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南方電網(wǎng)輸電線路融冰措施綜述

文檔作者：覃暉鄧帥黃偉張婧文檔來源： 1．廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院 2．安徽蕪湖供電公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月01日
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第38卷第24期 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
PowerSystem Protection
—
a
—
nd
—
C
—
on
—
t
—
r
—
o
—
l
VOl-38 N0．24
Dec．16，2010
南方電網(wǎng)輸電線路融冰措施綜述
覃暉 ，鄧帥 ，黃偉 ，張婧
(1．廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧5 30023；2．安徽蕪湖供電公司，安徽蕪湖241 000)
摘要：詳細(xì)論證了交流短路融冰法、直流電流融冰法以及過電流融冰法的技術(shù)原理、特點(diǎn)、規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，以及適用范圍。
通過對不同電壓等級短路電源電壓、在不同長度時可提供的短路電流及需要的無功容量的論證得出，交流融冰法中的發(fā)電機(jī)
零起升流法適合融冰電流較小的輸電線路，而全電壓沖擊合閘法適用于無功備用充足的輸電線路。直流融冰法具有接線方便，
無功需求不大、適用任何線路的優(yōu)點(diǎn) 由于通過調(diào)度轉(zhuǎn)移潮流的程度有限，過電流融冰法只適用于小面積的輸電線路融冰。
關(guān)鍵詞：交流融冰；直流融冰；過電流融冰；融冰措施； 融冰設(shè)計(jì)原則
Sum mary of power transm ission line thawing measures
QIN Hui ，DENG Shuai ，HUANG Wei ，ZHANG Jing
(1．Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute，Nanning 530023，Chinm
2．Anhui Wuhu Power Supply Bureau， Wuhu 24 1 000，China)
Abstract： The technical theory，characteristics，planning and design principles and the application scope of three kinds of thawing
methods including AC short circuit thawing，DC current thawing，and over—current thawing are discussed in detail．After discussing the
available short—circuit curent and reactive power capacity at different voltage levels on different length lines，the paper concludes that as
for AC thawing method，generator zero—flow method is suitable for lines of small current，but full voltage impact closing method is
applied to lines ofadequate reactive power；as for DC thawing method，it has the advantages ofconvenient wiring，small reactive power
demand and wide application scope；as for over-current thawing method，due to the limit transfer flow in dispatching，it can only be
applicable to lines with small area．
Key words：AC short circuit thawing；DC current thawing；over—current thawing；thawing measures；thawing design principles
