第33卷第4期 2012年8月 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor&Reactive Power Compensation Vo1.33 N0.4 Aug.2012 66 kV输电线路移动式交流融冰装置研究 曹琪,,杨凯全,吴鑫强,郑金鹏 (自山供电公司,吉林白山134300) 摘 要:输电线路覆冰后,可能造成导线断线、杆塔倾覆等设备损坏,在覆冰脱落过程中,可能 引起线路舞动,多次短路跳闸,严重威胁变电站安全运行,影响对用户的安全可靠供电。东北 地区日气温变化大,导线覆冰后因气温骤降,覆冰时间长,清除极为困难。本文结合目前运行 的66 kV变电站无融冰设施,受现场建设专用融冰设施困难的实际,介绍了移动式交流融 冰装置的研究和现场试验情况。 关键词:移动式;交流融冰装置:研究 中图分类号:TM642 .1 文献标识码:A文章编号:1674.1757(2012)04-0034-05 Research on a Portable AC Ice-melting Device for 66 kV Transmission Line CAO Qi,SONG Ping,YANG Kai—quan,WU Xin—qiang,ZHENG Jin-peng (Baishan Power Supply Bureau,Baishan 1 34300,China) Abstract:The ice coating of overhead transmission line might lead to such trouble of equipment as wire breakage and tower collapse etc.Falling off of ice coating may cause wire sloshing and multiple short—circuit trips,which endanger seriously the safe operation of substations and influence the safe and reliable power supply to the user.Removal of ice from wire is extremely difficult due to big daily temperature difference,sudden drop of temperature after ice—coating and long ice—coating time of wire.In this paper,based on no ice—melting facilities at presently operated 66 kV substation and ac— tual situation of limitation of setting up special ice—melting facilities at site,the research and site test of portable AC ice—melting device are introduced. Keywords:portable;AC ice—melting device;research 0 Sl言 2012年3月白山供电公司66 kV输电线路 移动式交流融冰装置在松江河220 kV变电站 66 kV松露甲乙线上进行了成功试验。移动式交 流融冰装置通过采取电容器串补措施,补偿线路 电抗,通过施加10 kV电源,导线通过的电流即可 低等特点。 1 移动式交流融冰装置组成及原理 1.1装置组成 移动式交流融冰装置由10 kV开关柜、串补 电容器、放电线圈、过电压保护阻尼放电间隙、细 丝软铜线、快速组装线路支架、快速连接线夹、继 电保护装置和专用卡车组成。 1.2装置原理 达到溶冰所需的温升要求。装置的研究重点解决 了现场快速连接和安全可靠性问题,同时解决了 低温环境下绝缘导线展放困难和可能发生绝缘损 坏问题。试验表明,移动式交流融冰装置具有设 装置原理接线如图1所示。通过66 kV变电 站主变10 kV侧提供融冰电源,根据融冰线路长 备简单、安全可靠、运行灵活、适用范围大和造价 收稿日期:2012-04—18 ・度,合理选择串补电容和主变分接开关位置,对融 34・ 2012年第4期 ・设计与研究・ 曹琪,等66 kV输电线路移动式交流融冰装置研究 (总第142期) 实现对覆冰导线融冰羹 冰电流'以电流热效应原理 2 移动式交流融冰装置关键技术及创新 “x圳 岫 砜且人眶 、 。 220kV 66kV 2.1融冰电流值的选取 目前白山66 kV电网输电线路的导线以LGJ. 150和LGJ-240为主。试验室导线电流热效应温 ① 升见表1(试验条件:试验室,环境温度4℃~ 4.5℃。无风)。 ④ ⑤ ①专用线路及快速连接盒具;②放电线圈;③保护间隙; 按照表1数据并借鉴国家电网公司《输电线 ④串朴电容:⑤开关柜及保护;⑥溶冰电源变压器; 路电流融冰技术导则》 和南方电网针对GB ⑦中间T接变电站;⑧人工短路点 1179—1983规格导线的1 h融冰电流推荐值 , 图1移动式融冰装置原理图 Fig.1 Principle diagram of the LGJ.150型导线融冰电流选取450~600 A;LGJ一 portable ice-melting device 240型导线融冰电流选取600~750 A。 