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500千伏線路地線全絕緣節(jié)能降耗與融冰技術(shù)研究與實(shí)施

2018-06-14 14:27:19 中國(guó)電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
近幾年在我國(guó)西南地區(qū)出現(xiàn)的電網(wǎng)覆冰現(xiàn)象,嚴(yán)重的威脅著電網(wǎng)安全,輸電線路覆冰厚度超過(guò)極限值,將引起線路倒塔,導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰,造成災(zāi)難性

近幾年在我國(guó)西南地區(qū)出現(xiàn)的電網(wǎng)覆冰現(xiàn)象,嚴(yán)重的威脅著電網(wǎng)安全,輸電線路覆冰厚度超過(guò)極限值,將引起線路倒塔,導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰,造成災(zāi)難性后果,對(duì)此,有關(guān)部門(mén)高度重視。相導(dǎo)線融冰技術(shù)的研究和應(yīng)用已較為普篇,但對(duì)地線融冰技術(shù)的應(yīng)用還相對(duì)滯后。地線覆冰對(duì)電力系統(tǒng)的影響也是不可忽視的。

一、項(xiàng)目提出背景

近幾年在我國(guó)西南地區(qū)出現(xiàn)的電網(wǎng)覆冰現(xiàn)象,嚴(yán)重的威脅著電網(wǎng)安全,輸電線路覆冰厚度超過(guò)極限值,將引起線路倒塔,導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰,造成災(zāi)難性后果,對(duì)此,有關(guān)部門(mén)高度重視。

相導(dǎo)線融冰技術(shù)的研究和應(yīng)用已較為普篇,但對(duì)地線融冰技術(shù)的應(yīng)用還相對(duì)滯后。地線覆冰對(duì)電力系統(tǒng)的影響也是不可忽視的。目前輸電線路融冰技術(shù)已相對(duì)比較成熟,但同時(shí)也開(kāi)始逐漸暴露出地線無(wú)法融冰情況下對(duì)線路運(yùn)行的影響。

導(dǎo)線融冰已有成功的應(yīng)用案例,從導(dǎo)線融冰條件看,要想解決輸電線融冰,除了相線融冰外,架空地線(包括OPGW)也必須融冰,這樣才能防止斷線倒桿、通信中斷等事故。架空地線的融冰,就需要把架空地線對(duì)地絕緣起來(lái),才具備加大融冰電流的條件。為了通過(guò)融冰全面提高輸電線路的抗冰能力,開(kāi)展地線融冰的研究具有重要的意義。

從節(jié)能降耗效果來(lái)看,據(jù)有關(guān)研究部門(mén)、設(shè)計(jì)部門(mén)提供的資料數(shù)據(jù)也表明,將架空地線對(duì)地絕緣起來(lái)后,降低線損的效果也十分顯著。目前線路光纖復(fù)合架空地線(OPGW)和普通地線均采用逐塔接地的接線方式,這種接線方式導(dǎo)致電流對(duì)OPGW和普通地線產(chǎn)生互感,將在OPGW、普通地線和大地之間形成電流,從而產(chǎn)生電能損耗,其中OPGW和普通地線的電能損耗占了整個(gè)線路損耗的大部分。

對(duì)線路損耗與目前常用的OPGW和普通地線接地方式之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析,研究改進(jìn)的OPGW線接地方式及其可靠性,對(duì)建設(shè)“節(jié)能型、環(huán)保型”輸電線路具有積極意義。

二、項(xiàng)目主要內(nèi)容

(一)研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介

研究?jī)?nèi)容主要為根據(jù)地線融冰需要,分析地線全絕緣后對(duì)防雷及線路保護(hù)的影響,建立模型計(jì)算地線全絕緣后節(jié)能降耗效果,同時(shí)分析計(jì)算其感應(yīng)電壓,研制滿足地線融冰需要的地線絕緣子,為推廣應(yīng)用地線融冰打下基礎(chǔ),主要包括以下方面的研究?jī)?nèi)容:

