關(guān)于110kV~500kV輸電線路融冰方案的探討

1、110kV500kV輸電線路融冰技術(shù)探討榮信科技項目辦王春巖選編2009.06.02一、目的和意義輸電線路在冬季覆冰是電力系統(tǒng)的自然災(zāi)害之一。由于導(dǎo)線上增加了冰載荷,對導(dǎo)線、鐵塔和金具都會帶來一定的機(jī)械損壞,覆冰嚴(yán)重時會斷線、倒桿塔,導(dǎo)致大面積停電事故。由于我國架空輸電線路橫亙距離比較長,沿途地形地貌及氣象條件復(fù)雜,大多交通不便,而且事故大多發(fā)生在嚴(yán)冬季節(jié),大雪封山,使得搶修條件十分艱難,造成長時間停電,對國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。特別是2008 年的罕見冰雪災(zāi)害給全國電網(wǎng)造成了有史以來最嚴(yán)重的破壞,很多地區(qū)出現(xiàn)桿塔倒塌、線路中斷、變電站停運等情況。據(jù)統(tǒng)計,截至2月23日,全國因冰災(zāi)停運線路共35

2、722 條,停運變電站共2006 座。為了貫徹落實溫家寶總理“恢復(fù)重建以后的電網(wǎng),要是一個讓人民放心的電網(wǎng)”指示精神,必須全面提高電網(wǎng)的抗災(zāi)能力,加緊進(jìn)行輸電線路除冰技術(shù)的研究,以防止類似災(zāi)害的發(fā)生。貴州電網(wǎng)在與我公司SVC商務(wù)談判時,也明確要求SVC系統(tǒng)帶融冰裝置。由此可見,公司立項研發(fā)融冰系統(tǒng)勢在必行。二、國內(nèi)外研究水平綜述為解決輸電線路在冬季覆冰這一嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全運行的難題,國內(nèi)外對輸電線路覆冰問題進(jìn)行了大量研究,并提出了許多輸電線路融冰方法。這些方法,可分為熱力融冰法、機(jī)械除冰法、自然被動法和其他方法。在已經(jīng)形成嚴(yán)重覆冰的情況下,常采用的方法是機(jī)械除冰法和熱力融冰法。機(jī)械除冰操作

3、繁瑣、且容易損傷導(dǎo)線,我國尚沒有在工程實際中采用,實際應(yīng)用中一般采用熱力融冰法。熱力融冰法有幾種方式,包括負(fù)荷轉(zhuǎn)移法、交流短路電流融冰法、直流電流融冰法。負(fù)荷轉(zhuǎn)移法利用變電站現(xiàn)有設(shè)備,通過改變系統(tǒng)運行方式,將兩條或多條線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至通過重冰區(qū)的一條線路,從而增加輸電線路的發(fā)熱量,進(jìn)行導(dǎo)線融冰。這種方法對于截面小的220kV和110kV 及以下線路可行,對于220kV以上電壓等級的線路而言,由于導(dǎo)線截面大,加之系統(tǒng)容量和運行方式的限制,則基本不可行。交流短路電流融冰法是將單相、二相或三相導(dǎo)線短路形成短路電流加熱導(dǎo)線,以較大的短路電流來加熱導(dǎo)線,使依附在導(dǎo)線上的冰融化。交流短路融冰法的主要缺點在

4、于電壓等級較高時,需要的無功功率較高,實現(xiàn)難度較大。湖北省電力試驗研究院2005年研究結(jié)果表明500kV線路上不能使用交流短路電流融冰法。直流電流融冰法線的原理是將覆冰線路作為負(fù)載,施加直流電源,用較低電壓提供短路電流加熱導(dǎo)線使覆冰融化。500kV 交流線路的直流電阻只有交流阻抗的10%左右,采用直流融冰方案需要的電源容量就小得多。直流電源可以由發(fā)電機(jī)電源提供,也用系統(tǒng)電源帶整流裝置提供直流融冰電源,一般電流整流裝置可選擇的方案有2 種:可控整流和不可控整流。三、實施方案探討1、500kV控電線路可移動直流融冰方案據(jù)國網(wǎng)電力科學(xué)研究院報道,其方案如下:1.1 500kV變電站主變情況:500k

5、V線路融冰的電源只能取自500kV變電站主變。500kV變電站一般有多條500kV線路和220kV線路,一條35kV線路,35kV線路主要用于就地?zé)o功補(bǔ)償。站內(nèi)有一臺或多臺三卷主變壓器,主變的容量一般為1000MVA 和750MVA 兩種,500kV和220kV繞組為全功率, 35kV為主變的1/3功率,一般為270MVA和250MVA。主變的高壓和中壓繞組為自耦變壓器,35kV繞組是單獨的副邊感應(yīng)繞組,三個單獨的單相變壓器連接成一個三相三卷變壓器。三相變壓器的高中繞組接成星形連接,可靠接地,35kV側(cè)繞組兩側(cè)引出,留有六個接線頭,一般接成三角形。如下圖1 所示: 圖1 主變接線方式采用35k

