高压输电线路除冰与融冰新技术应用研究

／　ｆ　ｌ　ｌ　Ｇ工ｏｎｇ作ｚｕｏ研ｙ究ｊｍ　高压输电线路除冰与融冰新技术应用研究　＞刘春玲龚雷沈佳星　２００８年，我国南方地区遭受了５０多年来最大的一次冰灾事故，给人民生活、生　产和国民经济运行构成极大的威胁。本文简要阐述了覆冰现象对电网输电线路造　成的四大危害，着重介绍了热融冰、机械除冰及自然脱冰三种脱冰方法，同时分　析各种方法的应用范围以及优缺点，并对国际上一些新的研究成果进行了简单的　介绍。　１前言　时，在风的作用下，两根导线或　２．３绝缘子串覆冰造成频繁冰　闪事故　２００８年１—２，ｑ，大范围的灾　害性低温雨雪冰冻天气在我国南　导线与地之１司可能相碰，会造成　短路跳闸，烧伤甚至烧断导线的　事故。如果覆冰的重量进一步增　大，则可能超过导线、金具、绝　缘子及杆塔的机械强度，使导线　从压接管内抽出，或外层铝股全　冰闪是污闪的一种特殊形　式，绝缘子在严重覆冰的情况　下，大量伞形冰凌桥接，绝缘强　度降低，泄漏距离缩短。融冰过　方持续地进行，给受灾地区的通　信运输、交通运输、能源供应　以及人民的生活生产带来了极为　严重的影响。据不完全的统计，　南方电网公司以及国家电网公司　程中，冰体或者冰晶体表面水膜很　快溶解污秽中的电解质，提高了融　冰水或冰面水膜的导电率，引起绝　缘子串电压分布及单片绝缘子表　断、钢芯抽出；当导线覆冰超过　杆塔的额定荷载一定限度时，可能　导致杆塔基础下沉、倾斜或爆　裂，杆塔折断甚至倒塌。　２．２相邻档不均匀覆冰或不同　所属的线路中，共计造成１１０－　５００ＫＶ线路停运１２５０条，倒塔　７０７６基、杆塔受损３０５１基，１０－　３５ＫＶ受损线路则达到１３８８８条。　面电压分布的畸变，从而降低了　覆冰绝缘子串的闪络电压，形成　冰闪。　２．４输电导线舞动损坏电力设　备　覆冰现象对电网输电线路的危害　主要体现在四个方面：过负载事　故；不均匀覆冰或不同期脱冰引　起的机械和电气方面的事故；绝　缘子串覆冰过多或被冰凌桥接，　绝缘子串电气性能降低；不均匀　覆冰引起的导线舞动事故。目前　国内外除冰方法有３０余种，大致　可分为热力除冰法、机械除冰法　和自然脱冰法三类［１＿６】。　２导线覆冰的危害　２．１线路过荷载事故　期脱冰造成的事故　输电线路相邻档不均匀覆冰　或不同期脱冰都会产生张力差，　使导线在线夹内滑动，严重时导　线外层铝股在线夹出口处全部断　裂、钢芯抽动，造成线夹另一侧　的铝股拥挤在线夹附近。邻档张　输电导线覆冰后形成非圆截　面，在风力作用下发生驰振，这　是一种低频、大幅度的振动，其　振动频率通常为（０．１～３）Ｈｚ，振　幅约为导线直径的５—３００倍。导　线舞动引起杆塔、导线、金具及　部件的损坏，造成频繁跳闸甚至　停电事故。　３主要的除冰方法　３．１热力除冰方法　力的不同，还会导致直线杆塔承　受张力的能力变差，悬垂绝缘子　串偏移很大，碰撞横担，造成绝缘　子损坏或破裂；也可使横担转　动，导线碰撞拉线，烧伤或烧断　拉线，杆塔在失去拉线的支持后　线路覆冰后造成弧垂增大，　导线对地１司距减小，从而有可能　发生闪络事故。弧垂增大的同　倒塌。不同期脱冰使横担折断或　向上翘起，地线支架破坏，因覆　Ｉ．Ｌ．１ａｆｏｒｔｅ列举了用于导线热　力除冰的４种主要方法，带负荷融　冰不均匀使横担扭转。　Ｃｉ工ｏｎＢ作ｚｕｏ磺ｙａｈ究ｊ　｛　冰、短路电流法、电阻丝伴随加　热、铁磁线。　