广西首条220kV输电线路地线融冰方案的设计分析

广西首条220kV输电线路地线融冰方案的设计分析

王勤舟

（广西鑫盟工程咨询有限公司广西南宁530022）

摘要：在贵广铁路外部电源（广西段）220kV上跃牵引站配套线路工程中，业主要求输电线路地线按绝缘化设计以实现地线融冰功能。本文介绍了广西首条采用地线融冰技术的220kV线路--飞虎～上跃牵220kV线路在确定地线融冰方案的设计过程，为相关工程提供参考，以利于该技术在输电线路工程中推广使用。

关键词：输电线路；地线融冰；设计

1前言

为了应对越来越频繁的冰灾对电力系统基础设施的严重威胁，电力部门和科研部门加大了融冰技术的研究和融冰装置的开发。融冰主要是增大导线的传输电流或采用短路电流，将电能转化为热能，达到融冰热平衡而实现融冰，融冰电流和融冰时与各参数之间热平衡关系式如下：

I：融冰电流；

R0；电阻；

Q1：被融化部分的冰的温度从Te(结冰时外界温度)升温到T0(导线融冰温度)吸收的热量；

Q2：融化冰所需吸收的热量；

Q3：未被融化的冰温度变化吸收的热量；

Q4：导线温度从从Te升温到To所吸收的热量；

Q5：冰表面散失的热量。

当导线上通过的电流I，大于上式计算的临界融冰电流Ic。经过时间t，导线上冰层融化并脱落，达到融冰的目的。

目前有过电流融冰、交流短路融冰、直流电流加热融冰、高频高压激励融冰及阻线性融冰等方法。2012年贵州出现罕见低温冷冻冰凌天气，在110kV～500kV交流线路上，投入了直流融冰装置，确保了线路安全，南方电网推广直流融冰。地线融冰考虑利用变电站直流融冰装置，兼容导线和地线融冰。

2工程概况

在贵广铁路外部电源（广西段）220kV上跃牵引站配套线路工程中的飞虎～上跃牵220kV线路，位于桂林临桂县、龙胜县境内。线路起讫点：线路起自220kV飞虎变电站，讫于220kV上跃牵引站。线路长度：65.010km，其中N6～N53与永福电厂旧升压站～大丰Ⅰ220kV线路同塔架设，长15.654km；单回路段长49.356km。导线型号：10、15mm冰区采用JL/G1A-240/40型锌-5%铝-稀土合金镀层钢芯铝绞线，20mm冰区采用JL/G1A-240/55型锌-5%铝-稀土合金镀层钢芯铝绞线。地线型号：本工程单回路段架设一根OPGW-100光缆，另一根为JLB30-100铝包钢绞线；双回路段架设两根OPGW-100光缆。全线地形分类：平地占5%，丘陵占17%，山地占27%，高山大岭占38%，泥沼占8%，河网占5%。本工程分为三个冰区：分别为10mm冰区（风速23.5m/s，覆冰厚度10mm），15mm冰区（风速23.5m/s，覆冰厚度15mm），20mm冰区（风速25m/s，覆冰厚度20mm）。

3地线（含OPGW光缆）直流融冰实施方案

本工程使用桂林供电局现有移动式融冰装置（融冰装置额定电压为12kV，额定电流为1kA）进行融冰。融冰区段地线采用绝缘化设计，每5km设置一个接地刀闸。接地引下线采用支柱绝缘子与塔身连接引至塔下，在塔下位置放置接地刀闸用于分断，在融冰时将接地刀闸断开实现绝缘，融冰完成后将刀闸合上。由于《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》中没有本工程使用的地线和OPGW光缆的融冰电流，本工程选用《导则》中与本工程参数相近的地线和OPGW光缆进行计算。计算条件见下表：

（注：计算条件：环境湿度－5℃，风速5m/s，冰厚10mm，融冰时间1h。）

4地线最大允许电流

中国南方电网公司编著的《电网防冰融冰技术及应用》对导线最大允许电流定义为导线最大允许电流是指在融冰的短时间内（最长几小时）允许导线达到最高温度（90℃）的所通过的电流。GB50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》规定验算导线允许载流量时，导线的允许温度宜按下列规定取值：

钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线宜采用70℃，必要时可采用80℃，大跨越宜采用90℃。