中圖分類號： TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 1674．3415(2010)24—0231-05
1 概述
2008年我國南方地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)的大范圍嚴(yán)重
的低溫、雨雪冰凍災(zāi)害，冰災(zāi)(覆冰)儼然成為電
力行業(yè)所面臨的最大威脅之一。面對災(zāi)害， 以科技
手段推進(jìn)電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)是目前電力行業(yè)專家公認(rèn)行
之有效的思路。冰災(zāi)初期， 電力設(shè)備覆冰相對較輕
時對電網(wǎng)的主要危害體現(xiàn)為覆冰閃絡(luò)、導(dǎo)線舞動和
脫冰跳躍等。隨著災(zāi)情的發(fā)展和覆冰的加劇，其作
用在桿塔上的荷載(垂直荷載、水平荷載、縱向荷
載等)大大超過設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致鐵塔傾覆， 引起
輸電線路事故。覆冰受損類型中，倒塔和斷線對電
網(wǎng)造成的危害最大，嚴(yán)重的可造成電網(wǎng)解列甚至全
系統(tǒng)瓦解。
本文充分吸收以往國內(nèi)外輸電線路覆冰災(zāi)害改
造經(jīng)驗(yàn)，從提高電網(wǎng)應(yīng)對冰雪災(zāi)害能力的角度，針
對目前較為成熟的幾種主要融冰技術(shù)進(jìn)行論證，深
入探討不同電壓等級的輸電線路適用的融冰方案，
為提高南方電網(wǎng)冰災(zāi)區(qū)域線路的抗冰融冰能力提供
參考依據(jù)。
2 輸電線路融冰實(shí)用技術(shù)探討
面對越來越頻繁的冰災(zāi)對電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的
嚴(yán)重威脅， 電力工業(yè)界與學(xué)術(shù)界發(fā)展了多種融冰技
術(shù)。其中，將電能轉(zhuǎn)化為熱能融冰是目前電力系統(tǒng)
融冰的基本思路。較為常用且取得成功應(yīng)用的有交
流短路融冰法、直流電流融冰法， 以及過電流融冰
法ll J。本文從技術(shù)原理、特點(diǎn)及規(guī)劃設(shè)計(jì)原則三個
方面論證上述幾種應(yīng)對冰凍災(zāi)害的實(shí)用措施，并對
幾種當(dāng)前推行的措施進(jìn)行比較，針對不同電壓等級
傳輸線路的特點(diǎn)，給出適用的融冰辦法【21。
電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
2．1交流三相短路融冰法
交流短路融冰法ljJ，通過合理地安排交流三相
短路方式，將融冰線路的一端三相短路，而在另一
端提供融冰電源， 以較大短路電流(控制在導(dǎo)線最
大容許電流范圍以內(nèi))來加熱導(dǎo)線，使依附在導(dǎo)線
上的冰融化。在實(shí)際融冰工作中采用兩種方案，如
圖1。第一種方案(圖1(a))為發(fā)電機(jī)零起升流方
法。先將線路短路，由發(fā)電機(jī)帶融冰線路零起升流。
第二種方案(圖1(b))為全電壓沖擊合閘法。先
將融冰線路短路，控制斷路器對三相短路線路進(jìn)行
全電壓沖擊合閘【4j。
甲
旁母
， ／
(a)第 種方案：發(fā)電機(jī)零起升流接線罔
相短路
地刀閘
(b)第二利叻案：全電壓沖擊合閘融冰接線圖
圖1交流三相短路融冰法
Fig．1 AC short circuit thawing ice
相短路
地刀閘
交流短路融冰方案的選擇需要結(jié)合系統(tǒng)條件來
綜合考慮：
采用第一種方案，可以選擇由發(fā)電機(jī)采用變壓
器帶線路零起升流，或者由發(fā)電機(jī)直接帶線路零起
升流。前者因?yàn)檎鬯愕桨l(fā)電機(jī)側(cè)的電流較大，需要的
發(fā)電機(jī)容量大，很難操作；后者的短路電流較小，可
能低于融冰電流，因此第一種方法只適合于融冰電流
較小的輸電線路，500 kV線路不適合采用該方法。
第二種方案需要根據(jù)融冰電流及短路電流大小
來選取合適的短路回路阻抗，由于這種方法的使用
對系統(tǒng)沖擊較大，在無功備用不足的情況下，可能
引起系統(tǒng)穩(wěn)定問題，因此維持正常運(yùn)行電壓水平是
