鐵路電力系統(tǒng)防冰融冰技術研究報告

BeijingJiaotongUniversity

鐵路電力系統(tǒng)防冰融冰技術

研究報告

一、小組成員及分工二、研究的背景及意義

供電系統(tǒng)在遭遇的各種自然災害中，冰災是最嚴重的威脅之一，當嚴重冰災持續(xù)來襲時，輸電線路難免會出現(xiàn)覆冰。鐵路電力系統(tǒng)受大氣候、微地形、微氣象條件的影響，又因為發(fā)生冰害事故時往往天氣惡劣、冰雪封山交通受阻、通信中斷、搶修十分困難，因而經(jīng)常造成系統(tǒng)長時間停電，給鐵路客貨運輸造成嚴重損失，經(jīng)濟損失慘重。

近些年來，冰災破壞程度越來越強，影響越來越廣，應對難度也越來越大。在鐵路方面不斷高速發(fā)展的情況下，鐵路電力系統(tǒng)在工程和運行中如何應對電網(wǎng)覆冰帶來的危害，成為一項重要課題。三、研究成果(一)

目前電網(wǎng)電力系統(tǒng)主要采用的防冰融冰技術

當嚴重的冰災持續(xù)來襲時，露天電力設備和輸電線路覆冰在所難免，因此有必要對這些電網(wǎng)設備進行除冰。主要有以下幾個大類：

1.過電流融冰法

過電流融冰技術是在線路導線或地線上通過加以高于正常電流值的傳輸電流，提高電路產(chǎn)熱量，從而達到融冰目的，其大致可分為以下幾種：

（1）帶負荷融冰法；

（2）基于移相器的帶負荷融冰法；

（3）用自耦式變壓器對特殊結構的多分裂導線進行融冰法。2.交流短路融冰法

短路電流融冰法就是在架空線路的某一點裝設三相融冰短路線(但不接地)，再對線路送實際融冰電源，經(jīng)過一段時間后，線路發(fā)熱，從而將架空線路上的覆冰融化。工作中常采用以下兩種方法：

（1）先將線路短路，由發(fā)電機帶融冰線路零起升流。一般情況下，零起升流法只適用于需要的融冰電流較小的輸電線路，且要求發(fā)電機容量較大。（2）先將線路短路，控制斷路器對三相短路線路進行全電壓沖擊合閘。這種方法，必須根據(jù)融冰電流及短路電流大小選用適宜的短線回路阻抗，一般的都是通過第一級的電壓對相應的高一級的線路實行短路融冰，電壓水平維持在正常的運行狀態(tài)。

3.利用直流電流加熱線路融冰

直流融冰是將覆冰線路作為負荷，提供直流電源產(chǎn)生較低的電壓來提供短路電流，使之產(chǎn)生熱量，加熱導線，從而達到覆冰融化的目的的一種融冰方法。這種方法直流電流產(chǎn)生的熱量必須大于導線散熱量和融冰熱量之和，電線上的覆冰才能融化。

4.其它除冰方法

（1）機械除冰法：滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機械方法，其過程是由地面工作人員拉動可以在線路上行走的滑輪達到鏟除覆冰的目的。基本的機械除冰法對設備、環(huán)境要求較低、耗能小、價格低廉，但操作困難、安全性能亦需完善，所以該方法并不適用于我國西部高海拔、地形復雜地區(qū)。（2）被動除冰：就是依靠自然的力風、地球吸引力、隨機散射和溫度變化等被動脫冰的方法。這種方法不需要附加外界能量條件，已經(jīng)運用到輸電線路上的有線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風力錘等來預防或減少輸電線路上的覆冰。這種方法的優(yōu)點是費用低，但也有一定的缺點就是不能完全阻止覆冰的形成，這只僅僅適用于特定的地區(qū)，范圍較窄。

（3）熱力融冰：增大導線的傳輸電流融冰或采用短路電流融冰，加裝低距離溫度磁環(huán)或低距離溫度磁力線，促使導線自身發(fā)熱，溫度升高。這種融冰方法要消耗較高的電能。

