直流方式的融冰技术
直流融冰作业
直流融冰作业全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：直流融冰作业，是指利用直流电流对冰进行融化的作业方式。
在现代社会，冰雪对于某些行业的作业而言可能是一种威胁，比如道路交通、建筑工地等，因此采用直流融冰作业成为了一种解决这一问题的有效手段。
直流融冰作业的原理其实非常简单。
在这种作业方式中，利用直流电流通过两极之间的介质（例如冰）而产生的热量，来加热冰，从而导致冰的融化。
这个原理类似于我们日常生活中使用的电熨斗，只不过在这里的介质不是衣物，而是冰。
直流融冰作业在实际应用中有着广泛的用途。
在冬季道路交通中，结冰是交通安全的隐患之一。
通过在路面上敷设直流融冰装置，可以让冰雪在短时间内融化，减少事故的发生。
建筑工地在冬季施工时也会遇到冰雪的困扰，采用直流融冰技术可以提高施工效率，保障工程的顺利进行。
除了在道路交通和建筑工地中的应用，直流融冰作业还可以在其他领域发挥作用。
在飞机场的跑道上，冰雪会严重影响飞机的起降安全，因此在跑道上安装直流融冰装置可以大大减少因冰雪造成的飞行延误和事故发生。
直流融冰技术还可以应用在冰箱、冰柜等领域，提高制冷设备的性能和效率。
尽管直流融冰作业具有广泛的应用前景，但是在实际操作中仍然存在一些技术难题需要解决。
直流融冰装置的安全性是首要考虑的问题，必须确保设备本身不会对周围环境和人员造成伤害。
直流融冰作业需要消耗大量的电能，如何提高能源利用率也是一个需要解决的问题。
直流融冰装置的制造和维护成本也是需要考虑的因素。
面对这些挑战，科研人员和工程师们正在积极探索更加高效、安全、低成本的直流融冰技术。
他们在材料研究、电热转换技术、节能环保等方面进行不懈努力，希望能够推动直流融冰技术的发展，为社会提供更好的服务和保障。
直流融冰作业是一种应用广泛、前景良好的技术手段，在解决冰雪对各行业作业的影响方面发挥着重要作用。
随着科技的不断进步和技术的优化，相信直流融冰技术会越来越成熟，为我们的生活带来更多便利和安全。
直流融冰技术原理及应用
直流融冰技术 原理及应 用 徐 国艳 叶宇峰
国网 四Ｊ Ｉ Ｉ 省 电力 公司检 修 公司雅 安运 维分 部 四川 雅 安 ６ ２ ５ ０ ０ ０
摘要 ：针 对冬季覆冰辙严重影响四川特高压电 网安全运行的重 大影响，本文分析 了直流融冰技术原理和 特点，研 究直流融冰 技 术 在 四 川 易 发严 重 覆 冰 灾 害 区 域 的 应 用 ，提 高输 电 线路 抵 御 冰 雪 灾 害的 能 力 ，降 低 覆 冰 对 特 高压 输 电 系 统可 靠性 的影 响 。 关键 词 ：融 冰 技 术 ； 冰 雪灾害； 技 术原 理 冰雪灾 害是世 界众 多国家 冬季 电力系统安 全 的严 重威 胁，四川 Ｉ 特高压 电网在 易发生冰灾区域 ，极易受到输 电线路 覆冰 严 重 导致 线 路 断线 、杆 塔 倒 塌 等 威 胁 ，进 而 导致 大 面 积 停电事 故。直流融冰技术 是国家电网公司根据 ２ ０ ０ ８年初 电 网冰灾之后确立的重要科研 项 目。直流融冰是 指在线路遭遇 冰雪灾害的情况下，利 用大功率电力电子器件产生直流 电流 ， 加热导线融化线路覆冰 ， 恢复系统供 电， 确保 电网安全运行。 １国内外冰 雪灾害 １ ９ ９ ８ 年１ 月 美 加 冰 灾 发 生 于 美 国 东 北 部和 加拿 大 东南 部 ， 由于 覆 冰 现 象 严 重 导 致 大量 输 电 线路 杆 塔 倒 塌 ，电力 供 应 被 迫中断 ， 造成 ４ ７ ０万 加 拿 大 人 和 ５ Ｏ万 美 国 人遭 受停 电影 响 ， 约造成 ３ ５亿美 元的经济损失 。 １ ９ ９ ９年 ｌ ２月法 国输 电网络５ ０万 人 遭 受 停 电影 响 。 － ２ ０ ０ ５年 １月瑞 典因冰雪风暴造成 电力系统长时 间停运 ，
６ ５万人 停 电 。 ２ ０ ０ ５年 ｌ １ 月 德 国 遭 受冰 雪 灾害 ， 致使 ７ Ｏ条主 要输 电线 路 停 运 ，导 致 ２ ０万 人 受 停 电 影 响 。
高速铁路接触网直流融冰技术
高速铁路接触网直流融冰技术史国强（中国国家铁路集团有限公司运输调度指挥中心，北京100844）摘要：接触网覆冰会损坏供电设备甚至造成动车组大面积停运，严重威胁高速铁路安全，接触网融冰技术是保障铁路安全的关键技术之一。
对接触网覆冰危害进行分析，梳理防覆冰技术研究应用现状，提出一种基于牵引变电所内变压器输出的27.5kV交流电源，经直流融冰装置转换成直流电，在导线电阻中产生热量融化接触网覆冰的解决途径，并给出相关技术指标、装置组成及三级保护设置方案。
关键词：高速铁路；接触网；覆冰；直流融冰中图分类号：U225文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）11-0122-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.11.1221接触网覆冰危害覆冰是特定气象条件下产生的冰冻现象。
