CN104332928B - 分裂导线经济电流防冰除冰方法 - Google Patents

Abstract

分裂导线经济电流防冰除冰方法，涉及分裂导线的防冰除冰技术。它为了解决现有的分裂导线防冰除冰技术影响线路正常供电的问题。本发明在相邻的分裂导体间设置绝缘间隔棒，在每根分裂导体上设置融冰支路开关，正常运行时各融冰支路开关在合位。对其中一根分裂导体进行融冰操作时，保持该分裂导体上的融冰支路开关闭合，并断开其他分裂导体上的融冰支路开关，融冰支路输送全部电流，使分裂导线能够在线路正常供电的条件下进行防冰除冰，并通过建立融冰功率三角形得到覆冰导线脱冰后导线温升和时间的关系、融冰功率和融冰电流，计算误差小于10％，为工程应用提供了依据。本发明适用于分裂导线经济电流防冰除冰。

Description

分裂导线经济电流防冰除冰方法

技术领域

本发明涉及分裂导线的防冰除冰技术。

背景技术

我国已广泛采用分裂导线来传输电能。由于导线输送电流的集肤效应，应用分裂导线输送电力，其输送能力和经济效益明显优于单根导线输电。2008年以来，我国频繁发生大气覆冰气象造成的电网覆冰事故。为防止电力线路出现覆冰断线、倒杆塔和覆冰闪络等事故，输配电线路防除冰技术研究已全面展开，并取得了长足进展。目前电网覆冰防治的研究工作主要集中在单根导线的覆冰物理性状和覆冰积累生长，以及临界融冰电流计算等方面，对分裂导线的覆冰防治工作已逐步开展研究。分裂导线因其传输电能的容量大，多应用于电网的主干线路，因此研究分裂导线的防冰除冰方法和技术手段十分重要。目前，应用于电网防冰和除冰最有效的技术手段是焦耳热融冰法。直流融冰和交流融冰都属于焦耳热融冰范畴。利用焦耳热效应提高导线发热量的方式有两种：1)加大流经导线的电流；2)增大导线直流电阻。但目前采用的防冰除冰技术都会影响线路正常供电，且无论采用何种焦耳热融冰技术，都需解决一下几个关键问题：(1)在气象条件和覆冰电力线路参数既定的条件下，融冰电流如何选择；(2)融冰过程会对覆冰导线和电网系统造成怎样影响；(3)融冰需要的电源容量是否足够大。当风速、环境温度等气象条件和覆冰导线参数一定时，融冰电源容量和覆冰导线升温都是由施加的融冰电流决定的，所以上述问题的解决可归结为如何确定和选择融冰电流。目前，国内外融冰电流的选择方式主要有二种：(1)融冰现场试验和风洞试验；(2)融冰过程物理数学模型。导线覆冰融化过程是一个物理相变的动态过程，因此建立完整和准确的物理数学模型准确地描述环境参数、导线参数和融冰电流的关系十分复杂，现有的模型都是建立在一定假设的条件下，推导出的公式适用范围很小，计算结果误差较大，不能指导实际融冰操作使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的分裂导线防冰除冰技术会影响线路正常供电的问题，提供一种分裂导线经济电流防冰除冰方法。

本发明所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法为：在相邻的分裂导体间设置绝缘间隔棒，在每根分裂导体上设置融冰支路开关，对其中一根分裂导体进行融冰操作时，保持该分裂导体上的融冰支路开关闭合，并断开其他分裂导体上的融冰支路开关，融冰支路输送全部负荷电流。

上述方法的融冰电流通过以下步骤获得：

步骤一、建立融冰功率三角形

在平面直角坐标系P_xOP_y内建立等腰直角三角形，该等腰直角三角形即所述的融冰功率三角形，该融冰功率三角形的三个顶点坐标分别为(0，0)、(P，0)和(P，P_r+P_s)，其中P为融冰输入功率，P_r为覆冰吸收功率，即覆冰体升温和融化所需的总功率，P_s为导线升温和环境损失功率，则

