摘要：2008年初，我国南方地区遭受了罕见的冰冻灾害，导致许多输电线路出线断线和倒塔事故，严重影响电力系统的安全运行。而当前输电线路地线融冰方案还处于初级阶段，相较于导线融冰方案所取得的成果，还存在很大的不足。本文介绍了输电线路地线融冰的几种方式，综合考量各种因素带来的不良影响，选择切实可行的地线融冰方案，为输电线路输电安全提供保障。
关键词：输电线路；地线融冰；直流融冰
输电线路覆冰造成的线路过荷载和相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰，将导致杆塔荷载超限，引起电力安全事故。输电线路融冰方法主要包括直流融冰和交流短路融冰。由系统提供短路电源的交流短路融冰受输电线路电压等级和线路长度影响较大，同一短路电源电压很难满足变电站所有出线的融冰需要，且仅能实现导线融冰无法实现地线融冰；若导线融冰完成，地线覆冰弧垂加大，低于导线加剧地线闪络问题出现，甚至带来严重的安全事故。直流融冰时直流电压和直流电流连续可调，可满足不同长度线路的融冰要求，能对全站所有进出线进行融冰；直流融冰时线路阻抗的感性分量不起作用，降低了融冰所需的容量，提高了融冰效率；直流融冰能对地线进行融冰。
一、输电线路地线直流融冰影响因素
（一）直流融冰装置
目前运用较多的直流融冰装置有车载移动式直流融冰装置和固定式（可控硅）直流融冰装置。相对于固定式（可控硅）直流融冰装置，车载移动式直流融冰装置受条件限制，其额定融冰电流、额定融冰电压和直流融冰功率均较小，对于线路长度长、导线截面大的线路，无法满足线路融冰的需要，具有一定的局限性。输电线路导线融冰电流大，地线融冰电流小，因导线的直流电阻远小于地线直流电阻，地线融冰时所需的融冰电压较大，因此直流融冰装置的参数对地线融冰时的接线方式影响大。
（二）地线融冰电流
根据中国南方电网有限责任公司《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》附录B，地线融冰电流经验计算公式如下：
结合地线融冰电流计算公式可以了解到，影响输电线路地线融冰电流的因素众多，包括环境温度、电阻率、覆冰厚度、风速、覆冰类型和融冰时间等。最小融冰电流确定，由于输电线路的途径范围较广，地理条件和气候条件较为复杂，加之地线型号多样化，很容易受到客观因素影响，导致融冰效果无法达到预期目标[3]。
为了系统通信的需要，输电线路一根地线采用OPGW光缆，另一根地线采用铝包钢绞线或钢绞线。OPGW由一个或多个光单元和一层或多层绞合单线组成，而现有的OPGW光缆产品的绞合单线一般采用铝包钢绞线，为便于融冰，另一根地线推荐采用铝包钢绞线。如何满足输电线路地线融冰需要，保证输电安全，需要保证直流装置输出的最小融冰电流高于本区域所有输电线路的最小融冰电流值。
（三）地线最大允许电流
地线最大允许电流指在融冰的短时间内（最长几小时）允许地线达到最高温度所通过的电流，除考虑辐射散热和对流散热外，由于白天有日照，会增加导线的表面温度，故还得考虑架空地线的日照吸热。根据中国南方电网有限责任公司《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》附录B，地线最大允许电流其计算公式如下：
——单位长度架空地线的辐射散热功率（
）
——单位长度架空地线的对流散热功率（
）
——架空地线的日照吸热，（
）
由计算公式可知，影响输电线路地线最大允许电流包括风速、环境温度、地线直径和电阻值、架空地线融冰时允许达到的最高温度、日照强度和线路新旧程度等等。根据《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》对地线允许达到最高温度的规定：铝包钢绞线可采取80℃，大跨越可采用100℃，镀锌钢绞线可采用125℃；全铝包钢层绞式OPGW表面温度应控制在80℃以下，特殊情况下不超过90℃；中心束管式OPGW表面温度必须控制在80℃以下。在不同风速不同环境温度下，地线最大允许电流有一定的差异，地线融冰时应严格控制融冰电流，以保证输电线路的安全。
