輸電線路除冰與融冰技術(shù)

輸電線路除冰與融冰技術(shù)小組成員報告人：王碩（110792）編輯報告：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)詳細介紹第三部分：關(guān)于輸電線除冰融冰技術(shù)總結(jié)背景——08年冰災(zāi)影響2008年1月份我國南方大規(guī)模的雨雪冰凍災(zāi)害，造成輸電線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)電機組也因之跳閘停機。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線路跳閘129條次、倒塔34基；220kV線路跳閘159條次、倒塔11基。三廣直流輸電線路湖南段倒塔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日前已累計停運10kV及以上線路2314條，累計停運變電站234個背景——研究融冰技術(shù)的意義

交、直流輸電線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重，修復(fù)工作難度大、周期長。

融冰方法概述架空電力線路防冰除冰的重點是導(dǎo)線。融冰方法有很多種，大致可分為三大類：機械除冰法自然除冰法熱力融冰法融冰方法——機械除冰法機械除冰法主要利用輸電線路導(dǎo)線的力學(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線圈產(chǎn)生脈沖磁場,從而在導(dǎo)線中產(chǎn)生渦流,渦流的磁場與線圈磁場產(chǎn)生斥力使導(dǎo)線產(chǎn)生擴張,脈沖消失后導(dǎo)線收縮到原狀態(tài),反復(fù)的擴張和收縮使導(dǎo)線表面的覆冰脹裂掉落?；瑒隅P刮除冰法是將電容器的沖擊放電電流通過線圈產(chǎn)生的脈沖磁場轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)的脈沖力,通過執(zhí)行機構(gòu)將導(dǎo)線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路覆冰的除冰。

融冰方法——機械除冰法電磁力撞擊脫冰：將相鄰的兩根導(dǎo)線在一定電壓下短路,控制短路電流產(chǎn)生適當?shù)碾姶帕?dǎo)線互相撞擊而使覆冰脫落。該方法不能完全清除導(dǎo)線上的覆冰,卻可以使部分覆冰脫落,使得線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題和對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,該方法沒有被推廣。

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)線旋轉(zhuǎn)；在給定過負載條件下允許導(dǎo)線升降技術(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)事故后線路迅速恢復(fù)送電?？稍趯?dǎo)線上安裝阻雪環(huán)，平衡錘使導(dǎo)線上的覆冰堆積到一定程度時，依靠風力、地球引力、輻射以及溫度突變等作用自行脫落。該法簡單易行，但可能因不均勻或不同期脫冰產(chǎn)生的導(dǎo)線跳躍的線路事故，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減少水和冰與導(dǎo)線的附著力來防止結(jié)冰，與其他方法相比在工程上簡單易行，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路上通過高于正常電流密度的傳輸電流以獲得焦耳熱進行融冰。前期研究主要包括：1976年以來中國和1993年以來加拿大水電局采用的短路電流融冰1982年有專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。常見的幾種熱力除冰法：1、過電流防冰融冰法：調(diào)度通過改變潮流分布增大線路的負荷電流而使得導(dǎo)線發(fā)熱達到防冰融冰目的。這種方法對截面較小的110kV及以下線路可行，對更高電壓等級線路由于截面大，并受系統(tǒng)容量和運行方式限制，無明顯作用。融冰方法——熱力融冰法12、帶負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的潮流分布，通過增加其中一回線的電流來增加線路發(fā)熱，達到融冰的目的，其原理如右圖所示。融冰方法——熱力融冰法23、高頻激勵融冰法（8～200kHz），原理是在覆冰導(dǎo)線上加高頻激勵,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。在需要除冰線路上的選定位置安裝高頻高壓激勵裝置,線路的兩端需安裝吸收器,以控制作用的范圍,試驗表明:隨著激勵頻率的增加,冰的介質(zhì)損耗增加,推薦的激勵頻率范圍為20kHz～150kHz;33kV、100kHz的電壓可為100km的線路有效融冰。融冰方法——熱力融冰法3

缺陷：我國大部分地區(qū),一年中受冰雪影響時間很短,若整套裝置固定安裝在輸電線路上,日常的保養(yǎng)和維護是一個問題。如果用三輛卡車運輸整套裝置,在需要的時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,車輛難以通行。此外,在高頻激勵下:①會產(chǎn)生高頻電磁波干擾通訊;②會產(chǎn)生諧波;③覆冰較薄的導(dǎo)線會產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象,削弱高頻波的傳播,阻止功率到達覆冰較厚區(qū)域。融冰方法——熱力融冰法35、交流短路電流融冰法：利用“輸電線路短路時,線路電流大大增加”的現(xiàn)象實現(xiàn)短路電流融冰。根據(jù)短路類型的不同,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,先把目標線路與電網(wǎng)斷開,將線路的一端三相短路,另一端加融冰電源。如下圖融冰方法——熱力融冰法5對于多分裂導(dǎo)線，也可以通過把線路電流集中在某一分裂導(dǎo)線上，增大發(fā)熱量而融冰，通過各分裂導(dǎo)線間的切換，使線路覆冰完全融化。這些方法均需要對線路進行大范圍改造，造價昂貴，很難大范圍應(yīng)用。4、復(fù)合導(dǎo)線融冰法：將架空電力線路導(dǎo)線做成一種可變換載流截面的復(fù)合導(dǎo)線,上面裝設(shè)自動控制的復(fù)合開關(guān)裝置,當導(dǎo)線上的覆冰厚度達整定值時,復(fù)合開關(guān)自動將復(fù)合導(dǎo)線的內(nèi)層導(dǎo)線回路斷開,使其退出載流運行,僅保留外層導(dǎo)線載流,增大載流導(dǎo)線的電阻(電流密度),從而增大導(dǎo)線的發(fā)熱量,達到融冰的目的。融冰完成后,復(fù)合開關(guān)自動將內(nèi)層導(dǎo)線回路接通,恢復(fù)全截面載流運行。融冰方法——熱力融冰法46、調(diào)度潮流融冰：通過科學(xué)調(diào)度的方法,改變電網(wǎng)潮流分配,使目標

線路的電流達到保線電流(保證導(dǎo)線不結(jié)冰所需的通過導(dǎo)線的最小

電流)以上。用移相變壓器控制潮流進行輸電線路抗冰除冰的方法，

已成功用于230kV和315kV電壓等級的線路上。在融冰過程中,除目標線路外其余線路都能保持運行。通過改變幾個開關(guān)的狀態(tài),就可以

對任一線路除冰作業(yè),這樣的操作對調(diào)度員而言是十分熟悉和簡單

的。該方法最大的優(yōu)勢在于除冰過程中不必中斷供電,既可用于除冰

也可用于抗冰,允許調(diào)度員在平時進行模擬訓(xùn)練。缺點是對系統(tǒng)無功

功率的依賴比較大,目前還沒有應(yīng)用于500kV及以上線路的經(jīng)驗。融冰方法——熱力融冰法6小結(jié)對于發(fā)生在大范圍的輸電線路覆冰問題，導(dǎo)線的熱力融冰方法是最有效的方法。對于出現(xiàn)在局部范圍內(nèi)的輸電線路覆冰問題，導(dǎo)線的機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)斷開的前提下實現(xiàn)輸電線路的安全除冰是必然的要求,因此也是進一步研究的主要方向:①從輸電線路的物理、電氣特性