我国是输电线路覆冰严重的国家，特别是2008年初发生的50年一遇的冰雪灾害，导致南方10多个省市部分电力供应中断，引发电气化铁路大范围停电，给铁路系统造成了巨大损失，只能临时采用内燃机车摆渡维持运行，由此对国民经济其他方面造成的损失更是难以估量［1］。
作为牵引供电系统的重要组成部分，接触网直接裸露于空气中，极易受气候、地形等外部因素影响，在高寒、高湿地区覆冰现象频发，严重影响铁路安全运行［2］。
通常情况下，电气化铁路由于列车运行时接触导线中有电流通过不易结冰，所以接触网覆冰概率较小，但由于我国“八纵八横”高铁网分布于众多气候带及地质条件下，加之采用夜间天窗综合维修方式，在相当长时间内没有列车通过，当温度在0℃上下浮动、湿度较大时，接触导线极易出现覆冰现象。
1.1对接触网导线、承力索的危害当接触网覆冰质量超过设计最大值，迎风面面积过大，在风力作用下会发生振荡、舞动，引发线索、连接部件、绝缘子等抽拖、折断，严重时造成倒杆、断线甚至塌网事故。
接触网覆冰分布不均匀时，不同部位温度不同，造成覆冰融化程度存在差异，邻近线索张力差会引发电气安全距离不足等隐患。
直流融冰技术在500kV变电站中的应用研究
直流融冰技术在 500kV 变电站中的应用研究摘要：近年来，全国气候反常，寒潮频繁袭击电网，造成大面积输电线路严重覆冰。
输电线路覆冰，不仅会引起闪络跳闸，而且可以损坏金具，造成杆、塔倒塌，严重威胁输电网安全运行。
但输电线路大多架设在野外山区，在严寒天气下抢修极为困难。
因此，有必要研发新的电网防冰融冰技术。
直流融冰技术便是一个很好的可选项。
本文将研究如何在500kV 变电站中应用直流融冰技术。
关键词：输电线路覆冰；500kV 变电站；直流融冰技术；应用；研究一、输电线路覆冰每年冬季与初春季节，来自西伯利亚的北方冷空气与来自太平洋的南方暖湿空气便会在我国交汇，形成静止锋，导致大气温度下降至0 ℃以下。
输电线路长期暴露在潮湿的空气中，经受大风的吹袭，导线上会形成雨凇。
遇到雨雪天气，当气温进一步下降至-8℃ ～-15 ℃时，冻雨、雪花便会在黏结强度很高的雨凇冰面上增长，形成覆冰。
输电线路覆冰后，会出现电气间隙放电，引发绝缘子串闪络，较重的覆冰甚至会压倒杆、塔。
2008 年 1 月，我国南方14 个省份遭受特大风雪冰灾，输电网大面积覆冰，湖南、浙江等地均出现了杆塔倒塌、覆冰断线，造成大范围断电、停电，严重影响了人民生活。
抢修人员在大雪封山的现场日夜奋战，但由于人工进行除冰工作效率较低，部分线路不具备上杆除冰条件和受气候影响较大等原因，除冰效果并不理想。
近年来，极端严寒天气发生的频率进一步上升，国内输电线路还可能遭受新一轮冰灾。
因此，必须认真研究电网防冰、融冰技术。
二、直流融冰技术(一)直流融冰基本原理众所周知，由于导线内存在着电阻，因而电流通过导线时会产生一定的热量。
电流越大，产生的热越大。
直流融冰的基本原理，便是将易遭受冰灾的覆冰线路作为负载，在输电线路上施加直流电源，在导线上形成电压较低的直流电流，从而使导线产生较大的热量，融化导线表面的覆冰。
通过三相桥式整流换相，便可将交流电源转换成直流电源。
据测算，500kV 线路在-18℃的低温、零风速的环境下，采用直流融冰法进行融冰，仅需4000A 直流电，系统仅需提供100MW 以下的功率。
输电线路柔性直流融冰技术
电力科技2016年10期︱281︱输电线路柔性直流融冰技术邢 超滁州森源投资集团有限公司，安徽 滁州 239000摘要：就当前的现状来看，在实际电网操控过程中，新型柔性直流融冰技术应用问题逐渐引起了人们关注，即由于新型融冰装置可对直流输出进行柔性调节，且在输电线路融冰时，调整网侧谐波含量，保障输电线路处在正常供电状态下，满足电网导线覆冰后运行条件，从根本上规避断线、弯曲、倒塔等故障问题的凸显，保障输电线路运行的安全性、稳定性。
关键词：输电线路；直流融冰；融冰方式中图分类号：TM726 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0281-01前言： 在输电线路运行过程中，覆冰现象的凸显将造成电网导线在线夹中滑动，形成滑动线夹外层断裂、钢芯移动，且降低输电线路绝缘子绝缘程度，引发闪络事故，并在风速、气温等自然条件影响下，加剧导线覆冰故障，产生舞动问题。
为此，在电网作业中，应提高对电网导线融冰问题的重视，同时，注重设计柔性直流融冰装置，以期达到最佳的融冰效果。
1 高压输电线路直流融冰电流计算 1.1 融冰过程分析 在1998年，AREVA 公司为了解决电网输电线路覆冰问题，开发了高压直流融冰装置，该装置电压等级为17.4kV，功率为250MW。
而到了2009年，我国开始投入对固定式可控硅整流直流融冰装置的开发，但在实验过程中发现，该直流融冰装置注重采用硅整流融冰方式，因而，极易引发谐波污染问题，影响操作人员实际作业安全。
为此，需在当代社会可持续发展背景下，优化高压输电线路直流融冰技术，即在输电线路直流融冰过程中，由于直流融冰技术是通过直流电向热能的转换过程达到除冰目的，因而，依据覆冰物理模型，如若输电线路三相均为220kV，线路焦耳热为Q1，覆冰过程损失热量为Q2，那么Q1可用Ir 2R 0Lt 表示，其中，Ir 表示电流平均值，L 表示导线长度，R0表示直流电阻值，t 表示融冰时间。
输电线路融冰技术
