220kv線路交流融冰裝置的研制

220kv線路交流融冰裝置的研制

供電線路的地質(zhì)條件復(fù)雜，容易受到冰災(zāi)的影響。新中國成立以來，中國發(fā)生了許多供電線路的冰災(zāi)。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(wǎng)容易發(fā)生導(dǎo)線覆冰。電網(wǎng)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(zāi)，最大限度地減少冰災(zāi)所造成的損失，湖南電網(wǎng)自上世紀(jì)60年代起，就摸索出一套交流融冰技術(shù)，并建立了交流融冰體系。交流融冰技術(shù)在歷年的防凍融冰期間，為保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要的作用。交流融冰技術(shù)在2008年的湖南電網(wǎng)冰災(zāi)中共對線路進(jìn)行20條次的融冰工作，發(fā)揮了積極作用。交流融冰技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，存在負(fù)荷轉(zhuǎn)移困難、倒閘操作多、融冰所需容量大、隔離開關(guān)凍結(jié)以后無法實(shí)施融冰等不足，因此迫切需要研究新型的交直流融冰技術(shù)。2008年湖南電網(wǎng)冰災(zāi)過后，課題組研究人員在國網(wǎng)公司防冰減災(zāi)科研項(xiàng)目的支持下，開展了新型交直流融冰技術(shù)研究，研制了可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)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(xiàn)場成功完成了現(xiàn)場試驗(yàn)。1電容組合裝置可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)償交流融冰裝置主要由電容組成，見圖1。設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了裝置的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，其實(shí)用范圍為0～40km的220kV短線路。裝置為三相結(jié)構(gòu)，每相由3組電容組成，每組電容又由10個(gè)電容并聯(lián)組成。這種通過3組電容的串并聯(lián)，以及選擇每組電容的并聯(lián)個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了電容組容抗的靈活可調(diào)，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(shù)參數(shù)如下：——額定電流，1600A;——相數(shù)，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(shè)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(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(jià)，使裝置具有較高的性價(jià)比。實(shí)際仿真中發(fā)現(xiàn)，在不調(diào)壓的情況下，采用6脈波整流，通過合理調(diào)整輸電線路的接線方式，即適時(shí)使用“兩相串聯(lián)”或“兩相并聯(lián)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(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)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(diào)，主要針對0～40km長度的線路融冰需要。裝置技術(shù)參數(shù)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(xiàn)場試驗(yàn)4.1kv集里變電站2008年11月2日，世界上首臺可調(diào)電容串聯(lián)補(bǔ)償式交流融冰裝置，在瀏陽220kV集里變電站一次試驗(yàn)成功，試驗(yàn)中以220kV叢集線（LGJ400導(dǎo)線，長度37km）作為試驗(yàn)對象，將融冰電流升至810A,15min后，導(dǎo)線溫度由17℃上升至35℃，裝置運(yùn)行正常。4.2試驗(yàn)設(shè)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(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)以田上線（2×LGJ300導(dǎo)線，126.9km）作為試驗(yàn)對象，成功將直流電壓施加至12.5kV，融冰電流1420A。10min后，導(dǎo)線溫度由17℃上升至35℃，諧波滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)要求，噪聲不大于70dB，試驗(yàn)圓滿成功。4.3城福線直流流現(xiàn)場試驗(yàn)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(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)中，以城福線作為試驗(yàn)對象，成功將直流電流升至1200A。45min后，LGJ400導(dǎo)線溫度由8℃上升至43℃，2×LGJ300導(dǎo)線溫度由8℃上升至16℃，諧波滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)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(nèi)較高海拔山區(qū)出現(xiàn)了中等程度的覆冰，聯(lián)結(jié)懷化地區(qū)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(dá)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(dǎo)線溫度由0℃上升至15℃，經(jīng)過2.5h，完成了三相融冰。5交直流融冰裝置在變電站的應(yīng)用三套裝置的現(xiàn)場試驗(yàn)成功，為電網(wǎng)防冰減災(zāi)提供了新的解決手段。根據(jù)湖南電網(wǎng)的線路統(tǒng)計(jì)資料，固定式加移動式直流融冰裝置，可以滿足湖南電網(wǎng)97%的輸電線路融冰的需求，具有較高的性能價(jià)格比。要提高電網(wǎng)的抗冰能力，可采用融冰或提高線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)兩種辦法實(shí)現(xiàn)。以提高線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為例，1條100km長度的220kV輸電線路，若將線路抗冰設(shè)計(jì)等級由15mm提高至25mm,15mm設(shè)計(jì)時(shí)線路造價(jià)110萬元/km,25mm設(shè)計(jì)時(shí)線路造價(jià)200萬元/km，則需要增加電網(wǎng)改造費(fèi)用9000萬元。而采用新型的交直流融冰裝置，對線路進(jìn)行融冰，其投資只需要數(shù)百萬元，1套融冰裝置還可同時(shí)兼顧多條輸電線路，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。面對電網(wǎng)大范圍覆冰，一兩套