步骤二、设P_Q为起始功率，且0＜P_Q＜P，在P_x轴上取一点(P_Q，0)，由点(P_Q，0)、(P，0)和(P，P_r)构成的直角三角形中，斜边与P_x轴的夹角为α，则P＝P_Q+P_r/tgα，其中，V_s为单位长度导线覆冰总体积，V₃为单位长度导线覆冰融化部分体积，△T为覆冰温升，t为融冰时间。

步骤三、根据步骤二中的P值计算融冰电流I：

$I=\sqrt{\frac{P}{R_T}}$

其中，R_T为温度T℃时导线电阻，单位Ω。

本发明所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法在线路正常供电的条件下，通过分裂导线间隔棒绝缘和增设开关，使分裂导线正常供电的经济电流流经单根导线，实现对分裂导线防冰除冰。该方法不影响线路正常供电，相当于既增大了流经分裂导线融冰回路的电流，又增大了导体的直流电阻，使分裂导线融冰回路发热量增大，实现焦耳热融冰。

附图说明

图1为实施方式一所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法电气原理图；

图2为实施方式一所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的现场接线示意图；

图3为实施方式三中的融冰功率三角形；

图4为实施方式四和五中的导线覆冰融化时的截面图；

图5为实施方式七中的导线融冰实验的电气结构图；

图6为实施方式七中的风速和覆冰厚度与融冰时间的关系。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法为：在相邻的分裂导体间设置绝缘间隔棒，在每根分裂导体上设置融冰支路开关，对其中一根分裂导体进行融冰操作时，保持该分裂导体上的融冰支路开关闭合，并断开其他分裂导体上的融冰支路开关。

本实施方式所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的电气原理如图1所示。图1中，U为电源电压；Z_F为负载阻抗；I_F×2为流经双分裂导线的总负荷电流；I_F×1为流经双分裂导线单根导体的支路电流；K1和K2分别是两条单根导体的融冰支路开关；R1和R2，XL1和XL2分别为分裂导线单根导体的直流电阻和交流感抗。

分裂导线正常运行时，融冰开关K1、K2是合位，两个导体并联运行共同输送负荷电流I_F×2。当进行导线融冰操作时，拉开关K2，负荷电流I_F×2全部流经K1回路，电流比原来增大一倍，此时线路阻抗也比原来并联时增大一倍，K1回路导体发热量增大，实现对导体的融冰。对双分裂导线单根导体K1回路融冰结束后，合上融冰开关K2，拉开开关K1，再对单根导体K2回路进行融冰。

根据分裂导线利用经济电流防冰除冰的电气原理，需进一步研究设计分裂导线的金具和机械结构使其实现防冰除冰的功能。我国电网现运行的分裂导线结构多为4分裂和双分裂结构，现以双分裂导线为例说明应用正常供电的经济电流对分裂导线实施防冰融冰的技术可行性。双分裂导线两根分裂导体由间隔棒将其分开一定距离，传统的间隔棒为金属制造，在分裂导线中起到固定和电流导通的作用。要实现对导线的防冰除冰功能，间隔棒和导线部分金具应改为绝缘材料，使分裂导线之间绝缘，将分裂导线分成两个导电回路，实现分别输送负荷电流的工作方式。

双分裂导线正常运行时，分裂导线总电流为I_F×2，流经单根导体的电流为I_F×1，I_F×2＝2·I_F×1；分裂导线总阻抗为Z，Z＝R+Xj；2根导体的阻抗分别为Z₁和Z₂，其中Z₁＝Z₂，Z₁＝R₁+X_L1j。对于并联电路有

$\frac{1}{Z}=\frac{1}{Z_1}+\frac{1}{Z_2}---\left(1\right)$

即Z＝Z₁/2。

正常运行时，双分裂导线总的发热功率为单根导体通过的电流为I_F×2/2，单根导体发热功率为

防冰除冰时，用分裂导线的其中一根导体输送全部负荷电流I_F×2,单根导体的直流电阻为R₁，R₁＝2R。此时，单根导体发热功率为防冰除冰时单根导体的发热量为正常运行时该导体发热量的4倍。考虑防冰除冰操作时，导线参数发生变化和系统供电负载影响，单根导体发热量会略小。