输电线路融冰技术输电线路上覆冰种类较多，有雨淞、雾淞、混合淞、湿雪、冻雨覆冰和冻雾覆冰等，影响导线覆冰的主要的气象因素有气温、空气湿度和风。
一般来说最易覆冰的温度为-8～0℃。
若气温太低，比如在-20～-15℃或更低时，水滴将变成雪花而不易于形成覆冰。
当有了足够冻结的温度后，覆冰的形成还必须有较高的空气湿度，一般要求空气湿度达到90％以上。
如果是凝结在电线上，就使电线覆冰。
这就是电线覆冰。
根据冰害事故类型分析, 覆冰事故可归纳为以下四类：（1）线路覆冰的过载事故即导线覆冰超过设计抗冰厚度(覆冰后质量、风压面积增加)而导致的事故。
机械方面，包括金具损坏、导线断股、杆塔损折、绝缘子串翻转及撞裂等；电气事故则是指覆冰使线路弧垂增大，从而造成闪络，威胁人身安全。
2008 年初，湖南处于海拔 180-350 m 之间的电网设施出现严重覆冰现象，先后有岗云、复沙和五民 3 条 500 kV 线路出现倒塔事故，共倒塔 24 基，变形 3基。
（2）不均匀覆冰或不同期脱冰事故对于导线和地线来说, 相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差, 使导线在线夹内滑动, 严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全断、钢芯抽动, 造成线夹另一侧的铝股发生颈缩, 拥挤在线夹附近,长达1～20m ( 悬垂线夹和耐张线夹均有此类情况发生) 。
不均匀覆冰的张力差是静荷载, 而不同期脱冰属动荷载, 这是二者的不同之处。
其次, 因邻档张力不同, 直线杆塔承受张力差, 使绝缘子串产生较大的偏移, 碰撞横担, 造成绝缘子损伤或破裂。
再次, 当张力差达到一定程度后, 会使横担转动, 导线碰撞拉线, 电气间隙减小, 使拉线烧断造成倒杆。
（3）绝缘子串冰凌闪络事故覆冰是一种特殊形式的污秽, 其放电过程也是由表面泄漏电流引起的。
绝缘子覆冰或被冰凌桥接后, 绝缘强度降低, 泄漏距离缩短。
融冰时, 绝缘子表面将形成导电水膜, 绝缘子局部表面电阻降低, 形成闪络。
直流方式的融冰技术综述
冰 导线
Cice
当将冰作为有损耗电介质时，覆冰输电线路的 等值电路如图所示：
Rice
融冰方法——热力融冰法4
4、复合导线融冰法：将架空电力线路导线做成一种可变换载流截面的复合
球引力、辐射以及温度突变等作用自行脱落。该法简单易行，但可能因不均匀或不
同期脱冰产生的导线跳跃的线路事故，不能保证可靠除冰，具有一定的偶然性。
融冰方法——自然除冰法2
利用憎水性和憎冰性涂料防冰是通过减少水和冰与导线的附着力来防止结冰，
与其他方法相比在工程上简单易行，成本较低，是防止覆冰具有潜力的可行途
融冰方法——自然除冰法1
自然除冰法不能阻止冰的形成，但有助于限制冰灾。例如
平衡锤技术可防止导线旋转；
在给定过负载条件下允许导线升降技术可减小倒杆塔的几率或防止倒杆塔事故发
生，并有助于确保冰灾事故后线路迅速恢复送电。
可在导线上安装阻雪环，平衡锤使导线上的覆冰堆积到一定程度时，依靠风力、地
径。 现有的氟塑料、硅橡胶等憎水涂料有较好的防水性能，在绝缘子表面涂覆半导 体RTV 涂层，可减缓冰的形成和减少覆冰量。但现有的防冰涂料并不能从根本 上防止冰的形成，而只有在足够的辐射下才能生效,在气温低，水雾呈过冷却的
情况下，防冰效果较差。
融冰方法——热力融冰法1
热力融冰法的基本原理是在线路上通过高于正常电流密度的传输电流以获得焦耳
融冰方法——热力融冰法5
5、交流短路电流融冰法：人为将融冰线路的一端两相或三相短路，而在另一 端提供融冰交流电源，以较大短路电流(控制在导线最大允许电流范围之内) 来加热导线，将附着的冰融化。 这种方法在国内外都达到了实用化的阶段，1993 年加拿大Manitoba 水 电局开始采用的短路电流融冰，俄罗斯巴什基尔电网以及我国湖南电网也大 量应用了短路融冰技术。
直流方式的融冰技术
导线,上面装设自动控制的复合开关装置,当导线上的覆冰厚度达整定值时,
复合开关自动将复合导线的内层导线回路断开,使其退出载流运行,仅保留 外层导线载流,增大载流导线的电阻(电流密度) ,从而增大导线的发热量, 达到融冰的目的。融冰完成后,复合开关自动将内层导线回路接通,恢复全 截面载流运行。 对于多分裂导线，也可以通过把线路电流集中在某一分裂导线上，增大发 热量而融冰，通过各分裂导线间的切换，使线路覆冰完全融化。 这些方法均需要对线路进行大范围改造，造价昂贵，很难大范围应用。
站间移动式直流融冰系统采用集装箱方式安装，结构紧凑，可方便
在各个变电站移动，通过倒换接线的方式对目标线路进行融冰。但平时 装置长时间不运行，设备利用率不高，在融冰时需要重新校核装置的运 行状态。
直流输电线路的融冰技术
直流输电系统通常应用于远距离、大容量输电。常规直流输电系统额 定输送电流3000安培。当处于大电流运行时，电流在导线上产生的热量可 以缓解线路覆冰，达到一定融冰效果。但冰雪灾害易发时期多是水电枯水 季，输电系统难以安排足够功率使直流输电系统运行大电流工况，因此线
径。 现有的氟塑料、硅橡胶等憎水涂料有较好的防水性能，在绝缘子表面涂覆半导 体RTV 涂层，可减缓冰的形成和减少覆冰量。但现有的防冰涂料并不能从根本 上防止冰的形成，而只有在足够的辐射下才能生效,在气温低，水雾呈过冷却的