（四）地线绝缘化
若输电线路的地线需融冰时，地线应进行绝缘化设计，可以选择双联绝缘子串优化地线绝缘设计；耐张塔处的地线应安装跳线，并且安装支柱绝缘子，保证铁塔和地线之间保持足够间隙。对于需融冰的输电线路，OPGW光缆在铁塔上接续时，引下至接续盒应采用支柱绝缘子引下，余缆架应采用绝缘余缆架；OPGW光缆在变电站构架与导引光缆接续时，应采用光电分离型接续盒，引下采用支柱绝缘子，OPGW光缆余缆架采用绝缘型，导引光缆余缆架采用普通型。为保证输电线路的防雷性能，输电线路每隔20～30公里选择一基杆塔、变电站构架和终端塔，在雷雨季节来临前经接地刀闸接地。
二、输电线路地线直流融冰方式
（一）两根地线串联融冰
两根地线串联融冰是在无融冰装置侧的变电站将两根地线串联，形成直流回路同时对两根地线进行融冰。采用两根架空地线串联接线方式，适合两根地线最小融冰电流和最大允许电流差异较小情况下，可以实现不停电融冰需要，并且减少融冰时间。因地线直流电阻率较大，两根地线串联融冰时，要求融冰装置的融冰电压最高、融冰功率较高，对地线绝缘要求最高。对于线路长度长的输电线路，很难实现两根地线串联融冰。
（二）两根地线并联融冰
两根地线并联融冰是将两根地线在两侧变电站构架处并联后，通过两相导线形成直流回路融冰。两根地线并联后，两根地线的融冰电压一致，因地线直流电阻的差异，流过两根地线的电流需同时满足地线融冰电流方能实现地线融冰；两根地线的电阻值、最小融冰电流和最大允许电流差异较少才能更好地实现两根地线并联融冰。两根地线并联融冰时，融冰装置的融冰电压比两根地线分两次融冰时稍高，但融冰装置的融冰功率最高。
（三）两根地线分两次融冰
两根地线分两次融冰是分别将两根地线通过两相导线形成直流回路融冰。此种接线方式下，两根地线差异较大也能实现融冰。两根地线分两次融冰时，融冰装置的融冰电压最低，且融冰装置的融冰功率最小，但融冰接线次数较多，融冰时间最久，输电线路停电时间长。
三、输电线路地线直流融冰方案
若融冰装置的额定融冰电流、额定融冰电压和融冰功率较大，或者输电线路的长度较短，应采用两根地线串联融冰；变电站无场地安装固定式（可控硅）直流融冰装置，需采用车载移动式直流融冰装置，导致融冰装置的的额定融冰电流、额定融冰电压和融冰功率较小，应优先采用两根地线并联融冰；考虑到枢纽变电站出线段双回路共塔的情况，同一条线路双回路段一根地线，单回路段两根地线，应采用两根地线分两次融冰。220kV及以上输电线路长度较长，且线路区域的覆冰厚度不一致，可对此类输电线路的地线进行分段融冰。
四、结束语
综上所述，在输电线路地线直流融冰方案设计中，应该充分结合输电线路的实际情况，选择合理的地线直流融冰方式，最大程度上减少冰灾对电力系统安全运行带来的不良影响。综合考量气象因素、地理条件、线路运行方式和地线类型，满足绝缘设计需要，缩短融冰时间，提升融冰效率，推动电力事业健康持续发展。
参考文献：
[1]中国南网电网公司.《电网防冰融冰技术及应用》，2010.
[2]中国南网电网公司.《架空输电线路地线覆冰防治工作导则》，2012.
[3]樊兴新.一种500kV输电线路架空地线融冰接地故障定位的方法[J].机电信息，2017，23（36）：35+37..
[4]黄学能，周尔志，马崇杰，李成，罗朝宇，李先宁，全浩，陈满江.110kV及以上架空输电线路地线（含OPGW）融冰接线自动化的研究及其应用[J].新型工业化，2017，7（07）：45-50.
论文作者:陶红华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/24
标签：地线论文; 线路论文; 两根论文; 电流论文; 装置论文; 导线论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第7期论文;