這幾種方法以外，也有利用電磁脈沖、氣動脈沖、電暈放電、電子凍結、碰撞前顆粒加熱和凍結等防冰除冰的方法，但這些都是理想或試驗階段中，未能實現(xiàn)，還不夠成熟，還需要加以研究和探討。目前國內(nèi)外設計的除冰機械人通常由爬行機構、越障機構、除冰機構三部分組成，并且向著小型化、實用化、可越障、智能化的方向發(fā)展。(二)

鐵路電力系統(tǒng)的防冰融冰技術

由于地形限制和負荷特點，決定貫通線通常采用架空和高壓電纜混合聯(lián)結的方式，同時因為傳輸負荷輕，導線截面積較小，且貫通線長度較短，一般不超過70km，所以鐵路貫通線存在特殊性，即在覆冰融掉的同時，融冰電流又不能太大，致使電纜過熱導致絕緣損傷。鐵路供電系統(tǒng)中的主要外線即貫通線融冰不能簡單地取用或移植電網(wǎng)電力系統(tǒng)的防冰技術。

1.架空與電纜混合的鐵路電力線路融冰技術

交流融冰對純架空線路是較為容易的，適應大部分一般鐵路35／10kV貫通線供電系統(tǒng)。因為電流可以大于允許載流量的1．15倍以上，脫冰方式可以根據(jù)融冰電流進行選擇，即可根據(jù)現(xiàn)場條件及其貫通線運行要求進行靈活選擇和配置。貫通線采用架空和電纜混合線路時，由于融冰電流受到高壓電纜耐受電流能力限制，使得融冰電流限制較為困難。綜合考慮，以融冰時間在1～2h較為適宜。2.采用10kV電源的融冰方案

直接短路法是電力部門常用的高效融冰方法。要求10kV電源必須完好且容量足夠，通�？扇诒�的線路長度需要配套。研究表明：對LGJ35～70導線，可融冰線路長度以35km左右為宜；對LGJ95～l50導線，則適度減少到30km左右(對應融冰電流350～470A)。超過此長度，需要考慮分段融冰法。通常采用中間短路的方式，兩端注入電源，則融冰線路長度超過70km，足以覆蓋所有常規(guī)的貫通線長度。通常所需的有功功率為2700～3700kW，需要跨過調(diào)壓器直接從外部電網(wǎng)引入接線，相應的開關保護設計需要配套。如果有電纜串聯(lián)，則應串聯(lián)小電抗等限流措施保護導線電纜部分以免過熱受損。(三)

鐵路電力系統(tǒng)防冰融冰技術建議

1.適度提高貫通線技術標準，加強防冰工作的系統(tǒng)性研究。在線路設計和運行階段都要加強防冰措施，即設計避冰、改進抗冰、運行除冰。在線路設計階段，對于進入重冰區(qū)的線路，必須提高線路、桿塔、絕緣子和附屬金具等設備的防冰雪、雨霧和污染的等級；對于已有線路，在滿足經(jīng)濟性和時間條件許可的情況下，對線路及其相關設備進行改進，如更換新型導線、采用防冰涂料、增加防覆冰裝置等，以增強其抗冰雪能力。

2.參照電力部門的融冰管理方法，及早研究制定鐵路電力系統(tǒng)機械除冰操作規(guī)范、熱力融冰操作規(guī)范等，制定應對大雪和冰災的應急預案。針對鐵路電力系統(tǒng)融冰的特殊性，優(yōu)化采用最佳電流值配置的短路熱力融冰方法，適時建立冰情監(jiān)測系統(tǒng)。

3.基于電力線路防冰技術研究，通過加強對導線覆冰機理、模型，覆冰導線舞動機理和電力線路各種防冰除冰技術的改進及其實用化的研究，進一步對牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)和附加導線的覆冰導線舞動機理進行深入研究。

4.認真考察和評估電網(wǎng)預防和應對各種意外大規(guī)模災害和事故的能力，制定適應不同等級電網(wǎng)、不同地區(qū)電網(wǎng)特點的應急計劃，以及災后快速恢復和重建機制。四、研究總結

鐵路電力系統(tǒng)由于其線路結構的獨特性，除了采用基本的電力系統(tǒng)防冰融冰技術外，還要特殊考慮其貫通線的防冰融冰方法，目前這一方面還尚未完善，還有進一步的研究價值。五、參考文獻

[1]張紅偉.淺談電網(wǎng)防冰融冰技術及應用[J].淮北職業(yè)技術學院學報，201*，11(3)：91-92.