分裂导线经济电流防冰除冰方法，在增大流经分裂导线单根导体电流的同时，对分裂导线来讲又相当于增大了直流电阻，进而增大了导体焦耳热效应，融冰效果显著。

按照图1，结合220KV及以上电压等线路的特点，研究设计了可实际应用的防冰除冰接线。如图2所示。

本实施方式采用电流选通输电(BCCSD)的方式，使分裂导线正常运行的经济电流，在大气覆冰气象条件下，可通过开关控制使之流经待融冰的单根(组)导线，在不影响线路正常供电的情况下，实现大电流焦耳热融冰的功能，技术上可行。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的进一步限定，本实施方式中，所述的融冰支路开关为220KV户外GW7型隔离开关。

融冰支路开关K的断口电压计算：

从防冰除冰电气原理图可知，融冰支路开关K的断口承担电压是融冰导体的电压降U_r×1。双分裂导线一般都应用在220KV及以上电压等级的大容量输电线路上，其输送的负荷电流一般都比较大，基本都能达到经济电流运行设计值，线路电流密度都按经济电流密度选择，一般取每平方毫米0.8A～1.65A/mm2，正常运行状态都按经济电流运行。

单根LGJ-400导线经济电流I_F×1＝400×0.8＝320A，取经济电流密度0.8A/mm2；2×LGJ-400双分裂导线，其经济运行总电流I_F×2＝2×I_F×1＝640A。

防冰除冰时单根导体电压降U_r×1为

$U_{r\×1}=I_{F\×2}\·\sqrt{R_1^2+X_{L1}^2}---\left(2\right)$

式中，U_r×1为单根导体融冰时导体电压降，单位V；I_F×2为双分裂导线正常供电经济电流，融冰时为流经单根导体的电流，单位A；R₁为单根导体直流电阻，单位Ω/km；X_L1为单根导体正序电抗，单位Ω/km。

LGJ-400导线单位长度电阻率R₁＝0.07232Ω/km；单位长度电抗X_L1＝0.39Ω/km。由公式(2)得U_r×1＝253.85V/km。融冰线路长度L为150km，则U_r×1为38.077KV，即为融冰开关断口承担电压38.077KV。

融冰支路开关K的选择：

1)融冰操作开关安装在220KV线路入口和出口，承担220KV对地电压，应选择220KV电压等级的设备。

2)融冰操作开关操作时，不切合负荷电流，只是将负荷电流由一条导线转移到另一条导线中，选择220KV隔离开关即可满足运行及操作需要。220KV户外GW7型隔离开关可满足线路正常运行和防冰融冰操作需要。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的进一步限定，本实施方式中，上述方法的融冰电流通过以下步骤获得：

步骤一、建立融冰功率三角形

在平面直角坐标系P_xOP_y内建立等腰直角三角形，该等腰直角三角形即所述的融冰功率三角形，该融冰功率三角形的三个顶点坐标分别为(0，0)、(P，0)和(P，P_r+P_s)，其中P为融冰输入功率，P_r为覆冰吸收功率，即覆冰体升温和融化所需的总功率，P_s为导线升温和环境损失功率，则

步骤二、设P_Q为起始功率，且0＜P_Q＜P，在P_x轴上取一点(P_Q，0)，由点(P_Q，0)、(P，0)和(P，P_r)构成的直角三角形中，斜边与P_x轴的夹角为α，则P＝P_Q+P_r/tgα，其中，V_s为单位长度导线覆冰总体积，V₃为单位长度导线覆冰融化部分体积，△T为覆冰温升，t为融冰时间。

