在寒冷地區或冬季易發生冰雪災害的地區,輸電線路和設備容易受到冰雪的侵襲,導致線路覆冰、舞動、跳閘、斷線、倒塔等事故,嚴重影響電網的安全穩定運行和電力供應。因此,電力公司需要進行抗冰改造,提高電網的防冰抗冰能力。
從新建線路的抗冰設計、已運行線路的抗冰改造,到觀冰監控裝置、智能機器人、直流融冰技術等高科技手段的引入,線路防冰抗冰能力得到了顯著提升。
山西地形常被形容為“兩山夾一川”,山地、丘陵占比達80.4%,微地形廣布,冬季微氣象區覆冰多。特別是2023年12月,華北、黃淮等地區遭受歷史罕見的低溫雨雪冰凍天氣,尤其中條山區域的運城垣曲等地受災嚴重,影響了輸電線路安全可靠運行。
為源頭化解風險,山西省電力公司新建平陸至垣曲220千伏線路,從平陸220千伏變電站出線,全長96公里,新建鐵塔267基,途經平陸、夏縣、垣曲3縣,最終接入垣曲220千伏變電站。全線均選取中條山南麓低海拔路徑,避開了中條山山脈所有的微氣象區。
圖源:國家電網
在新建線路設計階段,省電力公司就對地處冰區特殊區域的線路,采取減小檔距、高差及耐張段長度、采用加強型鐵塔導線等措施提升抗冰等級,從源頭上提升線路防冰能力。例如,220千伏平垣線就采用了導線定長、地線融冰新技術,全線無中間接頭,導線采用鋼芯鋁合金絞線,實現了15毫米及以上覆冰區域地線與鐵塔全部絕緣,提高輸電線路抗覆冰能力。
國網衡陽供電:更換老舊線路
10千伏洲馬線架設于90年代,擔負著衡南縣三塘鎮6個行政村的供電任務。由于投運年限長,該線路存在線徑小、設備老化嚴重、重過載等問題,其中部分區段位于山區,極易出現覆冰現象。
圖源:國網衡陽供電公司
為有效提升線路健康運行水平,增強冬季供電可靠性,國網衡陽供電公司三塘供電所拆除了原有老舊線路,將原來的裸導線更換為絕緣導線,同步更換橫擔、瓷瓶、拉線等,并將部分位于高寒山區的線路遷移至較低海拔地區,從而提高線路的抗冰能力。抗冰改造后,10千伏洲馬線可承受10毫米以上覆冰壓力,同時與10千伏洲硫線形成“互聯互供”,進一步提升區域供電質量和供電可靠性。
中南電力設計院:提高線路覆冰標準
500千伏施賢線于2008年7月15日投產,包含桂山甲乙線、黎桂甲乙線、施黎甲乙線共三段線路,是南方電網西電東送主網架的重要組成部分,承擔著“黔電送粵”重要任務。
圖源:CSEPDI中南電力設計院
此次改造,中南電力有針對性提高線路覆冰標準,由原來的15毫米提升到40毫米,按60毫米進行驗算,其設防標準為南方電網所轄線路最高。與此同時,開創性地提出定制生產改造線路導線方案,避免以往多段線路導線壓接可能帶來的接頭覆冰問題,從源頭提升了抗冰能力。
山東送變電:光纜融冰絕緣化改造
1000千伏泉樂Ⅰ、Ⅱ線是外電入魯重要通道,該線路#96-#99位于濟南和濱州交界的山區,區段內塔位海拔最高為605米,是典型的地形抬升型“兩微”區段,冬季極易覆冰。去年冬天發生過嚴重的覆冰,嚴重影響線路安全。
圖源:山東送變電公司
此次改造施工是山東省內首次1000千伏特高壓輸電線路抗冰治理改造,同時也是首次進行光纜融冰絕緣化改造,風險等級為一級風險作業,工作任務包括#96-#106號段光纜更換為OPGW-180,更換地線段長度為6.488千米;#91-#127段光纜進行融冰絕緣化改造,改造長度20.643千米;在線監測安裝及微氣象安裝以及配合光纜融冰回路絕緣試驗等工作任務。
國網滄州:線路間隔棒安裝防舞動
