输电线路除冰雪专利技术分析

罗爱玲

摘 要：输电线路覆冰雪作为一种常见的自然现象会对正常供电造成巨大的影响，引起输电线路舞动、断线、相间短路、跳闸、杆塔变形、倒塌、金具和绝缘子损坏等一系列问题，是威胁电网安全运行的最大自然灾害之一，文章基于CPRSABS和DWPI数据库，检索筛查国内外有关架空线路除冰技术的专利申请，梳理了该领域除冰装置的技术发展脉络，为今后输电线路除冰雪的研究发展提供参考价值。

关键词：除冰；输电线路覆冰雪；专利分析

中图分类号：TM75 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0019-02

Abstract： As a common natural phenomenon， the ice and snow over transmission lines will have a great impact on the normal power supply. It causes a series of problems， such as transmission line galloping， wire breakage， interphase short circuit， tripping， pole tower deformation， collapse， hardware and insulator damage and so on， and it is one of the biggest natural disasters threatening the safe operation of power grid. Based on CPRSABS and DWPI database， this paper searched and screened patent applications of overhead line deicing technology at home and abroad， and sorted out the technical development of deicing device in this field. It provides reference value for the research and development of snow and ice removal of transmission lines in the future.

Keywords： deicing； ice-covered transmission line； patent analysis

1 概述

线路覆冰雪作为威胁电网安全运行的最大自然灾害之一，全球多个国家均受其影响遭到重创，其中典型事件有1998年魁北克省因线路覆冰雪造成辖区内34%的电网被破坏，需重建电线杆16248根[1]；2008年，中国中、南部地区受雨雪天气造成14个省区的电力灾难，致使约19%的500kV的输电线路和343条22kV输电线路遭到严重破坏[2]，据统计南方冰災造成107人死亡，直接经济损失1111亿元人民币；因此，输电线路除冰成为了世界范围内电力行业中的研究热点，同时国外申请量分别在1998年之后和2008年之后有一定的骤增，我国则在2008年之后呈现井喷式增长。

在全球输电线路除冰技术原创国和技术应用目标国中，中国均位列第一，表明我国对于输电线路除冰技术有较大的应用需求并掌握一定的技术实力；其次与我国地域相邻、有着相似气候特点的日本在技术原创国和技术应用目标国中位列第二；次之还有俄罗斯、美国、加拿大等国家；这表明全球多个国家在对输电线路除冰技术进行研究独立创新的同时也相互保持着一定的交流和学习。

2 技术分类

目前，根据除冰机理，输电线路除冰技术大体上分为三类：机械除冰、电热除冰和其他除冰方法。机械除冰经济成本低，而除冰效率高，因而是多种除冰技术中专利申请量最多的一种，约有1005项；电热除冰可以大面积的自动除冰，申请量仅次于机械除冰，约有924项；其他除冰约有400余项。

机械除冰法即借助机械外力进行除冰，机械除冰法从早期效率低、安全性低的敲打冰（如铲刮和强力震动等方式）经过不断演进，相继出现了除冰效率高且安全性高的电磁力振动除冰法和可沿线路行走的除冰机器人，上述两种方法均无线上人员参与，有效防止了人体长期处于强电场中受到电磁辐射的侵害。电热除冰即通过将电能转化为热能使输电线路自身或附加热源发热实现除冰，是一种国际上应用更为广泛的除冰方法，除冰速度快、安全性高；2008年冰冻灾害中，电热除冰得到了广泛的应用，只是该方法需要针对覆冰导线计算融冰电流的大小和工作时间。其他的除冰方法还有采用电晕放电、电子冻结等进行除冰。

3 技术路线分析

本文采用人工阅读筛选方式，通过对输电线路除冰技术各个时期的专利和文献进行梳理和分析，选取21项重点专利，绘制出架空线缆除冰技术在不同时期的专利技术演进路线。输电线路除冰技术专利申请的发展大致经历了以下几个重要发展阶段：

第一阶段（1977年以前）为技术探索起步阶段，此时我国尚未有知识产权保护体系和意识，主要专利申请均为国外申请，输电线路除冰技术早期涉及到的技术手段主要是机械除冰，除冰效率较低，多需要人工参与，除冰装置较为简单，但当时对于机械除冰的方式却已有多样性，具体细分也有振动除冰、滑轮铲刮法和电脉冲除冰等；当时以机械除冰为主的技术领域中，电脉冲除冰开辟出了提升除冰效率的新天地，但该方法并未得到推广。