1.通過(guò)分析地線全絕緣后對(duì)線路運(yùn)行造成的影響,計(jì)算地線全絕緣后的防雷效果以及采取的措施,計(jì)算感應(yīng)電壓大小,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,為解決現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)打下基礎(chǔ)。

2.研制地線融冰絕緣子,對(duì)絕緣子開(kāi)展冰閃試驗(yàn)和污閃試驗(yàn),確保新型地線融冰復(fù)合絕緣子滿足地線融冰需要。

3.研究地線融冰對(duì)地線進(jìn)行絕緣改造需要開(kāi)展的工作,包括地線分段長(zhǎng)度的確定、地線絕緣子的設(shè)計(jì)與試驗(yàn),OPGW絕緣改造金具的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)等。

4.通過(guò)對(duì)改進(jìn)的OPGW和普通地線接地方式進(jìn)行建模,分析計(jì)算在正常、故障、檢修狀態(tài)下線路相關(guān)的感應(yīng)電壓、電流等參數(shù),分析線路損耗與目前常用的OPGW和普通地線接地方式之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)改進(jìn)的OPGW和普通地線接地方式,并針對(duì)特殊元件和組裝方式進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)一套符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的專用金具。

(二)研究方法

1.建模計(jì)算。

計(jì)算青山甲線線路損耗及OPGW和普通地線的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流是本項(xiàng)目的基礎(chǔ)工作,主要考慮由設(shè)計(jì)單位或高校組織人員,根據(jù)線路參數(shù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,計(jì)算不同運(yùn)行方式下的線路損耗、OPGW及地線的感應(yīng)電壓和電流,通過(guò)計(jì)算選擇合適的接地改造方案。

2.實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

針對(duì)設(shè)計(jì)的新型地線絕緣子,按照地線融冰的要求,開(kāi)展冰閃及污閃試驗(yàn);對(duì)OPGW光纜開(kāi)展熱穩(wěn)定性分析與試驗(yàn)。

3.理論計(jì)算。

理論計(jì)算內(nèi)容包括根據(jù)地線融冰電壓和電流的分析,計(jì)算地線分段長(zhǎng)度及融冰方式;計(jì)算地線感應(yīng)電壓;計(jì)算地線絕緣后的防雷效果,計(jì)算地線(OPGW)絕緣后其節(jié)能降耗效果,為開(kāi)展地線融冰打下理論基礎(chǔ)。

4.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地線絕緣后的感應(yīng)電壓,分析感應(yīng)電壓對(duì)線路運(yùn)行維護(hù)造成的影響以及下一步改進(jìn)措施。

5.產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

針對(duì)技術(shù)難點(diǎn)OPGW絕緣接續(xù)裝置的設(shè)計(jì),主要考慮通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外OPGW絕緣接續(xù)裝置的應(yīng)用情況,分析可行的最經(jīng)濟(jì)的方案,由廠家設(shè)計(jì)并制造相應(yīng)的金具。

6.實(shí)際應(yīng)用論證。

為確保項(xiàng)目最終能應(yīng)用到實(shí)際,將在青山甲乙線、高肇直流根據(jù)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)改造,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和安裝,掌握技術(shù)的實(shí)用性,并最終驗(yàn)證其實(shí)用效果,為經(jīng)濟(jì)性分析打下基礎(chǔ)。

三、項(xiàng)目技術(shù)路線

根據(jù)以往理論分析計(jì)算的結(jié)果,制定500千伏線路融冰及絕緣改造的可行性分析;根據(jù)線路絕緣后感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流大小特點(diǎn),選擇合適測(cè)點(diǎn)、測(cè)量項(xiàng)目和測(cè)量?jī)x器,通過(guò)生產(chǎn)技術(shù)、線路管理等部門(mén)的相互配合,對(duì)地線的感應(yīng)電流和感應(yīng)電流進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

根據(jù)線路的線路參數(shù)、桿塔參數(shù)、線路參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等,采用EMTP軟件,以多個(gè)π型電路級(jí)聯(lián)的方式建立高肇直流架空地線、青山甲乙線架空地線輸電線路的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行修正,進(jìn)而,建立較為準(zhǔn)確的仿真計(jì)算模型。

