王毅

[摘 ?要]我國幅員遼闊，是一個典型的亞熱帶季風性氣候的國家，輸電線路正常工作是維持廣大人民群眾進行正常生產生活的基本保障。然而近幾年全球氣候異常，極端天氣頻發(fā)。在低溫雨雪的天氣下，輸電線路覆冰的情況十分普遍，會造成電網受損甚至癱瘓的嚴重后果，因此，對輸電線路進行融冰成為了人們關心的問題。本文闡述說明了交流短路融冰、直流融冰和過負荷融冰這三種主要融冰方法的原理及應用，并就融冰方案進行分析，最終得出輸電線路融冰過程檢測系統(tǒng)的設計方案，并通過試驗驗證了該監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

[關鍵詞]輸電線路;融冰;監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0042-01

前言：目前在世界范圍內自然災害頻繁發(fā)生，而輸電線路容易受到各種極端天氣的影響，其中較為嚴重的是低溫雨雪對輸電線路造成的危害。在我國，第一季度及第四季度，全國大部均面臨低溫雨雪天氣。雨雪過程頻繁，輸電線路覆冰現(xiàn)象多發(fā)，對電網的影響巨大，也對人們正常的生產生活造成一定損失。本文通過對輸電線路融冰過程進行分析，由此提出監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

1.目前的融冰方式

1.1 交流短路融冰

人類使用交流電的歷史已經很久，對交流電的各種利用也研究得比較廣泛，利用交流電流融冰已經在國內外被普遍使用。目前國家電路系統(tǒng)中，交流線路所占比例大，例如湖南電網、應用交流電流進行融冰相對方便快捷，可從電網中直接取得電源。交流短路融冰的原理是在線路中造成局部短路，使導線發(fā)熱至可以融冰。

包括三種類型：三相短路融冰、兩相短路融冰、線—地單相短路融冰。對于進行技術改造困難，無法抵抗強覆冰的線路，交流短路融冰比較適合。但所需功率很大，因此只適合電壓不超過220kV的線路，而不適合電壓超過550kV的覆冰線路。

1.2 直流融冰

直流融冰相對于交流融冰來說具有更多的優(yōu)勢：所需功率小、耗時短、融冰速度快，操作簡便易行、對電網正常工作的影響較小等。在1972年前蘇聯(lián)開始使用二極管整流裝置后，世界各國紛紛投入到對直流融冰技術的研究中。我國在2008年南方遭受極端天氣之后，電力科研工作者對直流融冰裝置和技術進行了自主研發(fā)，并在全國范圍內進行推廣，2009年至今每到覆冰期進行應用時，在應用規(guī)模和效果上表現(xiàn)優(yōu)異，已走在世界先進水平。隨著科技的不斷發(fā)展進步，直流技術不斷改革創(chuàng)新，整流元器件也多種多樣，功能齊全，適合場景多。直流融冰技術應用越來越普遍。

1.3 過負荷融冰

過負荷融冰對于電壓等級為110kV的地區(qū)特別適用，地區(qū)電網不需要斷電，只需要提供足夠的負荷就可以進行融冰。過負荷融冰也稱為運行方式融冰，原理是通過調整電路的運行方式，而不用使電網停止工作，對覆冰的線路部分的負荷電流增大，來增加電能轉化為熱能的功率。這種融冰的方法簡便，對電網的影響不大，只需對電網運行方式進行調整。過負荷融冰的方法較多，目前主要采用的是這幾種方法：基于調度的調整潮流法、基于增加無功電流的融冰法、基于移相器的帶負荷法等。目前我國電網仍然是使用220kV輸電線路，和110kV線路存在很大聯(lián)系，所以使用過負荷融冰方法也比較適合。

2.融冰方案分析

2.1 融冰電流計算不準確

選擇何種融冰方法直接決定了融冰電流的計算方法，而融冰方法的選擇又與融冰線路的特點以及該線路在電網中的功能等相關聯(lián)。導線電阻、導線狀態(tài)、線路長度、天氣情況都對融冰的電流計算有很大影響。加拿大水電局根據(jù)線路覆冰的薄厚、環(huán)境的溫度、風向以及風速、輸電導線與水平地面間的距離、導線自身的電阻、吸熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，研發(fā)了一種計算融冰電流的程序。在我國，各級、各地電力研究院根據(jù)《電力系統(tǒng)分析程序》，也進行了一系列的研究方案。但是這些理論成果在實際應用中并不方便，同時準確度比較低，在具體情況中，對融冰電流的計算的把控并不是十分精確。

