高海拔地区输电线路覆冰机理及除防冰技术研究

高海拔地区输电线路覆冰机理及除防冰技术研究

黄伟

国网四川省电力公司甘孜供电公司 ， 四川省 甘孜州 626000

摘要：近年来，伴随着我国各区域遭遇罕见的持续低温、雨雪天气和冰冻极端天气的现象的出现，高海拔地区的覆冰现象也较为常见。覆冰现象会造成电网线路的跳闸，严重时甚至会带来造电线路断线、倒杆事故的发生，严重影响电力系统的正常安全运行。一般来说，大雾天气总是伴随着覆冰现象的发生而出现，能见度与温度较低。

关键词：高海拔；地区；输电线路；覆冰机理；除防冰技术；分析

1导言

在高海拔地区，由于其自身有着特殊的地形地势，再加上恶劣的气候条件，输电线路出现覆冰灾害的现象越来越多。输电线路覆冰会严重影响整个电力系统的安全稳定运行，阻碍我国电力事业的进一步发展。针对高海拔地区出现的覆冰事故，本文进行了详细阐述，同时通过实例来对高海拔地区的输电线路覆冰机理进行了一定的分析，在此基础上提出了几种除防冰技术，重点对这几种方法的特点进行了讨论和比较，希望能够给今后高海拔地区输电线路出现的覆冰灾害带来一定的参考价值。

2输电线路覆冰的产生与分类

通常，输电线路覆冰产生的必要气象条件是：导线表面温度及环境温度要达到0℃以下；空气相对湿度在85%以上；风速大于1m/s。当空气相对湿度小或无风、风速很小时，即使空气温度在0℃以下，导线上基本不发生覆冰现象。输电线路覆冰类型受以下因素的影响：水滴（或雾滴）大小、水滴过冷却度、环境温度（即导线表面或冰面温度）、风速风向、空气中液水含量。不同条件的组合将在导线上形成不同类型的覆冰。输电线路覆冰按形成或危害分类，通常有雨凇、雾凇、混合淞、白霜、积雪等。一是雨凇是由粒径较大的过冷却水滴碰撞在物体上散开成水膜然后冻结成的冰凌，呈湿增长方式。其产生的气象条件是温度-3-0℃左右、风速小于10m/s，冰体透明坚固，密度0.6-0.9cm³，黏附力强，常伴有冰柱。通常风速越大，毛毛雨历时越长，冰体越大，雨凇越重，危害越大。二是雾凇也称为软雾凇，是由粒径较小的过冷却水滴随气流浮动，在碰击物瞬间即冻结成的冰凌，呈干增长方式。其冰体白色疏松，密度小于0.6g/cm³，黏附力较弱，通常在物体的迎风面冻结。三是混合淞也叫硬雾凇，当不同粒径的过冷却水滴随气流浮动，在碰撞物体瞬间，部分呈干增长，部分呈湿增长。其呈透明或不透明的冰体，比重中等，常在物体的迎风面冻结，有一定的黏附力。其形成过程是一个复合覆冰过程，首先是雨凇，再是雾凇，是一种交替冰的形式，生长速度快，对导线危害特别严重。四是白霜是空气中湿气与0℃以下的冷物体接触，在冷物表面凝华而成的。白霜在导线上的粘结力十分微弱，即使轻轻振动，也可使其脱离所粘结导线的表面。白霜几乎不对导线构成严重危害。五是积雪是由自然降雪粘附在导线上形成的，有干、湿雪之分。空气中的干雪或冰晶很难粘结到导线表面，只有当空气中的雪为“湿雪”时，导线才会出现积雪现象。根据输电线路覆冰形成的机理及形成条件，输电线路覆冰增长过程可分为干增长和湿增长。雾凇覆冰是干增长过程，雨凇覆冰为湿增长过程，混合淞是介于干、湿增长之间的一种覆冰过程。海拔高程对线路覆冰的影响很大，在同一地形及天气条件下，通常海拔高程越高越易覆冰，冰厚也越大，且多为雾凇；海拔高程较低处，冰厚较小，且多为雨凇或混合冻结。

3输电线路除冰技术

3.1热力除冰法

一是直流电流法。一般来说，交流以及直流电流都是可用来加热导线的。对500kV输电线路来说，直流电流法是唯一可行的热力除冰法。当采用交流电流和直流电流分别对500kV覆冰线路进行融冰时，线路阻抗主要表现为电抗，短路功率主要为无功功率。由于交流电流融冰对于无功功率的要求较高，主要依赖于系统所提供的并且无功功率需求在2000MVar以上，然而系统自身却是不可能达到这一要求的，所以无法满足交流电流来进行融冰；相反的，直流电流融冰只需要系统提供不超过200MW的功率，所以直流电流融冰才是可行的方法。直流电流融冰的具体步骤为首先将覆冰线路的两端断开，并且对线路的末端进行断路，将线路一侧变电站中线路与直流融冰母线连接，对侧变电站中线路三相短接，用较低的电压来提供短路电流进行除冰。线路各侧接地开关断开后，不仅可以使得直流电流的容量得到满足，还可以在一定程度上提高经济效益。此方法对于500kV的输电线路来说还是十分可靠的，然而在使用性方面还不够完善。二是短路电流法主要是运用短路的方法来加大导线中通过的电流，这样来达到除冰的目的。根据短路类型来对这一类方法进行分类，短路电流法可分为三相短路法、两相短路法和单相短路法。这些方法各有不同的特点，需要在断路发生的类型的基础上提出有针对性的解决方法。

3.2机械除冰法

机械除冰法指的就是利用机械手工或者自动化机器人等方式进行强制性除冰的方法。与热力法进行比较看来，使用机械除冰法的损耗小、价格低廉等优点。最早的机械除冰法是Pohlman等提出“adhoc”法，该方法是最原始的，要求线路操作者现场采用手工、猎枪和直升飞机等方式除冰，但这种方法的效率低并且还缺乏一定的安全性。此后加拿大Manitoba水电局提出了一种滑轮刮铲法，该方法是由地面工作人员拉动牵引绳，通过在地面上可以进行移动的滑轮来对导线上的的覆冰进行铲除，在机械除冰法中，该方法就目前看来是唯一可行的，然而其存在着效率低以及被动等缺点，不适合应用于用于多分裂导线。

3.3被动除冰法

被动除冰法不需要任何外界因素，直接依赖于风力、引力、太阳辐射和温度突变等自然力除冰。此方法需要一定的自然条件配合，不是任何时候都适用的。相关的除冰方法有平衡锤、可动线夹和涂刷吸热材料等。

3.4其它除冰法

除热力除冰法、机械除冰法、被动除冰法外，其它除冰法大都从改变输电导线的结构或材料人手。低居里点磁性材料是由武汉高压研究所等单位共同研发的一种具有特殊磁性能的软磁材料。这种磁性材料的好处在于，当导体时在环境温度降到室内温度以下时，能产生磁性，在输送交流电时，在涡流、磁滞等的作用下，会使得损耗增加，进而变为热能融化覆冰。

4结论

总而言之，高海拔地区的覆冰现象严重，会造成杆塔倒塌、电网瘫痪等严重后果。本文针对输电线路的覆冰进行了分析，在除防冰技术的基础上分析了不同除冰防冰方法的特点。希望今后有关部门应当加强对于技术的改进，对各种除防冰技术加以对比运用，这样才能降低覆冰灾害的发生率，进而对电网安全稳定运行带来可靠的保障。

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