在滄州,環渤海灣地區每年冬季雨雪冰凍、大風天氣時有發生。惡劣天氣下,極易發生輸電線路舞動的情況,可能會造成線路跳閘、導地線斷裂,繼而影響轄區內生產生活用電。今年冬季來臨前,國網滄州供電公司針對3條220千伏主網線路開展線路防舞動專項治理。
圖:國網滄州供電公司工作人員對220千伏邊牟線27號桿塔進行防振錘更換。王澤坤丨攝
本次專項治理橫跨渤海新區、鹽山、孟村等地,通過安裝導線相間間隔棒,更換"三防"防振錘,進一步提升了輸電線路運行安全水平。
國網湖州供電:變電站固定式直流融冰裝置
2024年12月30日,國網湖州供電公司在500千伏妙西變電站完成固定式直流融冰裝置加裝,為今冬湖州地區電力可靠供應奠定強有力的基礎。這是浙江抗冰改造攻堅項目中首個完工的固定式直流融冰裝置加裝工程。
圖源:國網湖州供電公司
據介紹,固定式直流融冰裝置主要通過對輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端造成短路,使導線發熱從而對輸電線路進行融冰。妙西變固定式直流融冰裝置由整流變、換流閥、水冷系統、平波電抗器、融冰管母、融冰閘刀等設備組成。其最大融冰直流電流達4800安,可通過融冰閘刀快速接入覆冰線路,實現500千伏輸電線路高效融冰。該融冰裝置操作起來簡單、快捷、安全,而且融冰速度快,可以在1小時內融化10厘米的覆冰,且無需人工登塔等,能明顯縮短除冰所需時間,有助于運檢人員在遭遇雨雪冰凍災害后迅速響應以及時恢復電網正常運行。
國網宣城供電:配網低壓擴展式融冰裝置
12月3日17時,隨著10千伏俞村新建線路測溫播報,宣城公司在旌德縣圓滿完成首套融冰實戰演練,標志著宣城地區首次采用配網低壓擴展式融冰裝置實戰成功。
圖源:國網宣城供電
配網低壓擴展式融冰裝置利用現有常規低壓電源車供電,通過加裝體積較小的外置變壓變流模塊獲得線路融冰所需的電壓電流,利用導線電阻發熱實現線路融冰。適用于10千伏覆冰線路較分散、覆冰隨機性較強的區域,具有操作可靠性高、移動便攜性強、融除冰作業快的特點。
貴州電網:全控電流源智能融冰裝置
2024年,貴州電網220千伏開懷變電站直流融冰工作效率提升示范工程試驗調試成功,率先實現了輸電線路融冰倒閘操作的跨站一鍵順控,研制了世界首臺基于全國產IGCT元器件的全控電流源智能融冰裝置,能夠實現裝置智能啟停,自動升流進行融冰,智能識別線路脫冰并自動換相操作。
圖源:南網50Hz
“以前我們的融冰環節離不開人工接線、現場確認、手動換相,環節多、工序復雜,融冰過程長達十幾個小時。升級后,不再需要手動接線和人工倒閘了。線路到達融冰要求便可一鍵順控,倒閘操作時間從人工時期的平均8小時降低至15分鐘以內。”貴州電網公司凱里供電局變電所試驗專責孫明敏介紹。
國網湖南:臺區配變融冰
2024年12月10日消息,國家知識產權局信息顯示,國網湖南省電力有限公司申請一項名為“一種利用臺區配電變壓器的配網線路融冰方法及系統”的專利,公開號 CN 119093258 A,申請日期為2024年8月。
專利摘要顯示,本發明涉及電網除冰技術領域,公開了一種利用臺區配電變壓器的配網線路融冰方法及系統,方法包括:確定配網線路的融冰區域,并通過開關將融冰區域從配網線路中分離出來使融冰區域在融冰時處于離網狀態;將配網線路中的臺區配電變壓器的低壓輸出端與從配網線路中分離出來的融冰區域連接,使臺區配電變壓器與處于離網狀態的融冰區域形成閉合回路;通過臺區配電變壓器為融冰區域提供融冰電流,并在融冰電流的作用下對離網狀態的融冰區域進行融冰作業;本發明解決了現有的配網線路融冰方法存在操作復雜的問題。
