凤滩水电厂机组参与线路防冻融冰方案论述

杨礼军

（湖南省电力公司凤滩水力发电厂，湖南 沅陵 419600）

凤滩水电厂机组参与线路防冻融冰方案论述

杨礼军

（湖南省电力公司凤滩水力发电厂，湖南 沅陵 419600）

当架空线覆冰达到设计厚度时，利用发电机作为电源点对线路进行融冰。发电机组采取零起升压方式为线路提供融冰电流。通过输送给导线预先计算出的融冰电流、保线电流及所需融冰时间，避免电杆、铁塔等不堪负重，导致断线，电杆、铁塔大面积倒塌事故，造成线路长时间不能修复送电，对系统和用户造成重大经济损失。

凤滩水电厂；220kV线路；防冻融冰电流；实施方案；发电机组；电力系统

1 防冻融冰基本知识和常用公式

1.1 架空线结冰的危害

架空线结冰后，由于电杆、铁塔等不堪负重，导致断线，电杆、铁塔大面积倒塌，使线路长时间不能修复送电，对系统和用户造成重大经济损失。

1.2 架空线路覆冰类型

1.2.1 雨淞。由空气中的过冷却水滴冻结在导线形成，多出现在海拔较低的地区。它的比重在0.6～0.9之间，结构最紧密，附着力强，对输电线危害最大。

1.2.2 雾淞。由雾中的水汽凝结在导线上形成，多出现在海拔较高的地区。它的比重0.1～0.3之间，结构疏松，易于脱落，对输电线危害最小。

1.2.3 混合淞。雨淞和雾松的连续冻结物。在天气周期性变化时形成，它的比重通常在0.2～0.6之间，对输电线的危害次于雨淞。

1.3 有关名词解释

1.3.1 融冰时间。融冰时间是指在一定短路电流作用下产生热量使导线结冰完全熔化所需的时间。它是根据短路电流大小、结冰厚度、气温、风速等条件考虑的。规程中所给的时间仅供参考，实际融冰时间以调度当时的指令为准。T1：一般指结冰厚度为10mm、风速为3m、温度为－3℃时的融冰时间；T2：一般指结冰厚度为10mm、风速为5m、温度为－5℃时的融冰时间；T1＇、T2＇：一般是指结冰厚度为20mm（风速、温度同T1、T2）的融冰时间。

1.3.2 导线融冰电流。使导线上覆冰融化的电流叫导线融冰电流。融冰电流在导线电阻中产生的热量一部分使冰柱的温度上升至融点，一部分使冰柱融化，一部分损失在从导线表面到冰柱表面的传递途中，还有一部分通过冰柱表面散失，其计算公式如下：

