输电线路综合治冰新技术方法的研究

张礼奇

摘  要： 近年来，由于输电线路覆冰造成的倒塔断线、冰闪、舞动等覆冰事件造成了巨大经济损失，严重干扰了国家电网的正常安全平稳运营。为避免线路上重大安全事故的出现,首先就必须在交流输电线路设计阶段相应的防冰设计与管理措施。一旦在设计阶段无法进行有效防冰，则必须全面考虑进行相应的防冻与除冰管理措施。

关键词：输电线路；治冰；除冰；

在2008年时，我国南方发生大规模雨雪冰冻灾害，造成输电线路和杆塔大面积覆冰，对民众的生活和社会经济带来了很大的危害。据不完全统计，近年来,我国输电线路已出现了大大小小的覆冰事件五千余次。冰冻灾害严重威胁着我国供电系统的安全工作。虽然目前全球各国已经投入了非常多的人力和物力开展线路覆冰研究和除冻、防冻性措施的研究工作，但针对于目前的电气设备除冰技术和方法,由于目前中国国内还没有一个统一的指标体系对其进行综合评价，对判定一种电气设备除冰技术的优劣程度也还无统一标准,所以对于目前对国家电网设备的除冰技术和方法进行了风险评价，具有很重大的意义。近年来随着国家经济高速发展，为适应广大人民的供电需要，建设高压输电线路的工程逐渐增多，加强线路抗震设计，以降低自然灾害对电网的安全运行影响更为重要。

一、输电线路覆冰及形成原因

1.1覆冰类型

覆冰凇可分成以下五个主要类别：雨凇、混硬雾凇、混软雾凇、雪淞及白霜。其中的雨淞和混合淞密度较大，附着力较强，不易直接从架空电线杆上垂直掉落，对架空电线杆和钢杆塔架的机械地荷载过大。由于雨凇硬度范围内相对密度最大且它附着在架空电线表面绝缘子上产生的抗黏附电性能力相对也就最大，雨淞覆冰层对架空电力导线绝缘子和杆塔绝缘子的破坏无疑是最为严重的绝缘破坏的现象类型之一。与雨凇或者混合雾淞相比较,积雪的表面附着力强与表面硬度差异小,容易被清理；白霜造成的外负荷一般较小，但也易造成闪络。

1.2覆冰条件

在一些自然现象中，当外界空气温度突然降至到零摄氏度以下时空气就会结冰。在架空输电线路运行中，假如来自大气中冷凝的带电小冰晶水滴是相对过冷而言的，则会被这些过冷冰晶水珠所包围着的架空输电线路与来自空气中冷凝的带电冷凝水珠发生碰撞，从而导致在架空导线表面发生结冰，由此而引起架空线路表面及架空电缆表面的结冰。覆盖冰量的进一步增加还将会严重地影响输电线路上的电力安全工作。科学的研究已经证明:导线上覆盖的冰层必须同时满足以下三个基本条件，即

1. 大气环境条件中必须有相对充足稳定的无过冷的水滴；
2. 导线可以捕获过冷却水滴；
3. 过冷水滴必须快速冻结或在离开导体表面之前冻结；

二、覆冰导线防冰除冰措施

2.1导线防覆冰措施

(1) 在线观察系统主要用于在线即时动态观测输电导线的覆冰层状况，准确地了解输电线路的覆冰层状况，对已覆冻层严重破损的输电线路及时进行并采取了相应程度的在线防冻、除冰措施。同时，利用这些测量的数据还可以进一步分析导线覆冰厚度的时空变化的规律，为我们今后的线路的设计选择和各种抗冻和除融冰措施设备的设计选用等提供了合理可靠的依据。

(2) 在输电线路工程的设计过程中，充分综合考虑沿线微尺度地形、微气候条件等的影响,科学地合理地选择输电线路走廊，针对覆冰现象比较特别严重集中的线路地段应设定比较合理有效的线路抗冰层厚度，防止破坏线路薄弱环节,配置比较合理有效的线路抗冻、防冰等装置,保证输电线路的安全运营。对易出现道路冻损等事件发生的重要路段，尤其特别是在重冰地区通行的主要道路，可考虑实施局部改道工程或进行局部拓宽改建，以进一步改善现有道路结构的整体抗冻性能。

(3) 微波防冰技术。过冷水滴通过微波加热，使过冷水滴在接触表面之前被加热到零摄氏度以上，以防止零点五导体的表面结冰。

(4) 用涂憎水性材料覆盖导体以防结冰。憎水涂层能有效降低冰与导体表面的附着力，使导体不易覆冰。即使附着了冰，由于附着力低，也很容易脱落和去除。这些涂层开始有效地降低导体和冰之间的附着力。

2.2除冰措施

架空电力线路防冰除冰的关键是导线。电线除冰是指当电线上的冰达到一定程度时，破坏和去除电线上的冰。目前，国内外除冰技术可分为三类：热力融冰法、机械破冰法和自然除冰法。

