500 kV直流地线融冰方法

张锐，曹双全

(南方电网超高压输电公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

500 kV直流地线融冰方法

张锐，曹双全

(南方电网超高压输电公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

介绍输电线路抗冰改造、加装融冰装置及增加覆冰在线监测装置等措施，在线路覆冰初期，启动融冰装置对覆冰导线、地线进行融冰，有效地保护了输电线路的安全。

南方电网；直流融冰；直流线路；直流融冰装置

0　前言

某±500 kV同塔双回直流输电工程，是我国第一个两回直流线路同塔架设、换流站同址建设的直流输电工程，该系统是我国目前输电容量最大的高压直流输电系统。线路途经10 mm、15 mm、20 mm、30 mm四个冰区。为提高线路抗冰能力，加装地线直流融冰装置，地线进行了相关改造，地线覆冰严重时，可对802 km架空地线和395 km光纤复合地线 (OPGW)进行融冰。

到目前为止，国内外已报道的除冰防冰方法约30多种，可分为4类：热力防冰法、机械除冰法、自然脱冰法和其他防冰法[1]。

直流融冰是广泛应用的有效的热力防冰法，根据不同的条件可以采用不同形式和不同容量的直流融冰装置[2]。

1　换流站直流融冰装置

某换流站融冰装置额定输出容量：60 MW，额定输出电压：±20 kV DC，额定输出电流：1 500 A。主要设备包括：35 kV油浸式整流变压器，12脉动整流阀组及水冷设备，23 mH平波电抗器，开关刀闸设备，控制保护设备及后台监控系统。主接线见图1.

图1　牛寨换流站直线融冰装置主接线图

直流融冰是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，融冰电流和融冰时与各参数之间热平衡关系式如下：

I2R0t=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

I-融冰电流；

R0-电阻；

Q1-被融化部分的冰的温度从Te(结冰时外界温度)升温到T0(导线融冰温度)吸收的热量；

Q2-融化冰所需吸收的热量；

Q3-未被融化的冰温度变化吸收的热量；

Q4-导线温度从从 Te升温到 T0所吸收的热量；

Q5-冰表面散失的热量。

当导线上通过的电流I，大于上式计算的临界融冰电流Ic。经过时间t，导线上冰层融化并脱落，达到融冰的目的。融冰电流与融冰冰厚、时间、风速及环境温度有关，计算条件取环境温度-5℃、风速5 m/s、冰厚10 mm～15 mm、融冰时间1小时。

2　架空地线直流融冰

2.1 架空线路直流融冰

融冰装置接入交流线路的示意如图2所示，利用直流融冰装置将站内交流电源整流为直流电源，然后接入线路的任意两相，并同时在线路对侧将两相线路短接，形成一个闭合回路，由于线路电阻的存在，融冰装置输出的直流电压将产生一个通过线路闭合回路的直流电流，由于线路短接，回路电阻较小，线路电抗近似为零，因此，只需要较小的输入电压，线路上即可流过很大的直流电流，利用电流的热效应，即可将导线上的覆冰融化。架空地线与极线间临时短接形成回路，才能进行融冰。

直流地线融冰段线路长度长，如果采用全线路串联一次融冰，地线融冰电压需要约240 kV，地线绝缘难以实现，必须采取分段并联融冰，融冰时利用导线作为汇流母线，地线采用并联接线方式，见图3和图4。

2.3 融冰地线接线方案

1)普通地线侧融冰接线：融冰段普通地线802 km，电阻923.4 Ω，分为12段，每段约为77 Ω，一次融冰最多可以3段并联。若全部普通地线需进行融冰，需融冰4次，每次并联3段融冰；也可根据覆冰情况选取任意小于等于3段的地线进行融冰。

图2　线路导线融冰示意图

图3　普通地线侧三段并联融冰方案接线示意图

2.2 直流地线直流融冰实施

架空地线的主要作用是对架空线路进行防雷保护，架空地线一般多点接地，使得雷电流能够更好的泄放，融冰的架空地线 (含OPGW地线)需要改造成绝缘地线，同时在地线绝缘子两端并联放电间隙，使得在覆冰停运情况下，地线处于绝缘状态，从而可以对其加直流电压进行融冰。而在正常工作情况下，当线路遭受雷击时，绝缘间隙能够及时击穿，地线优于导线对雷电荷进行先导放电，达到防雷目的。

