光纖復(fù)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(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。光纖復(fù)合架空地線(OPGW)兼具避雷和通信功能，在電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，但在覆冰條件下比同塔架設(shè)的導(dǎo)線更為嚴(yán)重，且設(shè)計(jì)強(qiáng)度比導(dǎo)線低，是輸電線路冰災(zāi)防治中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。覆冰會(huì)使OPGW弧垂增大，與導(dǎo)線間隙變小而引起短路跳閘，甚至?xí)饠嗑€、金具脫落、桿塔折斷或倒塌等事故，導(dǎo)致電力通信的中斷，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
　　在應(yīng)對(duì)輸電線路覆冰問題中，直流融冰是一種成熟可行的技術(shù)，可以有效

2、減輕線路的覆冰程度，減小線路覆冰對(duì)電力系統(tǒng)的危害，在電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。雖然輸電導(dǎo)線的直流融冰技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但OPGW融冰的研究還處于初步階段，在對(duì)OPGW進(jìn)行直流融冰的過程中缺乏融冰電流的選擇經(jīng)驗(yàn)，常常會(huì)導(dǎo)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(rèn)OPGW的融冰電流、融冰時(shí)間以及光纖溫升，可以為OPGW直流融冰方案的實(shí)施提供參考和指導(dǎo)，對(duì)電網(wǎng)大面積冰災(zāi)事故的防治具有非常重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

3、>　　本文首先根據(jù)OPGW直流融冰的物理過程，基于傳熱學(xué)原理建立了OPGW直流融冰的動(dòng)態(tài)數(shù)值計(jì)算模型，仿真計(jì)算了冰層融化和OPGW溫度場(chǎng)分布的動(dòng)態(tài)變化過程，并對(duì)OPGW直流融冰的影響因素進(jìn)行了分析。然后，通過大量的直流融冰試驗(yàn)對(duì)OPGW的直流融冰模型進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，基于仿真和試驗(yàn)結(jié)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(jì)算公式。得到的主要成果有：
　　針對(duì)兩種不同型式的OPGW線路，建立了

4、OPGW直流融冰的動(dòng)態(tài)數(shù)值計(jì)算模型，考慮了OPGW內(nèi)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(dòng)態(tài)變化，分析了融冰過程中空氣間隙的增長(zhǎng)過程，得到了OPGW的直流融冰時(shí)間與直流融冰過程中OPGW內(nèi)部光纖溫度的變化規(guī)律。結(jié)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(dǎo)致融冰速度和OPGW內(nèi)部光纖溫度上升的速度逐漸變慢，在脫冰時(shí)刻OPGW內(nèi)部光纖溫度會(huì)達(dá)到最高。
　　根據(jù)融冰過程中OP

5、GW內(nèi)部光纖溫度的變化規(guī)律，對(duì)融冰時(shí)OPGW內(nèi)部光纖的最高溫度進(jìn)行了分析和計(jì)算。融冰時(shí)OPGW內(nèi)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(nèi)部光纖的最高溫度為脫冰時(shí)刻OPGW內(nèi)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(fēng)速無(wú)關(guān)。而脫冰后OPGW內(nèi)部光纖的溫度受環(huán)境溫度和風(fēng)速的影響很大。在風(fēng)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?qū)嶒?yàn)室

6、和自然覆冰試驗(yàn)站的試驗(yàn)平臺(tái)開展了大量的OPGW直流融冰試驗(yàn)，結(jié)果表明：根據(jù)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(yàn)結(jié)果基本一致，不同環(huán)境溫度、風(fēng)速、融冰電流與覆冰厚度下OPGW融冰時(shí)間以及光纖溫度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。
　　在仿真和試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，近似計(jì)算了冰層脫落時(shí)刻OPGW與剩余冰層的溫升，得到了融冰過程中OPGW內(nèi)部光纖最高溫度的計(jì)算公式。根據(jù)OPGW直流融冰的熱平衡關(guān)系，提出了OPGW融冰電流