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南方电网输电线路融冰措施综述

文档作者：覃晖邓帅黄伟张婧文档来源： 1．广西电力工业勘察设计研究院 2．安徽芜湖供电公司，		点击数：	更新时间： 2024年07月01日
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上一篇：农村低压架空输电线路的防雷措施

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第38卷第24期 电力系统保护与控制
PowerSystem Protection
—
a
—
nd
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C
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on
—
t
—
r
—
o
—
l
VOl-38 N0．24
Dec．16，2010
南方电网输电线路融冰措施综述
覃晖 ，邓帅 ，黄伟 ，张婧
(1．广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁5 30023；2．安徽芜湖供电公司，安徽芜湖241 000)
摘要：详细论证了交流短路融冰法、直流电流融冰法以及过电流融冰法的技术原理、特点、规划设计原则，以及适用范围。
通过对不同电压等级短路电源电压、在不同长度时可提供的短路电流及需要的无功容量的论证得出，交流融冰法中的发电机
零起升流法适合融冰电流较小的输电线路，而全电压冲击合闸法适用于无功备用充足的输电线路。直流融冰法具有接线方便，
无功需求不大、适用任何线路的优点 由于通过调度转移潮流的程度有限，过电流融冰法只适用于小面积的输电线路融冰。
关键词：交流融冰；直流融冰；过电流融冰；融冰措施； 融冰设计原则
Sum mary of power transm ission line thawing measures
QIN Hui ，DENG Shuai ，HUANG Wei ，ZHANG Jing
(1．Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute，Nanning 530023，Chinm
2．Anhui Wuhu Power Supply Bureau， Wuhu 24 1 000，China)
Abstract： The technical theory，characteristics，planning and design principles and the application scope of three kinds of thawing
methods including AC short circuit thawing，DC current thawing，and over—current thawing are discussed in detail．After discussing the
available short—circuit curent and reactive power capacity at different voltage levels on different length lines，the paper concludes that as
for AC thawing method，generator zero—flow method is suitable for lines of small current，but full voltage impact closing method is
applied to lines ofadequate reactive power；as for DC thawing method，it has the advantages ofconvenient wiring，small reactive power
demand and wide application scope；as for over-current thawing method，due to the limit transfer flow in dispatching，it can only be
applicable to lines with small area．
Key words：AC short circuit thawing；DC current thawing；over—current thawing；thawing measures；thawing design principles
