输电线路覆冰危害及防冰除冰技术分析

输电线路覆冰危害及防冰除冰技术分析
摘要：阐述了网架覆冰的形成机理，影响覆冰的各种影响因素，并对覆冰的
危害进行了分析。

本文列举了近几年来国内外不同类型的覆盖冰监控技术和防冰、除冰技术，并对其进行了比较和分析，总结了其存在的问题，并提出了未来的研
究和发展趋势。

关键词：电网覆冰；覆冰监测；除冰；防冰
引言
在自然环境中，电网的运行与气候、环境密切相关，由于气象条件的改变，
电网在长期遭受风吹雨打的情况下，其运行的安全性将会大大降低。

近几年，大
规模的输电线路覆冰事故频发，例如在2008年初出现的大规模低温，直接导致
了经济损失1516.5万元，灾情人数突破一亿。

为减少或减少雨雪、冰雪灾害给
电网带来的重大损失、降低维修费用和维护费用，保证人民群众日常生活和工作
的供电需要，输电线路覆冰和除冰技术研究成为一个越来越迫切的课题。

1、输电线路覆冰的成因及危害
1.1输电线路覆冰的成因
自20世纪五十年代起，美国、俄罗斯、日本等国都对覆冰进行了大量的观
测与研究。

根据其形成条件，可将其分为三大类：雨凇、雾凇和混合凇。

雨凇是
一种很难清除的雾凇，它具有很强的粘性，但是它的形成条件比较苛刻。

由于被
冻成了致密的透明冰锥，附着在接触面上，因此极易发生覆冰事故，对电力系统
的各个部件都有很大的影响。

覆盖冰是一个复杂、多因素的过程，气象条件、线
路安装条件、线路走向、绝缘子的尺寸、流经电流的大小等因素，都会对覆冰的
影响。

在这些因素中，大气温度、液态水含量、空气中或云中的过冷水颗粒的直径、风速、风向等四个方面对覆盖冰盖的影响。

这4个因子对覆盖冰层的种类及
严重性有重要影响。

电网覆盖冰的前提是：大气温度、传输线路各设备表面温度不能超过0℃；
大气含水量超过85%；风速超过1米/秒。

此外，由于电场的吸引作用，使水珠粘附在电线上。

因此，与无电线相比，
带电线路上覆冰的厚度要大得多。

在绝缘子类中，以复合绝缘子为例，其覆盖范
围愈大，覆盖面积愈大，而下部伞裙覆盖的速度比上部和中部都要快。

此外，非
带电覆盖层与带电覆盖层之间的关系也存在着显著的差别，且因其内部的杂散电
容而使绝缘子的各个部位发热程度有所不同。

因此，在不带电覆盖的情况下，绝
缘子结冰的起点在终端和接地终端，而在带电覆盖后，仅在接地端开始。

1.2输电线路覆冰的危害
导线的损伤危害；导线对于同一区域，海拔愈高，则愈易发生覆冰，覆盖的
范围也愈大，若路线与气候风向呈90度角，则每小时、每单位面积上都会有更
多的雨珠、雨珠，覆冰情况将更为严重。

