CN101794977B - 长距离输电线路的融冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了长距离输电线路除冰技术领域中的一种长距离输电线路的融冰方法与装置。所述方法包括：将工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，二次侧与输电线路始端相连；将电容器作为负载连接到输电线路终端并使电容器与工频变压器形成回路；在线路覆冰时，前级电网或发电机停电，工频变压器接通电源并通过输电线路产生的欧姆损耗发热融冰；所述装置包括：工频变压器和电容器，工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，二次侧与输电线路始端相连；电容器的一端与输电线路终端相连，电容器的另一端与工频变压器二次侧形成回路。本发明改善了长距离输电线路的沿线电流分布及欧姆损耗热功率分布的均匀性，提高了输电线路始端的功率因数。

Description

长距离输电线路的融冰方法

技术领域

本发明属于长距离输电线路除冰技术领域，尤其涉及一种长距离输电线路的融冰方法与装置。 

背景技术

我国是世界上输电线路覆冰最为严重的国家之一。输电线路覆冰可引起线路的导线舞动、断线、倒杆、跳闸、绝缘子闪络和通信中断等事故。覆冰事故严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失。2008年初罕见冰雪灾害袭击我国南方地区，输电线路大面积覆冰导致供电线路大范围中断，给人民的生产生活造成了巨大的灾害和损失，直接经济损失数百亿元。 

在已有的除冰方法中，机械人工除冰效率低，耗时长，风险高，难以大面积推广。从目前的技术水平和实施情况来看，交流短路融冰法和直流短路融冰法是最为成熟可行的两种融冰手段。交流短路融冰可直接利用变电站一次设备，具有技术简单、易于实施的优点，但其不足是仅适用于220kV及以下电压等级的输电线路。而对于500kV及以上电压等级输电线路以及直流输电线路而言，由于输电线路长，输电线路的传输线效应明显，导致沿输电线路的导线发热功率分布不均匀，制约了融冰效果；另外，输电线路始端的功率因数极低，使变压器不能输出足够的用于输电线路融冰的有功功率，造成了能源的浪费。直流短路融冰方法的优点是融冰输电线路的长度不受限制，沿输电线路的电流和焦耳热分布均匀，其不足在于大容量直流电源的成本较高。 

发明内容

本发明的目的在于，针对目前长距离输电线路在融冰处理过程中存在的缺陷，提出一种长距离输电线路的融冰方法与装置。 

技术方案是，一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是所述方法包括： 

--将工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，二次侧与输电线路始端相连； 

--将电容器作为负载连接到输电线路终端并使电容器与工频变压器形成回路； 

--在线路覆冰时，前级电网或发电机停电，工频变压器接通电源并通过输电线路产生的欧姆损耗发热融冰。 

当所述工频变压器采用单相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：使工频变压器的二次侧和电容器同时接地。 

当所述工频变压器采用单相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：使工频变压器的二次侧与输电线路始端相连的同时，使输电线路终端串联电容器。 

当所述工频变压器采用三相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：所述工频变压器二次侧接到三相交流输电线路始端，所述三相交流输电线路终端与三个所述电容器采用三角形连接法连接。 

一种长距离输电线路的融冰装置，其特征是所述装置包括工频变压器和电容器，所述工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，二次侧与输电线路始端相连；所述电容器的一端与输电线路终端相连，电容器的另一端与工频变压器二次侧形成回路。 

当所述工频变压器采用单相变压器时，所述电容器的另一端与工频变压器二次侧形成回路具体是：工频变压器的二次侧两端中的一端与输电线路始端相连，另一端接地；所述电容器的另一端接地。 

当所述工频变压器采用单相变压器时，所述电容器的另一端与工频变压器二次侧形成回路具体是：工频变压器的二次侧两端都与输电线路始端相连，在输电线路终端，串联所述电容器。 

所述电容器的阻抗应与输电线路终端短路且长度为(λ-L)/2的输电线路始端输入阻抗相等；其中，λ为工频变压器电源对应的波长，L为输电线路的长度。 

当所述工频变压器采用三相变压器时，所述电容器的另一端与工频变压器二次侧形成回路具体是：所述工频变压器二次侧接到三相交流输电线路始端，所述三相交流输电线路终端与三个所述电容器采用三角形连接法连接。 

所述电容器的阻抗应等于三相输电线路的正序分量所对应的特性阻抗的三倍。 

本发明的效果在于，输电线路终端接入电容器后，使沿线电流分布的最大有效值位于输电线路的中间，改善了长距离输电线路的沿线电流分布及欧姆损耗热功率分布的均匀性，此外还提高了输电线路始端的功率因数。 