带负荷融冰法是工程应用中　最方便、有效、适用的除冰方　法，是通过改变线路的潮流分配　从而增大目标线路上的负荷电　流，因为焦耳效应使导线自身的　温度达到冰点以上，这样落在导　体表明的雨雪就不会结冰。但此　方法无法预防避雷线和架空地线　上的覆冰。短路电流法是目前技　术上较成熟的融冰方法，融冰电　流既可采用交流电流，也可采用　直流电流。另两种则是靠电阻性　伴线或铁磁线中有交流电产生的　边际电流进行的间接加热，目前　应用较多的是低居里铁磁材料，　低居里热敏防冰套筒和低居里磁　热线已投入工程实用。　３．２机械除冰法　利用各种机械动力使冰产生　应力破坏从导线上脱落称机械除　冰方法。可以分为４种基本方　法，滑轮铲刮、强力振动、　ａｄｈｏｃ法、电磁脉冲。　滑轮辗压铲刮法（ｉｃｉｎｇ　ｒｏｌｌｉｎｇ）已在加拿大的Ｍａｎｉｔｏｂａ使　用了５０多年，是目前唯一可行的　输电线路除冰的机械方法。它由　滑轮、牵引绳及涂漆的胶合板或　环氧树脂板等器件构成，加在滑　轮上的力要足够让导线产生弯　曲，这样，产生的应力才能使冰　破裂，脱落。滑轮铲刮法的最大　优点是效果很快，且不需要特别　的设备和专家，简便易操作，耗　能小，价格低廉，较为实用，它　的缺点就是费时，安全性能不完　善，且受地形限制。电脉冲除冰　法（ｅ　１　ｅ　ｃ　ｔ　ｒ　ｏ—ｌ　ｍｐ　Ｕ　１　ｓ　ｅ　Ｄ　ｅ—　Ｉｃｉｎｇ，ＥＩＤＩ）基本原理即是采用电　容器组向线圈放电，由线圈产生　强磁场，在置于线圈附近的导电　板（即目标物）上产生一个幅值高、　持续时间短的机械力，使冰破裂　而脱落。此方法在飞机除冰方面　曾有成功的经验，因为它没有运　动部件，安全可靠。但是，这种　方法由于技术不成熟，且费用过　高，已停止了相关研究工作。ａｄ　ｈｏｃ法和外部强力振动法由于除冰　效果不佳，因而很少在实际工程　中采用。　３．３自然脱冰方法　自然脱冰方法是不需要外界　供给能量而靠自然力除冰防冰的　方法。目前，主要有平衡重量、　可动线夹、除冰环、风力脱冰、　吸热器、憎水性涂料等６种方法。　刷涂吸热涂料利用太阳能除　冰只在有足够辐射时才有效，但　它难于应用到高压线上，因为在　夏天它会增加导线的温度。在导　线表面涂憎水性材料，可以显著　的降低覆冰与导线表面之间的粘　附力。在导线上安装阻雪环、平　衡锤使导线上的覆冰堆积到一定　程度时，依靠风力、地球引力、　辐射以及温度突变等作用自行脱　落。该法简单易行，但可能因不　均匀或不同期脱冰产生的导线跳　跃的线路事故，不能保证可靠除　冰。　３．４其他除冰方法　除上述方法外，电子冻结、　电晕放电和碰撞前颗粒冻结、加　热、用高频波激励在６０ｋＨｚ到　ｌＯＯｋＨｚ范围内融冰等方法也正在　国内外研究。Ｃｈａ　ｒｌｅｓＲ．Ｓ等提出　了用８～２００ｋＨｚ的高频高压激励　除冰的方法【７—９】。机理是高频时　冰是一种有损耗电介质，能直接　引起发热，且集肤效应导致电流　只在导体表面很浅范围内流通，　造成电阻损耗发热。试验表明　３３ｋＶ、１００ｋＨｚ的电压可以为　１０００ｋｍ的线路有效融冰。　４结论　输电线路的覆冰影响电力系　统的安全可靠运行，给人民生　活、生产和国民经济运行构成极　大的威胁。导线覆冰为热力学及　流体力学问题，影响因素很多，　重点应研究覆冰机理、舞动机　理，建立更准确的模型及开发更　有效节能的防、除冰技术及装　置。目前应用得较为广泛的是热　力除冰与机械除冰两类方法，而　其中又以热力除冰法效果更佳。　自然除冰法虽然效果欠佳，但具　有设备投资少，简单易行等特　点，在线路覆冰初期仍起到一定　效果。　（作者单位：国网天津城东　公司）