一种架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法

摘要

本发明是一种架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法。直流融冰方法所用的直流融冰装置包括换流器、直流侧刀闸、控制保护系统，全线电气连通两根绝缘架空地线或一根绝缘架空地线和一根绝缘复合光纤地线并联，以一相导线作为返回线，两根绝缘地线首端短接后通过直流侧刀闸接到直流融冰装置中换流器的负极，两根绝缘地线末端与需要融冰的三相交流线路中的任意一相导线末端短接，该任意一相导线通过直流侧刀闸与直流融冰装置中换流器的正极连接，控制保护系统与换流器连接。本发明用上述直流融冰装置的融冰方法可显著降低融冰时绝缘地线对地电压，降低对地线绝缘子及其并联间隙的运行电压要求，使得架空地线和复合光纤地线引起的线损大大降低。

说明书

技术领域

本发明是一种架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法，属于输电网输电线路直流融冰应用的创新技术。

背景技术

随着全球气候的不断恶化，冰灾对输电线路造成的危害越发严重。特别是2008年初的冰灾，对我国电网造成了巨大的损失。

2008年冰灾后，我国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器、不带专用整流变压器和车载移动式等多种型式，进而在全国进行了推广应用。 

2011年1月，受持续低温雨雪凝冻天气影响，南方电网供电区域内贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的输变电设施相继出现覆冰险情，先后导致1414条10kV及以上线路、70个35kV及以上变电站停运。2011年次冰灾是继2008年之后南方电网遭遇的又一次特重冰灾。但与2008年多条线路断线倒塔、500kV主网架遭受重创、电网多处解列或孤网运行、大量减供负荷相比，本次冰灾期间未发生220kV及以上线路倒塔事故，未发生县级及以上城市停电事故，确保了电网安全稳定运行和电力正常供应。2011年冰灾中，南方电网已经安装的19套直流融冰装置首次得到了全面实战检验，发挥了巨大的作用，累计对110kV及以上线路融冰227次，其中500kV线路40余次。

从近几年冰灾事故的损坏情况来分析，架空地线和复合光纤地线（OPGW）是输电线路中比较脆弱的一个环节，覆冰造成架空地线和复合光纤地线（OPGW）损坏，引起线路跳闸停运。根据南方电网2011年的实际情况，在解决架空导线覆冰后，地线覆冰和复合光纤地线（OPGW）已经成为线路跳闸和影响导线融冰后恢复送电成功的主要因素。

不同于架空导线，我国普通架空地线主要采用分段绝缘、一点接地方式，复合光纤地线（简称OPGW）基本上采用逐基接地方式，无法对架空地线和复合光纤地线（OPGW）直接进行融冰。由于绝缘地线可以显著降低输电线路损耗，国内外电力科技工作者一致在进行这方面的研究和实践，已有研究和实际应用表明架空地线和复合光纤地线（OPGW）绝缘运行是完全可行的。

因此，实现架空地线和复合光纤地线（OPGW）直流融冰，对提高输电线路整体防冰能力，保障电网供电可靠性有着十分重要的意义，经济效益和社会效益非常显著。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种降低直流融冰装置投资，操作方便，效率高的架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法。

本发明的技术方案是：本发明架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法,所述直流融冰方法所用的直流融冰装置包括有换流器、直流侧刀闸、控制保护系统，全线电气连通两根绝缘架空地线并联，或一根绝缘架空地线和一根绝缘复合光纤地线并联，以一相导线作为返回线，两根绝缘地线首端短接后通过直流侧刀闸接到直流融冰装置中换流器的负极，两根绝缘地线末端与需要融冰的三相交流线路中的任意一相导线末端短接，该任意一相导线通过直流侧刀闸与直流融冰装置中换流器的正极连接，控制保护系统与换流器连接，所述直流融冰实现方法包括如下步骤：

1）确定有架空地线和复合光纤地线融冰需求的输电线路；

2）对该输电线路架空地线和复合光纤地线的情况进行统计；

3）将架空地线非良导体地线更换为全线电阻率基本一致的良导体地线，将架空地线改造为经带并联间隙绝缘子绝缘、全线保持电气连接的绝缘架空地线，正常工作时架空地线对地全线路绝缘，当雷击架空地线或线路故障导致架空地线上出现暂态高电压时，架空地线则通过并联间隙电气导通接地；

4）将复合光纤地线改造为经带并联间隙绝缘子绝缘、全线保持电气连接的绝缘复合光纤地线；正常工作时复合光纤地线对地全线路绝缘；当雷击复合光纤地线或线路故障导致复合光纤地线上出现暂态高电压时，复合光纤地线则通过并联间隙电气导通接地；

