电力架空地线除冰技术分析

广东冠能电力科技发展有限公司 吕伟桃 邓海辉 王 斌

贵州电网公司毕节供电局 张兴远 陈勇宇 李克明 莫 刚 聂 刚

1.引言

随着我国经济的高速发展，线路走廊越建越多，穿越的地理环境更加复杂。在严冬和初春季节，我国云贵高原等地区特有的气候环境容易出现雾凇、雨凇和混合淞现象，造成输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭受严重破坏，安全运行受到严重威胁。电力架空地线与同塔架设的导线处于相同的地理环境和天气条件下（温度、湿度、风速等条件），但因为输电导线有负荷电流通过，能够产生热能以抵御部分冰冻，因此架空地线上的覆冰厚度一般情况下会超过输电导线。当架空地线上的覆冰达到一定程度时，会造成上述后果或由于弧垂不足而对线路放电。目前，架空地线中往往复合了电力通信网，如果没有有效的除冰方法，地线断裂将导致电力通信通道中断，危及电力控制系统的安全运行[1]。

因此针对架空地线除冰方法及技术的研究显得尤为重要。

2.电力架空地线覆冰产生的机理

电力架空地线覆冰产生的条件主要包括地理环境、物理量条件、气象动力条件等。以贵州地区为例，贵州地理上处于云贵高原东北侧，平均海拔1100m。冬季，来自北方的冷空气南下受到高原的阻挡，在西南地区形成滇黔准静止锋。物理量条件包括温度条件和水汽条件。首先是温度条件，当准静止锋后地区出现阴雨绵绵天气，带来降水，降水及地前形成过冷却雨滴，同时地面温度＜0℃；其次是水汽条件，冷空气南下遇到云贵高原阻挡后被迫抬升，导致低层湿空气辐合形成水汽。气象动力条件是滇黔准静止锋系统浅薄，但低层较强的辐合，形成较大的上升运动，导致冰冻现象的发生并得以维持[2]。电力架空地线在冰冻环境下结合空气湿度、风速风向等条件的共同作用，如遇大雾、小雨或小雨夹雪天气，首先形成雨凇；白天气温略有升高，雨凇将开始融化，覆冰过程停止；如天气转冷或到夜间，气温下降，冻雨和雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上迅速增长，形成冰层，如气温继续下降，原有冰层外侧积覆雾凇。这种过程将导致形成雨凇一混合凇一雾凇的复合冰层。如在这种过程中气温多次升降，融化再结冰增加了覆冰的密度，如此发展将形成雨凇和雾凇交替重叠的混合冻结物，即混合凇[3]。

3.电力架空地线除冰研究进展

由于架空地线在结构、性能、用途等方面不同于输电导线，故针对地线的覆冰目前还没有太好的解决办法。目前，关于地线除冰，总结有以下方法：

(1)提高设计标准

通过提高覆冰地区架空地线的设计标准，可起到防冰、抗冰作用，保证电力系统安全、稳定、可靠地运行。

(2)短路融冰

短路融冰原理：利用焦耳热能定律。在地线金具加装绝缘子使地线绝缘，并在绝缘子旁加装一小刀闸或接地线，雷雨季节短接以保证防雷的需要，融冰时打开刀闸或断开接地线进行融冰。融冰前，选定合适地点先将架空地线与地绝缘并短接，利用导线两相与地线连通来提供回路融冰电流，用较低电压提供较大短路电流加热，分步进行地线融冰[1]。

(3)自然脱冰方法

自然脱冰方法是不需要借助外界的能量而靠自然力达到除冰效果的方法。在地线上刷涂吸热涂料在有足够辐射的情况下，利用太阳能实现地线融冰。同时，一些憎水性涂料可以显著降低覆冰与地线表面之间的粘附力，对地线防冰除冰也起到一定的作用[5]。

4.架空地线高频自冲击遥控除冰技术的应用

架空地线高频自冲击遥控除冰技术是通过特制的除冰装置，利用机械震动的方式实现地线除冰。其主要原理是：除冰本体装置空包弹点火使气室中气体瞬间膨胀，本体上顶作用于与之紧密接触的覆冰地线，瞬间对地线产生机械震动，利用机械震动导致的高应变率使覆冰呈现脆性，在稍有震动的情况下就破碎和掉落，达到地线除冰的目的。

