輸電線(xiàn)路除冰與融冰技術(shù)

輸電線(xiàn)路除冰與融冰技術(shù)小組成員報(bào)告人：王碩（110792）編輯報(bào)告：趙旭（110797）、賈玉征（110784）、謝佳辰（110795）、高文超（110773）目錄第一部分：輸電線(xiàn)路除冰融冰研究必要性背景第二部分：除冰融冰技術(shù)詳細(xì)介紹第三部分：關(guān)于輸電線(xiàn)除冰融冰技術(shù)總結(jié)背景——08年冰災(zāi)影響2008年1月份我國(guó)南方大規(guī)模的雨雪冰凍災(zāi)害，造成輸電線(xiàn)路和桿塔大面積覆冰，部分地區(qū)電網(wǎng)輸變電設(shè)施受損，相關(guān)電廠發(fā)電機(jī)組也因之跳閘停機(jī)。華中及華東地區(qū)在08年1月26日之前因冰災(zāi)發(fā)生500kV線(xiàn)路跳閘129條次、倒塔34基；220kV線(xiàn)路跳閘159條次、倒塔11基。三廣直流輸電線(xiàn)路湖南段倒塔9基；宜華直流安徽大別山段倒塔6基鐵塔南方電網(wǎng)08年1月25日前已累計(jì)停運(yùn)10kV及以上線(xiàn)路2314條，累計(jì)停運(yùn)變電站234個(gè)背景——研究融冰技術(shù)的意義

交、直流輸電線(xiàn)路在冬季覆冰是電力系統(tǒng)的重大自然災(zāi)害之一。因覆冰引起的供電中斷，甚至電網(wǎng)解列等事故后果通常極為嚴(yán)重，修復(fù)工作難度大、周期長(zhǎng)。

融冰方法概述架空電力線(xiàn)路防冰除冰的重點(diǎn)是導(dǎo)線(xiàn)。融冰方法有很多種，大致可分為三大類(lèi)：機(jī)械除冰法自然除冰法熱力融冰法融冰方法——機(jī)械除冰法機(jī)械除冰法主要利用輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的力學(xué)效應(yīng)破壞覆冰的力學(xué)平衡使其脫落。以電磁脈沖除冰、滑動(dòng)鏟刮除冰和人工除冰為主。電磁脈沖除冰是利用電容器沖擊放電和電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng),從而在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生渦流,渦流的磁場(chǎng)與線(xiàn)圈磁場(chǎng)產(chǎn)生斥力使導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生擴(kuò)張,脈沖消失后導(dǎo)線(xiàn)收縮到原狀態(tài),反復(fù)的擴(kuò)張和收縮使導(dǎo)線(xiàn)表面的覆冰脹裂掉落?；瑒?dòng)鏟刮除冰法是將電容器的沖擊放電電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的脈沖力,通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將導(dǎo)線(xiàn)表面的覆冰擊裂掉落。人工除冰法，需要大量人力，一般僅適用于作業(yè)環(huán)境好、一百公里左右的輸電線(xiàn)路覆冰的除冰。

融冰方法——機(jī)械除冰法電磁力撞擊脫冰：將相鄰的兩根導(dǎo)線(xiàn)在一定電壓下短路,控制短路電流產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾姶帕?dǎo)線(xiàn)互相撞擊而使覆冰脫落。該方法不能完全清除導(dǎo)線(xiàn)上的覆冰,卻可以使部分覆冰脫落,使得線(xiàn)路重量保持在桿塔能夠承受的范圍內(nèi),但因短路引起的電壓降落問(wèn)題和對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,該方法沒(méi)有被推廣。