[2]吳天啟.鐵路電力系統(tǒng)防冰除冰技術[J].中國鐵路，201*(8)：26-29[3]劉文濤,和識之,陳亦平等.基于直流融冰的電網(wǎng)大面積冰災防御策略[J].電力系統(tǒng)自動化,201*,36(11):102-107.

[4]張慶武,呂鵬飛,王德林等.特高壓直流輸電線路融冰方案[J].電力系統(tǒng)自動化,201*,33(7):38-42.

擴展閱讀：電網(wǎng)冰災案例及抗冰融冰技術綜述

第2卷第2期/Vol.2No.2201*年4月/Apr.201*南方電網(wǎng)技術SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGY特約抗冰融冰技術/pp.1-48Special:Anti-/De-icingTechnology

文章編號：1674-0629(201*)02-0001-06

中圖分類號：TM711；TM712

文獻標志碼：A

電網(wǎng)冰災案例及抗冰融冰技術綜述

許樹楷，趙杰

(南方電網(wǎng)技術研究中心，廣東廣州510623)

ReviewofIceStormCasesimpactedseriouslyonPowerSystems

andDe-icingTechnology

XUShu-kai,ZHAOJie

(CSGTechnologyResearchCenter,Guangzhou,Guangdong510623,China)

Abstract：Theworldwideicestormcasesimpactedseriouslyonpowertransmissionsystemsarepresented.Furthermore,withareviewofliteraturesrelatedtoanti-icing/de-icingtechnologyforpowergrids,anintegratedschemeforresponsingicestormisproposedwiththreeaspects.Firstly,tobuildupamonitoringsystemfortheimportanttransmissionlinesthatcanactivateforriskanalysisofdamageandthuscanenhancetheanti-icingcapabilityofpowergrids.Secondly,toupgradethedesignstandardoftransmissionlinesinthepotentialheavyiceregion,andtoemployvariousmeasuresfordifferentareas,suchasclassicanti-icing/de-icingmethodsreviewedinthispaper,ornoveltechnologybeingdevelopedforthispurpose.Finally,tosetupadecisionsupportsystemtohelpeffectuallymaketheresourceinconformitytorestorethegridforquickpowersupplywhenseriousicestormbefalls.

電流融冰”和“直流電流融冰法”等方法外，開展基于新技術、新材料的抗冰防冰措施研究，因地制宜采用抗冰融冰技術。三是建立完善的電網(wǎng)恢復決策支持系統(tǒng)，當輸電系統(tǒng)遭遇冰災時，能有效地整合資源，修復電網(wǎng)，迅速地恢復電力供應。

關鍵詞：冰災；電網(wǎng)；抗冰；融冰

冰災對電力傳輸?shù)奈：υ谟�，電網(wǎng)系統(tǒng)覆冰嚴重時會斷線、倒桿塔，導致大面積停電事故，且事故發(fā)生在嚴冬季節(jié)，大雪封山，公路結凍，難于搶修，造成長時間停電。因此，冰雪、凍雨是許多國家電網(wǎng)系統(tǒng)所面臨的嚴重威脅之一。自20世紀40年代以來，冰災的威脅是半個多世紀來電力系統(tǒng)工業(yè)界與學術界一直竭力應對的一大技術難題。

為了抗擊冰害對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，各國除了在線路設計階段已經(jīng)針不同地區(qū)氣象條件的差異，制定相關的設計規(guī)范和導則之外，還投入了很大的力量研究線路在冰災條件下的抗冰融冰技術。為了掌握已有的研究成果，本文在全面收集有關技術文獻資料的基礎上，整理了近年來世界范圍電網(wǎng)系統(tǒng)主要冰災案例，對現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)抗冰融冰技術和應用情況進行深入的討論和分析，展望了電網(wǎng)系統(tǒng)抗冰融冰技術的發(fā)展方向。