情况下，防冰效果较差。
融冰方法——热力融冰法1
热力融冰法的基本原理是在线路上通过高于正常电流密度的传输电流以获得焦耳
背景——研究融冰技术的意义
交、直流输电线路在冬季覆冰是 电力系统的重大自然灾害之一。因覆 冰引起的供电中断，甚至电网解列等 事故后果通常极为严重，修复工作难 度大、周期长。
直流融冰简介PPT课件
3
一、线路覆冰的危害
倒塔断线
➢ 当导线上的覆冰有局部脱落时,会使导 线发生跳跃现象,从而使导线发生碰撞, 造成相间短路事故，或安全距离不足 导致触电事故发生。
导线舞动
4
一、线路覆冰的危害
倒塔断线
➢ 悬式绝缘子串上的冰雪融化时可形成 冰柱，使绝缘子串短路，造成接地故 障
导线舞动
绝缘子闪络
5
一、线路覆冰的危害
球引力、辐射以及温度突变等作用自行脱落。该法简单易行，但可能因不均匀或不 同期脱冰产生的导线跳跃的线路事故，不能保证可靠除冰，具有一定的偶然性。 ➢ 利用憎水性和憎冰性涂料防冰是通过减少水和冰与导线的附着力来防止结冰，与其 他方法相比在工程上简单易行，成本较低，是防止覆冰具有潜力的可行途径。
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二、线路融冰的方法
源提供短路电流使导线发热融冰
压等级线路可行，融冰耗时10小时以
上（较长），以前在国内外使用较多。
滑动铲刮除冰法是将电容器的冲击放电电流通过线圈产生的脉冲磁场转换为执行机构的 脉冲力,通过执行机构将导线表面的覆冰击裂掉落。
人工除冰法，需要大量人力，一般仅适用于作业环境好、一百公里左右的输电线路覆冰 的除冰。
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二、线路融冰的方法
自然除冰法不能阻止冰的形成，但有助于限制冰灾。例如 ➢ 平衡锤技术可防止导线旋转； ➢ 可在导线上安装阻雪环，平衡锤使导线上的覆冰堆积到一定程度时，依靠风力、地
输电线路柔性直流融冰技术_敬华兵
°Ｃ，冰 的 密 度 ρｉ＝ ９００ｋｇ／ｍ３，比 热 容 Ｃ＝２ １００ Ｊ／（ｋｇ·°Ｃ），熔化热 Ｋ＝３．３５×１０５ Ｊ／ｋｇ，融冰时间ｔ
＝１ｈ＝３ ６００ｓ。
１．２．１ 最大电流计算
基于融化全 部 覆 冰 所 需 的 能 量 ，计 算 电 流 可 认
为是最大电流值，其中忽略 ＱⅡ，仅计算 ＱⅢ 。输电线 截面等效 为 圆 形，导 线 和 冰 的 参 数 设 置 同 上。 则 可
ＱⅡ（α） ＝ｈｌ（θｉ（α）－θｅ）。
（３）
式中：ｈ为冰层表面与空气的热交换系数；ｌ为 Ｍ 点
到导线中点的距离。
在覆冰时，θｘ≤０°Ｃ，此 时 冰 层 无 法 吸 收 足 够 热 量融解而覆冰加厚，那么必然有 ＱⅠ＜ＱⅡ。由式（１）和 式（２）可知，增加θｘ 可使 ＱⅠ增大，导线通过电流产生 焦耳热使得导线温度升高；而 ＱⅠ＝ＱⅡ时进入临界状 态，进一步加大融冰电流，则随着θｘ 的增加 ＱⅠ增大， 冰开始吸收热量向液态进行转变。同样环境温度θｅ 的增加使 ＱⅡ降低，当 ＱⅠ＝ＱⅡ时，进 入 临 界 状 态，随 着
就国内外目 前 的 技 术 水 平 来 看 ，交 流 短 路 融 冰 法与直流电流融冰法是面向大型电网最为成熟可行 的２种融冰手 段［７－１１］。１９８６ 年 六 盘 水 供 电 局 在 水 盘 线上尝试了交流短路融冰法；１９９３年加拿大 Ｍａｎｉｔｏ－
基 金 资 助 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （６１０７５０６５）。 Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （６１０７５０６５）．
ｂａ水电局也开始采用短路电流融冰；２００８－０１冰灾的 发展初期，湖南省先后对４０条线路采用了交流短路 融冰；此外宁 夏 固 原 供 电 局 等 单 位 也 有 利 用 交 流 短 路法对３５ｋＶ 等线路融冰的成功经验。但直流融冰 法因在融冰特性和电源容量要求上优于其它融冰方 法而有实用性［１２－１３］。
输电线路柔性直流融冰技术
输电线路柔性直流融冰技术摘要：对于电力系统而言，输电线路使其稳定运行的重要保障，线路运行质量直接关系着区域供电质量。
但是，由于输电线路一般在外界，冬天极易受到冻害威胁，影响输电线路的运行。
本文对输电线路柔性直流融冰技术进行探讨。
关键词：柔性直流输电；输电线路冰害；融冰技术1柔性直流输电的主要概念及主要优势1.1孤岛特性常规高压直流输电线路的受端电网为强电网。
受端电网提供电压支撑，保证输电稳定。
常规直流建设初期，因交流电网容量较大，高压直流输电只是作为小部分补充，问题并不明显。
近年来，我国新能源蓬勃发展，西部大量的新能源通过直流线路输送到东部负荷中心，交流端容量难以支撑大量直流线路的输入。
相比于常规直流输电，柔性直流输电技术采用全控型器件，在受端电网表现为独立的交流电源。
不仅对受端电网没有电压支撑要求，当交流网内部发生故障时，还可以提供低电压穿越。
综合看来，柔性直流技术可以广泛应用于孤岛供电和大规模新能源消纳。
1.2多端控制特性与配电网常规直流输电需要受端电压提供支撑，多端控制较复杂。
