光纤复合架空地线直流融冰绝缘化改造方法应用研究

在覆冰季节,输电线路重冰区段的光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)易发生因覆冰后应力过载导致的光纤断裂事故。覆冰已严重影响重冰区段的OPGW光缆安全运行。针对既有线路,可采用对OPGW(地线)绝缘化改造后,通过直流融冰消除覆冰。以国网凉山公司110 kV雷坝二线N56至N80重冰区段OPGW(地线)为研究对象,在已有OPGW绝缘化改造直流融冰研究成果基础上,对包含OPGW(地线)直流融冰回路、绝缘段感应电压计算、接地方式、地线绝缘子选型在内的关键技术问题进行了研究。目前,采用所研究成果实施的N56至N80重冰区段OPGW绝缘化改造工程已完成。在2018年冬季至2019年春季,已对该线路绝缘改造区段OPGW开展直流融冰4次,融冰效果良好,线路运行正常。对该线路OPGW(地线)绝缘改造涉及到的关键技术说明可供后续OPGW绝缘化改造参考。     

一起高压输电线路直流融冰感应过电压分析

针对500 kV鸭渓—福泉Ⅱ回输电线路的直流融冰遇到的感应过电压问题,进行了理论计算和实测,结论为:此感应过电压是由于并行运行的输电线路的感应电压扰动导致了融冰线路的过电压保护间隙击穿放电所致,可通过变更直流融冰方式或根据整流装置的参数调整间隙距离来解决。     

330kV OPGW感应电压分布计算和影响因素研究

330 kV输电线路架空地线采用双地线架设方式,一根为钢绞地线,一根为光纤复合地线。研究表明,地线采用分段绝缘、一点接地时电气性能优于逐塔接地和经火花间隙接地,既限制了地线上的感应电压幅值,也减小了地线感应环流及环流损耗,且具有良好的保护性能。笔者应用电磁暂态计算程序建立330 kV输电线路模型,对OPGW地线感应电压的沿线分布进行研究。研究表明,当地线采用分段绝缘、一点接地的接地方式时,绝缘分段长度越长,绝缘地线绝缘端的感应电压越高;当输电线路采用逆相序反向换位时,OPGW地线感应电压比其他导线排列方式和换位方式下的地线感应电压都小。     

超高压输电线路架空地线直流融冰试验分析

验证超高压输电线路架空地线直流融冰的可行性。以500 kV桂林变电站融冰装置为例,确定超高压输电线路架空地线融冰接线方式,在此基础上介绍线路普通地线及OPGW地线融冰的仿真建模方式和特点。通过实际应用验证了超高压输电线路普通地线及OPGW地线直流融冰的可行性。在超高压输电线路架空地线融冰试验过程中,发现地线放电间隙过小导致直流融冰装置闭锁,架空地线融冰接线方式转变困难,普通地线和OPGW地线因过电流被烧断等问题。针对以上问题提出了解决办法。     

光纤复合架空地线直流融冰绝缘化改造对地线绝缘子与并联放电间隙的电气要求

为满足光纤复合架空地线(OPGW)直流融冰的需要,同时解决环流损耗和易遭雷击断股等问题,须将OPGW接地方式由目前常用的逐塔接地改造为分段或全线绝缘、单点接地方式;OPGW经地线绝缘子及其并联放电间隙与杆塔相连。为此,提出了OPGW直流融冰绝缘化改造对并联放电间隙的电气要求,分别对正常运行时、地线直流融冰条件下和雷击情况下的并联放电间隙电气性能进行了详细的计算分析和试验研究。结果表明:并联放电间隙距离选择应满足感应电压和直流融冰电压的耐受要求,还应保证并联放电间隙在雷电过电压下可靠击穿;要满足工频感应电压的耐受要求,间隙距离可取20~100 mm;要满足直流融冰电压为-20 k V×(1±10%)的耐受要求,间隙距离应大于60 mm;考虑到间隙放电的分散性,间隙距离宜适当增大,推荐值为70~80 mm;70~80 mm间隙距离的雷电冲击放电电压一般不大于100 k V,线路遭受雷击时,地线绝缘子与并联放电间隙所承受的电压至少为885 k V,甚至高达数MV,并联放电间隙能可靠击穿,从而确保地线绝缘子的运行安全性。该研究结果可为OPGW直流融冰绝缘化改造提供理论支撑和数据支持。     