湖北荊州:激光炮除冰
2024年2月4日凌晨4點,隨著一聲令下,國網荊州輸電運檢分公司運維人員按下操作按鈕。在激光炮的灼燒下,伴隨著“啪”的一聲,110千伏竹青二回線上附著的冰雪四下散開。
激光除障是激光與材料相互作用的結果。當激光波長位于材料吸收峰值附近時,材料劇烈吸收激光,形成熱蒸發效應,使得材料溫度升高以至熔化、蒸發,實現了對材料的熔穿、切割目的。如果材料內局部產生了較大的溫差,進而使得其內部產生顯著熱應力,在重力、內應力、表面張力等綜合因素影響下,材料將發生碎裂,激光除冰技術正是應用了此原理得以實現。
激光除障技術有著無接觸、速度快、準確性高等優點,不需停電,便可遠距離高效地清除輸電線路上的障礙物。因其優良性能越來越受到除冰行業的關注。
國網龍巖供電:機械震動除冰
在應對覆冰方面,機械震動除冰技術可謂是一位高效的“解冰高手”。為確保冬季輸電線路安全穩定運行,國網龍巖供電公司在永定區坎市220千伏模擬線路實訓基地開展防冰實戰演練。
圖源:國網福建電科院
國網龍巖供電公司工作人員將機械震動除冰裝置通過牽引繩吊裝,安裝在覆冰導線上。通過遠程控制點火,裝置內的空包彈會讓氣體快速膨脹,形成低幅高頻的兩個對稱橫向波,沿著覆冰導線向兩側傳播,覆冰在橫向波的震動作用下碎裂成小片掉落。使用該裝置,不僅無需人工登桿除冰,還能提高除冰質效。
國網四川超高壓:機器人除冰
受寒潮天氣影響,日前四川涼山彝族自治州西昌市部分特高壓輸電線路覆冰嚴重,國網四川超高壓公司使用除冰機器人進行處置,這也是四川電網首次運用“無人機+除冰機器人”完成特高壓輸電線路的除冰作業。
圖源:央視新聞
在西昌市境內的錦屏至蘇南±800千伏特高壓工程大箐梁子段,線路覆冰厚度一度超過12毫米。國網四川超高壓公司采用大載重無人機搭載除冰機器人的方式開展架空地線除冰作業。隨著操作人員在地面發出遙控指令,除冰機器人沿著距離地面120米的架空地線行走,在機器人前端振動錘與刀片沖擊雙重作用下,裹在架空地線上的冰塊快速脫落。僅15分鐘,該線路500米的架空地線覆冰隱患全部消除。
國網隴南供電:“無人機+除冰棒”物理除冰
隴南地處秦巴山區,輸電線路大多沿高山架設,位于康縣萬家大梁、武都安化鎮牛蹄關梁等易覆冰區段的輸電線路冬季極易出現覆冰、覆雪現象,冰雪覆蓋積壓將導致支撐高壓線的鐵塔負重加大,可能引發導線過度拉伸、斷裂,甚至電塔倒塌,嚴重可造成電力系統大范圍停電。
為此,國網隴南供電公司輸電運檢中心積極探索無人機深化應用場景,定制絕緣除冰棒配合大疆FC30無人機開展輸電線路物理除冰。
圖源:國網隴南供電
“飛機位置已調整到位,申請撞擊。”“可以撞擊!”只聽一聲令下,操作人員精準操作無人機向前飛行,帶動除冰棒向前甩動,準確撞擊導線,積雪冰塊紛紛從導地線上脫落。
面對積雪和結冰帶來的安全隱患,傳統的人工登塔除冰方式不僅效率低下,還存在較大的安全風險,而“無人機+絕緣棒”除冰技術相對高效迅速,能讓積雪覆冰快速掉落,既不影響線路正常運行,也可以在覆冰初期有效遏制覆冰繼續發展增厚。
寧夏月亮山:人工除冰
自進入冬季以來,新一輪寒潮來臨,寧夏月亮山區域出現大面積凍雨降溫天氣,區域內風機及集電線路覆冰嚴重,為防止線路覆冰倒塔、線路跳閘等情況發生,新能源分公司月亮山檢修部對受凍情況嚴重的線路進行停電并開展除冰工作。
圖源:塞上華電
鐵塔和高壓線路上超過兩公分厚的冰近乎將光纜整個包裹。為了避免線路載荷過大發生斷裂而造成不良影響,月亮山檢修部將嚴重覆冰線路退出運行、停電檢修,檢修人員穿戴專業裝備上塔,利用加長絕緣桿破除線路、鐵塔覆冰。
