直线塔两侧挡距比大于等于2.5倍，且挡距超过600m时，经校验不平衡张力不满足时，采取大挡距侧增加杆塔或更换加强型塔的方式进行改造。（6）紧凑型线路应采取差异化防舞动改造措施。关于加装线路相间间隔棒的规定，为增加紧凑型线路导线防舞动能力，可针对挡距为400m至600m之间的导线加装2组6支相间间隔棒（分别在1/3L和2/3L处）。（7）对重冰区、舞动区、大挡距区段，直线塔单侧高差角大于16°时，导地线悬垂线夹进行双线夹改造；OPGW光缆金具应采用包箍外再加上U形钢（或铝合金）组成预交式悬垂线夹。
5结束语
综上所述，通过对500kV输电线路直流融冰技术的应用研究，符合国家提倡建设资源节约型、环境友好型社会的奋斗目标，还可改善生态环境，提高供电可靠性，满足了人民经济发展及人民生活用电需要。直流融冰装置开拓了电力电子技术在电力系统应用的新领域。目前，直流融冰技术在我国大部分重覆冰地区电网得到了广泛应用，并取得了良好的融冰效果。
参考文献：
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[2]高压输电线路电热融冰技术[J].吕锡锋，何青.中国电力.2014（01）
[3]浅议高压输电线路融冰技术[J].彭晓博.电子制作.2013（08）
论文作者:王鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/30
标签：线路论文; 导线论文; 装置论文; 绝缘子论文; 地线论文; 荷载论文; 容量论文; 《电力设备》2017年第21期论文;