Keywords：icestorm;powergrid;anti-icing;de-icing

摘要：介紹了近年來世界范圍主要冰災案例。綜述有關電網(wǎng)應對冰災影響的文獻資料，認為開展電網(wǎng)冰災綜合防治體系，主要包括以下3個層面：一是在覆冰嚴重的重要線路推廣使用覆冰監(jiān)測預警系統(tǒng)，分析電網(wǎng)安全風險，提高電網(wǎng)防冰抗冰的災害預防能力。二是適當提高潛在的重冰地區(qū)輸電線路的設計標準，針對不同的區(qū)域，除應用成熟的“過

1近年來世界范圍主要冰災案例1.1201*年中國南方電網(wǎng)的冰災

201*年年初，受北方南下強冷空氣和西南暖濕2

南方電網(wǎng)技術

201*年

第2卷

氣流共同影響，南方區(qū)域的貴州、廣西、廣東、云南等省遭遇歷史上罕見的雪凝災害性天氣，電力基礎設施遭到大面積的嚴重破壞，據(jù)統(tǒng)計，截至2月27日，低溫雨雪冰凍災害造成南方電網(wǎng)10kV及以上線路7541條被迫停運，35kV及以上變電站859座被迫停運，10kV及以上線路倒桿倒塔及損壞126247基。

1.21998年美加冰災[1]

從1998年1月5日0時開始，美國東北部和加拿大東南部凍雨的氣象條件持續(xù)了6天，降水量驚人。從Ontario東南部和紐約北部到魁北克的西南部，凍雨量累計超過80mm。冰災對加拿大和美國都造成了巨大的經(jīng)濟損失。加拿大的Ontario東南部和魁北克南部省份的受災情況最為嚴重，造成了28人死亡，超過100人緊急送院治療。由于覆冰嚴重，大量輸電線路鐵塔、樹木等倒塌，電力供應中斷，交通堵塞，通訊異常。大約60萬人撤離家園，10萬人需要到臨時收容站避寒。風暴給電網(wǎng)帶來了嚴重的影響，造成了范圍廣闊的電力中斷。

據(jù)統(tǒng)計，Hydro-Quebec的電力網(wǎng)絡超過3000km受到冰災影響，造成1000座高壓輸電桿塔、30000座配電桿塔倒塌，4000臺變壓器需要修復。Hydro-Quebec和OntarioHydro電網(wǎng)系統(tǒng)的維修費用為10億（加拿大元）。美國在大范圍和持續(xù)的電力中斷下，20條主要輸電線路、13000座電線桿、1000臺高壓設備和5000臺變壓器需要更換，費用高達1750萬美元。

美加冰災造成470萬加拿大人和50萬美國人遭受停電影響，其中40萬戶居民停電超過兩個星期，電網(wǎng)系統(tǒng)的修復直到10月份才完成。據(jù)估算[2]，冰災給美加造成的經(jīng)濟損失折合到201*年1月約為35億美元。

1.3其他主要冰災案例[2]

瑞典1921年10月的冰災帶來了嚴重的積冰現(xiàn)象，考慮到現(xiàn)時的電網(wǎng)規(guī)模，據(jù)專家推測當時的低溫、大雨和強風天氣如在現(xiàn)在發(fā)生，必定會給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來嚴重的災害，估計冰災將造成瑞典20%～50%的桿塔倒塌[2]。

美國1972年1月，冰災襲擊哥倫比亞州，造成兩條500kV線路嚴重損毀，線路覆冰達到9mm。

法國1999年12月，3天的風暴嚴重破壞了輸電網(wǎng)絡，造成38條主要輸電線路停運，5GW電力

不能送出，超過350萬戶居民停電。

瑞典南部201*年1月遭受嚴重暴風雪災害，風速達到46m/s。電網(wǎng)系統(tǒng)、電話通訊以及鐵路公路等長時間停運。65萬人得不到電力供應，電網(wǎng)修復時間長達7周。