附图说明

图1是输电线路终端短路和终端连接电容器时沿线上电流有效值分布比较示意图； 

图2是输电线路终端短路和终端连接电容器时热功率不均匀度随融冰线路长度的变化示意图； 

图3是输电线路终端短路和终端连接电容器时始端功率因数比较示意图； 

图4是输电线路终端连接电容器的交流融冰方法接线结构示意图，其中，(a)是单相融冰且通过大地构成回路示意图；(b)是单相融冰且金属导线构成回路示意图；(c)三相同时融冰示意图。 

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。 

实施例1 

本发明提供的长距离输电线路的融冰方法是，工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，构成融冰电源。工频变压器的二次侧与覆冰输电线路始端相连。电容器作为负载连接到线路的另一端即终端。工频变压器和电容器形成回路。一旦线路覆冰，即停电接入工频变压器，然后再接通电源，通过线路导线的欧姆损耗发热融冰。终端接入的电容器使沿线电流分布的最大有效值位于输电线路的中间，从而明显改善长距离输电线路的沿线电流分布及欧姆损耗热功率分布的均匀性，此外还可提高输电线路始端的功率因数。 

长距离输电线路沿线导线发热功率分布与沿线的电流分布直接相关。对于交流长距离输电线路，沿线电流分布情况可以通过传输线理论来说明。图1是输电线路终端短路和终端连接电容器时沿线上电流有效值分布比较示意图。如图1所示，若输电线路采用交流短路融冰方法，即当输电线路的终端短路时，沿线电流呈如下分布：在输电线路终端最大，从输电线路终端向输电线路始端呈逐渐减小分布。还是如图1所示，若采用在输电线路终端连接电容器的交流融冰方法，即当输电线路终端负载为电容器时，从输电线路终端向输电线路始端看，沿线电流先增大后减小。特别当电容器的阻抗Z满足 

                  Z＝-jZ_ctan(πL/λ)         (1)时，即当电容器的阻抗与长度为(λ-L)/2且输电线路终端短路时输电线路始端输入阻抗相等时，沿线电流最大有效值正好位于输电线路的中间，沿线电流分布的均匀性达到最佳。式(1)中，Z_c为输电线路的特征阻抗，L为输电线路的长度，λ为工频电源对应的波长，在我国工频为50Hz时λ等于6000km。 

输电线路上融冰的热量来源于输电线路导线的欧姆损耗发热。欧姆损耗热功率与电流有效值的平方成正比。已知输电线路的沿线电流分布，可得到相应的热功率分布。输电线路终端直接短路时，沿线电流有效值的分布为： 

I₁(z)＝I_maxcos(2πz/λ)，(0≤z≤L)        (2) 

输电线路终端按照式(1)的要求联接电容器时，沿线电流有效值的分布为： 

I₂(z)＝I_maxcos[2π(z-L/2)/λ]，(0≤z≤L)  (3) 

在式(2)和(3)中，坐标z的原点位于终端处，I_max为输电线路沿线最大有效值。 

若定义热功率分布的不均匀度为沿线单位长度热功率的最大值和最小值之差与最大值的比值，记为P％，依据式(2)和(3)，不难得出，在输电线路终端短路和输电线路终端连接电容器的两种情况下，热功率不均匀度分别为： 

P％＝sin²(2πL/λ)         (4) 

P％＝sin²(πL/λ)          (5) 

依据式(4)和式(5)，可以计算出热功率不均匀度随输电线路长度的变化情况，如图2所示。图2是输电线路终端短路和终端连接电容器时热功率不均匀度随融冰线路长度的变化示意图，从图2可以看出，输电线路终端连接电容器后，热功率不均匀度可以降低到输电线路终端直接短路时的1/3～1/4。 

输电线路终端连接电容器后，与终端直接短路相比，还可以在一定程度上提高始端功率因数。以某500kV交流输电线路为例，其单位长度电阻、电抗、电导和电纳分别为0.026Ω/km、0.284Ω/km、0.0和3.91×10^-6S/km。图3是输电线路终端短路和终端连接电容器时始端功率因数比较示意图，图3给出了终端直接短路与按上述方法连接电容器两种情况下始端功率因数随输电线路长度的变化。可以看出，在所考察的1-500km的长度范围内，连接电容器后可将始端功率因数从直接短路时的约0.09提高到约0.18，增大约一倍。 