所以，国内已经建成的直流项目均采用点对点模式的长距离高压线路模式，将能源富集区的电力输送至负荷中心。
随着国内经济的整体发展，多经济中心的格局出现。
单纯的点对点输送方式不能构成多负荷中心及多能源输送中心互联的高压直流输电网络。
此外，我国东西部距离较长，不同地区的负荷曲线随着地点与季节都会发生较大变化。
使用多端灵活的柔性直流输电技术，可以构成高电压等级的交直流输电网络，平衡各地不同时间、不同季节的能源需求。
随着经济的增长，点对点的方式只能适用于发展不平衡地区，以多端柔性直流为高压输电走廊。
低压交直流配合的混合式电力网络是未来的发展方向。
1.3MMC技术与谐波无功控制柔性直流输电采用两电平或三电平技术构成换流器。
高压直流输电的需求促使研究人员不断改进柔直换流器。
2001年提出的MMC技术，从根本上解决了高压输电问题。
串联的MMC子模块采用多电平技术进行高精度的输出电压控制。
输电线路柔性直流融冰技术及运用研究
输电线路柔性直流融冰技术及运用研究刘亚模国网湖南电力公司郴州供电分公司，湖南 郴州 423000摘要：针对目前输电线路柔性直流应用融冰技术过程存在的问题，文章从实践角度出发，分析了柔性直流输电线路的运用优势与覆冰产生原因，并提出了相应的融冰技术运用方法，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
结果表明，只有在明确冰害产生原因与注重柔性直流输电线路运行使用优势的基础上，才能使融冰技术以高效率状态作用于电力系统输电线路的运行控制。
关键词：输电线路；柔性直流；融冰技术；双级并联融冰技术；换流站融冰输电线路，作为电力系统运行稳定性控制的重要组成部分，其运行使用的质量效果关乎所处地区电力的供电可靠性。
然而，因受气候温度条件影响，覆冰灾害严重危及输电线路运行使用的安全可靠性。
为此，相关人员应应以柔性直流输电线路为例，即在明确此类线路运用优势的情况下，分析覆冰问题的产生原因。
这样一来，融冰技术人员就能在结合输电线路运行使用特性的基础上，对覆冰灾害进行有效控制，进而满足区域各行各业快速发展对供电稳定性的需求。
一、研究输电线路柔性直流融冰技术及运用的现实意义由于电网导线覆冰后会出现过负荷运行问题，进而导致输电线路发生弯曲、断线以及倒塔事故，因此，相关建设者通过需采用措施方法进行脱冰处理。
然而，在电网覆冰与脱冰过程，不同导线段的导线会在线夹中滑动，这就使得线夹部位的导线外层出现断裂与钢芯移动现象。
此外，电网导线的覆冰问题，还会降低绝缘子的绝缘程度，进而引发闪络事故。
再加上，气温与风速的影响，处于不均匀状态的覆冰导线会在空中舞动，继而造成其他严重安全事故的发生。
为改善输电线路覆冰与脱冰作业的不稳定性现状，电力系统线路建设者应将融冰技术作为科研重点，并从实践角度出发，即根据输电线路的类型来提高融冰技术运用的科学有效性。
这样一来，输电线路所处的电力系统，就能以高稳定性状态作用于实践，进而服务于现代化经济建设的全面发展[1]。
试析输电线路架空地线直流融冰方法
试析输电线路架空地线直流融冰方法摘要：有效解决输电线路架空地线覆冰问题成为输电线路安全运行的关键。
地线融冰方法有所不同，有交流短路融冰和直流融冰。
云南电网线路长、电压等级高，地线型号多样、微气象、地理环境多样等客观条件造成输电线路覆冰情况复杂，解决架空地线覆冰问题更有挑战性，直流融冰对于覆冰架空线路是最直接、有效、可靠的融冰方式之一。
那怎样实现架空地线直流融冰，怎样保证架空地线融冰的可行性、安全性和经济性。
关键词：输电线路；架空地线；直流融冰方法一、最小融冰电流1.1最小融冰电流考虑的因素从架空地线最小融冰电流的计算公式可知，架空地线最小融冰电流的影响因素包括地线的电阻率、环境温度、风速、覆冰厚度、覆冰的类型、融冰时间，对架空地线的最小融冰电流进行了灵敏度分析，分析了在不同的覆冰厚度情况下，不同架空地线型号的最小融冰电流大小与融冰时间的对应关系；在不同的地线型号情况下，不同架空地线覆冰厚度的最小融冰电流大小与融冰时间的对应关系。
1.2最小融冰电流的确定输电线路跨越地域较广，地线型号多样、微气象、地理环境多样，并且，一条地线采用GJX型或者LBGJ型架空地线，另一条架空地线采用内嵌OPGW光缆，这给架空地线融冰带来较大的困难，要满足整条线路架空地线融冰要求，最小融冰电流值必须大于线路所处的所有气象条件所有区段型号的最小融冰电流值。
二、最大允许载流量2.1架空地线载流量的计算在融冰的短时间内（最长几小时）允许导线达到最高温度所通过的电流，除考虑辐射散热和对流散热外，由于白天有日照，会增加导线的表面温度，故还得考虑架空地线的日照吸热，其计算公式如下：2.2OPGW光缆的载流量的试验校核试验样品选取三种OPGW光缆和两种特殊的光缆。
校核OPGW光缆最大载流量，试验材料为未使用过的新材料，计算时设定的参数值辐射系数0.95。
通过计算结果可知，计算得到中天、特发、通光的相对误差在3%以内。
通过最大载流量计算公式计算得到的电流值，与实际值相比存在差距，存在差距的主要原因是风速设定值跟实际情况有所偏差，还有环境因素是时常变化值，OPGW通流后，测量导线温度时可能为暂态温度。
交直流线路融冰技术研究