钢芯铝包钢绞线和铝包钢绞线可采取80℃,大跨越可采用100℃，和或经试验确定。

镀锌钢绞线可采用125℃。

对比可见，融冰时间短（一般取1小时），南方电网公司导线允许的温度取的大跨越的允许温度，因此地线融冰允许温度铝包钢绞线地线取100℃，镀锌钢绞线地线取125℃。OPGW光缆暂取90℃，最终由光缆试验校验热稳定为准。《电网防冰融冰技术及应用》计算导线的最大允许电流时环境条件为：温度-5℃，风速3～5m/s。地线最大允许电流按冬季平均气温考虑。尚无冬季平均气温资料，计算地线最大允许电流环境温度偏安全取10℃。地线允许载流量计算采用GB50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》推荐的《电机工程手册》所列公式计算。计算地线最大允许载流量列入下表。

地线最大载流量（A）

注：载流量计算条件，辐射系数0.9，吸收系数0.9，日照强度0.1w/cm2，其余条件见表中。

5飞虎～上跃牵220kV线路地线（含OPGW光缆）融冰方式的确定

结合本线路覆冰情况，初步拟定全线融冰和分段融冰两个比选方案，具体如下：

（1）全线融冰：全线地线均采用绝缘化设计，将融冰装置置于飞虎站出线终端处，对全线地线进行融冰。

（2）分段融冰：仅对15mm以上冰区地线采用绝缘化设计，仅对15mm以上冰区地线进行融冰。融冰装置可置于飞虎站出线终端处，利用10mm冰区段导线作为引线与融冰区段线路连接进行融冰；也可将融冰装置置于10mm、15mm冰区分界点处，直接对15mm以上冰区进行融冰。

考虑到本线路10mm、15mm冰区分界点地处山区，交通不便，融冰装置运输困难，且周围场地有限，不便于布置融冰装置，因此本方案仅考虑将融冰装置置于飞虎站出线终端处，利用10mm冰区段导线作为引线与融冰区段线路连接进行融冰。

下面分别对两个方案进行计算，以光缆融冰电流作为控制条件，计算出各个方案融冰的电流、电压及容量大小，结果列入下表。

飞虎～上跃牵220kV线路各方案融冰电流、电压及容量

分析上表中各地线融冰接线方案融冰电流、电压及容量计算结果，可以得到如下结论：

方案一：

（1）方式1将两根地线串联，以光缆的融冰电流为控制条件，通过铝包纲绞线的电流不超过最大载流量，但融冰装置的电压超过额定电压，故方式不成立。

（2）方式2将两根地线并联，再与导线串联形成回路，以铝包纲绞线的融冰电流为控制条件，通过光缆的电流不超过最大载流量，但融冰装置的电压超过额定电压，故方式不成立。

（3）方式3融冰装置电压及电流均超过额定值，故方式不成立。

方案二：

（1）方式1将两根地线串联，以光缆的融冰电流为控制条件，通过铝包纲绞线的电流不超过最大载流量，融冰装置的电压亦小于额定电压，方式成立。

（2）方式2将两根地线并联，再与导线串联形成回路，以铝包纲绞线的融冰电流为控制条件，通过光缆的电流不超过最大载流量，融冰装置的电压及电流亦小于额定电压及电流，方式成立。（3）方式3融冰装置电压及电流均超过额定值，故方式不成立。

综上所述，只有方案二的方式1、方式2成立。方式1与方式2的电压相近，但方式1所需电流较小；综合考虑，为减少停电时间，提高融冰效率，减少融冰接线次数，本线路确定采用方式1进行地线融冰。（接线方式入下图所示）。

融冰方案接线示意图

6结束语

本工程对各类220kV输电线路地线融冰方案进行对比，最终选定了利用10mm冰区段导线作为引线与融冰区段线路连接进行融冰的方案，大大节约了工程成本，缩短了工程工期，取得了良好的经济和社会效益，值得在类似工程借鉴应用。

参考文献

[1]张殿生.《电力工程高压送电线路设计手册》，中国电力出版社，2002.

[2]《110kV～750kV架空输电线路设计规范》中国计划出版社，2010.

[3]《电网防冰融冰技术及应用》中国南网电网公司，2010.

[4]《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》中国南网电网公司，2012.