750kV架空地线接地方式及损耗研究

随着电力需求的增长,电压等级升高,输送容量增大,地线感应环流损耗比例虽然不大,但总量却越来越大,造成运行费用的增加。笔者对多种750 kV架空地线接地方式下地线的感应电压、电流以及损耗进行了计算研究,并对系统产生过电压时地线的运行状况以及地线接地方式对系统过电压的影响进行了分析计算。结果表明:光纤复合地线(OPGW)采取分段绝缘一点接地时,地线电能损耗最小,电气性能最好;不建议OPGW采用全线绝缘或者全线绝缘首末两端接地这两种接地方式;地线的接地方式对线路过电压也有影响,其中采用分段绝缘一点接地方式时,线路过电压较高。     

输电线路架空地线节能接地技术

架空地线与导线之间存在电磁感应,由此带来架空地线电能损耗问题。对架空地线节能接地技术进行系统研究,提出架空地线感应电压的控制原则,区分单回、多回线路提出架空地线节能接地方式以及地线分段节距计算公式。提出地线绝缘子及间隙选型要求,给出标准大气压以及不同海拔、温度、湿度条件下间隙距离参数,对冰区绝缘子还提出了覆冰绝缘配置和直流融冰技术要求。提出多种光纤复合地线（optical fiber composite overhead ground wire, OPGW）节能接续方案,并介绍了OPGW常用金具。提出的架空地线节能接地技术已在广东电网冰区、非冰区线路中实际应用。     

融冰绝缘地线对变电站雷电过电压的影响

地线直流融冰采用了全线绝缘化设计,而地线绝缘化设计将对变电站雷电过电压产生影响。以500 kV融冰绝缘地线为例,介绍了融冰绝缘地线架设方式,采用 ATP-EMTP 软件建立500 kV变电站雷电侵入波过电压模型,分析了融冰绝缘地线架设对500 kV变电站雷电过电压的影响,总结了雷击点位置、杆塔接地电阻、避雷器配置方案对变电站设备雷电过电压的影响规律。研究结果表明：融冰绝缘地线架设对变电站设备最大过电压影响很小;雷击杆塔离变电站越近,变电站高压设备产生的过电压越大;母线避雷器对变电站设备保护效果较好,雷电侵入波产生的最大过电压下降较多;杆塔接地电阻越小,变电站设备最大过电压越小。其结论对涉及融冰绝缘地线变电站具有一定的参考价值。     

大容量直流融冰系统在500kV康定变的应用

研制了12脉动整流融冰方式、额定输出直流电流5000 A下容量最大的直流融冰系统。根据融冰交流线路参数,对PCS-9590融冰系统设计研制过程中几个比较重要的方面,包括融冰方案、主电路设计、过电压和绝缘配合、控制保护系统等进行较为详细的论述。现场应用表明,直流融冰是解决线路覆冰、缓解冰雪灾害的有效方案。     

OPGW光纤复合架空地线异常发热现场测量分析及仿真

针对光纤复合架空地线(optical fiber compositeoverhead ground wire,OPGW)在变电站构架连接处的异常发热问题,对其接地回路感应电流、电压进行现场实测,分析出异常发热原因是构架处OPGW主接地不良导致接地电流转移至耐张连接回路,且发热功率较大及较集中。据此进一步开展OPGW感应电流、发热功率的仿真研究,仿真与实测数据基本吻合。研究表明线路负荷电流、杆塔接地电阻以及OPGW与构架连接接触电阻对OPGW接地回路分流及发热功率存在不同程度的影响。     

