南昌电网冰灾成因及对策的思考

针对2008年初南方大范围冰冻天气造成南昌电网损坏的情况,分别就覆冰形成初期、覆冰中后期以及融冰期三个阶段对冰灾导致电网损坏的原因进行了分析,并根据各个阶段特点,提出了一些降低电网遭受覆冰灾害损失的建议和办法.     

电网大面积冰灾分析及对策探讨

为提高电网抵御自然灾害的能力,分析了2008年1月中旬至2月上旬我国南方地区电网发生大面积冰灾的特点及原因。认为持续的雨雪冰冻天气带来的绝缘子严重覆冰、覆冰产生的过荷载、不均匀覆冰等,导致了电网发生倒塔断线、冰闪跳闸、导线舞动、设备损坏、电网解列、大面积停电等冰灾事故。结合电网遭受破坏后出现的问题,提出了应从冰区划分、路径选择、线路设计及改造、冰闪防治、应急运行方式、融冰技术等方面采取对策和措施,以防止和减少严重覆冰对电网造成的破坏和影响。并针对此次电网大面积冰灾的特点提出了今后的研究重点,包括冰情监测及预警、杆塔破坏特性、线路设计参数及标准、绝缘子冰闪特性、防冰材料、除冰手段、融冰装置等。建议从多个环节开展全方位研究。     

电网冰冻灾害分析及防御对策

介绍2008年初广东电网冰灾受损、抢修复电及覆冰调查情况,分析空前冰灾对电网建设和运行维护的启示,并从加固改造现有运行线路、提高新建线路及电网建设标准、加强电网电源规划及协调发展、覆冰观测和融冰技术研究应用、应急供电系统的研究和建设等方面提出加强广东电网抗冰御灾能力的对策,指出电网冰冻灾害防御应从规划和设计、基建和技改、运行管理和科技应用等方面着力。     

高压输电线路电热融冰技术

高压输电线路冰灾严重威胁电网的安全运行,覆冰线路的电热融冰是复杂的多物理场非线性过程,从理论上揭示覆冰导线的融冰机理,分析多种计算条件下LGJ-70/10和LGJ-400/65型导线雨凇覆冰的融冰时间,提出电热融冰技术领域中关系到融冰效率、线路安全以及节能所需考虑的最短融冰时间的重要参数,总结了覆冰厚度、覆冰温度、导线温度、环境温度以及对流载荷对最短融冰时间的影响,为高压输电线路的融冰技术应用和发展提供可靠的分析依据。     

采用模糊理论的覆冰灾害风险评估

为评估覆冰灾害对电网可能的风险,建立一个基于气象信息的电网冰灾风险评估模型。首先利用模糊理论建立基于气象信息的线路覆冰厚度预测模型,给出模糊推理系统各项参数具体的确定过程。其次分析风力载荷,冰力载荷对线路失效率影响,讨论融冰装置的投入情况与线路覆冰厚度关系,同时确定冰灾对线路修复时间的影响。最后给定风险指标,综合上述内容建立电网冰灾风险评估模型。算例仿真结果表明,覆冰厚度预测值与实际值的误差小于4 mm,覆冰厚度预测模型可行且有效;冰灾风险评估模型综合考虑了多因素对电网冰灾风险的影响,论证融冰机等措施的实行能极好降低冰灾风险,并通过分析风险损失费用,确定最优初始融冰厚度。     

含分布式电源的冰灾下配电网多故障抢修策略

当冰灾下配电网出现覆冰并引发多故障时,为了减小冰灾对配电网造成的危害,根据冰灾不同时期对配电网不同区域造成的影响不同,建立冰灾下含分布式电源(DG)的配电网多故障分阶段融冰抢修模型。该模型首先利用DG恢复重要负荷的供电,并将冰灾下配电网多故障融冰抢修过程分为三个阶段。在抢修初期和抢修后期,以线路覆冰厚度为目标,并引入线路重要度指标,得到融冰顺序;在抢修中期,通过定义应急资源向量和故障需求向量,以分配适应度最小为目标,得到应急资源和抢修任务的最优分配策略。在此基础上,以综合经济损失最小为目标,并采用离散细菌群体趋药性(DBCC)算法优化求解得到最优"融冰+抢修"方案。最后以改进的PGE 69节点系统为例进行仿真,证明了所提策略的可行性和有效性。     