德國201*年11月的冰雪災害造成超過70條輸電線路倒塌，20萬人停電。

2抗冰融冰技術

為應對越來越頻繁的冰災對電力系統(tǒng)基礎設施的嚴重威脅，電力工業(yè)界與學術界發(fā)展了多種抗冰和除冰/融冰技術，并對電網(wǎng)系統(tǒng)在冰災后的恢復重建進行了研究，可以總結為電網(wǎng)系統(tǒng)冰災的綜合防治體系，具體可分為以下3個層面。

2.1電網(wǎng)系統(tǒng)的冰災監(jiān)測和預警

輸電線路在設計階段就已針對冰區(qū)制定了相關標準[7]，出于經(jīng)濟因素方面的考慮，設計標準不能

無限制地提高。在極端惡劣天氣條件影響下，線路和桿塔覆冰載荷可能大大超過了原來的設計標準，給輸電系統(tǒng)帶來安全風險。

文獻[8]介紹了一種評估冰災對電網(wǎng)系統(tǒng)帶來風險的方法，并以此開發(fā)了標準的風險評估模型，已在加拿大BritishColumbia輸電公司使用。模型把輸電系統(tǒng)覆冰數(shù)據(jù)作為輸入，應用故障樹技術，評估系統(tǒng)風險，計算結果給出桿塔和線路倒塌的估計情況。模型還可以評估加強網(wǎng)絡不同部分后，系統(tǒng)風險情況的變化以及投資效益。

文獻[9-11]從氣象條件出發(fā)研究惡劣冰災的天氣模型，實現(xiàn)風速、降水量等功能，以及線路覆冰模型。該方法通過選擇不同的天氣參數(shù)，利用MonteCarlo方法計算不同天氣條件下，具體輸電桿塔和線路所受影響，評估整個電網(wǎng)的可靠性。然而，由于氣象條件復雜多變，天氣模型的準確性和實用性還需要進一步的檢驗。

在重冰區(qū)電網(wǎng)上安裝測量儀器對線路覆冰進行監(jiān)測是簡單有效的一種方法。1998年以后加拿大魁北克建立了冰災監(jiān)測系統(tǒng)[12]，某些地方安裝了覆冰測量儀（Loadcells），能夠直接測量線路覆冰情況，而有些地方僅安裝了冰率表（iceratemeter,IRM）。研究人員希望通過積累的大量數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計方法入手，開發(fā)架空線路覆冰情況評估的數(shù)字模型，模型可以只通過收集氣象數(shù)據(jù)和冰率表信號，就能計算

第2期

許樹楷，等：電網(wǎng)冰災案例及抗冰融冰技術綜述

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導線覆冰量，以替代線路直接安裝傳感器的測量方法[13,14]，節(jié)約投資。

2.2輸電線路融冰技術

當嚴重的冰災持續(xù)來襲時，輸電線路覆冰在所

難免。研究人員已經(jīng)開發(fā)了多種融冰技術，部分技術已進入實用階段，有些技術要應用到電網(wǎng)系統(tǒng)中還有一定的困難，如電脈沖除冰法由于無法找到合適的激勵源，難以除去足夠長度線路上的覆冰[22]。

目前電網(wǎng)系統(tǒng)除冰的基本思路有三大類[3]：將電能轉(zhuǎn)化為熱能融冰；

將電能轉(zhuǎn)化為機械能以破壞輸電線上的覆冰的物理結構，達到使覆冰脫落的目的；

直接破壞物理結構的機械法除冰，例如，在線路上安裝遙控除冰機[4,5]。

通過電能轉(zhuǎn)化為熱能的融冰技術，需要針對覆冰導線計算融冰電流的大小和作用時間，在這方面已經(jīng)有了成熟的覆冰導線融冰計算數(shù)學模型[23]。

