输电线路覆冰问题的解决方法

输电线路覆冰问题的解决方法

段晓旭

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布供电分公司

摘要：大多数输电线路暴露在室外环境中，分布范围广，受低温气候影响大，极易出现覆冰问题，且带来的安全隐患不容忽视，严重时会影响电网的正常运行。为此总结了国内外现有输电线路的融冰、除冰技术成果,阐述了机械除冰、自然脱冰法、热力融冰法、和其他新型融冰方法的技术原理,并对各种除冰方法的操作难易程度、除冰过程中的优缺点及融冰装置的可行性进行说明。

关键字：覆冰；机械除冰；自然脱冰法；热力融冰法

1引言

高压输电线路覆冰是造成电力中断的主要原因，每年因为线路覆冰造成输电线路断裂，进而引起停电事故的案例时有发生，不仅给供电公司造成了巨大的经济损失，而且也严重影响了电力用户的正常用电。为了有效避免雨雪灾害对输电线路的影响,电力系统的有效除冰仍是目前研究的重点问题。

2 低温环境下除冰方法的分类

为了应对线路覆冰对电力系统造成的危害,国内外目前存在的融冰、除冰方式多种多样,主要分为以下几种类型。

1)机械除冰法:指将机械力附加在覆冰导线上,线路振动使冰层内部应力遭到破坏,实现冰层从导线上脱落的效果。

2)自然脱冰法:指对覆冰导线不施加任何外界能量,仅仅依靠重力、风力及温度等自然因素实现导线脱冰的方法。

3)热力融冰法:通过增大输电线路中流过的电流,使导线自身产生大量的热量,使导线上累积的冰层融化脱落,达到输电线路覆冰去除的目的。

4)其他除冰法:指目前在文献中提及但并未大范围应用于实际工程中的融冰方式。

3 低温环境下输电线路覆冰问题的解决方法

3.1 机械除冰法

机械除冰主要是指覆冰导线上的力学平衡被破坏而使冰层脱落的技术,主要分为滑轮铲刮除冰、强力振动除冰和机器人除冰。机械除冰人工成本高、效率低,多用于小范围除冰。

3.1.2 滑轮铲刮法

滑轮铲刮法是由滑轮、牵引绳及涂漆的胶合板或环氧树脂等构成。该方法由地面操作人员拉动一个可在线路上行走的滑轮使导线弯曲,冰层破裂脱落,达到铲除导线覆冰的目的[1]。

轮铲刮法的最大优点是除冰效果好,耗能小,操作简便,价格低廉,反应行动快,对操作人员没有专门除冰知识的要求,操作简便;但其缺点也十分明显,耗时长,据统计完成导线1km的除冰大约要1~2h ,运行效率低,易受地形限制,寒冷天气除冰效果不佳,目前滑轮铲刮法在中国应用较少。

3.1.3 机械振动除冰技术法

机械振动除冰技术采用无线信号控制动力单元的冲击力使导线产生强烈而又在控制范围内的振动，在震动作用下完成除冰操作，装置结构主要包括装置本体、信号接收单元、信号发送单元[2]。此技术易操作，在地面便可以除冰，无须登塔，增强除冰强度的同时，安全性更高。

采用机械振动除冰技术，可清除大面积覆冰。除冰装置由动力单元提供能量，可加速冰块掉落，提高除冰效率。在机械振动除冰前，要充分考虑除冰段档间距离、杆塔高差，除冰时尽可能确保杆塔两端导线力均衡，避免出现倒塔事件。此项除冰技术使用的装置结构较简单，而且便于操作，但是由于装置很难挂导线上，并不适用于多分裂导线覆冰问题，而且对雾凇有一定的效果,对雨凇效果有限,除冰效果不佳。

3.1.4 无人机除冰法

现代信息技术发展速度加快，无人机在巡线、异物清除方面发挥了非常重要的作用。除冰时可借助无人机搭载激光及喷火设备，高效清除输电线路上的覆冰。除冰装置主要由无人机、任务设备、地面控制模块、综合保障模块组成，具备单相远距离传输、能量密度高、穿透力强等优势，可加快冰块融化速度。激光器发射的激光功率密度大，能够穿透冰块，除冰效果也非常好。无人机还可搭载喷火设备加热输电线路表面，促进冰块的融化，达到除冰目的。此外，可以利用红外激光热效应，使冰块在短时间内融化。随着波长逐渐变短，加热能力会越来越强，红外激光波长短，加热能力强，可以在冰内产生应力，应力达到一定数值以后，冰便会断裂。无人机除冰技术多用于一些微型区域，适合输电线路小面积除冰。