电网冰灾案例及抗冰融冰技术综述

介绍了近年来世界范围主要冰灾案例。综述有关电网应对冰灾影响的文献资料,认为开展电网冰灾综合防治体系,主要包括以下3个层面：一是在覆冰严重的重要线路推广使用覆冰监测预警系统,分析电网安全风险,提高电网防冰抗冰的灾害预防能力。二是适当提高潜在的重冰地区输电线路的设计标准,针对不同的区域,除应用成熟的“过电流融冰＂和＂直流电流融冰法＂等方法外,开展基于新技术、新材料的抗冰防冰措施研究,因地制宜采用抗冰融冰技术。三是建立完善的电网恢复决策支持系统,当输电系统遭遇冰灾时,能有效地整合资源,修复电网,迅速地恢复电力供应。     

南方电网直流融冰技术的研究与应用

极端寒冷气候条件引起的输电线路覆冰会导致输电线路严重受损,造成电网部分或全网停运。融冰技术和覆冰预警系统的研究与应用对于电网抗击冰灾具有重大的意义。文章介绍了由南方电网技术研究中心实施的融冰技术研究的几个方面,包括融冰关键参数试验、直流融冰装置样机的研制、覆冰监测预警系统研发等。详细介绍了60MW、25MW和500kW直流融冰装置样机设计、工厂测试和变电站现场测试。研究成果表明,在直流融冰技术在关键技术上取得了一批具有自主知识产权的原创性成果,并建立了国内第一个完整的直流融冰集成技术体系;覆冰监测预警系统研发实现了线路灾害（覆冰）预警系统的系统功能规范化、终端功能集成化,通信规约统一化和应用支撑平台一体化。     

覆冰输电线路除冰技术研究综述

针对目前威胁输电线路安全稳定运行的覆冰问题,介绍了国内外现有输电线路的融冰、除冰技术成果,阐述了热力融冰法、机械除冰法、自然脱冰法和其他新型融冰方法的技术原理,并对各种除冰方法的操作难易程度、除冰过程中的优缺点及融冰装置的可行性进行说明,得出结论：目前电网设备的除冰措施在应用过程中均存在自身局限性,应加强冰灾成因的理论研究,从根源上降低雨雪冰冻天气对电力系统的危害程度。     

考虑电网安全风险的融冰序列决策

基于可靠度理论和风险理论,综合考虑冰风荷载影响,提出冰灾天气下的覆冰线路故障概率模型,并与衡量事故后果的综合严重度指标相结合,构建覆冰风险指标反映覆冰线路故障对系统运行安全水平的影响;根据气象监测信息提出线路覆冰增长预测模型,构建系统覆冰度指标衡量电网全局覆冰水平;兼顾电网安全运行水平和系统覆冰发展趋势,综合覆冰风险指标和系统覆冰度指标构建融冰决策指标,提出融冰序列决策方案的制定方法。IEEE 30节点系统仿真结果验证了所提方法的合理性与可行性。     

应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略

为提升冰灾下电力系统的韧性,降低系统负荷削减量,提高系统恢复速率,提出一种应对极端冰灾的电力系统多阶段韧性提升策略。对冰灾场景以及受冰灾影响的线路故障率进行建模;从线路抗冰能力、系统负荷损失、系统恢复情况、线路受损情况、维修资源充裕度多个角度构建电力系统综合韧性评估指标,以定位冰灾下系统的薄弱环节;在此基础上,通过灾前线路故障风险预测、灾中机组出力调整以及除冰线路筛选和主动停运除冰、灾后维修顺序规划等策略提升冰灾下的系统韧性。基于IEEE 39和IEEE 118节点系统进行仿真分析,结果验证了所提韧性评估方法和提升策略的有效性。     

多因子电网冰灾风险评估建模

为衡量电网冰灾风险,文章研究了灾害、电网和应急管理对风险的影响,挑选出以下选关键因子:年极值冰厚概率分布、当次冰厚、电网设计冰厚、融冰机台数和资源保障率,建立多因子电网冰灾风险评估模型。皮尔森Ⅲ分布用于体现灾害因素的气候极值,提出了包含融冰机台数影响的单位档距失效率模糊模型,冰灾风险由缺供电量的经济损失风险和修复成本风险构成;建立了应急管理中资源保障率对停电时间影响的模糊模型。某地区电网算例仿真结果表明,投入融冰机和增加电网设计冰厚能够明显地推迟故障,提高资源保障率也能较大程度降低冰灾风险。     