式中：

Ir——融冰电流（安）

RO——0℃时的导线电阻（欧/米）

Tr——融冰时间（小时）

Δt——导体温度与外界气温之差（℃）

gO——冰的比重（一般按雨淞取0.9）

b——冰层厚度，即覆冰每边冰厚（cm）

D——导体覆冰后的外径（cm）

RTO——等效冰层传导热阻（度·厘米/瓦）d——导线直径（cm）

对雨淞：λ＝2.27×10对雾淞：λ＝0.12×10

式中：

λ——导热系数（瓦/厘米·度）

对雨淞：

式中：

RT——对流及辐射等效热阻（度·厘米/瓦）V——风速（米/秒）

对雾淞：

1.3.3 保线电流。保持导线温度在冰点以上使导线不覆冰所需最小电流，保线电流通过导线产生的热量与对流，辐射散热消耗热量平衡，其计算公式如下：

式中：

Ib——保线电流（安）

R0——气温在0℃时单位长度导线的电阻（欧/米）

t1——导线温度（保证导线不结冰的温度，一般取t1＝2℃）

t2——结冰时外界温度，一般取t2＝－3℃或t2＝－5℃

Σd——辐射系数

其中：冰取0.64；霜取0.32；铜取0.6；铝取0.11；铁取0.25。

1.3.4 导线最大允许电流。在融冰的短时间内（最长几小时）允许导线达到最高温度（90℃）所通过的电流，其计算公式如下：

当风速＞2米/秒时：

式中：

R90——导线温度为90℃时的电阻（欧）

Imax——导线最大允许电流（安）

t2——外界温度（℃）

1.4 融冰电流获取方法

1.4.1 发电机零起升压。（1）发电机零起升压方法的具体做法是：停下待融冰线路，线路末端三相短路，将融冰线路与静止的发电机连成单独的电气回路，缓慢增加发电机励磁升压使线路电流达到所需要的融冰电流为止；（2）发电机零起升压方法的优点是对运行系统无影响，可在允许范围内方便地取得合适的融冰电压，缺点是需要解列一台或数台发电机组，这对容量较紧的系统可能会受到容量不足的限制，同时还应注意防止发电机自励磁的发生。

1.4.2 全电压冲击合闸。（1）全电压冲击合闸方法是在其他设备处于正常运行状态下，停下待融冰线路，对侧三相短路后，冲击合闸送融冰电流；（2）全电压冲击合闸升压方法的优点是操作简单，缺点是可能会影响系统的运行。

1.4.3 非全电压冲击合闸。非全电压冲击合闸方法介于上述两种方法之间，对于需要较大融冰电流的线路，需要多台机组参与融冰，为使机组能并列不致失步，机组必须有一定的电压以维持同步。具体操作步骤是：先将机组正常建压并列，然后将其电压尽量降低（以不失步为准），向线路合闸后再升压至所需的融冰电流。

1.5 短路融冰常用计算公式

1.5.1 采用三相短路融冰，且三相阻抗相等，即Z＝ZA＝ZB＝ZC时，则：

式中：

Ur——融冰电源线电压

1.5.2 采用二相短路融冰，且A相开路（ZA＝∞），B、C两相在末端短路，当ZB＝ZC＝Z时，则：

IA＝0

1.6 导线覆冰冰厚计算公式

式中：

b——导线覆冰冰厚（mm）

A——冰棱长径（mm）

B——冰棱短径（mm）

γ——导线半径（mm）

式中：

b——导线覆冰冰厚（mm）

G——导线每米覆冰冰重（公斤），实际应用时应将重量增加10%

1.7 融冰方案

1.7.1 有关术语解释。（1）高压交流融冰：指利用110kV电压等级的交流融冰电源或水电机组零起升压，对线路进行交流电流发热融冰的方式；（2）低压交流融冰：指利用10kV或35kV电压等级的交流融冰电源，对线路进行交流电流发热融冰的方式；（3）直流融冰：指利用10kV或35kV电压等级的交流融冰电源，通过直流融冰装置将交流转化为直流，对线路进行直流电流发热融冰的方式。

1.7.2 融冰方案的选择。（1）已建立固定式直流融冰装置或者已具备直流融冰条件的变电站，其出现融冰优先采用直流融冰方案；（2）低电压交流融冰方案优先于高压交流融冰方案；（3）单条线路交流融冰方案优先于多条线路串联交流融冰方案；（4）直流融冰较三相短路交流融冰方式，所需系统容量小，且直流融冰电压可调，无需进行阻抗匹配，可对不同长度的线路进行融冰。

2 防冻融冰操作

2.1 三台机组经黄秧坪开关站给220kV线路送融冰电流的方案

2.1.1 总体方案

图1 融冰一次主接线图（1）

2.1.2 由三台机组供融冰电流时，用机组低压过流保护作为融冰保护，将融冰机组低压过流保护的低电压元件短接、过电流定值按调度下达的定值调整好。

2.1.3 执行本方案时，凤厂不承担给110kV线路供电的任务。

2.2 融冰运行方式

2.2.1 三台机组经110kVⅠ段母线、500断路器、110kVⅡ段母线、506断路器、凤珍线凤侧部分线路、6507隔离开关、融冰过江线、凤黄Ⅰ线、黄站6145隔离开关、融冰线路旁路隔离开关向融冰线路送融冰电流。

2.2.2 凤厂110kV系统7GT解列停机备用，凤古线、凤明线转入冷备用状态，凤珍线对侧转入冷备用状态，凤滩防汛电站线保持运行状态以保证凤厂厂用电的可靠性。110kV母线分段断路器500断路器保持合闸状态并拉开其操作电源。

