廣東冠能電力科技發(fā)展有限公司 呂偉桃 鄧海輝 王 斌

貴州電網(wǎng)公司畢節(jié)供電局 張興遠(yuǎn) 陳勇宇 李克明 莫 剛 聶 剛

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，線路走廊越建越多，穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜。在嚴(yán)冬和初春季節(jié)，我國(guó)云貴高原等地區(qū)特有的氣候環(huán)境容易出現(xiàn)霧凇、雨凇和混合淞現(xiàn)象，造成輸電線路覆冰，使線路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。電力架空地線與同塔架設(shè)的導(dǎo)線處于相同的地理環(huán)境和天氣條件下（溫度、濕度、風(fēng)速等條件），但因?yàn)檩旊妼?dǎo)線有負(fù)荷電流通過(guò)，能夠產(chǎn)生熱能以抵御部分冰凍，因此架空地線上的覆冰厚度一般情況下會(huì)超過(guò)輸電導(dǎo)線。當(dāng)架空地線上的覆冰達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)造成上述后果或由于弧垂不足而對(duì)線路放電。目前，架空地線中往往復(fù)合了電力通信網(wǎng)，如果沒(méi)有有效的除冰方法，地線斷裂將導(dǎo)致電力通信通道中斷，危及電力控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。

因此針對(duì)架空地線除冰方法及技術(shù)的研究顯得尤為重要。

2.電力架空地線覆冰產(chǎn)生的機(jī)理

電力架空地線覆冰產(chǎn)生的條件主要包括地理環(huán)境、物理量條件、氣象動(dòng)力條件等。以貴州地區(qū)為例，貴州地理上處于云貴高原東北側(cè)，平均海拔1100m。冬季，來(lái)自北方的冷空氣南下受到高原的阻擋，在西南地區(qū)形成滇黔準(zhǔn)靜止鋒。物理量條件包括溫度條件和水汽條件。首先是溫度條件，當(dāng)準(zhǔn)靜止鋒后地區(qū)出現(xiàn)陰雨綿綿天氣，帶來(lái)降水，降水及地前形成過(guò)冷卻雨滴，同時(shí)地面溫度＜0℃；其次是水汽條件，冷空氣南下遇到云貴高原阻擋后被迫抬升，導(dǎo)致低層濕空氣輻合形成水汽。氣象動(dòng)力條件是滇黔準(zhǔn)靜止鋒系統(tǒng)淺薄，但低層較強(qiáng)的輻合，形成較大的上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致冰凍現(xiàn)象的發(fā)生并得以維持[2]。電力架空地線在冰凍環(huán)境下結(jié)合空氣濕度、風(fēng)速風(fēng)向等條件的共同作用，如遇大霧、小雨或小雨夾雪天氣，首先形成雨?。话滋鞖鉁芈杂猩?，雨凇將開始融化，覆冰過(guò)程停止；如天氣轉(zhuǎn)冷或到夜間，氣溫下降，凍雨和雪則在粘結(jié)強(qiáng)度很高的雨凇冰面上迅速增長(zhǎng)，形成冰層，如氣溫繼續(xù)下降，原有冰層外側(cè)積覆霧凇。這種過(guò)程將導(dǎo)致形成雨凇一混合凇一霧凇的復(fù)合冰層。如在這種過(guò)程中氣溫多次升降，融化再結(jié)冰增加了覆冰的密度，如此發(fā)展將形成雨凇和霧凇交替重疊的混合凍結(jié)物，即混合凇[3]。

3.電力架空地線除冰研究進(jìn)展

由于架空地線在結(jié)構(gòu)、性能、用途等方面不同于輸電導(dǎo)線，故針對(duì)地線的覆冰目前還沒(méi)有太好的解決辦法。目前，關(guān)于地線除冰，總結(jié)有以下方法：

(1)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)提高覆冰地區(qū)架空地線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可起到防冰、抗冰作用，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

(2)短路融冰

短路融冰原理：利用焦耳熱能定律。在地線金具加裝絕緣子使地線絕緣，并在絕緣子旁加裝一小刀閘或接地線，雷雨季節(jié)短接以保證防雷的需要，融冰時(shí)打開刀閘或斷開接地線進(jìn)行融冰。融冰前，選定合適地點(diǎn)先將架空地線與地絕緣并短接，利用導(dǎo)線兩相與地線連通來(lái)提供回路融冰電流，用較低電壓提供較大短路電流加熱，分步進(jìn)行地線融冰[1]。

(3)自然脫冰方法

自然脫冰方法是不需要借助外界的能量而靠自然力達(dá)到除冰效果的方法。在地線上刷涂吸熱涂料在有足夠輻射的情況下，利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)地線融冰。同時(shí)，一些憎水性涂料可以顯著降低覆冰與地線表面之間的粘附力，對(duì)地線防冰除冰也起到一定的作用[5]。

