安徽地区超高压输电线路融冰技术方案分析

高 燃，杨 兵，于和林，赵晓山，束 畅，王法治

(国网安徽省电力公司检修公司，安徽 合肥 230061)

安徽地区超高压输电线路融冰技术方案分析

高 燃，杨 兵，于和林，赵晓山，束 畅，王法治

(国网安徽省电力公司检修公司，安徽 合肥 230061)

安徽地区气候多变，存在形成输电线路覆冰的条件。介绍了当前国内输电线路融冰技术的现状，阐述了各种融冰技术的原理，分析了不同融冰技术的优劣和适用条件，得出基于固定式直流融冰技术的固定式可控硅整流兼具SVC功能的直流融冰装置，较为适合目前安徽地区的超高压输电线路融冰的结论。

覆冰；交流融冰；直流融冰；超高压电网

0 引言

架空输电线路覆冰灾害是电力系统重大自然灾害之一。覆冰会造成电力线路机械荷载过载、绝缘子闪络、导线舞动、杆塔倒塌、线路跳闸，甚至引起电网瓦解的严重事故。国内外的融冰方法很多，从原理上可以分为热力融冰、机械除冰和自然除冰。超高压输电线路由于跨越距离远、线路弧垂大、线路所在地区地形复杂等原因，使得机械除冰和自然除冰很难进行。因此，国内的长距离输电线路普遍采用热力融冰的技术，即利用焦耳效应，通过电流加热覆冰导线实现除冰的技术。以下介绍常用热力融冰技术，通过阐述其原理，比较其优劣和适用条件，选择出适用于安徽地区超高压输电线路的融冰技术方案。

1 交流融冰技术分析

交流融冰是采用交流电流产生的热量融化线路覆冰的技术。交流融冰技术可以分为交流带负荷融冰和交流短路融冰2类。

1.1 交流带负荷融冰

常用的交流带负荷融冰有调度过电流融冰、无功电流融冰、移相变压器融冰、高频高压激励融冰4种，以下逐一进行介绍。

(1) 调度过电流融冰。调度过电流融冰是在保持线路运行的情况下，通过科学合理的规划制定调度方案，通过转移改变线路上的潮流，达到增大覆冰线路上负荷从而实现融冰的目的。但是，由于500 kV线路融冰电流较高，如典型的LGJ－4×400四分裂导线的临界融冰电流在3 300 A左右，利用调度调整难以达到，因此该方式一般用于220 kV及以下的电网。

(2) 无功电流融冰。在不改变负荷的情况下，将线路两端分别用并联电抗器和电容器来增加无功电流，以此来发热融冰。例如，在电源端装设补偿电容器作为无功电源，在线路负荷端装设可调电感调节无功功率。增大线路的无功电流使线路发热，达到融冰目的。但是电网无功功率的流向复杂，以目前的技术难以很好地控制；同时，该方法对系统稳定影响较大，故很少使用。

(3) 移相变压器融冰。在平行双回线路的一回路中接入移相变压器，通过改变移相角度，改变两回线中潮流分布，增加其中一回线路的电流，从而达到融冰的目的。但是此方法操作过程中增加了系统对无功的需要，会对系统安全造成一定的影响。

(4) 高频高压激励融冰。冰的导电性能很差，但是在高频电流下，冰是一种有损耗的电介质，可以产生焦耳热。高频高压激励融冰就是使用高压高频电流，利用集肤效应使其在覆冰表面流通，使覆冰本身发热从而消融。但是由于高频电磁波会干扰通信、产生谐波，而且覆冰较薄的导线会产生电晕放电现象，削弱高频波的传播，阻止功率到达覆冰较厚的区域等原因，高频高压激励融冰法的应用受到了一定限制。

1.2 交流短路融冰

交流短路融冰法是通过合理安排交流三相线路的短路方式，将融冰线路的一端三相短路，在另一端提供融冰电源，以较大短路电流(控制在导线最大容许电流范围以内)加热导线，使依附在导线上的冰融化。在实际融冰工作中有零起升流融冰法和全电压冲击合闸融冰法。

(1) 零起升流融冰。零起升流融冰法一般先将线路短路，由发电机和变压器带线路零起升流，或者由发电机直接带线路零起升流。前者因为折算到发电机侧的电流较大，需要的发电机容量大，很难操作；后者的短路电流较小，不易达到融冰电流，因此零起升流融冰法只适合于融冰电流较小的输电线路，500 kV线路不适合该方法。