重要環(huán)節(jié)。表1～3給出了500kV、220kV以及110
kV線路選用不同電壓等級短路電源電壓、在不同長
度時可提供的短路電流及需要的無功容量估算結(jié)果
(計(jì)算時忽略系統(tǒng)內(nèi)阻抗，下同)。
采用第二種方案，需要同時滿足兩個條件，系
統(tǒng)所能提供的短路電流大小(高于融冰電流)，與電
網(wǎng)電壓及穩(wěn)定維持能力(無功儲備的大小)。由表
l～3可知，通常采用低一級的電壓對高一級的線路
實(shí)施短路融冰。其中可行的交流短路融冰方案為單
分裂導(dǎo)線的220 kV線路采用l10 kV作為短路電源
方案，以及110 kV線路采用35 kV作為短路電源方
案。而對于500 kV以及采用大截面分裂導(dǎo)線的220
kV輸電線路，需要融冰電流很大，同時需要系統(tǒng)提
供大量無功，因此存在系統(tǒng)無法提供融冰所需的無
功功率問題，均不適用該方法l5J。
采用交流短路融冰方案的設(shè)計(jì)原則：
(a)需要考慮的內(nèi)容包括可行的電氣路徑、電
網(wǎng)電壓及穩(wěn)定維持能力(無功儲備)、電源／變壓器
容量等。
(b)要選擇合適的電氣距離和提高足夠的無
功補(bǔ)償，使得系統(tǒng)電源在可以承受的范圍內(nèi)。
(c)防止融冰電源處的主變穿越功率過載。
(d)盡量不改變或者少改變電網(wǎng)的正常運(yùn)行
方式，減少運(yùn)行維護(hù)人員對開關(guān)、刀閘等元件的操
作次數(shù)。
(e)融冰短路電源點(diǎn)盡量選擇在主變?nèi)萘枯^
大、低壓側(cè)有無功電容器、附近有較多無功電源、
負(fù)荷比較容易轉(zhuǎn)移到其他地方、1 10 kV側(cè)和220 kV
側(cè)均有旁路母線的變電站較為合適。
表1 500 kV線路估算結(jié)果(交流短路融冰)
Tab．1 Results of500 kV line melting (AC)
需融冰的500kV線路長度／km
融冰電源的電壓等級／kV 100 150 200
是否具備可行性
短路電流／A 容量／MVA 短路電流／A 容景／MVA 短路電流／A 容量／MVA
35 722 44 48l 29 361 22
l10 2 268 432 1 5l2 288 l 134 216
220 4 536 1 729 3 024 1 152 2 268 864
5OO 1O 310 8 929 6 873 5 953 5 l55 4 465
覃暉，等 南方電網(wǎng)輸電線路融冰措施綜述
表2 220 kV線路估算結(jié)果(交流短路融冰)
Tab．2 Results of220 kV line melting (AC)
需融冰的220 kV線路長度／km
融冰電源的電壓等級／kV 50 100 150
是否具備可行性
短路電流，A I容量／MVA 短路電流／A 容量／MVA 短路電流／A 容量／MVA
單分裂導(dǎo)線
35 972 59 486 29 324 20
1lO 3 053 582 1 527 291 l O18 194 √
220 6 l07 2 327 3 053 l 164 2 O36 776
雙分裂導(dǎo)線
35 1 343 81 671 41 448 27
11O 4 220 804 2 11O 402 1 407 268
220 8440 3 216 4 220 l 608 2 813 1 072
表3 110 kV線路估算結(jié)果(交流短路融冰)
Tab．3 Results of 110 kV line melting (AC)
需融冰的110kV線路長度／km
融冰電源的電壓等級／kV 4( 60 lO0
是否具備可行性
短路電流，A 容量／MVA 短路電流，A 容量／MVA 短路電流／A 容量／MVA
35 722 44 481 29 361 22
11O 2 268 432 1 512 288 1 134 216
2．2利用直流加熱線路融冰
直流電流產(chǎn)生的熱量必須大于導(dǎo)線散熱和融冰
熱量之和，覆冰才能融化。這要求：線路所通融冰
電流(D 需要達(dá)到一定的數(shù)值：融冰電流確定以后，
融冰裝置的電源容量(P1)對應(yīng)一定長度的線路
( )，并且裝置的電壓也受到I~R的限制。
直流融冰方案依據(jù)電源提供不同分為兩種，如
圖2、圖3。一種采用發(fā)電機(jī)電源整流(圖2)。發(fā)
電機(jī)主要為大功率柴油發(fā)電機(jī)組(也可以是系統(tǒng)存
在的發(fā)電機(jī))，主接線改造后，通過旁路接到整流器，