表1导线电流热效应(温升)试验 Tab.1 Thermal effect(temperature rise)test of wire 2.2装置适用范围定位及主要技术参数 在电容器极间配置过电压保护放电间隙 J, 装置主要应用于以10 kV电压等级为融冰电 作为极问绝缘的过电压保护。为了减小整套装置 源,开展66 kV电网LCJ.150~240型导线为主的 的几何尺寸,保证在过电压保护间隙动作期问,装 输电线路的交流融冰,同时考虑满足通常条件下 置绝缘配合安全,采取了浇注式密封结构;为了限 LGJ-400型导线的交流融冰要求;一般可融冰范 制间隙动作后的放电电流,在间隙回路串人了固 围为50 km,对存在中间T接变电站的可扩大到 定电阻。过电压保护放电问隙参数: 100 km以上的线路。 第1组:动作电压3.14 kV,阻尼电阻1 Q。 按照上述装置适用范围定位,整套装置的额 第2组:动作电压5.02 kV,阻尼电阻1 Q。 定电流按950 A选取。串补电容 参数: 在专用10 kV开关柜内配置了氧化锌避雷 第1组:2.85 kV,950 A,3 Q。 器L8圳作为变压器、开关柜和串补电容器主绝缘 第2组:4.56 kV,950 A,4.8 Q。 的过电压保护。 2.3继电保护及过电压保护 2.4 装置实现的难点和创新点 2.3.1继电保护 2.4.1 装置与系统间连接导线的选取 为了保证融冰过程中各相导线非同步脱冰, 在低温环境下,采用常规的电缆或绝缘线,存 导线弹跳或舞动形成相问故障时电网和融冰装置 在展放时对绝缘损伤的问题。融冰电流大,所需 的电缆截面大、重量大、刚性大,现场人工展放和 的安全,必须配置完备的继电保护装置 。 接线困难极大。 主保护:设置融冰线路专用10 kV开关柜,电 为了解决上述问题,采用带有尼龙保护套的 容器极间并联放电线圈[6al,配以电流保护和低 185 mm 细丝软铜线作为装置与系统间的专用连 电压、过电压、不平衡电压保护。 接导线。 后备保护:依靠融冰电源变压器高、低压侧的 2.4.2装置与系统间连接导线的快速连接 电流保护实现。 设计了专用的10 kV快速组装的线路支架结 2.3.2过电压保护 构和快速连接线夹,如图2、3所示。 ・35. 2012年第4期 电力电容器与无功补偿 第33卷 导线快速展放,防止磨损。 快速连接线夹采取3层式结构设计,其中第 一层为平板式结构,预先与专用细丝软铜线压接 (线夹),如图3中③所示,为了保证各层间夹紧 好,如图3中②所示;另两层固定在夹紧式结构上 后处于平行位置,确保有效的接触面积,其中第一 层设计为可转动式结构;为了实现3层之间快速 图2快速组装线路支架结构 Fig.2 The structure of line support of quick assembly 连接,在线夹上设置了“元宝螺丝”,可增大3层 之间的夹紧力,保证接触良好。快速连接线夹主 要分两种形式:一种适用于专用软铜线与铜排 (变压器接线板)的快速连接,如图3(a)所示;另 一种适用于专用软铜线与架空线路钢芯铝绞线的 快速连接,如图3(b)所示。现场连接时,先将线 夹夹在变压器接线端子或线路刀闸侧钢芯铝绞线 La) (b) 上,将接线板②放在线夹③的两层接线之间(适 用于与铜排的连接)或其中一层上(适用于与钢 ①电源铜排②软铜线接线板①融冰导线②软铜线接线板 ③夹紧式结构(线夹) ③夹紧式结构(线夹) 图3快速连接线夹 Fig.3 Quick connection of clips 芯铝绞线的连接),翻转线夹上事先配制好的“元 宝螺丝”,快速将3层压接为一整体,实现电源变 压器、融冰装置和融冰线路的快速连接。 2.4.3 串补电容器容抗的快速调整 快速组装的线路支架结构,由固定底座、连接 支管和绝缘放线横担组成。各部件之间全部采用 插接式结构,不用螺栓连接,组装十分快捷。固定 底座采用起重机腿式结构设计,增大支架与地面 装置串补电容器容抗的调整可采用专用的调 容开关来实现。但采用调容开关后,增加了设备 接线的复杂性和运输重量。因此,设计了容抗快 速调整结构,如图4所示。 间几何尺寸,提高支架的整体稳定性,降低支架重 量;绝缘放线横担,设有专用的放线滑轮,方便软 ' ~糍翳1 o叫lH 辫薅卜_ o 一 ●_●_I_● :o ・ 湃: A- J I c C 2’ C 』 I B B B・ ・- 图4串补电容器容抗快速调整结构 Fig.4 Structure of rapid capacitive reactance adjustment for the series compensation capacitor 36・ 2012年第4期 ・设计与研究・ 曹琪,等66 kV输电线路移动式交流融冰装置研究 (总第142期) 为了满足电容器1组、2组和1组+2组3种 试验在某220 kV变电站66 kV侧双回59 km 线路所带的末端变电站进行,变电站2台主变容 量均为20 MVA。试验前将全部负荷转移至1台 主变供电,另1台主变停电备用,按图1所示完成 试验接线、保护整定和传动调试。 