(2) 全电压冲击合闸融冰。全电压冲击合闸融冰是根据融冰电流及短路电流大小选取合适的短路回路阻抗进行融冰。由于这种方法对系统冲击较大，可能影响电网稳定，因此关键技术点是维持正常运行电压水平。采用全电压冲击合闸融冰需要同时满足2个条件：一是系统需要能够提供高于临界融冰电流的短路电流；二是电网需具备一定无功储备。所以通常采用低一级的电压对高一级的线路实施该方法。对于需要融冰电流很大且同时需要系统提供大量无功的500 kV输电线路，以及采用大截面分裂导线的220 kV输电线路，因系统无法提供融冰所需无功功率，均不适合使用该方法。

2 直流融冰技术分析

2.1 直流融冰原理

直流融冰是将交流电源通过大容量电力电子设备转化为直流，进而加热一定长度的覆冰线路达到融冰的目的。当高压输电线路直流电流产生的热量大于导线散热量和融冰热量之和时，高压输电线路覆冰就会融化，直流融冰系统如图1所示。

直流融冰在装置上可分为固定式直流融冰装置和移动式直流融冰装置2类，在整流方式上可分为晶闸管可控硅整流和二极管不控整流2种。固定式直流融冰装置由变电站提供电源，主要由换流变压器、整流器、滤波器以及控制保护设备等组成。有的直流融冰装置还兼具SVC(高压静止式动态无功补偿)功能。移动式融冰装置的基本原理同固定式融冰装置相同，唯一的区别是移动式的融冰装置较固定式体积小，能够用平板车拖动。

图1 直流融冰系统示意

当融冰电源由系统提供时，覆冰线路通过换流变压器T、整流器R接入交流系统，其原理图如图2所示。由于是三相线路覆冰，因此覆冰线路有2种接线方式，如图2(a)和图2(b)所示。图2(a)所示的直流融冰方式I是将覆冰线路A，C两相末端短接，再将A，C两相接入整流器的2个输出端，该融冰方式可以同时对A，C两相进行融冰。图2(b)所示的直流融冰方式Ⅱ是将覆冰线路A，B，C三相末端短接，A，B两相导线并接后接入整流器的一个输出端，并将C相导线接入整流器另一个输出端，该接线方法只可对C相单相进行融冰。因此三相线路融冰可按照直流融冰方式Ⅱ，三相分3次融冰；也可以按照直流融冰方式I先对两相线路进行融冰，再按照直流融冰方式Ⅱ对另外一相覆冰线路进行融冰，因此只需2次。

2.2 直流融冰装置设计原则

在一定的环境条件下，直流融冰所需要的整流器容量取决于需要融冰线路的导线截面及导线长度。直流融冰方案从技术上可适应于各级电压等级的不同导线截面的线路。因此，根据不同的应用条件可以采用不同形式、不同容量的直流融冰装置，具体如下。

(1) 对于500 kV交流线路，在中心变电站安装固定式直流融冰装置，以连接500 kV交流线路进行融冰。

(2) 对于220 kV和110 kV交流线路，根据各区域交流线路长度和导线截面的统计情况，优化后配置几种型号的站间移动式融冰装置。

(3) 2 MW发电车移动直流融冰装置重量太重、体积太大，适用性不强，但特殊情况下，可以考虑在35 kV及以下交流线路中使用。

图2 直流融冰原理

2.3 直流融冰的优点

(1) 直流融冰所需电源容量比交流融冰小的多，考虑损耗和转换效率，直流融冰所需容量是交流融冰所需系统容量的1/5左右。

(2) 直流融冰所需电压远低于交流融冰，从而降低了融冰时覆冰绝缘子闪络的可能性。

(3) 由于直流电压和电流仅跟线路的电阻有关，线路在直流融冰时，不需要系统提供大量无功，不影响系统稳定性，因此直流融冰可应用于长距离、多分裂导线的超高压输电线路上。