地线融冰时，不能向线路融冰一样在线路对侧将两相线路短接形成回路，需要输电班人员在

2)光纤复合地线侧融冰接线：融冰段OPGW共394.7 km，电阻195 Ω，分为4段，每段电阻约为65 Ω，一次融冰最多可以4段并联。若全部OPGW地线需进行融冰，需融冰1次，每次并联4段融冰；也可根据覆冰情况选取任意小于等于4段的OPGW地线进行融冰。

图4　OPGW侧四段并联融冰方案接线示意图

3)融冰时，需通过输电线路地线温度和电流监测装置检测地线融冰电流及温度。电流及温度控制见表1。

表1　融冰电流及温度控制

3　地线融冰改造

3.1 地线绝缘

一般500 kV线路的地线采用逐塔接地或分段绝缘一点接地的方式，绝缘的间隙取20 mm左右，运行表明，这样的地线运行方式满足地线的防雷要求。±500 kV牛从直流线路架空地线原设计是逐塔接地的，地线要实现融冰，必须将全线地线绝缘起来，地线悬垂串及耐张串均要加装绝缘子，改造前后的绝缘子见图5、图6。

地线融冰关键要尽量减小地线融冰电压，并与地线绝缘子 (间隙)绝缘水平配合，以实现地线绝缘，另外在雷击时，地线的绝缘间隙在雷电先驱放电阶段即被击穿而使地线呈接地状态，因而不影响其防雷功能；在导线发生单相接地故障时，地线间隙击穿，起到分流的作用。

图5　普通地线悬垂串

图6　OPGW地线悬垂串

图7　地线融冰接地刀闸示意图

3.2 地线绝缘子间隙距离配置

直流线路悬垂、耐张绝缘子间隙为可调式，调整范围为20 mm～120 mm，其中，10 mm、15 mm冰区地线悬垂绝缘子间隙按60 mm考虑，耐张绝缘子按80 mm考虑，20 mm、30 mm重冰区地线悬垂、耐张绝缘子间隙均按100 mm考虑，同时根据沿线电压分布，各融冰区段两端各约20%范围内的绝缘子间隙取值适当提高 (提高10 mm)，间隙水平布置。将来可根据防冰、防雷等运行效果进行优化调整绝缘子间隙[3]。

3.3 安装地线融冰刀闸

对±500 kV牛从直流绝缘后的线路防雷性能进行了研究。研究得出：

1)线路正常运行时，直流线路正负极均运行，绝缘地线的感应电压较小；当线路单极运行时，尤其是双极并联大地回线方式，地线上的感应电压较大。地线首尾两端均接地时，其感应电压较小，小于3 kV；地线不接地 (悬空)的感应电压最大，最大为18.8 kV。

为便于地线的运行维护，需要降低感应电压，可将地线在每一个融冰分段处将地线首尾两端接地，地线感应电压可降至1 kV以下。

2)直流线路接地故障时，地线上的感应电压在200 kV(峰值)以上，100 mm的地线绝缘子间隙可以击穿。

3.4 安装地线融冰操作装置

为满足地线融冰操作的要求，还需配置融冰操作装置 (导、地线临时搭接线)。

3.5安装OPGW光电分离接续盒

OPGW光电分离接续盒是实现OPGW绝缘运行的核心设备，在OPGW线路融时起到关键作用，具备两个功能：一是将两端的OPGW外包铠装层电气隔离并使得OPGW与铁塔绝缘，二是熔接两端的光纤。

4　结束语

按照上述方法，对多条线路成功开展了融冰，均采用固定式融冰装置直流融冰方式，有效地保证了输电线路在覆冰期间的安全。

[1] 杨晴，王骏.国内外抗冰融冰技术研究综述 [J].云南电力技术，2008，36(4)：35-38.

[2] 饶宏，李立涅，黎小林，等.南方电网直流融冰技术研究[J].南方电网技术，2008，1674-0629(2008)02-0007 -0：9.

[3] 西南电力设计院.洛渡右岸电站送电广东±500 kV同塔双回直流线路地线融冰改造工程总说明书及附图 [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

张锐 (1974)，男，高级工程师，超高压输电公司曲靖局，从事电力系统换流站运行与维护方面研究及管理工作 (e-mail) dongjishu＠qq.com。

曹双全 (1970)，男，工程师，超高压输电公司曲靖局，从事电力安全生产管理及风险体系管理工作 (e-mail)987074470＠qq.com。