融冰方法——自然除冰法1自然除冰法不能阻止冰的形成，但有助于限制冰災(zāi)。例如平衡錘技術(shù)可防止導(dǎo)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；在給定過(guò)負(fù)載條件下允許導(dǎo)線(xiàn)升降技術(shù)可減小倒桿塔的幾率或防止倒桿塔事故發(fā)生，并有助于確保冰災(zāi)事故后線(xiàn)路迅速恢復(fù)送電。可在導(dǎo)線(xiàn)上安裝阻雪環(huán)，平衡錘使導(dǎo)線(xiàn)上的覆冰堆積到一定程度時(shí)，依靠風(fēng)力、地球引力、輻射以及溫度突變等作用自行脫落。該法簡(jiǎn)單易行，但可能因不均勻或不同期脫冰產(chǎn)生的導(dǎo)線(xiàn)跳躍的線(xiàn)路事故，不能保證可靠除冰，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過(guò)減少水和冰與導(dǎo)線(xiàn)的附著力來(lái)防止結(jié)冰，與其他方法相比在工程上簡(jiǎn)單易行，成本較低，是防止覆冰具有潛力的可行途徑。現(xiàn)有的氟塑料、硅橡膠等憎水涂料有較好的防水性能，在絕緣子表面涂覆半導(dǎo)體RTV涂層，可減緩冰的形成和減少覆冰量。但現(xiàn)有的防冰涂料并不能從根本上防止冰的形成，而只有在足夠的輻射下才能生效,在氣溫低，水霧呈過(guò)冷卻的情況下，防冰效果較差。熱力融冰法的基本原理是在線(xiàn)路上通過(guò)高于正常電流密度的傳輸電流以獲得焦耳熱進(jìn)行融冰。前期研究主要包括：1976年以來(lái)中國(guó)和1993年以來(lái)加拿大水電局采用的短路電流融冰1982年有專(zhuān)家提出采用高電流密度融冰;1987～1990年日本研制的電阻性鐵磁線(xiàn)。常見(jiàn)的幾種熱力除冰法：1、過(guò)電流防冰融冰法：調(diào)度通過(guò)改變潮流分布增大線(xiàn)路的負(fù)荷電流而使得導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱達(dá)到防冰融冰目的。這種方法對(duì)截面較小的110kV及以下線(xiàn)路可行，對(duì)更高電壓等級(jí)線(xiàn)路由于截面大，并受系統(tǒng)容量和運(yùn)行方式限制，無(wú)明顯作用。融冰方法——熱力融冰法12、帶負(fù)荷融冰的方法最早在1990年提出，并在此后得到了發(fā)展。此方法利用移相變壓器角度的變化改變平行雙回線(xiàn)的潮流分布，通過(guò)增加其中一回線(xiàn)的電流來(lái)增加線(xiàn)路發(fā)熱，達(dá)到融冰的目的，其原理如右圖所示。融冰方法——熱力融冰法23、高頻激勵(lì)融冰法（8～200kHz），原理是在覆冰導(dǎo)線(xiàn)上加高頻激勵(lì),能使冰成為有損的電介質(zhì)而直接發(fā)熱,也能引起導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng),使電流只在導(dǎo)體表面流通,造成更大的等效電阻損耗發(fā)熱。該技術(shù)就是利用二者共同產(chǎn)生的熱量除冰。在需要除冰線(xiàn)路上的選定位置安裝高頻高壓激勵(lì)裝置,線(xiàn)路的兩端需安裝吸收器,以控制作用的范圍,試驗(yàn)表明:隨著激勵(lì)頻率的增加,冰的介質(zhì)損耗增加,推薦的激勵(lì)頻率范圍為20kHz～150kHz;33kV、100kHz的電壓可為100km的線(xiàn)路有效融冰。融冰方法——熱力融冰法3