2.4 SVC直流融冰的实用性

由于冰灾持续时间短、发生频度小，若直流融冰设备仅作为融冰装置使用，则造成了设备资源的闲置、浪费。但若采用具备SVC装置的直流融冰装置，在输电线路没有融冰需求时，可将其作为动态无功补偿装置使用，功能相当于常规的SVC装置，为系统提供动态无功支撑，降低阻尼系统低频振荡，提高系统稳定极限和输送能力。此外，SVC直流融冰装置可结合现场线路类型、覆冰状况、气象条件等因素，通过控制晶闸管阀组触发角，控制直流融冰电流，以维持线路稳定的最佳融冰温度。因此，SVC直流融冰装置对不同长度、不同类型线路适应性较好，并且兼容了SVC功能，提高了设备的使用效率。

2.5 直流融冰的不足

国内主网线路融冰方案体系的建设，特别是直流融冰的广泛应用，能基本解决主网线路的融冰问题，但仍存在以下问题。

(1) 对于近几年出现的大截面导线，因其融冰需要提供较大的融冰电流，目前仍有部分线路没有合适的融冰方案。

(2) 固定式直流融冰装置过于庞大，而移动式直流融冰装置体积也较大，使用时也不便移动，无法覆盖多个厂站，无法有效应对大规模覆冰灾害。

3 安徽超高压线路融冰方案

根据以上分析，由于交流带负荷融冰方式的融冰电流不足，同时交流短路融冰对系统影响较大且需要大容量的无功功率，故不适应于500 kV交流超高压线路的融冰。对于直流融冰，由于安徽地区每年的覆冰灾害在可预测范围内且相对稳定，同时覆冰点相较湖南、湖北等地区较少，故固定式直流融冰完全能够满足安徽地区的融冰需要，且移动式直流融冰装置容量有限，无法兼作SVC作为系统的无功补偿，故选择固定式可控硅整流兼具SVC功能的直流融冰装置作为安徽地区超高压输电线路的融冰技术方案。

目前安徽地区的首台超高压线路融冰装置已开始动工建设。该装置采用直流六脉动晶闸管可控硅整流，同时兼具SVC功能，为无换流变TCR型兼作SVC的固定式直流融冰装置。其融冰额定输出容量80 MW，额定输出直流电压20 kV，电压输出范围1-25 kV，额定直流电流4 000 A，直流电流输出范围500-4 000 A；其SVC模式的输出无功范围为-120 Mvar(感性)至+180 Mvar(容性)，且对系统无谐波影响。此装置建成后，将为安徽地区超高压线路的覆冰灾害治理提供技术保证。

1 邓万婷，江 涛，何 清.输电线路除(融)冰技术可行性比较[J].湖北电力，2009，33(1)：6-8.

2 申屠刚.电力系统输电线路抗冰除冰技术研究进展综述[J].机电工程，2008，25(7)：72-75.

3 吴元华.输电线路覆冰的潜在危害及对策研究[J].江苏电机工程，2008，27(6)：18-2l.

4 中国南方电网公司.电网防冰融冰技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

5 黄新波，刘家兵，蔡 伟，等.电力架空线路覆冰雪的国内外研究状况[J].电网技术，2008，32(4)：23-28.

6 李澍森，左文霞，石延辉，等.直流融冰技术探讨[J].电力设备，2008，9(6)：20-23.

7 胡 毅.电网大面积冰灾分析及对策探讨[J].高电压技术，2008，34(2)：215-219.

8 陈玉珊.各种短路手段在融冰工作中的应用[J].华中电力，2008，21(4)：29-42.

9 倪喜军，赵剑锋，杨 铭，等.基于高频谐振集肤电流法的线路除冰研究[J].电力系统自动化，2008，29(2)：6-9.

10 王守礼.云南高海拔地区电线覆冰问题研究[M].昆明：云南科技出版社，1993.

11 覃 晖，邓 帅，黄 伟，等.南方电网输电线路融冰措施综述[J].电力系统保护与控制.2010，38(24)：232.

2015-12-06；

2016-06-01。

高 燃(1988-)，男，工程师，主要从事变电检修方面的工作，email：2896006619@qq.com。

杨 兵(1984-)，男，工程师，主要从事变电运维工作。

于和林(1981-)，男，本科，主要从事继电保护检修工作。

赵晓山(1980-)，男，本科，主要从事变电检修及相关工作。

束 畅(1987-)，男，工程师，主要从事变电检修及相关工作。

王法治(1989-)，男，工程师，主要从事输电检修及相关工作。