(云南电网有限责任公司昭通供电局,昭通 657000)
摘要:为解决恶劣天气输电线路覆冰问题,增强电网的抗冰能力,中国南方电网在下属的地区供电局投入直流融冰装置进行直流融冰技术的研究。直流融冰装置,通过整流变将高电压的交流电变为较低电压的两组交流电,再通过可控硅整流的方式将交流电整流为直流电,再将通过直流母线将直流电引致三相短接好的输电线路,利用电流的热效应使输电线路发热的原理实现覆冰输电线路融冰的装置。
关键词:直流融冰、基本原理、操作管理、引流线搭接
0、前言
昭通市位于云南省东北部,地处云、贵、川三结合部的乌蒙山区腹地,地势西北高、东北低,属亚热带、暖温带共存的高原季风立体气候,冬季雨雪冰冻灾害严重。输电线路覆冰对电网安全稳定运行带来了巨大的挑战。如果不对输电线路覆冰采取措施,将导致输电线路不堪重负,发生断线、倒塔,给电网造成了严重的损坏造成了巨大的经济损失,造成了部分地区的电力供应中断,给居民生产、生活带来了一定的影响。为解决恶劣天气输电线路覆冰问题,增强电网的抗冰能力,中国南方电网率先在昭通供电局投入直流融冰装置进行直流融冰技术的研究应用。
1、直流融冰原理及特点
直流融冰装置,通过整流变将高电压的交流电变为较低电压的两组交流电,再通过可控硅整流的方式将交流电整流为直流电,再将通过直流母线将直流电引致三相短接好的输电线路,利用电流的热效应使输电线路发热的原理实现覆冰输电线路融冰的装置,特点:1、直流融冰装置采用可控整流方式,可实现零起升压和升流,对系统冲击小;2、通过对晶闸管阀组触发角的控制,控制直流融冰装置的输出电压、电流,可适用于不同长度、不同类型的输电线路融冰;3、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;4、直流电在长距离的输电线路上,不必考虑杂散电感和杂散电容的影响,不需要无功补偿来提高输送效率或稳定电压;5、直流电流流过导线内的电流密度分布比较均匀,加热效率高;6、融冰装置还带有线路开路试验OLT模式,可以非常方便的测试换流阀、融冰母线在较长一段时间的停运后,或检修后的绝缘水平。
2、直流融冰装置简介 (以500kV永丰变电站融冰装置为例)
阀组
500kV永丰变电站直流融冰装置于2011年12月10日正式投运,直流融冰装置主要包括整流变压器单元、整流阀室单元、阀组水冷系统单元、户外融冰管母单元、四部分组成,其中整流变单元主要设备有容量为126MW的35kV整流变压器一台, SF6罐式断路器一台,隔离开关一把. 整流阀室单元主要设备由12台晶闸管阀组,12台阳极电抗器,四把极刀以及相应的控制单元组成。阀组水冷系统单元由水风换热器、纯水动力泵组、离子交换器组、高位膨胀水箱、补水泵、贮水箱、电动三通阀、纯水管路及电控箱等八部分组成。户外融冰管母单元主要由融冰管型母线及相应的融冰隔离开关和融冰引流线构成,通过临时引流线或融冰隔离开关与被融线路连接,对500kV、220kV线路及经过绝缘化改造的地线和光缆进行直流融冰,还可以通过导线串接融冰方式对其他变电站的输电线路进行直流融冰。3、三相线路的融冰模式及方式的切换策略
融冰控制模式分为手动模式和自动模式。在条件允许时,可以在融冰后台监控电脑上 进行手动和自动模式切换。手动模式下,当直流融冰装置对某种相序组别的交流线路融冰完成后,手动切入下一组,实现极的起/停及直流隔刀的倒闸操作。自动模式下,直流融冰装置会对某种相序组别的交流线路进行融冰T/n 时间,然后自动实现极的自动起/停及直流隔刀倒闸操作后,对下一种相序组别的交流线路再进行融冰T/n 时间,然后再自动实现极的自动起/停及直流隔刀倒闸操作,后再对下一种相序组别的交流线路进行融冰T/n 时间,……,总的融冰时间达到T 后自动闭锁,n为相序组别数。
融冰方式有两种,分别是:1-1 融冰方式和1-2 融冰方式:
1-1 融冰方式:每次对三相交流线路的两相导线进行融冰,一相与融冰装置直流电压的正极相连,另一相与融冰装置直流电压的负极相连;
1-2 融冰方式:每次对三相交流线路的三相导线进行融冰,一相与融冰装置直流电压的正极相连,另外两相并接,再与融冰装置直流电压的负极相连;
直流融冰装置的结构(三条直流母线,4个选相隔离开关,对应三条交流输电线)可以构成5 种直流电流输出方式,形成直流融冰回路。这5 种直流电流输出方式对应着两类输电线路直流电阻,如果单程的线路直流电阻为R,则1-1 融冰工作方式直流电阻为2R,1-2 融冰工作方式直流电阻为1.5R。所以1-2 融冰工作方式所要求的直流融冰电源的功率相对较小,较长线路融冰时,可选择1-2 融冰工作方式,而回路电阻的差异对输出电流的影响,可以由控制的装置输出电压来进行调整,保证输出直流电流维持在要求的输出值。
4、直流融冰操作管理模式