实施例2 

图4是输电线路终端连接电容器的交流融冰方法接线结构示意图，其中，(a)是单相融冰且通过大地构成回路示意图；(b)是单相融冰且金属导线构成回路示意图；(c)三相同时融冰示意图。本发明的具体实施方案有三种，分别是： 

第一种方案，如图4中的(a)所示，为单相融冰且工频变压器和电容器之间通过大地构成回路。这种方案中，输电线路可以是单条或单相输电线路，还可以是三相输电线路中的某一条相导线，或某一相导线(含分裂导线)，或直流输电线路的某一条极导线。此时工频变压器采用单相变压器，变压器一次侧与前级电网或发电机电源连接，构成融冰电源。变压器二次侧的一端接地，另一端接到该条线路的始端。该条线路的终端连接电容器后接地。变压器、输电线路、电容器、大地构成回路。电容器的阻抗应与输电线路终端直接接地且长度为(λ-L)/2的输电线路始端输入阻抗相等(λ为工频变压器电源对应的波长，L为输电线路的长度)。这种运行方式也适合电气化铁路的接触网融冰。 

第二种方案，如图4中的(b)所示，为单相融冰且工频变压器和电容器之间通过金属导线构成回路。这种方案中，构成回路的金属导线采用另一条输电线路，即采用两条或者两相输电线路。两条或两相输电线路可以是三相输电线路中的任意两相相导线，或直流输电线路的某二条极导线。此时工频变压器采用单相变压器，变压器一次侧与前级电网或发电机电源连接，构成融冰电源。变压器二次侧接到该条线路的始端。该条线路的终端串联接入电容器。变压器、输电线路、电容器构成回路。电容器的阻抗应与输电线路终端短路且长度为(λ-L)/2的输电线路始端输入阻抗相等(λ为工频变压器电源对应的波长，L为输电线路的长度)。 

第三种方案，如图4中的(c)所示，为三相同时融冰方案。这种方案中， 三相输电线路同时交流融冰。考虑输电线路终端为三相对称负载，优选采用三角形接法连接电容器。此时变压器为三相变压器，变压器一次侧与前级电网或发电机电源连接，构成融冰电源。变压器二次侧接到三相输电线路始端，三相交流输电线路终端与三个电容器采用三角形连接法连接。这样三相同时融冰，可节省融冰时间，提高效率。电容器的阻抗应等于三相输电线路的正序分量所对应的特性阻抗的三倍。

本发明在输电线路终端接入的电容器，使沿线电流分布的最大有效值位于输电线路的中间，明显改善了长距离输电线路的沿线电流分布及欧姆损耗热功率分布的均匀性，同时还提高了输电线路始端的功率因数。本装置特别适用于长距离输电线路的单相和三相导线的交流融冰以及直流输电线路的极导线的交流融冰。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (6)

1.一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是所述方法包括：

--将工频变压器的一次侧与前级电网或发电机相连，构成融冰电源，二次侧与输电线路始端相连；

--将电容器作为负载连接到输电线路终端并使电容器与工频变压器形成回路；设定电容器的阻抗Z满足Z＝-jZ_ctan(πL/λ)，其中Z_c为输电线路的特征阻抗，L为输电线路的长度，λ为工频电源对应的波长；

--在线路覆冰时，前级电网或发电机停电，工频变压器接通电源并通过输电线路产生的欧姆损耗发热融冰。

2.根据权利要求1所述的一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是当所述工频变压器采用单相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：使工频变压器的二次侧和电容器同时接地。

3.根据权利要求1所述的一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是当所述工频变压器采用单相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：使工频变压器的二次侧与输电线路始端相连的同时，使输电线路终端串联电容器。

4.根据权利要求1所述的一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是当所述工频变压器采用三相变压器时，所述使电容器与工频变压器形成回路具体是：所述工频变压器二次侧接到三相交流输电线路始端，所述三相交流输电线路终端与三个所述电容器采用三角形连接法连接。

5.根据权利要求2或3所述的一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是所述设定电容器的阻抗Z满足Z＝-jZ_ctan(πL/λ)具体是，电容器的阻抗应与输电线路终端短路且与长度为(λ-L)/2的输电线路始端输入阻抗相等；其中，λ为工频电源对应的波长，L为输电线路的长度。

6.根据权利要求4所述的一种长距离输电线路的融冰方法，其特征是设定电容器的阻抗Z满足Z＝-jZ_ctan(πL/λ)具体是，所述电容器的阻抗应等于三相输电线路的正序分量所对应的特性阻抗的三倍。

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