采用仿真計(jì)算模型,進(jìn)一步研究線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流分布的特點(diǎn),分析影響感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的因素,為有效降低感應(yīng)電壓及采取下一步措施打下基礎(chǔ)。

采用仿真計(jì)算模型,分析地線絕緣后對(duì)線路防雷效果的影響,分別分析對(duì)直擊雷以及繞擊雷的影響,為有效降低防雷影響,采取有效防雷措施提供理論數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)仿真結(jié)果,設(shè)計(jì)滿足融冰及防雷要求的地線絕緣子以及OPGW金具,開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn),確保新產(chǎn)品滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

根據(jù)理念分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果,參考有關(guān)技術(shù)導(dǎo)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),編制《500千伏線路地線(OPGW)融冰技術(shù)導(dǎo)則》。

四、項(xiàng)目的先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)

近年來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)架空線路相導(dǎo)線的融冰技術(shù)進(jìn)行了大量研究,并得到了廣泛應(yīng)用。地線融冰與相導(dǎo)線融冰技術(shù)原理基本相同,但由于地線接線方式及其功能不同,對(duì)地線進(jìn)行融冰,也存在自己的特殊性。主要難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于解決了以下九個(gè)問(wèn)題:

(一)地線感應(yīng)電壓的問(wèn)題

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中,主要考慮架空地線的防雷作用,架空地線多采用逐塔接地的方式;為減小地線的電能損耗,地線也有采用分段絕緣單點(diǎn)接地的方式,但OPGW地線還普遍采用的是逐塔接地的方式。

對(duì)地線進(jìn)行融冰要求地線必須對(duì)鐵塔絕緣,地線絕緣又帶來(lái)新的技術(shù)問(wèn)題:由于相導(dǎo)線與地線間存在電場(chǎng)及磁場(chǎng)的相互耦合,地線全絕緣時(shí)在地線上將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓(感應(yīng)電壓可達(dá)幾十千伏),對(duì)地線的絕緣及檢修均提出了新問(wèn)題,必須采用必要措施,降低地線的感應(yīng)電壓。

(二)地線絕緣對(duì)防雷性能的影響分析

地線的防雷性能主要體現(xiàn)在對(duì)雷電直擊和繞擊兩個(gè)方面:當(dāng)鐵塔或線路遭受雷電直擊時(shí),地線對(duì)雷電流具有分流作用,可及時(shí)將雷電流經(jīng)多個(gè)鐵塔引入大地,減小單個(gè)鐵塔的地電位過(guò)度升高,從而,減小反擊發(fā)生的概率。確保地線對(duì)繞擊的防護(hù)效果,必須保證在雷電先導(dǎo)發(fā)生時(shí),地線先于相導(dǎo)線產(chǎn)生迎面先導(dǎo),使雷電下行先導(dǎo)與地線迎面先導(dǎo)之間的空氣間隙優(yōu)先擊雷,從而將雷電引向地線。

當(dāng)?shù)鼐€接地時(shí),地線表面電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度,且其空間位置高于相導(dǎo)線,具備優(yōu)先產(chǎn)生迎面先導(dǎo)條件,從而對(duì)繞擊具有防護(hù)作用;當(dāng)?shù)鼐€絕緣時(shí),如果在雷電下行先導(dǎo)發(fā)展過(guò)程中,地線上的感應(yīng)電荷不能及時(shí)聚積,地線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度將遠(yuǎn)小于相導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度,相導(dǎo)線優(yōu)先產(chǎn)生迎面先導(dǎo),對(duì)雷電下午先導(dǎo)接通,從而發(fā)生繞擊。當(dāng)?shù)鼐€絕緣時(shí),如何以確保地線的防雷性能不受影響,是地線融冰技術(shù)必須解決的問(wèn)題,而該問(wèn)題的解決關(guān)鍵在于地線絕緣子和絕緣間隙的合理設(shè)計(jì)。