地线绝缘化对500kV威甘甲线耐雷性能影响理论分析

在中重冰区地线覆冰将影响架空输电线路的安全运行,地线除冰尤为重要。直流融冰是解决架空输电线路导线覆冰的有效措施,地线绝缘化是地线能够进行直流融冰的前提条件。地线绝缘化后其电气性能必须满足正常运行、融冰运行及线路防雷等的条件。笔者以500 kV威甘甲线地线绝缘化为例,介绍其地线绝缘化的方式,及地线绝缘化后绝缘子及绝缘子间隙的电气性能;利用EMTP仿真软件对地线间隙击穿与雷电流幅值的相关性进行了分析;理论计算威甘甲线地线绝缘化前后其保护角及雷击跳闸率的变化,得出因融冰需要地线绝缘化后500 kV威甘甲线耐雷性能变化不大的结论。     

±500kV直流输电线路地线融冰方案研究

覆冰灾害天气会对电网造成极大破坏,引发大面积停电。地线融冰技术是一项防止倒塔、铁塔受损和断线等事故发生的有效方法。文章以±500 kV云贵直流线路工程为依托,利用换流站已配置的地线融冰装置,对地线融冰电流选取、接线方案选择、绝缘配置以及附属设施等进行深入分析和研究,提出了合适的地线融冰技术方案,为后续超高压直流输电线路地线融冰的设计提供参考。     

超高压输电线路融冰绝缘地线单相短路电流分析

对于重覆冰架空线路,地线直流融冰采用了全线绝缘化设计,而地线绝缘化设计将影响短路电流在杆塔和地线中的分配。地线短路电流的准确计算对分析跨步电压和地网安全有重要意义。以实际全线绝缘地线为研究对象,详述融冰绝缘地线架设方式,利用ATP-EMTP仿真软件建立全线绝缘地线输电线路模型。研究了超高压融冰地线接线系统在不同单相短路状况下的短路电流分布特征,并与未绝缘化地线相比较。研究结果表明:单相短路地线感应电压将引起融冰绝缘地线间隙击穿,融冰绝缘地线架设改变了短路电流通道回路;绝缘架设后流回变电站地网短路电流变化不大,不会对地网安全造成影响;在短路点杆塔入地电流值升高最大,需特别考虑其跨步电压问题。     

南方电网主网架直流融冰工作流程与融冰效率研究

自2008年冰灾后,南方电网在西电东送主网架输电通道中加装了6套直流融冰装置,其中高肇直流高坡站直流融冰装置为南方电网首套高压直流输电线OPGW融冰装置。现有的研究工作大多只涉及线路两侧未安装融冰短接刀闸情况下相线融冰技术的研究与计算,实际上,地线覆冰是仅次于相线覆冰的影响系统冰期安全运行的因素,融冰短接刀闸的装设能够大大提高融冰效率。在此背景下,笔者介绍了6套直流融冰装置特别是高坡站OPGW直流融冰装置的概况,分析了基于覆冰预警系统的直流融冰工作流程及安装融冰短接刀闸前后的融冰效率。最后,对分析结果进行了总结,指出OPGW融冰具有可行性和必要性,并建议制定工作流程、加装融冰刀闸以提高融冰效率。     

基于12脉动整流技术的500kV输电线路融冰装置实现

500kV输电线路多采用分裂导线,因此常规的交流融冰方法难以提供足够的融冰电流。为解决500kV覆冰线路的融冰问题,提出了基于12脉动整流技术的高电压、大电流直流融冰方案。并根据500kV输电线路长度的多样性,采用了多档位调压、直流输出方式灵活组合的线路融冰方法。数学理论分析和系统仿真计算表明该方法能够满足不同长度的500kV输电线路的融冰电流需求。根据湖南500kV变电站线路参数,研制了满足15～50km的500kV线路融冰需要的大功率直流融冰装置,并进行了现场运行试验。试验结果为:现场试验波形与设计仿真波形一致,验证了系统模型仿真和理论分析的正确性;500kV线路导线温度从初始31.3°C升至42.9°C,温升11.6°C,温升明显;且直流融冰装置运行正常。试验结果表明,该方法可满足500kV分裂导线的融冰电流需要,电流热效应明显,可较好解决超高压输电线路的覆冰问题。     