3.2 自然脱冰法

自然脱冰法是指不用外界能量而靠自然力实现除冰的方法,在积雪或覆冰达到一定程度时,借助风力、重力等作用自行脱落[3]。这种方法简单易行,但具有较强的偶然性,不能阻止冰的形成,但有助于限制冰灾。常见的自然脱冰法有利用平衡锤、阻雪环除冰和利用憎水性涂料防冰。

3.3热力融冰法

热力融冰的原理是根据电流热效应将线路上的覆冰融化,不受路面结冰和积雪的影响,融冰速度快、操作简单。

3.3.1 直流融冰法

直流融冰法是目前消除输电线路覆冰灾害比较成熟的技术之一，通过输电线路外接直流装置使线路短路的方式产生几百甚至上千安培的短路电流以达到快速融化线路覆冰的目的；此外，也可通过调整功率潮流、降低线路容抗、降低线路功率因数等方式使线路电流满足融冰要求。直流融冰技术虽然在一定程度上能解决线路覆冰问题，但也存在着一定的局限性。

3.3.2高频激励融冰法

高频激励融冰法是一种实现输电线路在线不停电融冰的方法,其热来源主要来自导线电流集肤效应生成的热能和冰在交变电场中反复极化产生的介质损耗热,在特定的频率下实现两种热量在导线上呈周期性变化,从而导线上可获得均匀的热量。与交、直流融冰法对比,高频激励融冰具有更高的热效率,融冰速度更快。

高频激励融冰法受风速和环境温度的影响较为显著,风速越大,临界融冰电流越大,融冰时间越长;环境温度降低,临界融冰电流越大,融冰时间越长。

3.4 其他融冰法

3.4.1 蒸汽除冰法

蒸汽除冰法采用超纯水过热蒸汽,绝缘性能好。蒸汽融冰装置采用玻璃纤维管将加热过的蒸汽送到覆冰面,既能达到除冰的目的,又可以保证不损坏电线,解决了机械除冰会对输电线路带来损坏的问题。装置内部安装有增压泵,加压后的蒸汽具有一定的切割效果,从而在不损坏电线的前提下进一步提升了覆冰导线除冰的工作效率。

该方法在一定程度上能够有效除冰,但是应用时受到现场各种条件的限制,可操作性差,实施过程中要解决热气/水源等问题,此外蒸汽除冰方法存在烫伤操作人员的风险,所以操作起来要特别小心,目前国内仅有少量试验性应用。

3.4.2激光除冰法

激光除冰主要是通过以下方面来实现,一是,激光到达冰和物质的接触面,接触面吸收能量,使接触面冰层融化,冰的附着力减小,使后期的机械除冰更加容易;二是,接触面吸收能量,使接触面冰层融化变为水蒸气,急剧增多的水蒸气对表面冰产生压力,从而使冰破裂自行脱落[4]。高能量激光可以远距离非接触式地去除高压输电线、绝缘子、铁塔表面所附着的冰层,激光本身不导电,对导线、铁塔可以在不断电的情况下去除冰层,对绝缘子如果能够解决融水闪络问题,也可以实现不断电情况下的在线除冰。激光技术是输电线路除冰中具有潜力的新方法,可以用于去除输电导线、绝缘子、铁塔等表面的覆冰。目前,关于激光除冰的研究处于初始阶段,仅进行了一些低功率激光除冰的研究,激光除冰系统的设计和应用处于设想的状态。

4 总结

1 )不同技术有不同优势，除冰人员可结合实际情况合理选择除冰技术，从而确保电能的有序供应，维持人们的正常生活与生产。

2 )部分除冰方法仅停留在理论层面,应加强对导线覆冰机理和输电线路各种防冰、除冰技术的改进及实用化的研究。

参考文献

[1]李宁,周羽生,邝江华,等 . 输电线路除冰技术的研究[J] .防灾科技学院学报, 2008 , 10 ( 3 ): 33-37.

[2]巢亚锋,岳一石,王成,等 . 输电线路融冰、除冰技术研究综述[J] . 高压电器, 2016 , 52 (11 ): 1-9 , 24.

[3]邓万婷,汪涛,何清.输电线路除(融)冰技术可行性比较[J] . 湖北电力, 2009 , 33 (1): 6-8.

[4]赵宇明,张贵新,罗兵,等 . 大功率半导体激光除冰技术[J] . 南方电网技术, 2011 , 5 (5): 60-64.