2.2 融冰時間計算不準確

從對國內外融冰系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析來看，對融冰時間的計算主要采用的方法是建立數(shù)學模型，所得假設比較保守固定，例如在實際情況下，輸電導線上的覆冰并不是十分整齊的對稱圖形，而經常為橢圓、菱形、錐形、針狀等不規(guī)則的形狀。同時，在融冰過程中，覆冰比較薄的部分常常會出現(xiàn)水膜，水膜的出現(xiàn)將會使冰繞其重心旋轉，融冰時間因此減少;同時，輸電導線的震動和彎曲、融冰時的天氣狀況、環(huán)境中的風速、導線覆冰厚度與地面覆冰厚度不一致等都會對融冰時間計算的數(shù)學模型假設結果造成影響。實際上，融冰所需時間通常比假設的結果要久。

2.3 線路融冰的可行性

對于融冰線路的可行性進行分析，融冰電流需要的融冰電源的電壓是關鍵。由于設備能力和實際情況的制約，系統(tǒng)存儲無功的能力受限制。對于長度不超過169km的輸電線路，如按交流短路融冰方式來說，最小融冰電流所需融冰電源為220kV，但無功功率同時限制了電源電壓，若按照此種方式融冰，則無功功率應大于或等于2000Mvar;而對于550kV供電線路來說，不能使用220kV作為融冰電源，也不能使用550kV作為融冰電源。當環(huán)境溫度在18攝氏度、無風，融冰電流不低于4000A時，可使用直流融冰的方法，所需功率由系統(tǒng)提供，不多于200MW。綜上，要針對各種線路，與實際情況相結合，選擇適宜的方案對線路進行融冰，才能高效快捷地完成融冰任務，保障廣大人民群眾的利益不受損失。

3.監(jiān)測系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)組成

輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)有很多種，通常包括對輸電線路氣象情況微小變化的監(jiān)測，例如環(huán)境溫度、濕度、風向、風速以及氣壓等;同時也可監(jiān)測導線的覆冰狀況，例如導線的彎曲程度和震動幅度等;此外還可監(jiān)測導線的實際工作溫度。監(jiān)測系統(tǒng)的組成的基礎是位于省級監(jiān)控中心的主機，還包括下轄地市的電力部門監(jiān)控中心的主機、線路通信分機、氣象監(jiān)測分機、專家系統(tǒng)等五個部分。通過這種輸電線路融冰過程的監(jiān)測系統(tǒng)，可對導線溫度、覆冰重力動態(tài)變化、風向、風速、溫度、濕度、壓力、降水量進行從上到下的實時監(jiān)測。

3.2 系統(tǒng)運行

該監(jiān)測系統(tǒng)的運行方式如下：首先根據(jù)省級監(jiān)控中心的主機根據(jù)時間變化得到的環(huán)境溫度、濕度、風向、風速、大氣壓力、導線的覆冰狀況、導線的彎曲程度和震動幅度、導線溫度等信息，對此進行收集整理的同時，要通過線路通信分機對各地市的氣象監(jiān)測分機進行聯(lián)系，將信息發(fā)送下去。根據(jù)建立的數(shù)學模型計算并分析各個監(jiān)測地點融冰線路的覆冰、融冰狀況變化情況以及當前導線的溫度變化情況等。省級監(jiān)測中心可對線路通信分機進行參數(shù)設置，可直接對地市級監(jiān)測中心的結果進行處理分析，這樣，能夠有效地提高融冰線路監(jiān)測系統(tǒng)工作的效率和靈活程度。

3.3 系統(tǒng)試驗效果

采用上述的輸電線路融冰過程監(jiān)測系統(tǒng)進行試驗。從線路覆冰開始監(jiān)測，線路覆冰經過起始階段，發(fā)展階段以及穩(wěn)定階段，期間可能會出現(xiàn)短時間覆冰大面積脫落，當覆冰過程結束時對該線路進行融冰，通過省級監(jiān)測中心所得信息，操作人員對線路進行直流融冰操作。監(jiān)測分機將融冰情況實時經由通訊分機上傳至監(jiān)控中心，通過專家系統(tǒng)，可對導線溫度進行調節(jié)，并記錄測量數(shù)據(jù)，最終自動地繪制出一條溫度隨時間變化的曲線。通過該曲線可以清楚地了解整個現(xiàn)場覆冰融冰的情況。當線路覆冰程度為零時，系統(tǒng)通過地市級監(jiān)測分機和通訊分機的反饋，可提醒操作人員停止融冰操作，結束融冰過程，避免導線溫度過高引起不必要的損失。該試驗表明，此系統(tǒng)對線路融冰具有很高的監(jiān)測效果以及操作簡便易行等優(yōu)點。

結語

輸電線路覆冰會造成很多問題和嚴重的后果，最直接的就是會給社會帶來經濟損失。所以線路的覆冰機理的研究、相關數(shù)學模型的建立、融冰過程的實現(xiàn)以及融冰過程的監(jiān)測都十分重要。通過對融冰進行監(jiān)測，可提高融冰效率，節(jié)約社會資源。

參考文獻

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