2.2.1热力融冰法

热融冰法的基本原理是通过在线路上传输具有良好电流密度的焦耳热来除冰。常见的几种热力除冰方法：

a)过流防冰融法：通过改善潮流布置,提高线路的负载电压，实现传导加热，从而起到防止融冻的目的。该办法对110kV以内的线路都是有效的，只是对线路截面过大、电压等级较高的情况存在一定影响，但不能产生明显的影响。

b)移相变压器的融冰技术，是指通过移相变压器角度的变换，来改善串联双回线路的潮流分布,并利用增大线路电压来提高线路的发热量，进而实现融冰的目的。

c)高频激发融冰法(8~200kHz)，技术基本原理即为

，向覆冰导线中加入高频激发就会导致融冰导线成为一种有损的电导体，直接通过升温就可直接对导线表形成集肤效应，使得导导致输出的电流几乎只会从导线的表层流过，从而就产生出了更大范围的等效的电阻损耗效应和发热。这些新技术则主要都是为了利用上述这二者结合所能产生大量的热量而来进行除冰。在要除冰的导线上的指定地点装设高频高压励磁装置，或在导线二端装设热吸收器,以限制作用范围。

2.2.2 机械破冰法

机械除冰法主要利用输电线路导线的机械效应破坏覆冰的机械平衡，使覆冰脱落，主要有电磁脉冲除冰、滑铲刮除冰和人工除冰。

a)电磁脉冲线圈除冰是指使用电容器线圈与电流所形成脉冲的冲击线圈放电，再经由线圈所产生的脉动的磁场，从而可以让导线中产生涡流。涡流磁场与线圈磁场间所形成的电斥力会促使导线扩散。当脉冲信号消失后，导线将急剧地收缩恢复至其原初状态，不断地扩张收缩与反复挤压将使导线表面上的水冰层急剧地扩大膨胀而断裂。

b)滑铲除冰法是通过线圈产生的脉冲磁场，将电容器的脉冲放电电流转化为执行器的脉冲力，通过执行器将冰劈落。

c)人工除冰法一般情况下，它只适用于环境良好、约100公里的线路除冰，而且需要大量人力。

2.2.3 自然除冰法

自然除冰方法不能防止冰的形成，但有助于限制冰灾的发生。例如

a)平衡锤技术可防止导线旋转；

b)在必要的过载条件下，允许导线起吊技术将有助于减少倒塔概率或避免倒塔事故的出现，也可以实现冰灾事件后输电的迅速修复。

c)阻雪环可以通过直接的安装方式固定安装在一根导线上。当配重器使导线表面上形成的积冰的积累量达到了一定的程度时，就会开始随着受风速、地球引力、辐射吸收能力减弱以及外界温度的突变等的因素影响而自动脱落。该事故处理的方式尽管方法简便快捷而又易行,但在实践中有时会由于前后两次事故除冰周期上的时间不完全一致或存在差异，可能会导致由此而引发的二次跳线事故，无法得到充分的确认和其可靠有效的除冰。

d)利用憎水性漆和憎冰型漆防止结冰，是利用不断降低对水、冰和电线的附着力来避免结冰问题的，和其他方法相比，该办法相对简易、方便、设计合理，而且生产成本相对较低。它也是结冰问题的一种非常简便有效解决问题的方法。目前制备的氟塑料、有机硅橡胶等表面憎油水性涂层材料都有着非常好的表面建筑保温的功能，在非导体表面包覆半导体RTV涂层材料可以帮助显著减少表面覆冰沉积物的热量生成和明显减少表面覆盖冰量。不过，目前的表面防冻涂料技术并没能够在最基本层面上彻底抑制表面结冰现象的大规模产生，可以保证在没有足够大的紫外线辐射条件下工作。在冬季气温相对较北方低且有细云水雾或过冷天气时，防冻的效果较差。

三、结论

1)输电线路防冰除冰方法缺乏安全、可操作、有效、经济的防冰除冰技术。

2)由于技术限制，在电网设备的防冰和除冰工作中，不宜过多地依赖某种防冰或除冰方法。采用现有的防冰、除冰技术和方法，综合分析考虑有效性、安全性、技术性、先进性、经济性等，以达到最佳的防冰、除冰效果。

3)在防冰和除冰技术和方法方面，大多数方法仅处于试验阶段或仅适用于关键线路。所以应该进一步研究大规模输电线路除冰的应用，以防止和解决类似恶劣天气造成的实际问题。

4)在输电线路抗冻除冰方面，对电网抗冰灾害将置于较为关键的地位。在线路设计和运营阶段，都应当完善防冻保护措施,并提高对抗冻的重视程度与宣传，以防止在萌芽阶段出现灾情。

5)在进一步深入地研究我国电网设备防冰和除凝冰技术问题的基础同时，应重点加强对各种覆冰输电导线设备的覆冰原理、模型、舞动和机制等的进一步深入的研究，以及提高输电线路设备各种新型抗凝冰和除凝冰技术方法的技术改进性与实用性。

参考文献：

[1]孙宝.浅谈输电线路防覆冰事故的技术措施——综合治理[J].军民两用技术与产品,2018:219.

[2] 熊先仁,沈亚红,杨燕.输电线路防覆冰事故的技术措施——综合治理[J].江西电力职业技术学院学报,2008:5-7.