帶線路實(shí)施融冰。另一種由系統(tǒng)提供電源(圖3)，
經(jīng)整流變壓器，在經(jīng)整流器帶線路實(shí)施融冰。常用
的直流融冰電源有固定式直流電源、站間移動式直
流電源和發(fā)電車移動式直流電源。上述直流融冰電
源具有接線不需經(jīng)過任何站內(nèi)原有正常運(yùn)行的設(shè)
備，裝置在融冰工作時所產(chǎn)生的直流電流對站內(nèi)原
有設(shè)備不會造成影響：接線方便；無功容量需求不
大的優(yōu)點(diǎn)，同時也存在引起35 kV側(cè)諧波電壓和電
壓畸變率的不足。
發(fā)電機(jī)
卜_『I _一
(a)接線方式1
(b1接線方式2
圖2發(fā)電機(jī)提供電源融冰方案
Fig．2 Power provided by generator
此外，依據(jù)接線方式不同也分為兩種。接線方
式1(圖2(a)，圖3(a))是分三次完成三相導(dǎo)線
電力系統(tǒng)
電力系統(tǒng)
A相導(dǎo)線
(a)接線方式1
A相導(dǎo)線
(b)接線方式2
圖3系統(tǒng)提供電源融冰方案
Fig．3 Power provided by system
． ． 234．． 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
融冰，第一次將A、B兩相導(dǎo)線并接后與C相導(dǎo)線
短接，將A、B兩相導(dǎo)線并接后接入直流融冰電源
的一個輸出端，將C相導(dǎo)線接入直流融冰電源的另
一個輸出端；第二次將A、C相并接與B相短接；
第三次將B、C相并接與A相短接。接線方式2(圖
2(b)，圖3(b))是分兩次完成A、B、C三相融
冰，第一次將A、B兩相導(dǎo)線短接，將A、B兩相
導(dǎo)線接入直流融冰電源的兩個輸出端，進(jìn)行A、B
相導(dǎo)線融冰，第二次在A、C相導(dǎo)線融冰。前者與
后者相比，直流壓降可以降低25％，容量也可降低
25％ 。
采用直流融冰的設(shè)計(jì)原則 J：
在一定的環(huán)境條件下，直流融冰所需要的整流
器容量決定于需要融冰線路的導(dǎo)線截面及導(dǎo)線長
度。直流融冰方案從技術(shù)上可適應(yīng)于各級電壓等級
的不同導(dǎo)線截面的線路。根據(jù)不同的應(yīng)用條件可以
采用不同形式、不同容量的直流融冰裝置。
(a)對于500 kV交流線路，在中心變電站安
裝固定式直流融冰裝置以進(jìn)行所連接500 kV交流
線路的融冰。
(b)對于220kV和110kV交流線路，根據(jù)各
區(qū)域交流線路長度和導(dǎo)線截面的統(tǒng)計(jì)情況優(yōu)化后配
置幾種型號的站間移動式融冰裝置。
(C)2 MW 發(fā)電車移動直流融冰裝置由于重量
太重，體積太大，適用性不強(qiáng)，但特殊情況下，可
以考慮在35 kV及以下交流線路中使用。
2．3過電流融冰法
過電流融冰法，是在不停運(yùn)線路／母線、系統(tǒng)正
常運(yùn)行下增加覆冰線路電流，增大線路發(fā)熱， 以實(shí)
現(xiàn)保線路融冰的目的，可分為幾類：
(a)通過調(diào)度改變潮流分布。為防止導(dǎo)線覆
冰，對220 kV及以上輕載線路，主要依靠科學(xué)的調(diào)
度，提前改變電網(wǎng)潮流分配，使線路電流達(dá)到保線
電流以上；110 kV及以下變電所間的聯(lián)絡(luò)線，可通
過調(diào)度讓其帶負(fù)荷運(yùn)行，并達(dá)到保線電流以上。由
于正常運(yùn)行方式下通過調(diào)度轉(zhuǎn)移潮流的程度是有限
的，所以此種方法無法應(yīng)對大面積的嚴(yán)重冰災(zāi)。
(b)利用自耦變壓器對特殊結(jié)構(gòu)的多分裂導(dǎo)
線進(jìn)行融冰。將重覆冰線路改造為裝有絕緣間隔棒
的二分裂導(dǎo)線，并將每相的兩根導(dǎo)線用三片絕緣子
隔離， 自斷開點(diǎn)兩側(cè)用懸空T型接線引入融冰變電
所。當(dāng)需要導(dǎo)線帶負(fù)荷融冰時，通過專門的融冰自
耦變壓器的電壓差在二分裂導(dǎo)線產(chǎn)生強(qiáng)迫的融冰環(huán)
流，使得導(dǎo)線發(fā)熱融冰。該方法在寶雞電業(yè)局的110
kV馬向I、II線應(yīng)用多年，在解決小范圍覆冰問題
時已有成功經(jīng)驗(yàn)。
2．4幾種實(shí)用融冰方法比較
表4是上述幾種融冰方法的比較l7．8]。
由表4可知，以目前技術(shù)水平，“交流短路融冰
