对输电线路覆冰特点及防冰技术的研究高天阳

高天阳

摘要：我国经济快速发展，为了满足建设用电，高压输电线路的建设增多，提高线路防灾设计，减少自然灾害对电网的安全运行更为重要。随着线路建设的增多及城市用地的有限性，可供选择线路走廊的地理环境及气象条件更加复杂多变。我国云南、贵州、四川、陕南一带及两湖地区在冬天及初春时，由于温度及湿度低，出现雪凇和雨凇现象，容易造成架空输电线路覆冰。本文以防治输电线路覆冰事故为目的，从实际情况入手，分析了输电线路覆冰特点。

关键词：覆冰特点；防冰技术；输电线路

引言

导线表观裹冰产生和局部气象状况、局部地形条件及导线本身特性等多个层面因素有着密切的关联性。局部气象状况涵盖大气温度、空气湿度、即时风速以及主导风向等多项内容。局部地形条件涵盖山脉走势、山体结构、现场海拔高程以及江湖水系性质等内容。导线本身特性涵盖现场挂高、线体直径、线路方向以及档间距离等。然而过去的研究过程仅是侧重分析各类因素和裹冰厚度之间存在着的联系性。并未探讨各类影响因素之间可发挥出最关键作用的裹冰促进因素。

1传送电路裹冰特征

裹冰影响程度大、范围广：第一，据有关统计资料显示，绝大多数特高压主干网架均不同程度地发生过裹冰事故，特别是我国长年寒冷的某些地区更是时常发生且难以避免。第二，拥有个性化的局部地形、局部气候特点。因为现实我国高压输电网络随着经济的发展其建设规模不断增大，且覆盖范围持续扩大，一些人迹罕至的恶劣气候地区也陆续建设了大量的电力工程设施，由此引发电力输送的距离在快速、大幅度延长，传送电路显现出长距离、高负荷特点。冬天季时节，某些气温极低、穿越雨凇地区的高压输电线路极易出现导线裹冰事故。如果赶上恶劣气候状况，造成冰灾是极有可能的。第三、导线裹冰状态复杂化。传送电路大部分都选取分裂导线布设模式，各条导线之间的间距一般设置在30厘米，导线体被裹上厚厚的一层冰之后非常容易把各条导线连到一起，产生出冰筒形态。导线正对着风向的一个侧面其裹冰程度达到一定的限度时即可出现拧转情况，由使冰桶体变得更浑厚、更坚实，大幅度加重传送电路的本身荷载。

2防冰措施

2.1强化线路覆冰观察以掌握覆冰规律

输电线路施工人员、监管人员与日常维护人员应实时对输电线路的覆冰情况予以观察、检测并将检测数据予以记录，以确定和掌握该区域内输电线路覆冰的变化规律。相关技术人员应以寒冷冬季的各个天气为出发点，根据天气变化制定检测规划，以明确冰害多会于什么时候侵袭输电线路，继而制定形成针对性的冰害事故预防措施。另外，还应做好数据记录与数据存储工作，以便于通过数学模型而进行数据分析，继而设定有效的除冰方法。

2.2热力融冰法

热力融冰法是通过增加热源或线路电流使导线发热，进而起到防冰和融冰的目的。目前，常见的热力除冰法有短路电路融冰法、高频高压激励融冰法、电脉冲融冰法等热力融冰方法。短路融冰是指将线路的一端短路，另一端供给融冰所需的电源，用较低电压提供较大电路电流加热导线的方法使导线上的覆冰融化。CharlesRS等提出了用8~200kHz的高频激励融冰的方法。该融冰机理是高频时覆冰是一种有损耗电介质，能直接引起发热，并且集肤效应导致电流只在导体表面很浅的范围内流通，造成电阻损耗发热。试验表明33kV､100kHz的电压可以为1000km的线路达到有效融冰。该方法通过给整流器施加触发脉冲，使电容器通过线圈放电激发电脉冲而达到除冰效果。