步骤三、根据步骤二中的P值计算融冰电流I：

$I=\sqrt{\frac{P}{R_T}}$

其中，R_T为温度T℃时导线电阻，单位Ω。

当分裂导线进入融冰工作运行时，负荷电流集中到一根或几根导体输送，融冰电流基本上是一个定值，为分析方便，设定负荷电流为某一定值不变。导线的融冰时间T_r受气温、风速和覆冰厚度的影响。当融冰电流Ir、导线融冰厚度b和导线型号规格确定后，气温和风速是影响融冰时间T_r的主要因素。

现以双分裂导线2×LGJ-400为例分析导线经济电流防冰除冰方法，线路运行电压为220KV；运行电流按经济电流密度0.8/mm2计算，I_F×2＝640A；LGJ-400导线单位长度直流电阻率r₁＝0.07232Ω/km；单位长度电抗x_L1＝0.390Ω/km；导线直径d＝27.68mm；融冰线路长度取L为150km；导线覆冰厚度b＝8mm。分别在气温-3℃和风速5m/s，气温-3℃和风速3m/s，气温-3℃和风速0.5m/s时，计算分裂导线防除冰参数。

为建立融冰功率和融冰时间的关系，提出了融冰功率三角形法，如图3所示。在考虑所有可能的热交换和热损失后，融冰功率热平衡式有如下形式，

E_cond+E_cg+E_fg＝(I²R+P_sun-P_rad-P_conv)t (5)

把功率损失进一步归类，有

P＝P_s+P_r (6)

其中，P为融冰输入总功率，P＝I²R，单位W；R为导线电阻，单位Ω；P_r是覆冰吸收功率，是考虑覆冰体升温和融化所需的总功率，P_r＝P_cg+P_fg，其中P_cg是冰升温吸收功率，P_fg是冰融化吸收功率；P_s为导线升温和环境损失功率，是排除了覆冰体升温和融化所需的总功率以后，考虑导线升温热损失、热辐射损失、对流损失和(减去)吸收太阳能等因素造成的总的功率损失，P_s＝P_cond+P_rad+P_conv-P_sun。该公式的特征是融冰输入总功率P等于各项损失功率P_s和P_r之和，比值有如下关系，

仿真研究和实践表明，风速在0～8m/s，环境温度在-6℃～0℃区间时，环境参数和导线覆冰厚度与融冰时间近似呈线性关系，由于线性方程的叠加性，可得

P_x＝P_Q+P_r/tgα (8)

其中，P＝P_x；

$P_r=\frac{Q}{0.24t}=\frac{V_3\·80+V_s\·0.5\·\mathrm{\ΔT}}{0.24t}---\left(9\right)$

P_Q为气温和风速等气象条件一定时，规定融冰时间t_n对应的起始(最小)融冰功率，单位w/m；P_Q的值大于临近融冰功率。V₃为单位长度导线覆冰融化部分的体积，单位cm³/m；V_s为单位长度导线覆冰总体积，单位cm³/m；Q为覆冰升温和融化消耗的热量，单位cal/g；△T为覆冰温升，最大取10℃；冰的熔解热取80cal/g；冰的比热取0.5cal/(℃·g)；t为融冰时间，单位s。

不同环境条件下，融冰功率三角形计算参数tgα和P_Q取值见表1。

表1不同环境条件下功率三角形法计算融冰电流参数表

采用融冰功率三角形能够进一步计算得到最小防冰电流，为工程应用提供了依据。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的进一步限定，本实施方式中，所述的单位长度导线覆冰总体积V_s通过下式获得：

V_s＝0.7854(D+d)(D-d)

其中，D为覆冰体直径，d为导线直径，如图4所示。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的进一步限定，本实施方式中，所述的单位长度导线覆冰融化部分体积V₃通过下式获得：

$V_3=(r+\mathrm{\Δ})\·\sqrt{R^2-{(r+\mathrm{\Δ})}^2}+R^2\·\arcsin \frac{r+\mathrm{\Δ}}{R}+\frac{\mathrm{\π}{(r+\mathrm{\Δ})}^2}{2}-\mathrm{\π}{r}^2$