（1）過電流融冰法。

此種方法在不停線路/母線、系統(tǒng)正常運行下增加覆冰線路電流，增大線路發(fā)熱，以實現(xiàn)保線融冰的目的，又可分為如下幾類：

通過調(diào)度改變潮流分布。主要依靠科學調(diào)度，提前改變電網(wǎng)潮流分配，使線路電流達到臨界電流以上防止導線覆冰。1998年美加冰災后，魁北克水電研究中心設計了一套針對120～315kV的融冰策略[15]，通過開發(fā)的仿真軟件模擬線路覆冰情況，通過調(diào)整線路電流仿真融冰效果。仿真工具能夠測試不同網(wǎng)絡結構下線路的融冰情況，挑選出最優(yōu)的線路融冰順序，降低網(wǎng)絡覆冰，通過最優(yōu)控制達到線路覆冰最小化的效果。

該融冰策略能夠在實際操作中指導運行人員的調(diào)度安排，可以稱得上是潮流融冰的輔助決策系統(tǒng)，并能夠為具體實施融冰方案提供準備。但是正常運行方式下通過調(diào)度轉(zhuǎn)移潮流存在諸多不便，可能會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定；潮流轉(zhuǎn)移的程度也有限，對大面積冰災來襲時顯得是杯水車薪。

值得一提的是，隨著輸電網(wǎng)絡FACTS設備的大量應用，電網(wǎng)在潮流控制方面更加靈活有效，通過改變潮流分布的融冰方法能夠在應對冰災方面發(fā)揮更大的作用。

基于移相器的帶負荷融冰法，即ONDI(on-loadnetworkde-icer)[27-29]法。帶負荷融冰的方

法最早在1990年提出，并在此后得到了發(fā)展。此方法利用移相變壓器角度的變化改變平行雙回線的潮流分布，通過增加其中一回線的電流來增加線路發(fā)熱，達到融冰的目的，其原理如圖1所示。

圖1移相變壓器控制線路融冰電流示意圖[28]

Fig.1IllustrationofACDe-icingwithaPhase-Shifting

Transformer[28]

ONDI融冰方法需要在線路安裝移相變壓器，操作過程中增加了系統(tǒng)無功轉(zhuǎn)移量，會對系統(tǒng)安全穩(wěn)定造成影響。采用帶負荷融冰方式，加拿大科學家設計了針對Matapédia電網(wǎng)的融冰方案，總共覆蓋超過900km的230kV和315kV線路，目前還未進入實施階段。

對于多分裂導線，可以通過把線路電流集中在某一分裂導線上，增大發(fā)熱量而融冰，通過各分裂導線間的切換，使線路覆冰完全融化[26]。這種方法的使用要求線路分裂導線間相互絕緣，需要對線路進行大范圍改造。

交流短路融冰法。人為的將兩相或者三項導線短路，形成短路電流(控制在導線最大允許電流范圍之內(nèi))加熱導線來達到融冰的目的。這種方法在國內(nèi)外都達到了實用化的階段，1993年加拿大Manitoba水電局開始采用的短路電流融冰[3]，俄羅斯巴什基爾電網(wǎng)也大量應用了短路融冰技術[30]。

由于500kV線路多采用大截面及多分裂導線，需要的融冰電流很大，4×300型號最小融冰電流約2500A，4×400型號約為3000A。

從表1結果看出[31]，35kV與110kV做融冰電

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南方電網(wǎng)技術

201*年

第2卷

源，500kV線路中的短路電流不能達到最小融冰電流；220kV做融冰電源，短路電流可以達到融冰需要的電流，但線路長度必須在一定距離之內(nèi)。例如4×400的導線，長度不能超過150km，并且系統(tǒng)提供無功容量超過1GVA，可能存在系統(tǒng)無法滿足要求的問題。對于500kV做融冰電源，短路電流可以達到融冰所需要的電流，但無功容量更大（2GVA以上），還必須考慮系統(tǒng)能否保持穩(wěn)定運行。因此，對于500kV或更高電壓等級輸電線來說，由于難以找到滿足要求的融冰電源，采用交流短路融冰方案是不可行的。

表1500kV線路交流短路融冰估算結果

Tab1CalculationResultofACShort-CircuitDe-icing

Methodfor500kVTransmissionLines

融冰電500kV線路不同長度融冰時的短路電流及容量源系統(tǒng)100km150km200km電壓短路容量短路容量短路容量/kV電流/A/MVA電流/A/MVA電流/A/MVA3572244481293612211022684321512288113421622045361729302411522268864500