中图分类号： TM72 文献标识码：A 文章编号： 1674．3415(2010)24—0231-05
1 概述
2008年我国南方地区出现了持续的大范围严重
的低温、雨雪冰冻灾害，冰灾(覆冰)俨然成为电
力行业所面临的最大威胁之一。面对灾害， 以科技
手段推进电网防灾减灾是目前电力行业专家公认行
之有效的思路。冰灾初期， 电力设备覆冰相对较轻
时对电网的主要危害体现为覆冰闪络、导线舞动和
脱冰跳跃等。随着灾情的发展和覆冰的加剧，其作
用在杆塔上的荷载(垂直荷载、水平荷载、纵向荷
载等)大大超过设计值，从而导致铁塔倾覆， 引起
输电线路事故。覆冰受损类型中，倒塔和断线对电
网造成的危害最大，严重的可造成电网解列甚至全
系统瓦解。
本文充分吸收以往国内外输电线路覆冰灾害改
造经验，从提高电网应对冰雪灾害能力的角度，针
对目前较为成熟的几种主要融冰技术进行论证，深
入探讨不同电压等级的输电线路适用的融冰方案，
为提高南方电网冰灾区域线路的抗冰融冰能力提供
参考依据。
2 输电线路融冰实用技术探讨
面对越来越频繁的冰灾对电力系统基础设施的
严重威胁， 电力工业界与学术界发展了多种融冰技
术。其中，将电能转化为热能融冰是目前电力系统
融冰的基本思路。较为常用且取得成功应用的有交
流短路融冰法、直流电流融冰法， 以及过电流融冰
法ll J。本文从技术原理、特点及规划设计原则三个
方面论证上述几种应对冰冻灾害的实用措施，并对
几种当前推行的措施进行比较，针对不同电压等级
传输线路的特点，给出适用的融冰办法【21。
电力系统保护与控制
2．1交流三相短路融冰法
交流短路融冰法ljJ，通过合理地安排交流三相
短路方式，将融冰线路的一端三相短路，而在另一
端提供融冰电源， 以较大短路电流(控制在导线最
大容许电流范围以内)来加热导线，使依附在导线
上的冰融化。在实际融冰工作中采用两种方案，如
图1。第一种方案(图1(a))为发电机零起升流方
法。先将线路短路，由发电机带融冰线路零起升流。
第二种方案(图1(b))为全电压冲击合闸法。先
将融冰线路短路，控制断路器对三相短路线路进行
全电压冲击合闸【4j。
甲
旁母
， ／
(a)第 种方案：发电机零起升流接线罔
相短路
地刀闸
(b)第二利叻案：全电压冲击合闸融冰接线图
图1交流三相短路融冰法
Fig．1 AC short circuit thawing ice
相短路
地刀闸
交流短路融冰方案的选择需要结合系统条件来
综合考虑：
采用第一种方案，可以选择由发电机采用变压
器带线路零起升流，或者由发电机直接带线路零起
升流。前者因为折算到发电机侧的电流较大，需要的
发电机容量大，很难操作；后者的短路电流较小，可
能低于融冰电流，因此第一种方法只适合于融冰电流
较小的输电线路，500 kV线路不适合采用该方法。
第二种方案需要根据融冰电流及短路电流大小
来选取合适的短路回路阻抗，由于这种方法的使用
对系统冲击较大，在无功备用不足的情况下，可能
引起系统稳定问题，因此维持正常运行电压水平是
重要环节。表1～3给出了500kV、220kV以及110
kV线路选用不同电压等级短路电源电压、在不同长
度时可提供的短路电流及需要的无功容量估算结果
(计算时忽略系统内阻抗，下同)。
采用第二种方案，需要同时满足两个条件，系
统所能提供的短路电流大小(高于融冰电流)，与电
网电压及稳定维持能力(无功储备的大小)。由表
l～3可知，通常采用低一级的电压对高一级的线路
实施短路融冰。其中可行的交流短路融冰方案为单
分裂导线的220 kV线路采用l10 kV作为短路电源
方案，以及110 kV线路采用35 kV作为短路电源方
案。而对于500 kV以及采用大截面分裂导线的220
kV输电线路，需要融冰电流很大，同时需要系统提
供大量无功，因此存在系统无法提供融冰所需的无
功功率问题，均不适用该方法l5J。
采用交流短路融冰方案的设计原则：
(a)需要考虑的内容包括可行的电气路径、电
网电压及稳定维持能力(无功储备)、电源／变压器
容量等。
(b)要选择合适的电气距离和提高足够的无
功补偿，使得系统电源在可以承受的范围内。
(c)防止融冰电源处的主变穿越功率过载。
(d)尽量不改变或者少改变电网的正常运行
方式，减少运行维护人员对开关、刀闸等元件的操
作次数。
(e)融冰短路电源点尽量选择在主变容量较
大、低压侧有无功电容器、附近有较多无功电源、
负荷比较容易转移到其他地方、1 10 kV侧和220 kV
侧均有旁路母线的变电站较为合适。
表1 500 kV线路估算结果(交流短路融冰)
Tab．1 Results of500 kV line melting (AC)