其中，R为覆冰体半径，r为导线半径，Δ为导线与未融化冰的间隙，如图4所示。

冰厚15mm以上时Δ取2mm，冰厚15mm以下时Δ取1mm。

具体实施方式六：本实施方式是对实施方式三所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法的进一步限定，本实施方式中，气温为T₀、风速为V_a的环境下，任意融冰时间下的起始功率通过以下方法获得：在气温为T₀、风速为V_a的环境下，采用经济电流对分裂导线的一根导体进行除冰，并测量起始功率和融冰时间，该起始功率与融冰时间的乘积为常数，通过该常数获得气温为T₀、风速为V_a的环境下，任意融冰时间下的起始功率。

如表1所示，气温为-3℃、风速为0.5m/s的环境下，融冰时间与起始功率P_Q的乘积为540，则在该环境下，对于任意设定的融冰时间t_r，起始功率的值为

具体实施方式七：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式将实施方式一至六应用于2×LGJ-400双分裂导线和4×LGJ-400四分裂导线。

一、2×LGJ-400双分裂导线融冰功率及电流计算

LGJ-400导线单位长度覆冰体积计算：

LGJ-400导线半径r为13.84mm；直径d为27.86mm；覆冰厚度8mm；导线覆冰半径R为21.84mm；覆冰直径D为43.68mm；导线与覆冰融化间隙Δ取1mm。

由公式(10)和(11)得，

V₃＝362.81cm³，V_s＝896.74cm³。

分裂导线融冰功率及参数计算：

在风速3m/s和气温-3℃气象条件下，2×LGJ-400双分裂导线覆冰厚度8mm，融冰时间设定为30min覆冰脱落，由公式(8)(9)得到覆冰升温及融化所需功率Pr、导体融冰焦耳热效应产生功率P_x和流经导体的融冰电流I_r的计算值如下，

P_x＝150.69w/m，P_r＝70.3w/m，I_r＝1443.47A，

公式(8)中，tgα取0.678；P_Q取47，参数取值见表1。

在环境温度-3℃，风速0.5m/s、3m/s和5m/s气象条件下，LGJ-400导线不同覆冰厚度所需融冰电源参数，与采用线路经济电流I_F×2防冰除冰所需电源参数及融冰时间t_r对照关系，见表2。

表2LGJ-400导线功率三角形法与经济电流防冰除冰方法融冰参数对比

双分裂LGJ-400导线经济电流防冰除冰方法最小防冰电流I_Fmin×1选择：

表1给出了温度-3℃和风速5m/s气象条件下临界融冰功率Pc＝20.8w/m，即在该气象条件下，如果融冰导线输出的焦耳热功率小于20.8w/m时，导线覆冰不能融化。为保证线路能够防冰除冰，取1.3倍的临界融冰功率P_c值计算单根LGJ400导体最小融冰负荷电流I_Fmin×1。

$I_{F\min \×1}=\sqrt{\frac{1.3\×P_c}{R_0}}=\sqrt{\frac{1.3\×20.8}{0.07232\×{10}^{-3}}}=611.4\left(A\right)---\left(12\right)$

环境温度-3℃和风速5m/s时最小融冰电流为606.1A，I_Fmin计算值大于现有技术给出的最小融冰电流值，可实现防冰除冰功能。

双分裂LGJ-400导线经济电流防冰除冰法最大融冰电流值I_Fmax×2选择：

分裂导线最大融冰电流的选择应保证线路脱冰后，导线温升不能过快，且导线表面温度不超过70℃。现以2×LGJ-400导线为例研究最大负荷融冰电流。

输电线路运行规程规定，运行线路最大允许载流量不准超过导线温度70℃载流量，LGJ-400导线70℃时载流量为I_Fmax×1＝570A，2×LGJ-400导线最大负荷融冰电流I_Fmax×2＝2×570＝1140A。