复合光纤架空地线交流融冰法的研究

冰灾引发的输电线路覆冰事故严重危害电力系统安全稳定运行,尤其是电力通信地线的覆冰事故,可能造成供电、通信中断等危害,因此,提高地线融冰技术是关键。本文提出一种复合光纤架空地线新型交流融冰法,具有感应电压低、无功小、融冰电源设备成本低、操作方便等优点,适用于受灾的复合光纤架空地线(OPGW)耐张段间覆冰线路的融冰,局部针对性融冰确保线路耐压耐热要求,减小融冰耗能。所提出的OPGW结构采用漆包线绕制无感双绞线取代铝包钢中心线作为加热源。设计制作实验样品,并进行裸导线加热升温实验以及OPGW融冰实验。基于热路法,建立等效热路模型,进行温升计算及Matlab仿真,实验结果和计算结果基本吻合,初步验证新型OPGW结构交流融冰的可行性。     

特高压直流输电线路分段直流融冰方案

针对融冰线路一般不是全线覆冰的情况,提出了在重冰区线路下方建设分段直流融冰站的分段直流融冰方案。融冰距离取100km,通过对特高压直流线路大截面导线融冰电流范围和融冰时间的计算,确定融冰电流为12 000A,所需融冰功率153MW。为满足融冰功率的需求,提出了分段直流融冰站所需交流电源的电压等级为220kV。最后设计了2套24脉动整流电路并联的分段直流融冰装置,并对装置的设备参数进行了设计选型。通过Matlab仿真软件对特高压直流线路的分段直流融冰进行仿真,结果表明设计的装置其融冰电流可达10 980A,且输出电压为24脉动,总谐波畸变率(THD)仅0.83%,验证了该方案的可行性。     

1000kV同塔双回线路感应电压和电流的计算分析

同塔双回输电线路在一回运行、一回检修时,检修回路及地线中会产生感应电压、电流。使用EMTP仿真计算了1 000 kV交流特高压同塔双回输电线路1回线路停运检修时,运行回路对检修回路和地线的感应电压、电流,并对输电线路和地线上的感应电压、电流的影响因素进行了分析。可为特高压同塔双回线路检修及带电作业等方面的工作提供参照依据。     

地线绝缘化对超高压线路耐雷性能研究

直流融冰是解决架空输电线路导线覆冰的有效措施,地线绝缘化是地线能够进行直流融冰的前提条件。以500 kV超高压线路地线绝缘化为例,利用EMTP仿真软件对地线间隙击穿与雷电流幅值的相关性进行了分析,得出绝缘化地线对超高压输电线路耐雷性能影响不大的结论。这对于运行全线绝缘化地线,防止输电线路雷击闪络、杆塔分流系数、故障塔电位上升及电力网络经济和合理设计等研究具有一定的参考价值。     

交流输电系统直流融冰装置设计及其应用

为了应对越来越频繁的冰灾,减少覆冰造成的电网设备破坏,避免大面积断线倒塔,进行了直流融冰装置的研发和应用。根据各电压等级架空线路直流融冰参数分析结果和人工气候试验室试验结论,提出了适用于我国电网交流输电线路的直流融冰技术方案。基于直流融冰关键参数研究结果,针对直流融冰的特殊性和变电站实际情况,提出了带专用整流变压器的12脉动直流融冰装置和不带专用整流变压器的6脉动直流融冰装置这2种经济实用的拓扑结构,完成了样机研发和现场试验。根据实际应用效果,进行了直流融冰装置的推广应用。2009—2012年覆冰期直流融冰装置在国内特别是南方电网的实际应用表明,这种直流融冰装置显著提高了电网抵御冰灾的能力。