國網福建:防覆冰監控裝置
福建電網輸電線路大多分布在群山之間,冬春季節空氣潮濕,易發生覆冰現象。入冬以來,國網福建省電力有限公司結合輸電線路覆冰可視化、微氣象裝置和無人機巡視圖像等多源數據,實時監測全省203條易覆冰區段輸電線路運行情況,24小時對覆冰風險進行滾動計算,重點對微氣象、微地形區域的電網覆冰情況開展動態預警、處置。
在南平邵武的部分高海拔山區,每年冬季輸電線路都存在覆冰情況。為此,國網邵武市供電公司在35千伏和金線加裝覆冰監測裝置,密切跟蹤氣象信息,加強線路通道特巡和狀態監控。
圖源:電力好聲音
通過防覆冰監控裝置24小時對易覆冰區段和桿塔進行監控,一旦覆冰厚度接近危險值,系統立即發出警報,提醒人員采取應對措施。
目前,福建電網輸電全景平臺“覆冰監測預警模塊”已接入覆冰氣象信息監測裝置和圖像視頻監控,具備集中查看、隨時調閱覆冰在線監測設備的功能,能快速查看覆冰高風險區段和已覆冰線路的情況,為高效運維爭取了寶貴時間。
國網湖州供電:觀冰站全天候監測
國網湖州供電公司建成全省首座輸電線路標準化觀冰站,打造“零距離”觀冰陣地,全力守護冬季用電高峰期電網安全運行。
圖源:國網湖州供電公司
據悉,該觀冰站位于湖州市安吉縣梅溪鎮,該區域山地海拔高度在550米至650米之間,且空氣濕度較大,屬于典型的易覆冰區。同時,附近有1000千伏安蘭Ⅰ/Ⅱ線、±800千伏金塘線等6條超特高壓線路和1條220千伏輸電線路。
輸電線路標準化觀冰站配置有雨淞塔、自動氣象站、覆冰監測、模擬導線及駐點觀冰裝備,全天候監測環境氣象、導線覆冰厚度、輸電線路通道狀態等綜合情況,并具備數據自動回傳和異常告警功能。
國網河南:“智慧大腦”預測線路舞動風險
河南北、西、南三面環山,中部、東部地區為平原。這種地形條件使得冬季南下冷空氣與北上暖濕氣流交匯后長時間滯留河南,山區線路容易覆冰,平原開闊區域線路舞動頻發。
國網河南電力依托國家電網有限公司輸電線路舞動防治技術實驗室研究成果,繪制河南電網舞動區域分布圖,建立河南電網舞動氣象預警系統及相應的預警工作機制,為線路防舞設計和治理提供技術支撐。
“河南電網舞動氣象預警系統能監測、分析線路周圍溫度、濕度、風向、風速等數據,并結合現場情況,計算線路覆冰舞動概率,為提前研判線路舞動風險提供依據。”河南電力科學研究院數字化中心電力氣象專業主管梁允介紹。目前,該系統可預測電網重點區域未來72小時具體到站線的覆冰舞動風險,頻率為每30分鐘一次,范圍精確至1×1千米。
來源:國家電網報;夏然 攝
國網河南電力依托生產管控平臺打造“智慧大腦”系統。“智慧大腦”以電網關鍵設備為核心,匯集、打通、整合11個系統的數據信息,可集中掌握設備、天氣、人員狀態等情況。該系統還通過國網河南電力自主研發的電網氣象一張圖、等值覆冰厚度圖像識別等軟件,綁定氣象數據、地理信息等,并以工單方式將預報預警信息推送至班組設備主人,提升防舞工作的預判性和主動性。
國網河南電力持續開展全省大范圍線路防舞動改造,今年以來已完成±1000千伏吉泉直流、±800千伏青豫直流、500千伏漢鄭線等138條重點線路的防冰改造,161條500千伏線路、442條220千伏線路、163條110千伏線路的相間間隔棒安裝、雙擺防舞器安裝等舞動治理工作。
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