5）对绝缘的架空地线和复合光纤地线在各种工况下的感应电压进行电磁暂态计算，采用导线、地线换位的方法将架空地线和复合光纤地线上的感应电压控制在1.5kV以内；

6）在对绝缘改造后架空地线和复合光纤地线开展融冰之前，将该线路停运，将两根绝缘地线，或者一根绝缘地线和一根绝缘复合光纤地线首端短接后通过直流侧刀闸接到直流融冰装置中换流器的负极，末端与需要融冰的三相交流线路中的任意一相导线末端短接，该任意一相导线通过直流侧刀闸接到直流融冰装置中换流器的正极；

7）合上给直流融冰装置供电的隔离开关和断路器，设定直流融冰装置输出直流电流参考值为直流融冰装置允许最小电流，发出直流融冰装置解锁命令，核实直流融冰装置解锁正确后将直流融冰装置输出电流升至设计融冰电流，等候地线和复合光纤地线上覆冰完全脱落后恢复输电线路正常运行。

上述步骤2）对输电线路架空地线和复合光纤地线的情况进行统计包括线型、连接和接地统计。

本发明由于采用将现有多种接地方式和多种电阻率的架空地线改造为电阻率全线基本一致的全线电气连通绝缘架空地线，将逐基接地的复合光纤地线（OPGW）改造为全线电气连通绝缘复合光纤地线，在融冰时将两根绝缘架空地线（或者一根架空地线和一根复合光纤地线）并联、利用一根导线作为返回线进行直流融冰的结构。本发明的架空地线和复合光纤地线（OPGW）的直流融冰方法可显著降低融冰时绝缘地线对地电压，降低对地线绝缘子及其并联间隙的运行电压要求，使得地线、导线可以共用同一直流融冰装置，使得架空地线和复合光纤地线（OPGW）的直流融冰成为现实。本发明提供的架空地线和复合光纤地线（OPGW）的直流融冰方法方便实用，使得架空地线和复合光纤地线引起的线损大大降低。本发明的融冰方法操作方便，效率高，成本低。

附图说明

图1为本发明利用12脉动直流融冰装置进行架空地线和复合光纤地线（OPGW）直流融冰方法的接线示意图。

图2为本发明利用6脉动直流融冰装置进行架空地线和复合光纤地线（OPGW）直流融冰方法的接线示意图。

具体实施方式

本发明架空地线和复合光纤地线的直流融冰方法,所述直流融冰方法所用的直流融冰装置包括有换流器1、直流侧刀闸2、控制保护系统3，全线电气连通两根绝缘架空地线并联，或一根绝缘架空地线和一根绝缘复合光纤地线并联，以一相导线作为返回线，两根绝缘地线首端短接后通过直流侧刀闸2接到直流融冰装置中换流器1的负极，两根绝缘地线末端与需要融冰的三相交流线路中的任意一相导线末端短接，该任意一相导线通过直流侧刀闸2与直流融冰装置中换流器1的正极连接，控制保护系统3与换流器1连接，所述直流融冰实现方法包括如下步骤：

（1）确定有架空地线和复合光纤地线（OPGW）融冰需求的输电线路。

（2）对该输电线路架空地线和复合光纤地线（OPGW）的情况，包括线型、连接和接地等，进行统计。

（3）将架空地线非良导体地线更换为全线电阻率基本一致的良导体地线，将架空地线改造为经带并联间隙绝缘子绝缘、全线保持电气连接的绝缘架空地线。

（4）将复合光纤地线（OPGW）改造为经带并联间隙绝缘子绝缘、全线保持电气连接的绝缘复合光纤地线（OPGW）。

（5）对绝缘的架空地线和复合光纤地线（OPGW）在各种工况下的感应电压进行电磁暂态计算，采用导线、地线换位的方法将架空地线和复合光纤地线（OPGW）上的感应电压控制在1.5kV以内。

（6）在对绝缘改造后架空地线和复合光纤地线（OPGW）开展融冰之前，将该线路停运，将两根绝缘地线（或者一根绝缘地线和一根绝缘复合光纤地线）首端短接后接到直流融冰装置负极，末端与A相（或B相、或C相）导线末端短接，A相（或B相、或C相）导线接到直流融冰装置正极。