2.2.3 凤厂4台机变都没有检修工作时，应采用3T带厂用电和10kV系统，此时拉开530断路器、5303隔离开关将融冰系统和凤黄Ⅱ线、3GT正常运行系统分开。

2.2.4 凤厂3T、4T参与融冰时，应拉开其630断路器、6303隔离开关、640断路器和6403隔离开关。3GT参与融冰时，应按现场运行规程改变10kV系统的运行方式。

2.2.5 凤厂2T、3T和4T任意一台主变有检修工作时，将厂用电倒至坝顶变供电。根据水库水位情况决定防汛电站的开机方式，同时向调度申请凤滩防汛电站线必须在运行状态。

2.2.6 在融冰线路对侧装设三相短路排或者合上三相短路隔离开关。

2.2.7 融冰过程中要严密监视506线路电流不得超过调度下达的融冰电流值。

2.3 继电保护及自动装置

2.3.1 将融冰机组低压过流保护的电压元件短接、过电流定值按调度下达的定值调整好，励磁装置切“融冰”方式，失磁保护退出，调速器置于“自动”运行，退出融冰机组一次调频功能，退出融冰机组AGC功能，其他保护照常投入。

2.3.2 融冰主变零序过流保护定值按调度下达定值调整好，保护正常投入，110kV母差保护退出，凤珍线506线路保护退出，拉开500断路器、506断路器操作电源。

2.3.3 黄站按调度令投入融冰线路检修投入连片（切机稳定装置屏）。

2.3.4 凤厂按调度令将融冰切机转为“禁切”状态。

2.4 融冰前的准备工作

2.4.1 凤珍线（506）转入冷备用状态后，及时向调度汇报，凤珍线对侧的5063隔离开关拉开。

2.4.2 黄站将融冰线路转入检修状态，供融冰线路对侧装设三相短路排。

2.4.3 凤厂和黄站分别进行厂用电、站用电的倒换。

2.4.4 将参与融冰的机变与系统解列，励磁按规现场运行程规定切换到融冰状态，机组转入融冰状态，低压过流保护的电压元件短接、过电流定值按调度下达的定值调整好。

2.4.5 凤黄Ⅰ线停电，注意凤厂拉开640断路器、6403隔离开关，黄站拉开614断路器、6143隔离开关。

2.4.6 当3T、4T参与融冰时，其6303、6403隔离开关必须拉开。

2.4.7 黄站按调度令将融冰线路转入冷备用状态。

2.4.8 黄站按调度令合上融冰线路旁路隔离开关、凤黄Ⅰ线6145隔离开关。注意合这两个隔离开关前，要检查622旁路断路器在拉开，6225隔离开关在拉开，检查旁路母线无异常，检查旁路母线上其他所有线路的旁路隔离开关在拉开位置。

2.4.9 凤厂检查凤珍线在冷备用状态，按调度令合上6507隔离开关。

2.4.10 凤厂将凤珍线506线路转为热备用状态。

3 结语

调度要求中止融冰或通讯中断时融冰时间已经达到调度预先下达的时间时，先同时减三台融冰机组励磁降压至一定值（定子电压不小于5kV），拉开506断路器，再分别拉开各发电机出口断路器。有关一、二次设备除因其他线路融冰需要或调度要求维持不动者外，其他都应按调度指令恢复至正常运行或备用状态，将本厂自行调度的设备恢复到正常运行方式。

[1]钟谦，包居敏，曹珍崇．基于220kV输电线路交流短路融冰技术方案研究[J]．水电能源科学，2008，（8）.

[2]刘扩军．凤滩水电厂防冻融冰工作实践[J]．湖南电力，2006，（12）.

[3]许树楷，杨煜，傅闯．南方电网直流融冰方案仿真研究[J]．南方电网技术，2008，（4）.

（责任编辑：秦逊玉）

TM75

1009-2374（2017）12-0224-03

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.115

杨礼军（1972-），男，湖南石门人，湖南省电力公司凤滩水力发电厂工程师，研究方向：水电厂检修计划及运行管理。

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