缺陷：我國(guó)大部分地區(qū),一年中受冰雪影響時(shí)間很短,若整套裝置固定安裝在輸電線(xiàn)路上,日常的保養(yǎng)和維護(hù)是一個(gè)問(wèn)題。如果用三輛卡車(chē)運(yùn)輸整套裝置,在需要的時(shí)候到需要的地方救急,則每次使用都要先卸載后安裝,而且若事故發(fā)生在高山上,車(chē)輛難以通行。此外,在高頻激勵(lì)下:①會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波干擾通訊;②會(huì)產(chǎn)生諧波;③覆冰較薄的導(dǎo)線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象,削弱高頻波的傳播,阻止功率到達(dá)覆冰較厚區(qū)域。融冰方法——熱力融冰法35、交流短路電流融冰法：利用“輸電線(xiàn)路短路時(shí),線(xiàn)路電流大大增加”的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)短路電流融冰。根據(jù)短路類(lèi)型的不同,又可以分為三相短路融冰、兩相短路融冰和單相短路融冰。短路融冰的關(guān)鍵是選取合適的融冰電源。以三相短路融冰為例,先把目標(biāo)線(xiàn)路與電網(wǎng)斷開(kāi),將線(xiàn)路的一端三相短路,另一端加融冰電源。如下圖融冰方法——熱力融冰法5對(duì)于多分裂導(dǎo)線(xiàn)，也可以通過(guò)把線(xiàn)路電流集中在某一分裂導(dǎo)線(xiàn)上，增大發(fā)熱量而融冰，通過(guò)各分裂導(dǎo)線(xiàn)間的切換，使線(xiàn)路覆冰完全融化。這些方法均需要對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行大范圍改造，造價(jià)昂貴，很難大范圍應(yīng)用。4、復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)融冰法：將架空電力線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)做成一種可變換載流截面的復(fù)合導(dǎo)線(xiàn),上面裝設(shè)自動(dòng)控制的復(fù)合開(kāi)關(guān)裝置,當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)上的覆冰厚度達(dá)整定值時(shí),復(fù)合開(kāi)關(guān)自動(dòng)將復(fù)合導(dǎo)線(xiàn)的內(nèi)層導(dǎo)線(xiàn)回路斷開(kāi),使其退出載流運(yùn)行,僅保留外層導(dǎo)線(xiàn)載流,增大載流導(dǎo)線(xiàn)的電阻(電流密度),從而增大導(dǎo)線(xiàn)的發(fā)熱量,達(dá)到融冰的目的。融冰完成后,復(fù)合開(kāi)關(guān)自動(dòng)將內(nèi)層導(dǎo)線(xiàn)回路接通,恢復(fù)全截面載流運(yùn)行。融冰方法——熱力融冰法46、調(diào)度潮流融冰：通過(guò)科學(xué)調(diào)度的方法,改變電網(wǎng)潮流分配,使目標(biāo)

線(xiàn)路的電流達(dá)到保線(xiàn)電流(保證導(dǎo)線(xiàn)不結(jié)冰所需的通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的最小

電流)以上。用移相變壓器控制潮流進(jìn)行輸電線(xiàn)路抗冰除冰的方法，

已成功用于230kV和315kV電壓等級(jí)的線(xiàn)路上。在融冰過(guò)程中,除目標(biāo)線(xiàn)路外其余線(xiàn)路都能保持運(yùn)行。通過(guò)改變幾個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài),就可以

對(duì)任一線(xiàn)路除冰作業(yè),這樣的操作對(duì)調(diào)度員而言是十分熟悉和簡(jiǎn)單

的。該方法最大的優(yōu)勢(shì)在于除冰過(guò)程中不必中斷供電,既可用于除冰

也可用于抗冰,允許調(diào)度員在平時(shí)進(jìn)行模擬訓(xùn)練。缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)無(wú)功

功率的依賴(lài)比較大,目前還沒(méi)有應(yīng)用于500kV及以上線(xiàn)路的經(jīng)驗(yàn)。融冰方法——熱力融冰法6小結(jié)對(duì)于發(fā)生在大范圍的輸電線(xiàn)路覆冰問(wèn)題，導(dǎo)線(xiàn)的熱力融冰方法是最有效的方法。對(duì)于出現(xiàn)在局部范圍內(nèi)的輸電線(xiàn)路覆冰問(wèn)題，導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械除冰方法也可做為一種輔助措施。小結(jié)從系統(tǒng)的安全可靠性看,在不與電網(wǎng)斷開(kāi)的前提下實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的安全除冰是必然的要求,因此也是進(jìn)一步研究的主要方向:①?gòu)妮旊娋€(xiàn)路的物理、電氣特性