（7）合上给直流融冰装置供电的隔离开关和断路器，设定直流融冰装置输出直流电流参考值为直流融冰装置允许最小电流，发出直流融冰装置解锁命令，核实直流融冰装置解锁正确后将直流融冰装置输出电流升至设计融冰电流，等候两根地线（或者一根绝缘地线和一根绝缘复合光纤地线）上覆冰完全脱落后恢复输电线路正常运行。

下面结合附图及实施例说明如下：

实施例：

某500kV交流输电线路导线融冰相关参数计算如表1所示，架空地线基本情况如表2所示。如不对两根架空地线进行全线电气连通和绝缘改造，无法开展直流融冰工作。如只进行全线电气连通，而不将架空地线改为电阻率基本一致的地线，则对地线融冰时需要的直流压降约为74.1kV（见表3），远高于导线融冰需要的20.4kV，无法采用同一直流融冰装置实现导线和地线融冰。为能够对该输电线路进行直流融冰，开展以下工作：

（1）该输电线路导线融冰参数如表1所示，融冰电流4389A，直流压降为20.4kV。

（2）该输电线路架空地线基本情况如表2所示，该架空地线包含两种电阻率地线：非良导体钢绞线GJ-80和良导体铝包钢绞线LBGJ-120-40AC，电阻率和融冰电流差异很大。

（3）将架空地线中非良导体钢绞线GJ-80更换为良导体铝包钢绞线LBGJ-120-40AC，将架空地线改造为经带并联间隙绝缘子绝缘、全线保持电气连接的绝缘架空地线。

（4）对绝缘的架空地线在各种工况下的感应电压进行电磁暂态计算，采用导线、地线换位的方法将架空地线上的感应电压控制在1.5kV以内；

（5）采用以上措施后，采用图1所示融冰接线方式（两根地线并联，以一相导线作为返回线）时需要的直流融冰压降如表4所示，在对绝缘改造后架空地线开展融冰之前，将该线路停运，将两根绝缘地线首端短接后通过直流侧刀闸（2）接到直流融冰装置中换流器（1）的负极，末端与A相导线末端短接，A相导线通过直流侧刀闸（2）接到直流融冰装置中换流器（1）的正极，如图1所示，直流侧刀闸S1、S2、S4闭合，S3断开。地线融冰时需要的直流压降约为14.3kV，低于导线融冰需要直流压降，可以导线共用一直流融冰装置。地线融冰时对地最高电压约为14.3kV/2=7.2kV，地线绝缘并联间隙可据此进行设计。

（7）合上给直流融冰装置供电的隔离开关和断路器，设定直流融冰装置输出直流电流参考值为直流融冰装置允许最小电流，发出直流融冰装置解锁命令，核实直流融冰装置解锁正确后将直流融冰装置输出电流升至设计融冰电流520A，等候地线上覆冰完全脱落后恢复输电线路正常运行。

表1 某500kV导线相关融冰参数

区段线型长度(km)20℃时直流电阻(Ω/km)最小融冰电流(A)直流融冰需要容量(MW)直流压降(kV)1#-361#塔6×LGJ-300144.690.016064389.689.5520.4

注：1.最小融冰电流计算条件为冰厚10mm、温度-5℃、风速5m/s、1小时完成融冰；2.导线采用两根导线串联后接入直流融冰装置进行融冰。

表2 某500kV架空地线基本情况

注：融冰电流计算条件为冰厚10mm、温度-5℃、风速5m/s、1小时完成融冰。

表3 维持原型号架空地线时的直流融冰参数

区段架空地线型号20℃直流电阻(Ω/Km)长度(km)融冰电流(A)各段电阻(Ω)直流压降(kV)1#-24#LBGJ-120-40AC0.362910.452603.81.024#-333#GJ-802.24122.61260274.671.4333#-361#LBGJ-120-40AC0.362911.632604.21.1返回线6×LGJ-3000.01606144.692602.30.6

注：1.融冰电流采用LBGJ-120-40AC的最小融冰电流；2.地线融冰方式为两根地线并联后通过一相导线返回。

表4 采用相同型号架空地线后的直流融冰参数

区段架空地线型号20℃直流电阻(Ω/Km)长度(km)融冰电流(A)各段电阻(Ω)直流压降(kV)1#-24#LBGJ-120-40AC0.362910.452603.81.024#-333#LBGJ-120-40AC0.3629122.6126044.511.6333#-361#LBGJ-120-40AC0.362911.632604.21.1返回线6×LGJ-3000.01606144.692602.30.6

注：1.融冰电流采用LBGJ-120-40AC的最小融冰电流；2.地线融冰方式为两根地线并联后通过一相导线返回。