需融冰的500kV线路长度／km
融冰电源的电压等级／kV 100 150 200
是否具备可行性
短路电流／A 容量／MVA 短路电流／A 容景／MVA 短路电流／A 容量／MVA
35 722 44 48l 29 361 22
l10 2 268 432 1 5l2 288 l 134 216
220 4 536 1 729 3 024 1 152 2 268 864
5OO 1O 310 8 929 6 873 5 953 5 l55 4 465
覃晖，等 南方电网输电线路融冰措施综述
表2 220 kV线路估算结果(交流短路融冰)
Tab．2 Results of220 kV line melting (AC)
需融冰的220 kV线路长度／km
融冰电源的电压等级／kV 50 100 150
是否具备可行性
短路电流，A I容量／MVA 短路电流／A 容量／MVA 短路电流／A 容量／MVA
单分裂导线
35 972 59 486 29 324 20
1lO 3 053 582 1 527 291 l O18 194 √
220 6 l07 2 327 3 053 l 164 2 O36 776
双分裂导线
35 1 343 81 671 41 448 27
11O 4 220 804 2 11O 402 1 407 268
220 8440 3 216 4 220 l 608 2 813 1 072
表3 110 kV线路估算结果(交流短路融冰)
Tab．3 Results of 110 kV line melting (AC)
需融冰的110kV线路长度／km
融冰电源的电压等级／kV 4( 60 lO0
是否具备可行性
短路电流，A 容量／MVA 短路电流，A 容量／MVA 短路电流／A 容量／MVA
35 722 44 481 29 361 22
11O 2 268 432 1 512 288 1 134 216
2．2利用直流加热线路融冰
直流电流产生的热量必须大于导线散热和融冰
热量之和，覆冰才能融化。这要求：线路所通融冰
电流(D 需要达到一定的数值：融冰电流确定以后，
融冰装置的电源容量(P1)对应一定长度的线路
( )，并且装置的电压也受到I~R的限制。
直流融冰方案依据电源提供不同分为两种，如
图2、图3。一种采用发电机电源整流(图2)。发
电机主要为大功率柴油发电机组(也可以是系统存
在的发电机)，主接线改造后，通过旁路接到整流器，
带线路实施融冰。另一种由系统提供电源(图3)，
经整流变压器，在经整流器带线路实施融冰。常用
的直流融冰电源有固定式直流电源、站间移动式直
流电源和发电车移动式直流电源。上述直流融冰电
源具有接线不需经过任何站内原有正常运行的设
备，装置在融冰工作时所产生的直流电流对站内原
有设备不会造成影响：接线方便；无功容量需求不
大的优点，同时也存在引起35 kV侧谐波电压和电
压畸变率的不足。
发电机
卜_『I _一
(a)接线方式1
(b1接线方式2
图2发电机提供电源融冰方案
Fig．2 Power provided by generator
此外，依据接线方式不同也分为两种。接线方
式1(图2(a)，图3(a))是分三次完成三相导线
电力系统
电力系统
A相导线
(a)接线方式1
A相导线
(b)接线方式2
图3系统提供电源融冰方案
Fig．3 Power provided by system
． ． 234．． 电力系统保护与控制
融冰，第一次将A、B两相导线并接后与C相导线
短接，将A、B两相导线并接后接入直流融冰电源
的一个输出端，将C相导线接入直流融冰电源的另
一个输出端；第二次将A、C相并接与B相短接；
第三次将B、C相并接与A相短接。接线方式2(图
2(b)，图3(b))是分两次完成A、B、C三相融
冰，第一次将A、B两相导线短接，将A、B两相
导线接入直流融冰电源的两个输出端，进行A、B
相导线融冰，第二次在A、C相导线融冰。前者与
后者相比，直流压降可以降低25％，容量也可降低
25％ 。
采用直流融冰的设计原则 J：
在一定的环境条件下，直流融冰所需要的整流
器容量决定于需要融冰线路的导线截面及导线长
度。直流融冰方案从技术上可适应于各级电压等级
的不同导线截面的线路。根据不同的应用条件可以
采用不同形式、不同容量的直流融冰装置。
(a)对于500 kV交流线路，在中心变电站安
装固定式直流融冰装置以进行所连接500 kV交流
线路的融冰。
(b)对于220kV和110kV交流线路，根据各
区域交流线路长度和导线截面的统计情况优化后配
置几种型号的站间移动式融冰装置。
(C)2 MW 发电车移动直流融冰装置由于重量
太重，体积太大，适用性不强，但特殊情况下，可
