光纖復合架空地線(OPGW)直流融冰過程與模型研究.pdf

1、架空輸電線路覆冰給電網的安全穩(wěn)定運行構成了嚴重的威脅。光纖復合架空地線(OPGW)兼具避雷和通信功能，在電網中應用廣泛，但在覆冰條件下比同塔架設的導線更為嚴重，且設計強度比導線低，是輸電線路冰災防治中的一個薄弱環(huán)節(jié)。覆冰會使OPGW弧垂增大，與導線間隙變小而引起短路跳閘，甚至會引起斷線、金具脫落、桿塔折斷或倒塌等事故，導致電力通信的中斷，影響電力系統(tǒng)的正常運行。
　　在應對輸電線路覆冰問題中，直流融冰是一種成熟可行的技術，可以有效

2、減輕線路的覆冰程度，減小線路覆冰對電力系統(tǒng)的危害，在電網中應用廣泛。雖然輸電導線的直流融冰技術已經相對成熟，但OPGW融冰的研究還處于初步階段，在對OPGW進行直流融冰的過程中缺乏融冰電流的選擇經驗，常常會導致OPGW被燒黑、燒斷、光纖衰減增加甚至斷裂。因此，建立OPGW直流融冰模型，確認OPGW的融冰電流、融冰時間以及光纖溫升，可以為OPGW直流融冰方案的實施提供參考和指導，對電網大面積冰災事故的防治具有非常重要的工程應用價值。

3、>　　本文首先根據OPGW直流融冰的物理過程，基于傳熱學原理建立了OPGW直流融冰的動態(tài)數(shù)值計算模型，仿真計算了冰層融化和OPGW溫度場分布的動態(tài)變化過程，并對OPGW直流融冰的影響因素進行了分析。然后，通過大量的直流融冰試驗對OPGW的直流融冰模型進行了驗證。最后，基于仿真和試驗結果提出了OPGW融冰電流的選擇方法，得到了OPGW融冰電流與最大允許融冰電流的計算公式。得到的主要成果有：
　　針對兩種不同型式的OPGW線路，建立了

4、OPGW直流融冰的動態(tài)數(shù)值計算模型，考慮了OPGW內部融冰電流的分布以及融冰過程中冰層與環(huán)境之間熱交換的動態(tài)變化，分析了融冰過程中空氣間隙的增長過程，得到了OPGW的直流融冰時間與直流融冰過程中OPGW內部光纖溫度的變化規(guī)律。結果表明：冰層融化過程中，隨著OPGW與冰層溫度的升高，冰層散失到周圍環(huán)境中的熱量增多，導致融冰速度和OPGW內部光纖溫度上升的速度逐漸變慢，在脫冰時刻OPGW內部光纖溫度會達到最高。
　　根據融冰過程中OP

5、GW內部光纖溫度的變化規(guī)律，對融冰時OPGW內部光纖的最高溫度進行了分析和計算。融冰時OPGW內部光纖的最高溫度由冰層脫落前與脫落后的溫度共同決定。冰層脫落前 OPGW內部光纖的最高溫度為脫冰時刻OPGW內部光纖的溫度，主要受融冰電流和覆冰厚度的影響，與環(huán)境溫度和風速無關。而脫冰后OPGW內部光纖的溫度受環(huán)境溫度和風速的影響很大。在風速較小或環(huán)境溫度較高的融冰條件下，光纖的最高溫度由脫冰后的光纖溫度來決定。
　　依托人工氣候實驗室

6、和自然覆冰試驗站的試驗平臺開展了大量的OPGW直流融冰試驗，結果表明：根據OPGW直流融冰模型得到的光纖溫度變化規(guī)律與直流融冰試驗結果基本一致，不同環(huán)境溫度、風速、融冰電流與覆冰厚度下OPGW融冰時間以及光纖溫度的數(shù)值計算結果與試驗結果較為吻合。
　　在仿真和試驗結果的基礎上，近似計算了冰層脫落時刻OPGW與剩余冰層的溫升，得到了融冰過程中OPGW內部光纖最高溫度的計算公式。根據OPGW直流融冰的熱平衡關系，提出了OPGW融冰電流