直流融冰操作管理摸式,线路融冰作业采用设备运维单位融冰操作负责人组成的融冰工作组指挥模式,由融冰操作负责人对每条融冰线路编制对应的融冰操作手册,并由融冰操作负责人下令开展直流融冰操作管理,即将覆冰线路停电后,将线路两侧厂站接地开关的调度管辖权限,移交给融冰工作组开展融冰作业,线路直流融冰工作结束后,值班调度员终止融冰操作授权,线路由融冰工作方式转为正常方式,实现了专事专管,避免了融冰应急期间出现融冰操作管理混乱,误操作、误调度事件的发生。
5、直流融冰母线与输电线路的连接方式
需要将直流融冰装置所产生的直流电接入输电线路,目前接入的方案有:人工临时搭接、通过融冰隔离开关搭接、串接融冰方式。
目前大部分输电线路的直流融冰,采用人工临时搭接的方案,是输电线路停电到检修状态后,再由人工临时安装的方式,将事先准备好的搭接引流线,将直流融冰母线通过搭接引流线接入输电线路,由于变电站出线构架高,输电所人员进入变电搭接、拆除引流线搭接时间长,搭接和拆除引流线最快都需要1.2小时左右,工作效率低输电线路停电时间长,搭接引流线属于高空作业,工作人员劳动强度和作业风险高,规范性不强,由于引流线搭接工艺的问题,搭接处的接触电阻往往偏高,在融冰大电流的作用下,搭接处有可能出现导线过热烧毁的事故。
少部分输电线线路直流融冰,采用融冰隔离开关搭接的方案,输电线路正常运行时,融冰隔离开关处拉开位置,不影响输电线路的正常运行,当输电线路覆冰需要启动融冰时,将线路停电带冷备用状态,融冰装置侧合上直流融冰隔离开关即可把融冰母线与输电线路连接到一起,线路对侧合上短接融冰隔离开关,启动融冰装置,将装置产生的直流电通过融冰隔离开关输送到输电线路上,对覆冰线路进行直流融冰,融冰隔离开关加装好后,操作简单,变电站值班员操作拉、合融冰隔离开关最多只需要5分钟左右,工作效率高输电线路停电时间较短,给电网的安全稳定运行提供了保障,也避免了雨雪天气输电人员的作业风险,运行维护方便、规范性强,只要检修人员定期做好融冰隔离开关的维护保养工作,就可以避免导线过热烧毁的事故。
目前昭通供电局还开创了串接融冰方式,采用人工临时搭接方法将同电压等级或不同电压等级的两条或多条串接到一起进行直流融冰,不同电压等级的线路间隔在站内的直线距离往往较远,所以导线与导线之间用绝缘电缆搭接,搭接和拆除电缆最快都需要2小时,工作效率低输电线路停电时间长,搭接引流线属于高空作业,工作人员劳动强度和作业风险高,规范性不强,由于引流线搭接工艺的问题,搭接处的接触电阻往往偏高,在融冰大电流的作用下,搭接处有可能出现导线过热烧毁的事故,展放电缆时人员有误碰其他运行设备发生人员触电事故的风险,绝缘电缆布置在变电站开关场地面上,如果绝缘电缆的绝缘遭到破坏,有引起人员触电的风险。
6、提高直流融冰效率及安全方法
在变电站的易覆冰线路间隔进行技术改造,在线路两侧加装融冰隔离开关,提高融冰工作效率,缩短输电线路停电时间,给电网的安全稳定运行提供保障,也避免了雨雪天气人员的作业风险,只要检修人员定期做好融冰隔离开关的维护保养工作,就可以避免导线过热烧毁的事故。
串接融冰方式,对于有覆冰线路无融冰装置的变电站进行技术改造,加装融冰母线及融冰隔开关,融冰时就可以通过合上不同线路的融冰隔离开关,将线路与融冰母线串接到一起就可以进行直流融冰,工作效率,缩短输电线路停电时间,给电网的安全稳定运行提供保障,也避免了雨雪天气人员的作业风险,只要检修人员定期做好融冰隔离开关的维护保养工作,就可以避免导线过热烧毁的事故,也可以避免人员误碰其他运行设备发生人员触电事故的风险,也可以避免融冰串接的绝缘电缆的绝缘遭到破坏,引起人员触电的风险。
7、直流融冰倒闸操作注意事项
(1)为保证搭接引流线人员的安全,未装设融冰隔离开关线路融冰时必须先将该线路停电转检修,直流融冰母线处检修状态时,才允许进行融冰引流线的搭接工作。
(2)融冰设备的相关投退操作必须按值班融冰负责人的命令进行。
(3)融冰升流前必须检查,融冰装置水系统电导率合格,且运行正常。
(4)空载加压试验时,必须进入空载加压试验界面将OLT设置为ON,方可进行相关操作。试验结束后,必须将OLT设置为OFF,进行升流试验或者对线路进行升流融冰前,必须检查OLT在OFF位置,以防止融冰升流时发生融冰装置误跳闸。
(6)由于融冰装置电源取自,变电站内主变低压侧,故融冰前,应对变电站内主变低压侧负荷进行调整,确保融冰时不会出现主变过负荷。
(7)为保证非融冰期间输电线路的正常运行,融冰隔离开关正常时保持在分位,电动操作机构的融冰隔离开关操作电源、电机电源保持在断开位置,有操作时操作完成后必须将融冰隔离开关操作电源、电机电源断开。
结语:
随着我国电力系统的不断发展,大容量长距离的输电线路已经成为电网输电的主骨架,如果骨架内的输电线路出现出线严重的覆冰,导致输电线路不堪重负,发生断线、倒塔,将给电网的安全稳定带来巨大破坏,为解决低温冰冻恶劣天气输电线路严重覆冰问题,增强电网的抗冰能力,电网企业投入了直流融冰装置进行直流融冰技术的研究及推广。
参考文献:
张国荣,杨堂华. 直流融冰装置运行操作经验总结【J】. 电力安全技术,2010,12(11):9.