最大负荷融冰电流I_Fmax×2与导线脱冰后温升△T_AL的计算可由融冰功率三角形求出。在融冰功率三角形计算关系式中，P＝P_s+P_r。其中，P_r是覆冰吸收功率，是单纯考虑覆冰体升温和融化所需的总功率；P_s为融冰过程中导线升温热损失和环境热损失功率，是排除了覆冰体升温和融化所需的总功率以后，考虑导线升温热损失、热辐射损失、对流损失和(减去)吸收太阳能等因素造成的总的功率损失。

导线覆冰脱落后，由于流经导线的电流I_F不变，导线产生的焦耳热P_X也不变，由于覆冰脱落使散热表面积变小，外界环境造成的热损失P_s会略小于覆冰时的值；脱冰后，导线温升的功率主要来自于P_r，即覆冰脱落后，原来用于融冰的热量Q_r等于导线升温吸收的热量Q_AL，导线温升功率P_AL等于覆冰升温和融化消耗的功率P_r。计算出最大负荷融冰电流I_Fmax×2对应的覆冰体升温和融化所需的总功率P_r值，即可近似计算出导线的温升△T_AL。

LGJ400导线温升计算公式为

$P_{\mathrm{AL}}=\frac{Q_{\mathrm{AL}}}{0.24t_{\mathrm{AL}}}=\frac{m_{\mathrm{AL}}\·\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{AL}}\·C_{\mathrm{AL}}}{0.24t_{\mathrm{AL}}}---\left(13\right)$

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{AL}}=\frac{0.24\×t_{\mathrm{AL}}\×P_r}{m_{\mathrm{AL}}\·C_{\mathrm{AL}}}---\left(14\right)$

Q_AL为导线升温消耗的热量，单位cal/g；m_AL为LGJ-400导线单位长度质量，取1487g/m(轻型)；△T_AL为LGJ导线温升，单位℃；C_AL为铝导线的比热，取值为0.216cal/(℃·g)；t_AL为铝导线升温时间，单位min。

在不同气象条件下，最大负荷融冰电流I_Fmax×2对应的覆冰升温和融化消耗功率P_r，可按公式(8)计算，P_Q和tgα取值见表1。

$P_r=(I_{F\max \×2}^2\·r_0-P_Q)\·\mathrm{tg\α}$

由于Q_r≈Q_AL，在铝导线升温时间t_AL不变的情况下，有P_r＝P_AL，其中，P_AL是排除其它功率损失后，铝导线升温功率，单位w/m；P_r为覆冰升温和融化消耗的功率，单位w/m；Q_r为覆冰升温和融化消耗的热量，单位cal/g；r₀取导线LGJ400导线20℃时直流电阻率，取值0.07232×10^-3Ω/m。

其中，I_Fmax×2为双分裂LGJ-400导线的最大负荷融冰电流值，为1140A。在气温-3℃和风速5m/s；气温-3℃和风速3m/s；气温-3℃和风速0.5m/s气象条件下，单根LGJ-400导线脱水后，导线温升30min、45min和60min后，导线表面温度升高最大值△T_AL-max见表3。

表3最大负荷电流融冰LGJ-400导线脱冰后温升参数表

由表3可知，用最大允许负荷电流I_Fmax×2融冰，导线覆冰脱落后，在气温-3℃和风速0.5m/s这种气象条件下，30分钟后导线温升79.5℃，为导线脱冰后系统恢复正常运行提供了充足的操作时间裕度。其它气象条件下，导线脱冰后系统回复正常运行的操作时间裕度更大，保证了导线的使用寿命和安全。

二、四分裂导线融冰功率计算

四分裂、六分裂导线采用经济电流防冰除冰方法，可将2根或者3根导体作为一个融冰支路，即将原四分裂、六分裂导线分成两组防冰除冰支路分别进行融冰。

4×LGJ-400导线，单根导体半径r为13.84mm；直径d为27.86mm；覆冰厚度8mm；导体覆冰半径R为21.84mm；覆冰直径D为43.68mm；导体与覆冰融化间隙Δ取1mm；单根导体单位长度导线覆冰融化部分的体积V₃＝362.81cm3；单根导体单位长度导线覆冰总体积V_s＝896.74cm3；气温-3℃和风速5m/s气象条件下，设定30分钟覆冰脱落，单根导体覆冰升温及融化所需功率P_r×1＝70.3w/m；单根导体焦耳热效应产生功率P_X×1＝240.07w/m。