(三)絕緣地線對(duì)線路保護(hù)的影響分析

逐塔接地的地線可減小潛供電流,有利于維持輸電線路的三相平衡。常規(guī)情況下線路保護(hù)整定值,考慮了逐塔接地地線的作用,因而,當(dāng)?shù)鼐€絕緣時(shí),線路保護(hù)的整定值是否需要從新設(shè)定,必須進(jìn)行研究。

(四)地線絕緣子及絕緣串的設(shè)計(jì)

當(dāng)同時(shí)考慮地線融冰、通訊、防雷及節(jié)能要求時(shí),地線絕緣子串及絕緣間隙的設(shè)計(jì)是地線融冰技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。

融冰和防雷對(duì)地線絕緣強(qiáng)度的要求具有互斥性,從融冰角度考慮,地線的絕緣強(qiáng)度越高越好,而提高防雷效果,要求地線的絕緣間隙在雷電發(fā)生前能夠可靠擊穿。地線的絕緣強(qiáng)度的要求是復(fù)雜的,不僅雷電自身極為復(fù)雜,雷電發(fā)生前,絕緣間隙的擊穿強(qiáng)度變化很大,且絕緣間隙受覆冰的影響很大。因而,地線融冰技術(shù)的成敗,關(guān)鍵在于線地絕緣的配合。

(五)OPGW分段絕緣金具設(shè)計(jì)

光纜絕緣接續(xù)裝置是實(shí)現(xiàn)OPGW絕緣運(yùn)行的核心裝備,用于將兩端的OPGW電氣隔離并與塔身絕緣,熔接兩端的光纖,目前國(guó)內(nèi)尚未有廠家生產(chǎn)這類專用產(chǎn)品。如果OPGW引下時(shí)需對(duì)塔絕緣,還需要采用絕緣引下夾具和絕緣余纜架。

OPGW采用分段絕緣的方式后,會(huì)對(duì)施工工藝產(chǎn)生一定影響,主要是OPGW采用光電隔離絕緣接續(xù)盒時(shí),光纜的熔接工藝需要改變,既不能損傷光纖,又要保證外面金屬層的可靠斷開(kāi)。OPGW采取分段絕緣、一點(diǎn)接地的方式后,接地點(diǎn)電勢(shì)為零,但接地點(diǎn)兩側(cè)的OPGW上均存在對(duì)地感應(yīng)電勢(shì),距離接地點(diǎn)越遠(yuǎn),感應(yīng)電勢(shì)越大,另外OPGW絕緣引下時(shí)接續(xù)盒也為帶電體。運(yùn)檢人員登塔時(shí)不得直接觸碰OPGW及與OPGW存在直接電氣連通的設(shè)備,這與以前的運(yùn)行維護(hù)不相同,對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員提出了新的要求。

(六)OPGW融冰熱穩(wěn)定性問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái),在電信、移動(dòng)、廣電、交通等領(lǐng)域的長(zhǎng)途光纖網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用常規(guī)通信光纜的使用溫度均為大氣環(huán)境溫度,如直埋、管道、架空等光纜的實(shí)際使用溫度變化范圍約為-20℃~40℃之間,而電力系統(tǒng)通信領(lǐng)域OPGW、ADSS等光纜的使用溫度變化范圍約為-40℃~70℃之間。目前廣泛認(rèn)可的普通商用通信光纖的20年長(zhǎng)期工作溫度為85℃。

考慮到OPGW光纜融冰需要,根據(jù)南網(wǎng)電科院融冰電流計(jì)算模型,如需要對(duì)OPGW-10毫米冰區(qū)進(jìn)行融冰,需要在260安培電流融冰持續(xù)1小時(shí),由于持續(xù)大電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),將會(huì)導(dǎo)致OPGW光纜內(nèi)部溫升超過(guò)70℃的最大允許溫度,因此研究在OPGW光纜融冰過(guò)程中熱穩(wěn)定性對(duì)光纖衰耗的影響有很大的必要性。