3.1.2 电气计算 补偿方式的要求,避免引入、引出端子和接线铜排 之间的交叉,同时最大限度接线结构高度,满 足运输要求,采取了两层式结构设计。A、C、B三 相电容器在卡车上由左至右依次排列,A相电源 进线由前侧引入,C相由后侧引入,B相由中间引 入。电容器1、2出线端子A 、A:由第1层引出(接 按无补偿、电容器1组补偿(3 12)、2组补偿 (4.8 n)、l+2组补偿(7.8 12)和相应融冰电流 (LGJ.240按650 A、LGJ.150按475 A考虑)选取 恰当的短路点,并进行脱冰过程中可能形成的相 间短路激发系统谐振进行过电压校验。融冰过程 中叠加导线脱冰引起融冰线路相间短路故障电流 及电容器极间过电压计算见表2。 线端子①②之间用快速线夹连接,③④之间断开), 电容器1+2出线端子 由第2层引出(接线端子 ③④之间用快速线夹连接,①②之间断开)。 3移动式交流融冰装置现场试验 3.1试验方案与电气计算 3.1.1试验方案 表2融冰线路相间短路故障电流及电容器极间过电压计算 Tab.2 Calculation of interphase short circuit fault current for ice-melitng wire and inter-phase overvoltage of capacitor 注:融冰线路1—30 kM为LGJ一240,30~59 kM为LGJ一150型导线 由表2可知:线路长度为22 km左右的LGJ. 240导线线路可以直接进行三相短路融冰。通过 改变串补电容器容抗可以扩大融冰线路长度范 围。在正常融冰过程中,融冰装置按小于等于额 后,将造成系统串联谐振,在电容器两端产生危险 的过电压。在最严重的情况下(电容器串补容抗 3 Q,融冰线路长度29 km,叠加4 km处的三相和 两相短路),电容器两端电压将达到24 kV和 定参数运行,能够保证融冰作业安全,但在参数匹 配点,叠加导线脱冰过程中引起的相间短路故障 22.55 kV,为了此过电压,保护电容器,配置 了过电压保护放电间隙,保护间隙动作后,串入 ・37・ 2012年第4期 电力电容器与无功补偿 第33卷 1 n的电阻,电容器通过保护间隙放电时的 谐振过程中参数变化的保护,但是考虑过电压 过电流,同时消除系统谐振。过电压保护间隙不 保护间隙动作速度极快,可能造成间隙击穿后 能长时间通过大电流,必须通过继电保护装置快 电流保护、过电压返回,因此设置了低电压、不 速将融冰线路切除。 平衡电压保护作为反映保护间隙动作后谐振 通过表2,正常融冰_÷导线脱冰过程中引起 消除后的主保护,迅速切断融冰电源,保护间 相间短路故障激发谐振一过电压保护间隙动作后 隙和整套装置的安全。 谐振消除3个过程,电源端电流和电容器极问电 3.2现场试验结果 压存在如下关系: 现场进行了串补3 Q和7.8 Q分别在距电源 1)电源端电流,正常融冰电流一谐振情况下 侧29 km处和49 km处 相短路接地融冰试验, 的电流剧增一谐振消除后的电流下降; 并进行了串补7.8 Q,49 km处i相接地短路融冰 2)电容器极间电压,正常融冰极间电压一谐 方式下,叠加15 km处两相短路激发系统谐振校 振情况下极问电压的剧增(无不平衡电压)一谐 验。通过试验,导线在正常融冰方式下的融冰电 振消除后极问电压的下降(叠加不对称短路,过 流能够满足融冰所需要的温升要求,在激发系统 电压保护间隙不对称击穿后出现不平衡电压)。 谐振方式下,过电压保护间隙和继电保护装置正 针对以上电源端电流和电容器极间电压变 确、快速动作,切除融冰装置和线路,满足整套装 化设置了电流保护、过电压、低电压、不平衡电 置和系统的安全要求,试验达到了预期效果。试 压保护,其中电流保护、过电压可以作为反映 验结果见表3。 表3现场融冰试验结果 Tab.3 Resul ̄of site ice-mdting test 注:融冰线路1~30 km为LGJ-240,30~59 km为LGJ,150型导线 4结语 线夹、快速容抗调整结构和细丝软铜线等技术创 新手段,较好地解决了移动式交流融冰装置现场 目前移动式融冰装置多采用直流融冰 方 快速接线和低温时电缆展放困难的难题。 案,需大电流电力电子整流设备,设备复杂,造价 3)装置造价低,调用灵活,适用范围大,除冰 高;交流融冰装置多采用固定式结构,设备配置点 效率高,能够快速恢复覆冰线路的正常运行,有较 多,造价高。本文介绍的移动式交流融冰装置有 好的经济效益和应用前景。 如下的特点: 通过现场应用,由于各变电站主变和融冰线路 1)装置原理简单,灵活快捷、安全可靠。融 位置不同,因此采用的连接线路长度不确定,专用 冰范围可由串补电容器容抗变化进行调整,同时 的细丝软铜线按最长距离配置,在应用于短距离 利用有载调压变压器加大电流调节范围,可以扩 时,余线的绝缘处理存在困难。计划采取专用的绝 大线路的融冰范围。 缘挂箱,盘留余线,绝缘挂箱挂在融冰线路刀闸的 2)采取插接式快速组装线路支架、快速连接 构支架上,可以解决上述问题。 (下转第64页) ・38・ 2012年第4期 电力电容器与无功补偿 第33卷 thermal shrinkage[J].Power Capacitor,1990(1):17—20. 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