对于4×LGJ-400导线，2根导体为一组防冰除冰支路，设定30分钟覆冰脱落，每组需焦耳热功率P_X×2＝2P_X×1＝480.14w/m。

正常运行情况下流经4×LGJ-400分裂导线的总电流I_F×4＝4×320＝1280A；

防冰除冰运行情况下，流经防冰除冰支路(2根导体)的电流I_F×2等于流经分裂导线的总电流I_F×4，I_F×2＝1280A；流经每根导体的电流I_F×1为640A，其参数计算与双分裂导线相同，见表2。

三、分裂导线经济电流防冰除冰电流验证试验

导线融冰实验电气接线如图5所示，K为220V交流电源开关；V为电压表；A为电流表；BT为单相调压器，容量2kVA，电压0～250V；BL为大电流发生器，变比5/3000；R₁、R₂、R₃和R₄均为覆冰导线。

接好融冰导线，合上电源开关K，电压表指示电源电压220V，BT调压变压器在0位调整输出电压，电流I₁由0开始增加，电流表显示I₁值，I₂＝I₁×(3000/5)。调整I₁使达到所需融冰电流值，观察导线覆冰融化情况，记录融冰时间t。实验结束，设备归位调零，测量脱冰的尺寸参数，记录数据。

27次融冰实验测得81组数据，得到48条有效的导线融冰数据，其中LGJ-400导线有效数据6条。环境条件为气温-2.5～-4.0℃，风速0.5m/S，测试导线型号为LGJ-400。融冰施加电流1200A，覆冰厚度10mm，加电8min后覆冰滴水，33分钟脱冰。实验数据与表2数据，风速0.5m/s和温度-3℃气象条件下，覆冰8mm，30min覆冰脱落对应的融冰电流值1179.47A基本相符。

环境条件为气温-4.0～-6.0℃，风速3m/S，测试导线型号为LGJ-400。融冰施加电流640A，覆冰厚度5mm，加电15min未见覆冰滴水，130分钟脱冰。实验数据与表2数据，风速3m/s和温度-5℃气象条件下，覆冰5mm，640A负荷融冰电流，125min覆冰脱落对应数值基本相符。

四、分裂导线经济电流融冰性能分析

分裂导线经济电流防冰除冰方法，是用分裂导线正常运行时的经济电流作为防冰除冰电流，通过开关控制和改造分裂导线间隔棒绝缘等措施，把分裂导线分成2或3组防冰除冰支路，在易发生覆冰气象条件下，通过开关操作使分裂导线正常经济运行电流流经待防冰除冰支路，实现焦耳热融冰的功能。防冰除冰过程中，线路正常供电，对电网影响小。

分裂导线经济电流防冰除冰方法，其融冰电流的选择是按导线经济电流密度0.8A/mm²确定，也就是线路设计的传输电流来进行融冰。单根LGJ-400导线的经济运行电流为320A。多分裂导线防冰除冰时，单根LGJ-400导线流经640A的融冰电流。

由实验数据和表2得到风速、环境温度和融冰时间的关系图，见图6。其中，1代表Va＝0.5m/s，2代表Va＝3m/s，3代表Va＝5m/s，4代表b＝2mm，5代表b＝5mm，6代表b＝8mm。由图6可知，在覆冰厚度一定的条件下，随着风速增大，融冰所需时间增长；在风速一定的情况下，覆冰越厚，所需融冰时间越长。也就是说，采用经济电流防冰除冰方法对分裂导线融冰，当风速较大时，由于热损失较大，该方法对分裂导线起到的是防冰功能；当风速较小时，导线覆冰脱冰时间相对较短，这时起到的是除冰功能，此时应注意导线脱冰后线路升温问题。