交直流线路融冰技术研究摘要：输电线路作为电能传输的重要通道，一旦发生覆冰故障会对电网的安全稳定运行造成不可估量的影响，因此只有对基于热融法的交直流融冰技术进行及时、合理的应用，才能避免或减少覆冰对线路的不利作用。
在交直流融冰技术应用过程中，交直流融冰电源的供电至关重要。
提出了系统电源与交直流融冰装置结合的供电方式，并分析了交、直流融冰电源的区别及适用范围，以期为现场的线路融冰提供技术支持。
关键词：输电线路；覆冰；融冰；电源引言我国地域辽阔，各能源资源分配不均，总体为西多东少、北多南少，而电力负荷集中于沿海等发达地区，为了满足经济用电需要，大规模、远距离、高效率的特高压输电工程建设被提上日程。
为了保证特高压输电最终的安全、稳定、可靠运行，在规划建设时期需要特别考虑沿线各地的气候条件，导线材料选择除了满足输电能力性能要求外，也应具有一定的抗灾减灾能力。
此外，一系列配套技术，包括特高压交直流输电技术、大容量直流断路器和直流电网技术、高温超导输电技术、大容量电缆输电技术、气体绝缘管道输电技术等需不断研究及完善，以更好服务电网。
而每年冬春季节，我国南方地区输电线路极易形成覆冰，当覆冰厚度超过设计标准时，会引起倒塔、断线等事故，严重威胁电网的安全稳定运行，特别是在特高压输电工程大规模建设的大背景下，灾害影响会更为严重。
针对此，对于及时有效地去除线路覆冰显得尤为必要。
当前基于热融法的交直流融冰技术已经成为处理覆冰最有效的方法，其中核心又在于对交直流融冰电源的研究。
1 导线覆冰的主要危害1.1过荷载导线覆冰厚度的实际重量超过设计值很多，从而导致架空输电线路出现机械和电气方面的事故。
1.2不同期脱冰或不均匀覆冰事故相邻档导线不均匀覆冰或不同期脱冰产生张力差，使导线、地线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝股在线夹出口处全部断裂、钢芯抽动。
1.3绝缘子串冰闪事故绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短，融冰时绝缘子的局部表面电阻增加，形成闪络事故，闪络发展过程中持续电弧烧伤绝缘子，引起绝缘子绝缘强度降低。
浅谈变电站直流融冰原理及操作分析与探究
变电站直流融冰原理及操作分析与探究摘要：随着社会经济的发展、用电需求的增长以及为满足“西电东送”的需要，连接覆冰地区的输电线路范围愈加广泛，但覆冰给电网带来的灾害也不能忽视，尤其近年来极端天气越来越频繁，冬春季的覆冰已严重威胁电网安全运行，为此直流融冰装置在输电通道上的应用使线路覆冰问题得到有效解决。
然而融冰装置的良好运行离不开规范的操作和科学的管理，因此本文对变电站直流融冰原理及操作进行了分析和探讨。
关键词：直流融冰；融冰原理；操作流程；500kV变电站Principle and operation analysis of DC ice melting in SubstationAbstract: With the development of social economy, the increase of demand for electricity and the need of "power transmission from west to east", transmission lines connecting ice-covered areas are becoming more and more extensive. However, the disasters caused by ice-covered areas can not be ignored. Especially in recent years, extreme weather is becoming more and more frequent. Winter and spring ice-covered areas have seriously threatened the safe operation of power grid. Therefore, the application of DC ice melting device in transmission channel has effectively solved the icing problem. However, the good operation of the ice melting device can not be separated from the standard operation and scientific management, so this paper analyzes and discusses the principle and operation of DC ice melting in substations.Key word: DC ice melting; ice melting principle; operation process; 500kV substation0 引言在适合的气象条件下，大气中的过冷水滴遇到地面附近0℃以下物体（例如导线、铁塔等）即会形成覆冰[1]。
