220kv線路交流融冰裝置的研制

供電線路的地質條件復雜，容易受到冰災的影響。新中國成立以來，中國發生了許多供電線路的冰災。例如，54年至1955年冬季、1968年至1969年冬季、1976年至1977年冬季和2007年至2008年冬季。由于湖南特殊的地理位置，加上受微地形微氣象的影響，湖南電網容易發生導線覆冰。電網覆冰問題也一直受到湖南省電力公司各級部門的高度重視，湖南省電力公司將每年的11月至次年的2月（或3月）定為防凍融冰警戒期。為有效地對抗冰災，最大限度地減少冰災所造成的損失，湖南電網自上世紀60年代起，就摸索出一套交流融冰技術，并建立了交流融冰體系。交流融冰技術在歷年的防凍融冰期間，為保障電網的安全穩定運行發揮了重要的作用。交流融冰技術在2008年的湖南電網冰災中共對線路進行20條次的融冰工作，發揮了積極作用。交流融冰技術在實際應用中，存在負荷轉移困難、倒閘操作多、融冰所需容量大、隔離開關凍結以后無法實施融冰等不足，因此迫切需要研究新型的交直流融冰技術。2008年湖南電網冰災過后，課題組研究人員在國網公司防冰減災科研項目的支持下，開展了新型交直流融冰技術研究，研制了可調電容串聯補償交流融冰裝置、移動式直流融冰裝置和固定式直流融冰裝置，并在現場成功完成了現場試驗。1電容組合裝置可調電容串聯補償交流融冰裝置主要由電容組成，見圖1。設計時綜合考慮了裝置的經濟性和實用性，其實用范圍為0～40km的220kV短線路。裝置為三相結構，每相由3組電容組成，每組電容又由10個電容并聯組成。這種通過3組電容的串并聯，以及選擇每組電容的并聯個數，實現了電容組容抗的靈活可調，保證裝置能滿足長度為0～40km的輸電線路融冰需要。裝置的技術參數如下：——額定電流，1600A;——相數，三相；——額定容量，26.1Mvar;——對地絕緣耐壓水平，1min工頻耐受電壓（方均根值）：>63kV；沖擊耐受電壓（峰值）：>112.5kV;——設備安置方式，組架式；——可融冰線路長度，0～40km220kV及以下線路。2脈波系統的實現移動式直流融冰裝置采用二極管作為整流元件，接成6脈波橋式整流。選擇二極管整流，其主要目的是最大限度的降低裝置的造價，使裝置具有較高的性價比。實際仿真中發現，在不調壓的情況下，采用6脈波整流，通過合理調整輸電線路的接線方式，即適時使用“兩相串聯”或“兩相并聯再串”，可滿足長度為50～150km輸電線路融冰需要。裝置外觀如圖2所示。裝置的主要技術參數為：——額定功率，25MW;——額定輸出直流電流，2000A;——額定輸出直流電壓，12500V;——額定輸入電壓，10500V;——融冰線路長度，50～150km。3裝置技術參數固定式直流融冰裝置由整流變壓器、12脈波可控整流器組成，見圖3。裝置輸出電壓可從零起調，主要針對0～40km長度的線路融冰需要。裝置技術參數為：——額定功率，4.2MW;——額定輸出直流電流，1400A;——額定輸出直流電壓，3000V;——額定輸入電壓，10500V;——融冰線路長度，0～40km。4現場試驗4.1kv集里變電站2008年11月2日，世界上首臺可調電容串聯補償式交流融冰裝置，在瀏陽220kV集里變電站一次試驗成功，試驗中以220kV叢集線（LGJ400導線，長度37km）作為試驗對象，將融冰電流升至810A,15min后，導線溫度由17℃上升至35℃，裝置運行正常。4.2試驗設備及裝置2008年10月29日，移動式直流融冰裝置在婁底220kV上渡變電站進行現場試驗，試驗以田上線（2×LGJ300導線，126.9km）作為試驗對象，成功將直流電壓施加至12.5kV，融冰電流1420A。10min后，導線溫度由17℃上升至35℃，諧波滿足IEC標準要求，噪聲不大于70dB，試驗圓滿成功。4.3城福線直流流現場試驗2008年11月8日，固定式直流融冰裝置正式在郴州220kV城前嶺變電站進行現場試驗，試驗中，以城福線作為試驗對象，成功將直流電流升至1200A。45min后，LGJ400導線溫度由8℃上升至43℃，2×LGJ300導線溫度由8℃上升至16℃，諧波滿足IEC標準要求，試驗取得圓滿成功。4.44.田上線部分覆冰厚度高2009年2月28日，湖南境內較高海拔山區出現了中等程度的覆冰，聯結懷化地區220kV田家變電站至婁底220kV上渡變電站的田上線部分線段覆冰厚度達到了10mm。湖南省電力公司立即啟動了移動式直流融冰裝置的融冰工作，融冰過程中，電流1400A,40min后，融冰相L1相的覆冰完全脫落，導線溫度由0℃上升至15℃，經過2.5h，完成了三相融冰。5交直流融冰裝置在變電站的應用三套裝置的現場試驗成功，為電網防冰減災提供了新的解決手段。根據湖南電網的線路統計資料，固定式加移動式直流融冰裝置，可以滿足湖南電網97%的輸電線路融冰的需求，具有較高的性能價格比。要提高電網的抗冰能力，可采用融冰或提高線路設計標準兩種辦法實現。以提高線路設計標準為例，1條100km長度的220kV輸電線路，若將線路抗冰設計等級由15mm提高至25mm,15mm設計時線路造價110萬元/km,25mm設計時線路造價200萬元/km，則需要增加電網改造費用9000萬元。而采用新型的交直流融冰裝置，對線路進行融冰，其投資只需要數百萬元，1套融冰裝置還可同時兼顧多條輸電線路，經濟效益十分明顯。面對電網大范圍覆冰，一兩套