2008年广东电网输电线路冰灾受损情况及关键影响因素分析

介绍了2008年初广东电网线路设施冰灾受损、抢修复电情况,具体分析了输电线路杆塔受损、导(地)线断线、金具绝缘子掉串及通信光缆受损的形式和原因,研究了不同设计冰区、地形、海拔高程、塔型、杆塔受损类型、导(地)线受损类型、纵向荷载及垂直荷载等关键影响因素。提出输电线路防冰应采取差异化设计和重点加固原则,线路各组成部件强度应合理匹配,以最大限度地降低输电线路冰灾损失。     

可关断器件移动式直流融冰装置研究

为提高电网的可靠运行,加强电网防冰防灾能力建设,我国加强了先进电力电子技术用于融冰领域的研究。文章首先说明了线路融冰额定电流和电压的计算方法,随后介绍了基于可关断器件移动式直流融冰装置的技术先进性,给出了其系统技术方案、主电路拓扑和控制策略,尤其阐明了先进的四象限变流器模块串联的多重化电压源换流器(voltagesource converter,VSC)结构。500 kV线路现场试验证明,该装置的研制成功,为我国电网防冰减灾提供了新的技术手段。     

直流融冰装置理论与应用的若干问题探讨

直流融冰装置是架空导线覆冰最有效的除冰设备,能有效提高电网抵御冰冻灾害的能力。对直流融冰装置理论和应用的若干问题进行了探讨,包括其控制功能、保护功能、带线路融冰模式、开路试验模式、零功率试验模式、有功与无功消耗特性、交直流侧谐波特性、线路谐振过电压等,为直流融冰装置在实际电网的推广应用提供参考。     

电网覆冰防治方法和研究进展

分析了国内外电网几种典型的覆冰防治方案,总结了俄罗斯、加拿大和美国等的电网防冰方法及其进展情况,讨论了各种除冰防治方法的特点,重点讨论和比较了过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法3种大电流融冰方法的特点,提出了应重视电网防冰工作、加强实用技术研究、加强防冰工作的系统性和标准化研究以及输配电系统的鲁棒性建设的防治覆冰建议,以期为提高电网的安全可靠性、增强电网防冰减灾和防止其它类似自然灾害的能力提供参考。     

输电线路激光除冰技术试验分析及工程应用设计

为防止覆冰对输电线路的危害,从理论分析、模拟试验、工程应用设计等方面系统研究了输电线路激光除冰技术,分别得出了CO2、Nd:YAG激光除冰特性:1.5kW CO2激光融冰体速度约为728.5mm3/s,单位能耗为2.08J/mm3;Nd:YAG固体激光融冰效果稍高于CO2激光,突出优点在于其热应力除冰;激光除冰时瓷绝缘子安全阈值约20.5～54.4J/mm2,复合绝缘子远小于该值,导线安全阈值很高,几乎不会损伤。结果表明激光可用于输电线路除冰,具有热融冰效应和热应力效应,如结合机械除冰可大大提高除冰效率和效果。根据研究结果提出了其工程应用设计方案:工程化车载式激光除冰系统选用固体激光器,输出功率1～1.5kW,光斑直径15～20mm,发散角3mrad,作用距离为100～1000m,激光电源采用车载发电机,总功耗≤50kW。预计未来3～5a激光除冰速度将可提高3～4倍,激光除冰系统可向小型化、便携式方法发展。     

南方电网直流融冰技术研究

极端气候条件引起的输电线路覆冰导致输电 线路和杆塔的严重损害,这使得快速恢复送电变得 非常困难。为了防止这种情况的再次出现,进行输 电线路的融冰是一种很好的方法。与交流融冰法不 一样,在一定的环境条件下,直流融冰所需要的电 源容量仅决定于需要融冰线路的直流电阻和导线长 度。通过对南方电网各电压等级架空线路直流融冰 参数进行仔细分析和计算,提出了适用于南方电网 的交流输电线路的直流融冰技术方案,同时也对南 方电网直流输电线路和接地极引线的保线和融冰技 术方案进行了分析计算。     

电力架空线路覆冰雪的国内外研究现状

总结了国内外电力覆冰雪的研究现状,包括线路覆冰雪造成的危害,以及覆冰雪与气象因素之间的关系、覆冰雪增长预测模型、冰雪在线监测、线路除冰技术等方面的研究成果。文章还介绍了作者研发的输电线路冰雪在线监测系统的实际运行效果,并重点分析了转移负载法、短路法、交直流电流法等几种常见热力除冰方法的适用条件。