浅析直流融冰对于输电线路安全运行的重要性

贵州送变电工程公司 陈春林

浅析直流融冰对于输电线路安全运行的重要性

贵州送变电工程公司 陈春林

在输电线路融冰安全运行保障中，融冰技术包括机械除冰法、被动除冰法以及热力融冰法，在热力融冰法中，直流融冰技术是最为理想、最为有效的融冰技术，应用最为广泛。对此，本文首先介绍了输电线路覆冰的原因及危害，然后对输电线路直流融冰技术进行了详细探究，以期促进其在输电线路安全运行中的应用，保障电力系统在冬季覆冰状态下依然能够安全可靠的运行。

输电线路；直流融冰技术；运行安全

1 引言

在电力系统中，输电线路冬季覆冰是十分严重的自然灾害。输电线路在冰雪的影响下，会造成供电中断，甚至会引发电网解列等事故。输电线路融冰修复难度较大，而且周期比较长，因此，输电线路融冰已经成为电力系统安全运行的难点，对输电线路融冰技术进行深入研究具有十分重要的现实意义。

2 输电线路覆冰的原因及危害

输电线路安全运行是保障正常供电的关键，冬季输电线路覆冰会严重影响输电线路正常运行。在输电线路送电过程中，其自身会产生一定的热量，因此，掉落在输电线上的积雪能够自动消融，但是，由于输电线路在运行过程中不可避免的会消耗一定的电能，而为了减少这部分电能消耗，在输电线路材料方面一般选用电阻值较小的材料，而这就会造成输电线路自身发热量减少。我国很多地区冬季寒冷，输电线路在运行过程中所产生的热量会迅速散发至空气中，一旦积雪掉落在输电线路表面，就很容易形成覆冰。如果输电线路覆冰比较严重，则会直接影响输电线路性能，甚至会引发严重的安全事故。

具体而言，输电线路覆盖所引发的不良影响主要有以下几点：

（1）过负载危害。如果输电线路表面覆冰大于其所能够承受的最大抗病厚度，就会造成输电线路质量增加，表面积增大，容易产生电路过载问题。

（2）输电线路舞动问题。输电线路覆冰并不是完全对称的，如果输电线路表面非对称结冰，则在风力因素的影响下，输电线路会不停舞动，而如果舞动时间比较长，并且幅度比较大，则会对导线、杆塔造成危害，甚至会造成输电线路断裂问题。

（3）绝缘子冰闪危害。如果输电线路覆冰问题比较严重，则会造成绝缘子绝缘强度降低，在融冰过程中，电解质也会随之溶解，而这就会造成融冰水的导电性能增加，导致绝缘子表面电压出现畸变。

3 输电线路直流融冰技术

3.1 直流融冰技术基本理论

在输电线路中采用直流融冰技术，需要注意为了避免输电线路过热造成线路损害问题，需要对融冰电流以及融冰时间进行精确计算。在导线的融冰阶段，会伴随两种热交换现象，其一为从导线向覆冰方向的热传递，其二为从覆冰向空气方向的热交换。在输电线路实际运行过程中，会产生一定的热量，而这一热量会散发至输电线路表面，造成表面覆冰温度升高至ts，然后覆冰与空气进行热交换。在上述热传递和热交换过程中，如果覆冰和空气所交换的热量与导体本身所产生的热量相同，则覆冰会处于融冰与不融冰的状态，在这种情况下，在导线不覆冰状态时所流过的最小电流即为临界电流Ic，临界电流的计算公式如下：

在上述公式中，Ic指的是临界电流；ts指的是覆冰表面温度（k）；D指的是导线外径（m）；ρ指的是导线电阻率（Ω/m）；h指的是对流换热系数（W/m×k）；σ=5.67×108W/m2×k4）；h指的是对流换热系数（W/m×k）；ε指的是导线黑度；V指的是湿空气移动均匀速度；W指的是湿空气含湿量；T指的是湿空气温度；E指的是输电线路对于冷空气冷却水滴的捕获系数；WE指的是导线表面蒸发的液体量；Cw=4.18kJ/kg×k；Lv=2.26×103kJ/kg）。通过对公式（1）分析，临界电流是由输电线路所在环境气象条件以及输电线路自身物理性能所决定的。

另外，对于融冰所需时间，可以采用以下公式进行计算：

在上述公式中，Ta指的是气温；Ci指的是冰雪比热容；ρi指的是覆冰密度；R0指的是输电线路覆冰状态时的半径；I指的是融冰电流； Rc指的是单位长度输电线路在零度时的电阻值。

3.2 直流融冰方案

输定线路直流融冰技术的应用原理是通过换流设备，将交流电源转化为直流电流，对导线进行加热，从而消融输电线路覆冰，如图1所示。在输电线路实际运行过程中，直流电流并不会消耗无功，因此，对于同等级的融冰电源，直流融冰能够输出较大的融冰电流，而这也说明直流融冰技术比较适用于多个电压等级的输电线路融冰。

3.3 融冰装置类型

直流融冰装置一般又可以被分为两种，即固定式直流融冰装置以及移动式融冰装置。其中，固定式直流融冰装置在实际应用中所需电能是由变电站所提供的，其是由晶闸管阀、控制保护设备换流变压器、交直流滤波器等设备所构成的。另外，移动式融冰装置的应用原理固定式基本相同，均通过晶闸管整流器整流，从而获得直流电压，对覆冰线路末端进行短接，并且采用两相或三相作为负载，为输电线路提供热量。