第二阶段（1977年-1992年）为技术发展期，申请量明显见长，与此同时，涉及的主要技术手段则从机械除冰转为电热除冰，另外开辟了采用LC磁热线除冰的先河，当时大量的研究成果表明LC磁热线具有良好的磁稳定性和可加工性、施工安装方便、对运行导线无损害[3]。具体电热除冰有直流除冰、交流除冰等。初期的电热除冰中，直流融冰占多数，且多采用单一的晶闸管形成整流电路，直流电源的稳定性较差。同时稳定性好、效率高的交流融冰技术受到广泛的应用，多个国家都对交流融冰有过一套完整的技术体系。其中湖南省从1955年开始研究交流融冰体系；而加拿大Manitoba Hydro在1990年进行了三相短路融冰实验[4]。

第三阶段（1992年-2008年），此阶段对于输电线路除冰的研究逐渐趋于智能化和灵活性控制。国外率先开发了机器人除冰方法，可以实现自动行走、覆冰巡视、监控采集和自动控制除冰等一系列的功能，使得除冰更为灵活可控。相对于第一阶段的电脉冲除冰和磁热线除冰，开辟出了电磁脉冲震动除冰，其包括至少一对导线，连接到电缆上并沿电缆呈螺旋缠绕各对导线的一端连接、相互电气绝缘，通过脉冲发生装置在導线内产生电磁脉冲，利用各对导线之间产生的推斥力震动导线进而震碎附着在线缆上的冰。

第四阶段（2008年至今），2008年对我国来说是输电线路除冰的迅猛发展阶段。成功研发出了具有完全自主知识产权、适用于各电压等级线路融冰的大功率直流融冰装置，如2008年的专利CN101540491；2010年的专利CN101882774；2011年的专利和CN102255273；后续又不断从融冰速度、减少能耗、改善整流电路等角度不断对直流融冰技术进行改善；同时也开始了除冰机器人的研究，有击打式、冲击式、铣削式、轮式越障、臂式越障、轮臂混合越障式、现场总线巡线监控式等等，不断向爬行越障能力强、能够实时监控线缆状态并通过无线网络与地面基站进行实时通信等方面迈进使得除冰更加高效灵活。同时在此基础上，也不放弃对其他除冰技术的研究。

综上所述，输电线路除冰技术的发展整体呈现“传统人工控制的机械除冰-简单的电热除冰-可灵活控制的电热除冰-机器人机械除冰”的研究过程。

4 重要申请人分析

4.1 国外重要申请人分析

国外对于输电线路除冰技术的专利申请量从高到低分别是：古河电气工业株式会社、日立、藤仓、住友、三菱、关西以及乌法航空研究所等。其中申请量超过20的日本公司有8名，可见日本具备丰富的输电线路除冰技术的经验和创新能力。另外有一些申请量不多但对输电线路除冰技术有重要影响的单位，如：加拿大魁北克水电公司以及美国达特茅斯大学，都对输电线路除冰作出过具有推动性技术的创新。

4.2 国内重要申请人分析

国内对输电线路除冰雪的专利申请量统计中，排名第一位的是国家电网公司，其次有地处南方的湖南电力科学研究院、湖南湘电实验研究有限责任公司，洛阳科学技术研究院、中国电力科学研究院、南方电网、北京十畅园科技有限公司、中国南车集团株洲电力机车研究所、重庆大学、华北电力大学等；可见除了首当其冲的电网公司、大量研究院以及部分高校和公司都对输电线路除冰雪展开了研究，并发挥了重要作用。

参考文献：

[1]《电力建设》编辑部.输电线路除冰新技术[J].电力建设，2008.

[2]王文庆，李浩峰.输电线路上除冰技术分析[J].甘肃科技纵横，2012.

[3]蒋兴良，万启发，吴盛麟，等.输电线路除冰新技术——低居里（LC）磁热线在线路除冰中的应用[J].高电压技术，1992.

[4]KALMIN L P， SOLDATOV V A. The Application of Phase-shifting Transformers to the Power Line Ice Melting [C]//5th Presented at the Int. Workshop on Atmospheric Icing of Structures， Oct. 29-Nov.1，1990，Tokyo，Japan：1990.