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理论计算融冰时间和试验融冰时间对比
表3 覆冰导线的直流融冰时间 导线覆冰厚度Di=10mm,风速va=5m/s) Di=10mm,风速 (环境温度Te＝-5℃, 导线覆冰厚度Di=10mm,风速va=5m/s) 环境温度Te＝ Te
导线型号 LGJLGJ-70 LGJ-70 LGJLGJLGJ-240 LGJLGJ-240 LGJLGJ-400 LGJLGJ-400 LGJLGJ-720 电流/A 电流/A 175 280 430 600 800 1000 1300 直流融冰时间/h 直流融冰时间/h 理论计算 不能融 2.16 不能融 2.24 3.03 1.29 2.10 试验 融冰4h无任何现象 融冰4h无任何现象 4h 2.5h冰从导线上脱落 2.5h冰从导线上脱落 融冰4h， 融冰4h，无融冰现象 4h 融冰2.5h后 融冰2.5h后，冰脱落 2.5h 融冰3h后 融冰3h后，有掉冰现象 3h 融冰1.5h后 融冰1.5h后，冰脱落 1.5h 融冰2h左右有掉冰现象 融冰2h左右有掉冰现象 2h
直流融冰： 直流融冰：理论计算 2
融冰所需时间的计算公式为：
式中： Ci 为冰的比热； Ta 为气温； ρi为冰的密度；R0为覆冰后导线 平均半径； Ri为不覆冰时导线半径； I 为融冰电流； Re为单位长 导线在零度时的电阻
影响直流融冰的主要因素： 影响直流融冰的主要因素：
直流融冰的热平衡包含两个过程：一是导线 导线－ 交界面的热平衡； (1) 直流融冰的热平衡包含两个过程：一是导线－冰交界面的热平衡；二是 空气交界面的热平衡 达到稳定状态后， 交界面的热平衡。 冰－空气交界面的热平衡。达到稳定状态后，导线产生的焦耳热与融冰 吸收的热及冰表面因辐射散热和对流传热损失的热相等。 吸收的热及冰表面因辐射散热和对流传热损失的热相等。 当环境温度低于0℃ 0℃时 存在临界融冰电流，当电流小于临界电流时， (2) 当环境温度低于0℃时，存在临界融冰电流，当电流小于临界电流时， 不会发生融冰现象。 不会发生融冰现象。 环境温度对临界融冰电流和融冰时间有非常显著的影响。环境温度越低， (3) 环境温度对临界融冰电流和融冰时间有非常显著的影响。环境温度越低， 临界融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰需要的时间越长。 临界融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰需要的时间越长。 风速对临界融冰电流和融冰时间也有非常明显的影响。风速越大， (4) 风速对临界融冰电流和融冰时间也有非常明显的影响。风速越大，临界 融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰所需要的时间也越长。 融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰所需要的时间也越长。
小
结
国内外专家通过多年的深入研究一致认为： 国内外专家通过多年的深入研究一致认为： 对于发生在大范围的输电线路覆冰问题， 对于发生在大范围的输电线路覆冰问题，导线的热力融 是最有效的方法。 冰方法是最有效的方法。 对于出现在局部范围内的输电线路覆冰问题， 对于出现在局部范围内的输电线路覆冰问题，导线的机械 也可做为一种辅助措施。 除冰方法也可做为一种辅助措施。
4、复合导线融冰法：将架空电力线路导线做成一种可变换载流截面的复合 导线,上面装设自动控制的复合开关装置,当导线上的覆冰厚度达整定值时, 复合开关自动将复合导线的内层导线回路断开,使其退出载流运行,仅保留 外层导线载流,增大载流导线的电阻(电流密度) ,从而增大导线的发热量, 达到融冰的目的。融冰完成后,复合开关自动将内层导线回路接通,恢复全 截面载流运行。 对于多分裂导线，也可以通过把线路电流集中在某一分裂导线上，增大发 热量而融冰，通过各分裂导线间的切换，使线路覆冰完全融化。 这些方法均需要对线路进行大范围改造，造价昂贵，很难大范围应用。
自然除冰法1 融冰方法——自然除冰法 自然除冰法
自然除冰法不能阻止冰的形成，但有助于限制冰灾。例如
平衡锤技术可防止导线旋转；
在给定过负载条件下允许导线升降技术可减小倒杆塔的几率或防止倒杆塔事故发 生，并有助于确保冰灾事故后线路迅速恢复送电。 可在导线上安装阻雪环，平衡锤使导线上的覆冰堆积到一定程度时，依靠风力、地 球引力、辐射以及温度突变等作用自行脱落。该法简单易行，但可能因不均匀或不 同期脱冰产生的导线跳跃的线路事故，不能保证可靠除冰，具有一定的偶然性。
滑动铲刮除冰法是将电容器的冲击放电电流通过线圈产生的脉冲磁场转换
为执行机构的脉冲力,通过执行机构将导线表面的覆冰击裂掉落。
人工除冰法，需要大量人力，一般仅适用于作业环境好、一百公里左右的
输电线路覆冰的除冰。
机械除冰法2 融冰方法——机械除冰法 机械除冰法
由加拿大魁北克水电公司提出的， 电磁力除冰法：由加拿大魁北克水电公司提出的，其原理是在线 路额定电压下短路，短路电流产生的电磁力使导线相互撞击， 路额定电压下短路，短路电流产生的电磁力使导线相互撞击，使覆冰 脱落。这种方法的应用会给系统带来稳定性问题，线路压降也比较大。 脱落。这种方法的应用会给系统带来稳定性问题，线路压降也比较大。 不推荐使用！ 不推荐使用！