103108929

6873

5953

5155

4465

注：計算時忽略系統(tǒng)內(nèi)阻抗。

（2）利用直流電流加熱線路融冰。

1998年的北美冰風暴災難后，加拿大魁北克水

電公司考慮了各種線路融冰措施。通過加強網(wǎng)架的辦法帶來的投資巨大，而交流短路融冰不能解決

200km范圍的線路覆冰問題[16,18]。所以，最終選擇

了與AREVA公司合作，投入2500萬歐元開發(fā)了一套高壓直流融冰裝置，并于201*年11月裝設于魁

北克Lévis變電站。如圖2所示，直流融冰裝置的核心為換流閥，

額定容量250MW，融冰時直流側(cè)電壓等級為±17.4kV，通過在覆冰線路上流過可控的直流電流實現(xiàn)不

同長度和不同導線的有效融冰。對于典型的735kV

線路4分裂1354MCM導線，融冰電流為7200A，在氣溫-10°C、風速10km/h條件下，通電30min

可以融化半徑12mm的線路覆冰。融冰裝置覆蓋4

條735kV單回線路和1條315kV雙回線路，其中735kV線路最長為242km。該裝置在非融冰期以SVC方式運行，輸出無功容量從+250Mvar至-125Mvar，起到穩(wěn)定電壓的作用[17,18]。

（3）高頻高壓激勵融冰法。

20世紀末CharlesRSullivan等提出了用8～200kHz高頻激勵融冰的方法[19-21]，機理是高頻時冰是一種有損耗電介質(zhì)，能直接引起發(fā)熱，且集膚效應導致電流只在導體表面很淺范圍內(nèi)流通，造成電阻損耗發(fā)熱。文章推薦較好的除冰頻率范圍是20～150kHz，但由于有高頻電磁波干擾，在很多國家受限制。不過，當電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故時，融冰可能比電磁干擾重要。另外，可以選擇不在管制范圍內(nèi)的較低頻率，如8kHz，但此時介質(zhì)損耗和集膚效應很難取得平衡，需要通過采取移動電源激勵點而使駐波移動的方法來改善。

（a）融冰裝置主電路(a)CircuitinDe-icerMode

（b）裝置TCR運行模式主電路(b)ConverterUsedasTCR

圖2加拿大魁北克投運的直流融冰裝置結構圖[18]

Fig.2ConfigurationofDCDe-icerinHydro-Québec

Canada

第2期

許樹楷，等：電網(wǎng)冰災案例及抗冰融冰技術綜述

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覆冰較薄線路的電暈放電會削弱高頻波的傳播，阻止功率到達和有效的融解覆冰較厚區(qū)域的冰，可以考慮通過調(diào)制電壓波形或增加頻率解決該問題。目前，采用該方法研制的融冰裝置在實驗室對1m長線路進行的融冰試驗效果顯著，然而還不足以作為成熟的技術大范圍推廣應用。

（4）架空線路電磁力除冰。

該方法由加拿大魁北克水電公司提出，其原理是在線路額定電壓下短路，短路電流產(chǎn)生的電磁力使導線相互撞擊，使覆冰脫落[24,25]。這種方法的應用會給系統(tǒng)帶來穩(wěn)定性問題，線路壓降也比較大。加拿大魁北克水電研究所(Hydro-Quebec’sResearchInstitute,IREQ)高壓試驗室試驗結果表明，315kV輸電線路可以在冰災緊急情況下使用，而735kV線路由于引起的穩(wěn)定性問題過于嚴重，不推薦使用。

從國外目前技術水平來看，過電流融冰“”和“直流電流融冰法”是最為成熟可行的兩種融冰手段。與“改變潮流分布融冰”和“帶負荷融冰法”相比，使用“交流短路融冰法”和“直流電流融冰法”需要把線路調(diào)整到停運狀態(tài)，損失了部分輸電能力，但能夠徹底融解線路覆冰，保證電網(wǎng)安全運行。