4.架空地線高頻自沖擊遙控除冰技術(shù)的應(yīng)用

架空地線高頻自沖擊遙控除冰技術(shù)是通過(guò)特制的除冰裝置，利用機(jī)械震動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)地線除冰。其主要原理是：除冰本體裝置空包彈點(diǎn)火使氣室中氣體瞬間膨脹，本體上頂作用于與之緊密接觸的覆冰地線，瞬間對(duì)地線產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)，利用機(jī)械震動(dòng)導(dǎo)致的高應(yīng)變率使覆冰呈現(xiàn)脆性，在稍有震動(dòng)的情況下就破碎和掉落，達(dá)到地線除冰的目的。

高頻自沖擊遙控除冰裝置主要由除冰本體裝置和拋繩裝置組成。利用拋繩裝置把牽引繩發(fā)射到地線高處，使得牽引繩繞過(guò)地線落地。然后連接各繩，通過(guò)地面工作人員配合，把除冰本體裝置拉上地線，直到最后使得除冰本體裝置上方頂住地線，地面工作人員通過(guò)遙控?fù)舭l(fā)除冰本體裝置空包彈，并對(duì)與之緊密接觸的覆冰地線瞬間產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)力，利用機(jī)械震動(dòng)導(dǎo)致的高應(yīng)變率使覆冰呈現(xiàn)脆性，在稍有震動(dòng)的情況下就破碎和掉落，從而實(shí)現(xiàn)地線除冰。如下圖所示：

圖1 拋繩過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic diagram of throwing process

圖2 自沖擊遙控除冰示意圖Fig.2 Schematic diagram of self impact remote de-icing

架空地線高頻自沖擊遙控除冰技術(shù)操作簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、便于攜帶，除冰操作時(shí)間短，預(yù)期3-5人在25分鐘內(nèi)即可完成一次自沖擊遙控除冰工作，成本低，安全高效，可靠性高，無(wú)需作業(yè)人員登塔作業(yè)，降低了高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，且除冰速度較以往人工除冰快上數(shù)倍，大大提高除冰效率和降低了投入的成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.架空地線覆冰防護(hù)措施和建議

從國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)覆冰的情況看，電網(wǎng)系統(tǒng)覆冰的防治應(yīng)根據(jù)不同的地理位置、氣象條件和不同的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)合架空地線覆冰程度不同等具體情況和特點(diǎn)，因地制宜制定完善的綜合防治體系[6]。

(1)在覆冰嚴(yán)重的重要地區(qū)或重要線路推廣使用覆冰監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集，及時(shí)分析和評(píng)估電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)防冰抗冰的預(yù)防能力。利用監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)協(xié)助指導(dǎo)防冰除冰等技術(shù)手段的實(shí)施，提前做好防冰除冰應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)對(duì)冰害發(fā)生。

(2)適當(dāng)提高重冰區(qū)架空地線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)架空地線抗冰融冰技術(shù)開展進(jìn)一步深入研究。除推廣應(yīng)用成熟的地線除冰方法外，積極開展基于新技術(shù)、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術(shù)。

(3)建立完善的電網(wǎng)恢復(fù)支持系統(tǒng)，當(dāng)輸電系統(tǒng)發(fā)生斷線、倒塔或停電等事故時(shí)，能整合資源，高效有序地開展搶修工作，迅速恢復(fù)電力供應(yīng)[7]。

(4)覆冰地區(qū)可采用預(yù)防備用的方式，從各覆冰地區(qū)不同的覆冰程度實(shí)際出發(fā)，適當(dāng)配備一定數(shù)量高頻自沖擊遙控除冰裝置，以供應(yīng)急情況下除冰工作的使用。

另外，通過(guò)改良架空地線的結(jié)構(gòu)[8]，針對(duì)短距離和長(zhǎng)距離不同線路，可采用不同的改良方式，使地線能夠帶有負(fù)荷電流，且通電后具有融冰的性能，達(dá)到防冰除冰的目的[9]。

6.結(jié)論

電力架空地線覆冰問(wèn)題，影響因素很多，應(yīng)重點(diǎn)研究覆冰機(jī)理，開發(fā)更有效節(jié)能的防冰除冰技術(shù)及裝置[10]。高頻自沖擊遙控除冰裝置在國(guó)內(nèi)率先提出了利用機(jī)械裝置在地面遙控對(duì)架空地線進(jìn)行除冰工作。高頻自沖擊遙控除冰裝置具有體積小、重量輕、便于攜帶和操作，除冰效率高，成本低，安全高效，可靠性高等特點(diǎn)，降低了高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大大提高除冰效率和降低了投入的成本，經(jīng)濟(jì)效益良好，具有很好的應(yīng)用前景。同時(shí)，寄望將來(lái)通過(guò)不斷的研究，研發(fā)出各種基于不同原理的新型除冰方法和裝置，服務(wù)電網(wǎng)系統(tǒng)，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

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