(七)地線融冰的保護(hù)問(wèn)題

地線融冰時(shí)所加的是直流電壓,在地線融冰的過(guò)程中,一但發(fā)生地線對(duì)鐵塔放電,其電弧難以自選熄滅,長(zhǎng)時(shí)間的電弧作用,對(duì)地線具有嚴(yán)重的燒蝕作用,甚至可引起地線斷裂。因而,研究地線融冰的保護(hù)措施是地線融冰與降耗改造必須解決的問(wèn)題。

(八)地線降耗接線方式問(wèn)題

地線融冰與地線降耗措施對(duì)地線接地方式的要求具有一致性,但它們又各有自己的特點(diǎn)。地線的電能損耗線路的輸送容量、導(dǎo)線是否換位、地線接地方式、地線是否換位等均有較大的關(guān)系。因而,研究在保證融冰要求的條件下,如何減小地線的電能損耗是地線融冰與降耗改造時(shí)必須解決的問(wèn)題。

(九)地線融冰過(guò)程中閃絡(luò)保護(hù)問(wèn)題

地線融冰所加的電壓為20千伏左右的直流電壓,雖然在地線絕緣子上加裝有保護(hù)間隙,但由于絕緣子的生產(chǎn)工藝、及安裝工藝存在差異,且自然界的覆冰情況又極為復(fù)雜,因而,融冰過(guò)程中地線與鐵塔間發(fā)生閃絡(luò)的可能難以完全杜絕。一旦地線與鐵塔間發(fā)生閃絡(luò),由于直流電壓是恒定值,不存在過(guò)零點(diǎn),電弧難以熄滅,在長(zhǎng)時(shí)間的電弧作用下,容易發(fā)生地線燒蝕甚至燒斷的現(xiàn)象。因而,在地線融冰過(guò)程中,必須研究發(fā)生閃絡(luò)時(shí)的保護(hù)問(wèn)題。

五、成果的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)和推廣應(yīng)用情況

地線全絕緣改造在超高壓公司貴陽(yáng)局管轄的安順換流站、青巖變電站、獨(dú)山變電站以及青山甲乙線線路、高肇直流線路使用以來(lái),不僅有效解決了地線覆冰導(dǎo)致線路跳閘的情況,而且線損得到了很大降低,具體使用效果包括以下幾個(gè)方面:

±500千伏高肇直流地線全絕緣后,滿足地線融冰要求,有效解決了地線覆冰導(dǎo)致高肇直流線路跳閘或重啟動(dòng)等情況,確保了線路穩(wěn)定運(yùn)行;

500千伏青山甲乙線地線全絕緣后,能滿足地線融冰要求,有效解決了地線覆冰導(dǎo)致青山甲乙線線路跳閘或重合閘等情況,確保了線路的穩(wěn)定運(yùn)行;

500千伏青山甲乙線地線全絕緣后,青山甲乙線線路損耗得到了很大降低,大大節(jié)約了線損,為構(gòu)建“綠色南網(wǎng)”打下了基礎(chǔ)。

基于以上的項(xiàng)目研究,超高壓輸電公司將500千伏線路地線(OPGW)

全絕緣節(jié)能降耗與融冰技術(shù)應(yīng)用于500千伏施黎甲線、施黎乙線、黎桂甲線、黎桂乙線、桂山甲線、桂山乙線、±500千伏牛從甲線、±500千伏牛從乙線等多回500千伏線路工程中,均取得了預(yù)期的成果。

綜上所述,實(shí)現(xiàn)架空地線絕緣后,電網(wǎng)在覆冰嚴(yán)重時(shí)可以采用融冰裝置,消除地線及OPGW的冰災(zāi),防止了斷線、通信及保護(hù)中斷、桿塔倒塔等惡性事故的發(fā)生,其社會(huì)效益不可估量,保證了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是其最大的社會(huì)效益。據(jù)有關(guān)資料測(cè)算,將南方電網(wǎng)架空地線全部絕緣后,每年預(yù)計(jì)節(jié)能在20億度電左右,可創(chuàng)造出數(shù)百億的社會(huì)財(cái)富,社會(huì)效益是十分明顯的。

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責(zé)任編輯:仁德財(cái)

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