2.3冰災后電網(wǎng)系統(tǒng)的恢復

上述提到的融冰措施在解決輸電線路覆冰問題上發(fā)揮了一定的作用，然而由于極端氣象條件發(fā)生的頻度加快程度加劇，冰災不可避免會對電網(wǎng)系統(tǒng)造成破壞。所以，研究電網(wǎng)系統(tǒng)遭受破壞后的重建方案和措施是電網(wǎng)冰災綜合防治體系不可分割的一部分。

文獻[34]中介紹了美國研究人員在緊急、短期和長期三個階段對搶修地點和相關資源的安排策略計算模型。

瑞典研究人員采用蒙特卡羅（MonteCarlo）方法計算輸電線路受損段落的修復時間，將在后續(xù)工作中進一步考慮極端天氣條件下輸電線路損壞順序、修復程序和電網(wǎng)恢復時間[33]。

ABB研究人員開發(fā)了針對電網(wǎng)系統(tǒng)的災害停電管理系統(tǒng)（outagemanagementsystem,OMS），該管理系統(tǒng)在災害發(fā)生時，通過收集用戶停電報告、線路保護動作數(shù)據(jù)、電網(wǎng)破壞評估報告等資料，分析搶修人員配置、費用、電網(wǎng)損壞、修復時間等因素之間的關系，提供給指揮人員作為決策支持，起到合理配置資源和高效完成搶修任務的作用[32]。

3抗冰融冰技術的發(fā)展方向

為了最大程度降低冰災對電網(wǎng)的影響，有必要建立全面、系統(tǒng)的電網(wǎng)抗冰救災應急機制和方案。

文獻[35]從已有6次颶風和8次冰災數(shù)據(jù)出發(fā)，建立美國東部電網(wǎng)的加速失效時間模型，預測災害來臨時可能的停電區(qū)域和持續(xù)時間，通過累計停電開始時間和持續(xù)時間，估算電網(wǎng)修復時間。這種方法已在美國東部的3家電力公司（Dominion、Duke和Progress）中使用，201*年該系統(tǒng)在應對冰災過程中發(fā)揮了令人滿意的作用。開發(fā)人員希望通過進一步收集相關數(shù)據(jù)和改進模型，使研究成果在電網(wǎng)災害防治中發(fā)揮更大的作用。

從各國應對冰災的情況看，電網(wǎng)系統(tǒng)冰災的防治不能一概而論，對于不同的地理位置、氣象條件和不同的網(wǎng)架結構，輸電線路遭受冰災的具體情況各有特點[36]，必需因地制宜制定綜合防治體系。

4結論

從世界范圍來看，遭受冰雪災害嚴重的地區(qū)在應對冰災危害時，并不采用單一的措施，而是從監(jiān)測預警、融冰和災后重建等方面，建立全面、系統(tǒng)的電網(wǎng)冰災綜合防治體系，最大限度降低損失。開展電網(wǎng)冰災綜合防治體系，主要包括以下3個層面。

（1）在覆冰嚴重的重要線路推廣使用覆冰監(jiān)測預警系統(tǒng)，分析電網(wǎng)安全風險，提高電網(wǎng)防冰抗冰的災害預防能力。利用監(jiān)測預警系統(tǒng)協(xié)助指導抗冰融冰等技術手段的實施，提前做好抗冰融冰應急預案，應對冰災發(fā)生。

（2）適當提高重冰區(qū)輸電線路的設計標準，進一步深入研究輸電線路抗冰融冰技術。除推廣應用成熟的“過電流融冰”和“直流電流融冰法”等方法外，開展基于新技術、新材料的抗冰防冰措施研究，因地制宜采用抗冰融冰技術。

（3）建立完善的電網(wǎng)恢復決策支持系統(tǒng)，當輸電系統(tǒng)發(fā)生斷線、倒塔和停電事故時，能整合資源，高效有序地開展搶修工作，迅速恢復電力供應。

參考文獻：

[1]

The1998icestorm:10-yearretrospective.RMSspecialreport[R/OL].,

201*-01.

[2]Icestormmodellingintransmissionsystemreliabilitycalculation[OL].

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