2.3机械除冰法

应用除冰机器人除冰属机械除冰技术领域，，该机器人不仅可以巡线还可以对输电线路上的覆冰和积雪进行清除。因此，除冰机器人可以称为多用途除冰机器人，它能够通过更换不同的工作头，实现不同的工作任务，此机器人功能强大，不足之处在于不能越障作业，只能够在两档之间作业。后来研究人员对此进行了改进，添加了越障作业功能，可以跨档距进行工作，明显提高了工作效率。哈尔滨工业大学和三峡大学也研制了除冰机器人，哈尔滨工业大学所研制的除冰机器人的除冰结构由安置在机器人前端可以开合的刀具组成，通过刀具的开合挤压除去电线上的结冰。此机器人采用了创新设计，比如随动越障扇轮、蝶形链等结构使得它不仅具有30°的爬坡能力还能穿过一定的障碍。设计者采用无线控制的方案，操作人员呆在室内就可以对其进行控制，并且机器人上还安装有照明装置，使得在能见度较低的天气下可以正常工作。三峡大学研制了综合式除冰装置，除冰装置以切削、碾压、冲击三种方法的综合达到除冰目的。

2.4综合考量以实现输电线路的优化设计

输电线路架设企业与施工电力企业在对此输电线路工程进行规划与设计时，应强化针对实际环境的勘探，综合考量该区域范围内的气候、地形、雨水、降雪与昼夜温差等因素，重点分析该输电线路可能会经过的山区，继而明确其地形地貌、山脉走向、海拔高度以及不同季节的平均温度等，尤其是冬季的严寒天气数与覆冰程度。通过不同设计方案的对比分析，选择出最科学、最恰当的输电线路走向，若为严寒地区，输电线路的设计应适当增强其抗冰性，以避免因连续遭遇恶劣天气而发生覆冰事故。另外，工程设计人员和施工人员还应额外注重输电线路亦受到外部侵害的薄弱部位，于附近装置实时监测设备，以及早发现问题，避免冰害事故发生。

2.5导线防覆冰措施

在对输电线路覆冰进行长期的观察与研究的基础上，并结合国内外研究经验，防止输电线路覆冰，减少冰害事故可采用以下方法。（1）利用在线观测系统，实时观测导线覆冰状况，及时掌握线路覆冰状况，对覆冰严重的线路采取及时有效的防除冰。同时，检测的数据可以用于分析导线覆冰规律为以后线路的设计和防冰除冰措施选择提供有效参考。（2）在输电线路设计时，充分考虑微地形、微气候等因素，合理选择线路走廊，对覆冰较严重地区应设计合理的抗冰厚度并对线路沿线的薄弱环节加以防范，安装行之有效的防冰抗冰设备，确保线路的安全运行。对于经常发生冰害事故的线路，特别对于重冰区线路可进行改道，或进行局部改造，提高线路抗冰能力。（3）微波防冰技术。利用微波加热过冷却水滴，使过冷却水滴还没接触表面表面之前，就已经加热到0℃以上，以防止导线表面覆冰。这种方法主要用于飞行器的机身防冰，此方法应用于导线的防冰还有待研究。

结束语

综上所述，由覆冰机理可知，气象条件对导线覆冰有很大影响。影响导线覆冰主要有空气温度、湿度、风速及水滴大小等因素，不同的覆冰因素组合可形成不同的覆冰类型。在防除冰中，应分析覆冰类型，选取适当有效的防除冰方法。我国输电线路覆冰事故频繁发生，且事故持续时间长、覆盖范围大，类型繁多、可造成的危害与经济损失大。同时，输电线路覆冰情况亦会因地区不同而不同，呈现出一定的周期性。输电线路覆冰事故已引起技术人员和社会的广泛重视，亦形成了一定的研究成果，然而，尚未建立完善的覆冰模型和有效的覆冰监测机制，问题解决仍需要进一步的研究。

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