背景——研究融冰技术的意义 背景
交、直流输电线路在冬季覆冰是 电力系统的重大自然灾害之一。因覆 冰引起的供电中断，甚至电网解列等 事故后果通常极为严重，修复工作难 度大、周期长。
融冰方法概述
架空电力线路防冰除冰的重点是导线。融冰方法 有30余种，大致可分为三大类： 机械除冰法 自然除冰法 热力融冰法 主要有电磁脉冲除冰、人工除冰、复合导线融冰、 防覆冰导线、化学涂料防冰、可控硅整流融 冰和短路融冰等等。
热力融冰法2 融冰方法——热力融冰法 热力融冰法
2、带负荷融冰的方法ONDI(on-load network de-icer)最早在1990 年提 出，并在此后得到了发展。此方法利 用移相变压器角度的变化改变平行双 回线的潮流分布，通过增加其中一回 线的电流来增加线路发热，达到融冰 的目的，其原理如右图所示。
基于可控硅整流融冰技术研究并设计开发了两种融冰模式： 固定式：适用交流35 kV，供电容量为60 MW的大容量固定式直流融冰装置 （ 用于500 kV 交流输电线路融冰）； 移动式：适用交流10 kV，供电容量为25 MW的站间移动式直流融冰装置 （用于220 kV 电压等级以下的输电线路融冰）。
交流输电线路的可控硅整流融冰装置2 交流输电线路的可控硅整流融冰装置
热力融冰法1 融冰方法——热力融冰法 热力融冰法
热力融冰法的基本原理是在线路上通过高于正常电流密度的传输电流以获得焦耳 热进行融冰。前期研究主要包括： 1976 年以来中国和1993 年以来加拿大水电局采用的短路电流融冰 1982年有专家提出采用高电流密度融冰; 1987～1990 年日本研制的电阻性铁磁线。 常见的几种热力除冰法： 1、过电流防冰融冰法：调度通过改变潮流分布增大线路的负荷电流而使得导 线发热达到防冰融冰目的。这种方法对截面较小的110kV及以下线路可行，对更 高电压等级线路由于截面大，并受系统容量和运行方式限制，无明显作用。
热力融冰法3 融冰方法——热力融冰法 热力融冰法
3、高频激励融冰法（8～200 kHz ），机理是高频时冰是一种有损耗电介质， 能直接引起发热，且集肤效应导致电流只在导体表面很浅范围内流通，造成 电阻损耗发热。
当将冰作为有损耗电介质时，覆冰输电线路的 等值电路如图所示：
热力融冰法4 融冰方法——热力融冰法 热力融冰法
直流融冰原理
直流融冰技术的原理就是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用 较低电压提供短路电流加热导线使覆冰融化。 可采用发电机电源整流和采用系统电源的可控硅整流两种方案。 前者虽可减少投资但却受发电机组容量与融冰所需容量的限制，大多情 况都不满足需求。 因此采用系统电源的可控硅整流融冰是热力融冰法中的热点，其适 用性更强，可根据不同情况调节直流融冰电压，使之满足不同应用环境 的需要，是现有融冰方法中最理想的一种。
大容量固定式直流融冰系统的设备主要包括变压器、交流滤波器、 换流阀、刀闸、导线及控制保护设备等，投资较大，而融冰装置工作时 间很短，单一用于融冰，将导致设备资源的闲置浪费。一般设计建设时 就要考虑其作为静止式动态无功补偿装置的可行性，在平时抑制暂态过 电压、改善电能质量。 站间移动式直流融冰系统采用集装箱方式安装，结构紧凑，可方便 在各个变电站移动，通过倒换接线的方式对目标线路进行融冰。但平时 装置长时间不运行，设备利用率不高，在融冰时需要重新校核装置的运 行状态。
自然除冰法2 融冰方法——自然除冰法 自然除冰法
利用憎水性和憎冰性涂料防冰是通过减少水和冰与导线的附着力来防止结冰，
与其他方法相比在工程上简单易行，成本较低，是防止覆冰具有潜力的可行途 径。 现有的氟塑料、硅橡胶等憎水涂料有较好的防水性能，在绝缘子表面涂覆半导 体RTV 涂层，可减缓冰的形成和减少覆冰量。但现有的防冰涂料并不能从根本 上防止冰的形成，而只有在足够的辐射下才能生效,在气温低，水雾呈过冷却的 情况下，防冰效果较差。
直流融冰： 直流融冰：理论计算 1
使用大电流融冰时，为确保不使导线过热损坏线路，需要对融冰电 流的大小和融冰时间进行计算。导线不覆冰时流过的最小电流称为防止 导线覆冰的临界电流 Ic，其计算公式为：
式中：D 为导线直径； ρ为导线电阻率；ts为导线表面温度； h 为对 流换热系数； σ(Sigma)为Stefan-Boltcomann 常数； ε(Epsilon)为导线 黑度，新导线取值为0.23~0.43，旧导线取值为0.9； E 为导线对空气中 过冷却水滴的捕获系数；V 、W 和t 分别为湿空气或过冷却水滴的移动均 匀速度、含湿量和温度； Cw为水的比定压热容； WE在导线表面蒸发的液 体份额； Lv为水的汽化潜热。 上式表明， IC 与气温、对流换热系数、风速、含湿量以及导线本身 的特性(直径、电阻率、黑度)有关。通过合理选择这些参数就可确定IC。
机械除冰法1 融冰方法——机械除冰法 机械除冰法
机械除冰法主要利用输电线路导线的力学效应破坏覆冰的力学平衡使其脱落。 以电磁脉冲除冰、滑动铲刮除冰和人工除冰为主。