法”與“直流電流融冰法”是面向大型電網(wǎng)的最為
成熟可行的兩種融冰手段。
表4幾種實(shí)用融冰措施的比較
Tab．4 Several practical measures of ice melting
分類 適用范圍 可能存在的問題 應(yīng)用現(xiàn)狀
發(fā)電機(jī)零起升流 220kV、110 kV線路 發(fā)電機(jī)操控量大，倒閘操作多
交流三 湖南電網(wǎng)、寧夏固原
需要轉(zhuǎn)移負(fù)荷，操作比較多；直接短路，對系統(tǒng)電壓有
相短路 220 kV、llOkV、 供電局等單位有成
系統(tǒng)沖擊合閘短路 一定沖擊，融冰法 需核算穩(wěn)定；可能導(dǎo)致變壓器過載；融冰 電
35 kv線路 功應(yīng)用
流決定于系統(tǒng)條件，可控性較差
湖南中試融冰試驗(yàn)
固定式(大容量) 500 kv線路 平時融冰設(shè)備不運(yùn)行，如何確保能在需要時快速開出
成功
直流融 站問移動可能受到路況、車況限制：臨時接線可能出現(xiàn)
站間移動式 220 kV、110kV線路 試驗(yàn)階段
冰法 移動 問題
式 移動可能受到路況、車況限制：野外接線困難，不定因
發(fā)電車移動式 35 kv、l0kv線路 試驗(yàn)階段
素較多
通過優(yōu)化調(diào)度 110kV線路 無法應(yīng)對大面積的嚴(yán)重冰災(zāi) 小范圍應(yīng)用
過電流
寶雞電業(yè)局成功應(yīng)
融冰法 自耦變壓器 110kV線路 局限于小范圍覆冰問題
用
3 結(jié)論及建議
這次冰災(zāi)給我們的啟示除了要完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，
提高輸電線路設(shè)計(jì)氣象條件重現(xiàn)期之外，更重要的
是要堅(jiān)持以科技手段推進(jìn)電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)。因此通過
本文對輸電線路應(yīng)對冰凍災(zāi)害天氣的各種措施詳細(xì)
覃暉，等 南方電網(wǎng)輸電線路融冰措施綜述 一235一
的對比探討，得出以下結(jié)論：
(1)推行電網(wǎng)差異化設(shè)計(jì)原則，提高重要線路
的抗災(zāi)能力。為確保供電設(shè)施的安全可靠，對重要
線路和特殊區(qū)段采取差異化設(shè)計(jì)，提高安全設(shè)防水
平。
(2)以目前的技術(shù)水平而言，架空地線、絕緣
子以及桿塔尚無有效的融冰方法。針對架空輸電線
路，交流短路融冰法與直流融冰法是兩種最有可能
供大電網(wǎng)普遍有效應(yīng)用的融冰方法。
(3)受容量限制， 目前500 kV交流線路只能
用500 kV 變電站固定式直流融冰裝置融冰；220
kV、1 10 kV、35 kV交流線路既可用交流短路融冰
法，也可用站間移動式直流融冰裝置融冰； 一般
情況下選擇低一電壓等級作為交流短路電源點(diǎn)進(jìn)
行220 kV、110 kV、35 kV交流線路交流短路融冰
可操作性相對較強(qiáng)。10 kV線路宜用移動式發(fā)電車
帶直流融冰器融冰。
(4)考慮經(jīng)濟(jì)等因素，500 kv直流線路整線
直流融冰不太現(xiàn)實(shí)，只可能通過移動式大容量直流
融冰裝置實(shí)現(xiàn)分段融冰；同時建議凝凍天氣時，在
系統(tǒng)安全許可情況下令500 kV直流線路滿載或過
載以盡量使之達(dá)到或接近保線電流。
(5)建議設(shè)計(jì)單位針對重災(zāi)區(qū)線路開展交流
短路融冰方案研究， 明確交流短路融冰電源點(diǎn)和短
路點(diǎn)。
(6)建議設(shè)計(jì)單位開展固定式、站問移動式、
發(fā)電車移動式直流融冰裝置樣機(jī)開發(fā)和深入的設(shè)計(jì)
研究工作。
(7)考慮建立輸電線路覆冰預(yù)警系統(tǒng)，對覆冰
地區(qū)的重要線路考慮安裝線路覆冰在線監(jiān)測裝置，
并采取防冰措施。相關(guān)變電站應(yīng)考慮裝設(shè)除冰、融
冰設(shè)施[9-10l。
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收稿日期：2010-01-05： 修回日期：201O-08—19
作者簡介：
覃暉(1982一)，女，碩士研究生，工程師，從事電力

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