220kv线路交流融冰装置的研制

220kv线路交流融冰装置的研制

供电线路的地质条件复杂，容易受到冰灾的影响。新中国成立以来，中国发生了许多供电线路的冰灾。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，加上受微地形微气象的影响，湖南电网容易发生导线覆冰。电网覆冰问题也一直受到湖南省电力公司各级部门的高度重视，湖南省电力公司将每年的11月至次年的2月（或3月）定为防冻融冰警戒期。为有效地对抗冰灾，最大限度地减少冰灾所造成的损失，湖南电网自上世纪60年代起，就摸索出一套交流融冰技术，并建立了交流融冰体系。交流融冰技术在历年的防冻融冰期间，为保障电网的安全稳定运行发挥了重要的作用。交流融冰技术在2008年的湖南电网冰灾中共对线路进行20条次的融冰工作，发挥了积极作用。交流融冰技术在实际应用中，存在负荷转移困难、倒闸操作多、融冰所需容量大、隔离开关冻结以后无法实施融冰等不足，因此迫切需要研究新型的交直流融冰技术。2008年湖南电网冰灾过后，课题组研究人员在国网公司防冰减灾科研项目的支持下，开展了新型交直流融冰技术研究，研制了可调电容串联补偿交流融冰装置、移动式直流融冰装置和固定式直流融冰装置，并在现场成功完成了现场试验。1电容组合装置可调电容串联补偿交流融冰装置主要由电容组成，见图1。设计时综合考虑了装置的经济性和实用性，其实用范围为0～40km的220kV短线路。装置为三相结构，每相由3组电容组成，每组电容又由10个电容并联组成。这种通过3组电容的串并联，以及选择每组电容的并联个数，实现了电容组容抗的灵活可调，保证装置能满足长度为0～40km的输电线路融冰需要。装置的技术参数如下：——额定电流，1600A;——相数，三相；——额定容量，26.1Mvar;——对地绝缘耐压水平，1min工频耐受电压（方均根值）：>63kV；冲击耐受电压（峰值）：>112.5kV;——设备安置方式，组架式；——可融冰线路长度，0～40km220kV及以下线路。2脉波系统的实现移动式直流融冰装置采用二极管作为整流元件，接成6脉波桥式整流。选择二极管整流，其主要目的是最大限度的降低装置的造价，使装置具有较高的性价比。实际仿真中发现，在不调压的情况下，采用6脉波整流，通过合理调整输电线路的接线方式，即适时使用“两相串联”或“两相并联再串”，可满足长度为50～150km输电线路融冰需要。装置外观如图2所示。装置的主要技术参数为：——额定功率，25MW;——额定输出直流电流，2000A;——额定输出直流电压，12500V;——额定输入电压，10500V;——融冰线路长度，50～150km。3装置技术参数固定式直流融冰装置由整流变压器、12脉波可控整流器组成，见图3。装置输出电压可从零起调，主要针对0～40km长度的线路融冰需要。装置技术参数为：——额定功率，4.2MW;——额定输出直流电流，1400A;——额定输出直流电压，3000V;——额定输入电压，10500V;——融冰线路长度，0～40km。4现场试验4.1kv集里变电站2008年11月2日，世界上首台可调电容串联补偿式交流融冰装置，在浏阳220kV集里变电站一次试验成功，试验中以220kV丛集线（LGJ400导线，长度37km）作为试验对象，将融冰电流升至810A,15min后，导线温度由17℃上升至35℃，装置运行正常。4.2试验设备及装置2008年10月29日，移动式直流融冰装置在娄底220kV上渡变电站进行现场试验，试验以田上线（2×LGJ300导线，126.9km）作为试验对象，成功将直流电压施加至12.5kV，融冰电流1420A。10min后，导线温度由17℃上升至35℃，谐波满足IEC标准要求，噪声不大于70dB，试验圆满成功。4.3城福线直流流现场试验2008年11月8日，固定式直流融冰装置正式在郴州220kV城前岭变电站进行现场试验，试验中，以城福线作为试验对象，成功将直流电流升至1200A。45min后，LGJ400导线温度由8℃上升至43℃，2×LGJ300导线温度由8℃上升至16℃，谐波满足IEC标准要求，试验取得圆满成功。4.44.田上线部分覆冰厚度高2009年2月28日，湖南境内较高海拔山区出现了中等程度的覆冰，联结怀化地区220kV田家变电站至娄底220kV上渡变电站的田上线部分线段覆冰厚度达到了10mm。湖南省电力公司立即启动了移动式直流融冰装置的融冰工作，融冰过程中，电流1400A,40min后，融冰相L1相的覆冰完全脱落，导线温度由0℃上升至15℃，经过2.5h，完成了三相融冰。5交直流融冰装置在变电站的应用三套装置的现场试验成功，为电网防冰减灾提供了新的解决手段。根据湖南电网的线路统计资料，固定式加移动式直流融冰装置，可以满足湖南电网97%的输电线路融冰的需求，具有较高的性能价格比。要提高电网的抗冰能力，可采用融冰或提高线路设计标准两种办法实现。以提高线路设计标准为例，1条100km长度的220kV输电线路，若将线路抗冰设计等级由15mm提高至25mm,15mm设计时线路造价110万元/km,25mm设计时线路造价200万元/km，则需要增加电网改造费用9000万元。而采用新型的交直流融冰装置，对线路进行融冰，其投资只需要数百万元，1套融冰装置还可同时兼顾多条输电线路，经济效益十分明显。面对电网大范围覆冰，一两套