经济电流防冰除冰方法其最小防冰电流为611A，该值是以1.3倍的临界融冰功率P_c计算得出，这个电流可确保风速在5m/s及以下气象条件下防冰。

经济电流防冰除冰方法其最大除冰电流为1140A。在风速0.5m/s和温度-3℃气象条件下，导线脱冰30min后，导线温升79.5℃。该气象条件为大气覆冰气象情况下，导线温升最快的极端情况。此时流经单根LGJ-400导线的电流为导线70℃允许最大载流量720A的2倍，在系统正常经济运行和防冰除冰操作中，不会出现这样大的电流，计算校验的目的是确定融冰电流的安全上限，指导实际工程应用。在该极端条件下，导线脱冰后温升79.5℃需30min时间，脱冰后系统恢复操作时间裕量充足。

利用经济电流防冰除冰方法对多分裂导线融冰，需对线路进行小规模改造。与增强杆塔和线路强度方法提高线路抗覆冰能力相比，可节省建设资金80万元/公里，如全国每年新建220kV及以上电压等级多分裂导线输电线路2000公里，可节支16亿元。并且线路无需配备价格昂贵的直流融冰装置，防冰除冰操作时系统可正常供电，经济和社会效益明显。

Claims (8)

1.分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：在相邻的分裂导线间设置绝缘间隔棒，在每根分裂导线上设置融冰支路开关，对其中一根分裂导线进行融冰操作时，保持该分裂导线上的融冰支路开关闭合，并断开其他分裂导线上的融冰支路开关；

该方法的融冰电流通过以下步骤获得：

步骤一、建立融冰功率三角形

在平面直角坐标系P_xOP_y内建立等腰直角三角形，该等腰直角三角形即所述的融冰功率三角形，该融冰功率三角形的三个顶点坐标分别为(0，0)、(P，0)和(P，P_r+P_s)，其中P为融冰输入功率，P_r为覆冰吸收功率，即覆冰体升温和融化所需的总功率，P_s为导线升温和环境损失功率，则

步骤二、设P_Q为起始功率，且0＜P_Q＜P，在P_x轴上取一点(P_Q，0)，由点(P_Q，0)、(P，0)和(P，P_r)构成的直角三角形中，斜边与P_x轴的夹角为α，则P＝P_Q+P_r/tgα，其中，V_s为单位长度导线覆冰总体积，V₃为单位长度导线覆冰融化部分体积，ΔT为覆冰温升，t为融冰时间，Q为覆冰升温和融化消耗的热量；

步骤三、根据步骤二中的P值计算融冰电流I：

$I=\sqrt{\frac{P}{R_T}}$

其中，R_T为温度T℃时导线电阻，单位Ω。

2.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：所述的融冰支路开关为220KV户外GW₇型隔离开关。

3.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：所述的单位长度导线覆冰总体积V_s通过下式获得：

V_s＝0.7854(D+d)(D-d)

其中，D为覆冰体直径，d为导线直径。

4.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：所述的单位长度导线覆冰融化部分体积V₃通过下式获得：

$V_3=(r+\mathrm{\Δ})\·\sqrt{R^2-{(r+\mathrm{\Δ})}^2}+R^2\·\arcsin \frac{r+\mathrm{\Δ}}{R}+\frac{\mathrm{\π}{(r+\mathrm{\Δ})}^2}{2}-{\mathrm{\πr}}^2$

其中，R为覆冰体半径，r为导线半径，Δ为导线与未融化冰的间隙。

5.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：气温为T₀、风速为V_a的环境下，任意融冰时间下的起始功率通过以下方法获得：在气温为T₀、风速为V_a的环境下，采用经济电流对分裂导线的一根导线进行除冰，并测量起始功率和融冰时间，该起始功率与融冰时间的乘积为常数，通过该常数获得气温为T₀、风速为V_a的环境下，任意融冰时间下的起始功率。

6.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：tgα＝0.851。

7.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：tgα＝0.678。

8.根据权利要求1所述的分裂导线经济电流防冰除冰方法，其特征在于：tgα＝0.478。