6、V 作為融冰電源,利用變壓器和二極管整流橋級聯(lián),實現(xiàn)串級調(diào)壓,依次合上開關(guān)K1-K6,輸出電壓逐級遞增,融冰電流相應(yīng)逐級上升至最大輸出電流,實現(xiàn)線路融冰,裝置系統(tǒng)圖如圖2所示。 圖2 500kV 線路融冰裝置系統(tǒng)圖1.2 整流方式 一般電流整流裝置可選擇的方案有2 種： 可控整流和不可控整流 （即二極管整流）。二極管整流與可控整流相比，無需控制，單管的 輸出能力強(qiáng)，耐受沖擊的能力強(qiáng)，串、并聯(lián)技術(shù)成熟，通態(tài)電壓比較 小，在同樣的輸出功率下，自身的發(fā)熱比較小，因此在特大功率的直 流電源產(chǎn)品中有比較多的應(yīng)用。但是由于二極管整流橋不可控，為了 給不同長度、不同種類的線路進(jìn)行融冰，需要找到一種可以調(diào)節(jié)直

7、流 輸出電壓的方法。 另外，為了在不同地點進(jìn)行融冰，同時提高裝置的利用率，直流 融冰裝置應(yīng)當(dāng)是可移動的。 這就要求裝置必須做到其尺寸盡量小、重量盡可能輕，并牢固地 安裝在車上，裝置不需要卸載即可投入運行。另外由于裝置的電源取 自35kV，所以裝置必須達(dá)到一定的耐壓水平，并能經(jīng)受長途運輸?shù)?考驗，同時具備戶外運行的條件。 1.3 設(shè)計思路 綜上所述，我們確定了以下設(shè)計原則： l 采用整流回路實現(xiàn)對500kV線路的直流融冰； l 為了降低裝置的絕緣水平，同時又保證有足夠的容量滿足500kV 線路的融冰需要，我們?nèi)≈髯?5kV作為融冰電源； l 為了降低技術(shù)風(fēng)險，減少維護(hù)量，決定采用二極管不控整流；

8、 l 為了裝置的容量與50km 長線路融冰所需要的容量相匹配，決定 采用降壓變壓器實現(xiàn)降壓升流； l 為了實現(xiàn)裝置的可移動、輸出電壓可調(diào)，決定采用分組變壓器和 二極管整流橋級聯(lián)，實現(xiàn)串級調(diào)壓，且每個變壓器均有分接頭； l 為了減小裝置工作時的諧波含量和無功損耗，決定采用12 脈波 全波整流方式。 1.4 方案的特點 該方案具有以下顯著的特點： l 安全可靠 整套裝置采用通用不可控器件整流和分組變壓器級聯(lián)， 并利用開 關(guān)投切實現(xiàn)串級可控，避開了復(fù)雜的數(shù)字控制、可控元件的散熱和輔 助系統(tǒng)設(shè)計，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了裝置的故障率。 由于通過中間變壓器降壓升流，實現(xiàn)了裝置與主變之間的隔離， 避免了裝置

9、故障對主變造成的危害。 裝置為 12 脈波二極管全波整流， 減小了對無功容量需求以及對 系統(tǒng)的諧波污染，因此也減輕了裝置運行時對系統(tǒng)的影響。 l 結(jié)構(gòu)組件化，易維護(hù) 整套裝置的快融、開關(guān)、二級管組件化設(shè)計，易于吊裝、維護(hù)和 拼接，積木式級聯(lián)，單個組件損壞易于更換維護(hù)，且不影響整套裝置 的運行。 l 系統(tǒng)參數(shù)配置靈活 裝置除操作回路、保護(hù)外，無其他控制設(shè)備。裝置投入運行前， 只需簡單的絕緣檢查、操作回路檢查、保護(hù)定值檢查等即可。 l 技術(shù)風(fēng)險低 裝置所用技術(shù)均很成熟， 且已被工程實踐驗證， 基本無技術(shù)風(fēng)險， 可以保證在短期內(nèi)實現(xiàn)。 2、方式融冰 以貴州電網(wǎng)方式融冰為例。 方式融冰是依靠科學(xué)的調(diào)度，改變電網(wǎng)潮流分配，使線路電流 達(dá)到融冰電流。一般在220kV或110kV等級線路上根據(jù)線路長短，線 阻大小，一般產(chǎn)生融冰熱穩(wěn)電流在450A1200A左右。融冰電流選擇 依據(jù)是室外溫度-3，風(fēng)速為3米秒，覆冰厚度約為10mm時的電流 為參考值。一般帶電融冰1小時左右即可。 此方式融冰方法特點是設(shè)備簡單易行，效果良好。 3、與SVC兼用功率模塊的直流