以考虑在35 kV及以下交流线路中使用。
2．3过电流融冰法
过电流融冰法，是在不停运线路／母线、系统正
常运行下增加覆冰线路电流，增大线路发热， 以实
现保线路融冰的目的，可分为几类：
(a)通过调度改变潮流分布。为防止导线覆
冰，对220 kV及以上轻载线路，主要依靠科学的调
度，提前改变电网潮流分配，使线路电流达到保线
电流以上；110 kV及以下变电所间的联络线，可通
过调度让其带负荷运行，并达到保线电流以上。由
于正常运行方式下通过调度转移潮流的程度是有限
的，所以此种方法无法应对大面积的严重冰灾。
(b)利用自耦变压器对特殊结构的多分裂导
线进行融冰。将重覆冰线路改造为装有绝缘间隔棒
的二分裂导线，并将每相的两根导线用三片绝缘子
隔离， 自断开点两侧用悬空T型接线引入融冰变电
所。当需要导线带负荷融冰时，通过专门的融冰自
耦变压器的电压差在二分裂导线产生强迫的融冰环
流，使得导线发热融冰。该方法在宝鸡电业局的110
kV马向I、II线应用多年，在解决小范围覆冰问题
时已有成功经验。
2．4几种实用融冰方法比较
表4是上述几种融冰方法的比较l7．8]。
由表4可知，以目前技术水平，“交流短路融冰
法”与“直流电流融冰法”是面向大型电网的最为
成熟可行的两种融冰手段。
表4几种实用融冰措施的比较
Tab．4 Several practical measures of ice melting
分类 适用范围 可能存在的问题 应用现状
发电机零起升流 220kV、110 kV线路 发电机操控量大，倒闸操作多
交流三 湖南电网、宁夏固原
需要转移负荷，操作比较多；直接短路，对系统电压有
相短路 220 kV、llOkV、 供电局等单位有成
系统冲击合闸短路 一定冲击，融冰法 需核算稳定；可能导致变压器过载；融冰 电
35 kv线路 功应用
流决定于系统条件，可控性较差
湖南中试融冰试验
固定式(大容量) 500 kv线路 平时融冰设备不运行，如何确保能在需要时快速开出
成功
直流融 站问移动可能受到路况、车况限制：临时接线可能出现
站间移动式 220 kV、110kV线路 试验阶段
冰法 移动 问题
式 移动可能受到路况、车况限制：野外接线困难，不定因
发电车移动式 35 kv、l0kv线路 试验阶段
素较多
通过优化调度 110kV线路 无法应对大面积的严重冰灾 小范围应用
过电流
宝鸡电业局成功应
融冰法 自耦变压器 110kV线路 局限于小范围覆冰问题
用
3 结论及建议
这次冰灾给我们的启示除了要完善设计标准，
提高输电线路设计气象条件重现期之外，更重要的
是要坚持以科技手段推进电网防灾减灾。因此通过
本文对输电线路应对冰冻灾害天气的各种措施详细
覃晖，等 南方电网输电线路融冰措施综述 一235一
的对比探讨，得出以下结论：
(1)推行电网差异化设计原则，提高重要线路
的抗灾能力。为确保供电设施的安全可靠，对重要
线路和特殊区段采取差异化设计，提高安全设防水
平。
(2)以目前的技术水平而言，架空地线、绝缘
子以及杆塔尚无有效的融冰方法。针对架空输电线
路，交流短路融冰法与直流融冰法是两种最有可能
供大电网普遍有效应用的融冰方法。
(3)受容量限制， 目前500 kV交流线路只能
用500 kV 变电站固定式直流融冰装置融冰；220
kV、1 10 kV、35 kV交流线路既可用交流短路融冰
法，也可用站间移动式直流融冰装置融冰； 一般
情况下选择低一电压等级作为交流短路电源点进
行220 kV、110 kV、35 kV交流线路交流短路融冰
可操作性相对较强。10 kV线路宜用移动式发电车
带直流融冰器融冰。
(4)考虑经济等因素，500 kv直流线路整线
直流融冰不太现实，只可能通过移动式大容量直流
融冰装置实现分段融冰；同时建议凝冻天气时，在
系统安全许可情况下令500 kV直流线路满载或过
载以尽量使之达到或接近保线电流。
(5)建议设计单位针对重灾区线路开展交流
短路融冰方案研究， 明确交流短路融冰电源点和短
路点。
(6)建议设计单位开展固定式、站问移动式、
发电车移动式直流融冰装置样机开发和深入的设计
研究工作。
(7)考虑建立输电线路覆冰预警系统，对覆冰
地区的重要线路考虑安装线路覆冰在线监测装置，
并采取防冰措施。相关变电站应考虑装设除冰、融
冰设施[9-10l。
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收稿日期：2010-01-05： 修回日期：201O-08—19
作者简介：
覃晖(1982一)，女，硕士研究生，工程师，从事电力

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