在常规风速小于8米/秒的情况下，直
径小于40毫米的电线，其直径愈大，则更容易覆冰；直径大于40毫米的情况下，冰的数量会随着直径的增加而减少。

金具的损伤危害：金具在外部环境（如风）的长期作用下，接触面间发生摩
擦而使金具材料逐渐减少至承担的载荷超过其破坏荷重，便导致断裂失效。

在低
温气象条件下，金具缝隙内的水结冰后，会导致体积增大，将金具下部撑大。

当
外部温度升高时，冰融成水会进入下部被撑大的空间，水再结冰时，金具体积又
会增大。

经过数次循环后，加上金具材料自身的脆性，金具的下部会因被冻裂而
失效。

杆塔的损伤危害：杆塔横担扭曲，对绝缘子会产生损害。

当温度为0摄氏度时，当电线的拉力降低到20-80 N/mm2时，就会发生抖动。

另外，随着覆冰厚度、脱冰档档位、脱冰量、突起高度变化等因素的影响，在固定档位下，不均衡拉力
随着悬挂绝缘子的长度增大而降低。

目前，国内外有关绝缘体覆盖冰的闪络效应主要是针对其结构及悬垂形式的
作用而进行的。

此外，覆盖冰的闪烁度与其上的杂质状况有很大的相关性，而盐
含量对其电位的变化有很大的作用。

贾会东等研究了杆状悬式陶瓷绝缘子，结果
表明：随着盐密度、污秽度及覆冰水中导电系数的增加，此类绝缘子覆盖冰闪络
的电压逐渐降低。

另一种看法认为，非均匀覆盖的冰层容易产生电场畸变，进而
对绝缘体的工作特性产生不利的影响，但是至今尚无系统性的理论和方法。

当电
线被非均质冰体覆盖时，线路极易出现飞舞现象，而在融冰期出现不同步脱冰会
导致导线缩紧断裂。

2、覆冰监测技术
由于覆盖范围广，地理条件差，因此，采用人工采集覆盖冰情的方法很困难。

在信息技术、网络通讯技术飞速发展的今天，电力电缆覆冰状况的检测技术也得
到了极大的发展。

吕玉祥等人建议利用称重方法对绝缘子串的张力进行监控，以
此计算出覆盖冰层的重量。

邢毅等改进了常规称重方法，把微气象资料和覆冰的
力学分析结合起来，使得主站能够更精确地判断出输电线路覆冰情况。

基于绝缘
子遥测系统，李敏等提出了基于静态图像的短信服务方法，通过对传输线路的实
时影像进行实时传输，以便于及时制定维修策略。

李昭延等通过对覆盖层冰层进行边缘检测，可实现覆盖层厚的远程在线监控，比手工辨识更为客观。

首先，将电力电缆的图像采集到 GSM/GPRS网络，通过模
糊化、图像分割、边缘检测、径向距离计算等方法，得出覆盖冰层的厚度。

黄新
波等人利用中值滤波、跟踪补偿等技术，对复杂的冻雨条件下的采集数据进行了
清晰化，使其相对误差小于4.8%。

此外，张松海等根据动力拉力与倾斜角度的关系，还建议采用倾斜角度来判定线路覆冰程度；蒋健提出，在恶劣气候条件下，
采用光栅式应力传感器，可有效地对其进行准确的测量。

3、输电线路防冰、除冰技术
3.1热力除冰
加拿大最先在1993年应用了一种快速融化冰块的短路电流，这是一种利用
励磁调整技术提高线路电流从而产生的热量，逐渐将覆盖在冰层上的冰层剥离。

Landry采用零启动和全电压脉冲合闸的方式来达到短路融冰的目的。

但是，由于
短路除冰的效率受到输电线路长度及电网无功功率的制约， Granger认为，在
500 kV线路中采用短路融冰技术是可行的。

范松海等对高频激励下的导线“趋肤
效应”进行了研究，使输电线路上的电流发生加热，达到融冰作用；采用这种方式，可以有效地消除冰冻，但是，高频激励设备的日常维修和维护，不仅要花费大量的时间和精力，还会对电力系统周围的通讯线路产生一定的干扰。

因此，这种方法在实际生产中的应用还需要进一步探讨。

3.2机械除冰
最初的机械除冰技术起源于手工用钢刀铲，到后来，由操作者远程控制电线上的活动设备，利用设备上的钢刀把覆盖在电线上的结冰清除。

该方法在降低电力消耗的同时，也会对输电线路的表面产生损害。

随着机械臂的设计与使用越来越广泛，高璐等人研制了一种用于磨削、捶磨、自动避障的钢丝除冰机器人。

减少传输线的损害。

3.3憎水材料防冰
当前，电力系统中的绝缘子解冰设备在设计、安装等方面存在诸多限制，因此，目前最普遍的方法就是在绝缘子的表面涂敷疏水材料，同时，国内外的研究人员也在积极探索适合的疏水型防冰涂料。

例如，超疏水性铝合金，微纳米防冰材料等。

清华大学贾志东等人也建议将室温下的硫化硅橡胶涂于绝缘子的表面，使其在冰雪环境中的表面电阻减小，并通过表面热作用来减小绝缘层的结冰量。

但由于表层涂料无法彻底清除结冰，长期的冰冻天气仍然会在憎水层上结冰，因此在极端严寒天气下，憎水材料的防冻作用并不显著。

结语
通过对国内外有关输电线覆冰原因的探讨，并结合相关的除冰技术，进行了大量的技术工作，如：监测输电线的覆冰状况、热力除冰与机械除冰技术与装置的设计、耐水防冰的研制等。

以下是有待进一步改进的部分。

(1)持续改进覆盖冰层监控的精确性和持续性，确保在恶劣的天气条件下仍能维持较好的监控效果，并且希望监控设备易于安装和检修。

(2)对先进实用耐用的防冰除冰技术进行研究，例如研制出高效、低耗的机械除冰设备、防冰涂层技术。

(3)为提高电力传输线的除冰工艺，采用一种在线监控系统对除冰器的启动
和关闭进行控制。

在绝缘子的结冰超过某一层时，如果能在适当的时间内启动，
就可以避免结冰的厚度；如果绝缘子的覆冰数量很少，而且具有自动融化的能力，不需要任何起爆设备，可以节省能源。

我们坚信，今后，我们国家的电力系统防
覆冰技术将会进一步提高，达到一个新的水平，更加高效，更加智能，更加节能。

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