高频自冲击遥控除冰装置主要由除冰本体装置和抛绳装置组成。利用抛绳装置把牵引绳发射到地线高处，使得牵引绳绕过地线落地。然后连接各绳，通过地面工作人员配合，把除冰本体装置拉上地线，直到最后使得除冰本体装置上方顶住地线，地面工作人员通过遥控击发除冰本体装置空包弹，并对与之紧密接触的覆冰地线瞬间产生机械震动力，利用机械震动导致的高应变率使覆冰呈现脆性，在稍有震动的情况下就破碎和掉落，从而实现地线除冰。如下图所示：

图1 抛绳过程示意图Fig.1 Schematic diagram of throwing process

图2 自冲击遥控除冰示意图Fig.2 Schematic diagram of self impact remote de-icing

架空地线高频自冲击遥控除冰技术操作简单、体积小、重量轻、便于携带，除冰操作时间短，预期3-5人在25分钟内即可完成一次自冲击遥控除冰工作，成本低，安全高效，可靠性高，无需作业人员登塔作业，降低了高危作业风险，且除冰速度较以往人工除冰快上数倍，大大提高除冰效率和降低了投入的成本，具有较好的经济效益。

5.架空地线覆冰防护措施和建议

从国内外应对覆冰的情况看，电网系统覆冰的防治应根据不同的地理位置、气象条件和不同的网架结构，结合架空地线覆冰程度不同等具体情况和特点，因地制宜制定完善的综合防治体系[6]。

(1)在覆冰严重的重要地区或重要线路推广使用覆冰监测预警系统，通过数据的采集，及时分析和评估电网安全风险，提高电网防冰抗冰的预防能力。利用监测预警系统协助指导防冰除冰等技术手段的实施，提前做好防冰除冰应急预案，应对冰害发生。

(2)适当提高重冰区架空地线的设计标准，对架空地线抗冰融冰技术开展进一步深入研究。除推广应用成熟的地线除冰方法外，积极开展基于新技术、新材料的防冰除冰措施研究，做到因地制宜地采用防冰除冰技术。

(3)建立完善的电网恢复支持系统，当输电系统发生断线、倒塔或停电等事故时，能整合资源，高效有序地开展抢修工作，迅速恢复电力供应[7]。

(4)覆冰地区可采用预防备用的方式，从各覆冰地区不同的覆冰程度实际出发，适当配备一定数量高频自冲击遥控除冰装置，以供应急情况下除冰工作的使用。

另外，通过改良架空地线的结构[8]，针对短距离和长距离不同线路，可采用不同的改良方式，使地线能够带有负荷电流，且通电后具有融冰的性能，达到防冰除冰的目的[9]。

6.结论

电力架空地线覆冰问题，影响因素很多，应重点研究覆冰机理，开发更有效节能的防冰除冰技术及装置[10]。高频自冲击遥控除冰装置在国内率先提出了利用机械装置在地面遥控对架空地线进行除冰工作。高频自冲击遥控除冰装置具有体积小、重量轻、便于携带和操作，除冰效率高，成本低，安全高效，可靠性高等特点，降低了高危作业风险，大大提高除冰效率和降低了投入的成本，经济效益良好，具有很好的应用前景。同时，寄望将来通过不断的研究，研发出各种基于不同原理的新型除冰方法和装置，服务电网系统，保障电力系统的安全、稳定、可靠运行。

[1]周鹏,李光辉.架空地线的融冰方法及改进措施[J].大众用电,2008(9):25-26.

[2]杜正静,熊方,何玉龙,胡玉玲.贵州严重冰冻天气过程典型模型及环流特征分析[J].贵州气象,2009,1(33):7-10.

[3]韦远武,吴兆鑫,杨恒.输电线路覆冰灾害的分析与预防措施[J].贵州电力技术,2008(12):34-39.

[4]杨济海,彭汐单.对抗覆冰光纤复合架空地线的思考[J].电力系统通信,2008,29(191):14-15.

[5]李宁,周羽生,邝江华,彭琢.输电线路除冰技术的研究[J].防灾科技学院学报,2008,10(3):33-36.

[6]Koval D O,SHEN Bin,Chowdhury S.Modeling severe weather related highvoltage transmission line forced outages[C].Transmission and Distribution Conference and Exhibition,2005/2006 IEEE PES Dallas,USA.

[7]许树楷,赵杰.电网冰灾案例及抗冰融冰技术综述[J].南方电网技术,2008,2(2):1-5.

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[10]蒋兴良,张丽华.输电线路除冰防冰技术综述[J].高电压技术,1997(1):36-39.