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第32卷 第4期 电 网 技 术 V ol. 32 No. 4 2008年2月 Power System Technology Feb. 2008 文章编号： 1000-3673 （2008）04-0007-07 中图分类号： TM852 文献标识码： A 学科代码： 470·4037 电网覆冰防治方法和研究进展 李再华1，白晓民1，周子冠1，胡志军2，许 婧1，李晓珺1 （1．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；2．湖南省电力公司，湖南省 长沙市 410007） Prevention and Treatment Methods of Ice Coating in Power Networks and Its Recent Study LI Zai-hua1，BAI Xiao-min1，ZHOU Zi-guan1，HU Zhi-jun2，XU Jing1，LI Xiao-jun1 （1．China Electric Power Research Institute ，Haidian District ，Beijing 100192 ，China； 2．Hunan Electric Power Company ，Changsha 410007 ，Hunan Province ，China） ABSTRACT: In this paper, several typical schemes for the prevention and treatment of ice coating occurred in power networks home and abroad are analyzed. The ice coating prevention method adopted in Russia, Canada and United States are summarized; the features of various de-icing methods are analyzed, especially, three large current ice-melting methods, i. e., ice-melting by overcurrent, ice-melting by short-circuit current and ice-melting by direct current, are emphatically discussed and compared. In order to provide references for improving security and reliability of power grids, enhancing the ability of power grids in ice coating prevention and loss reduction as well as avoiding similar natural disaster, some suggestions on ice coating prevention and treatment, including to pay special attention to ice coating in power networks, to strengthen the research on practical technologies, to improve the systematicness and standardization of the work in icing prevention as well as to intensify the robustness in the construction of power transmission and distributi on systems, are proposed. KEY WORDS: transmission line ；icing；anti-icing design ； de-icing process standard ；large current ice-melting method ； ice condition supervising 摘要：分析了国内外电网几种典型的覆冰防治方案，总结了 俄罗斯、加拿大和美国等的电网防冰方法及其进展情况，讨 论了各种除冰防治方法的特点，重点讨论和比较了过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法 3种大电流融冰方 法的特点，提出了应重视电网防冰工作、加强实用技术研究、 加强防冰工作的系统性和标准化研究以及输配电系统的鲁棒 性建设的防治覆冰建议，以期为提高电网的安全可靠性、增 强电网防冰减灾和防止其它类似自然灾害的能力提供参考。 关键词： 输电线路；覆冰；防冰设计；除冰操作规范；大电 流融冰法；冰情监测 0 引 言 输电线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断 线、倒杆、导线舞动、绝缘子闪络和通信中断等事 故。俄罗斯、加拿大、美国、日本、英国、芬兰、冰岛和我国都曾因输电线路覆冰引发安全事故，带 来了巨大的经济损失 [1-5]，因此冰雪灾害成为全世界 许多国家的电网面临的共同问题。 我国是输电线路覆冰严重的国家之一，线路冰 害事故发生的概率居世界前列。据不完全统计，从 1954年12月到 2006年底，中国各地 6 k V及以上 电压等级的电网 (包括输电线路和变电站 )发生过 1000多起各种各样的覆冰灾害，其中 35 k V及以上 规模电网发生并引起电网严重故障的覆冰灾害就 有86起以上。 2004年， 220 k V及以上线路覆冰、 冰闪和舞动跳闸共 53次，占线路总跳闸次数的 4%。 2005年， 220 k V及以上线路共发生覆冰舞动跳闸 98起，占总跳闸数的 7. 19%，其中 500 k V线路跳 闸29起。覆冰舞动主要发生在湖南、贵州、辽宁、 湖北地区。 330 k V和500 k V电网形成以后，电网 覆冰灾害呈快速上升趋势，已严重影响到电网的安 全稳定运行[6]。 2008年1月，我国南方的冰雪灾害超出了气象 部门的预测，再次给国民经济和社会生活带来了巨 大的损失，受灾人口达 1亿多，直接经济损失超过 1 100亿元，电网的损害尤其严重。因此分析各国电 网的覆冰防治方案，研究防冰技术的进展情况，对 我国电力部门防止和控制冰灾、提高电网的运行可 靠性具有重要实际意义。 基金项目： 国家重点基础研究发展计划项目 (973项目 ) (2004CB217904) 。 The National Basic Research Program (973 Program) (2004CB217904) ．DOI:10. 13335/j. 1000-3673. pst. 2008. 04. 009 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
8 李再华等：电网覆冰防治方法和研究进展 V ol. 32 No. 4 1 国内外典型的电网覆冰防治方案 1. 1 国内方案 本节对我国不同气象条件下西北、南方和东北 地区的几种典型的电网防冰方案进行分析。 （1）陕西宝鸡的带负荷融冰方案。 宝鸡供电局的 110 k V马向线位于海拔 1 500 m 以上的秦岭梁顶重冰区，担负向宝成铁路供电的重 要任务，可靠性要求很高。在线路设计阶段，宝鸡供电局充分考虑了秦岭梁顶的气象条件，加强了杆 塔强度、档距、线路结构等，并采用带负荷融化线 路覆冰技术处理覆冰，这种技术主要是利用双分裂 导线线路本身，通过自耦变压器升压后在双分裂导 线形成回路并产生电流，导线发热从而实现融冰。1970年以来，宝鸡供电局在冰期每天对该线路融冰 数次，从来没有因线路覆冰而发生事故。 1984年， 宝鸡供电局在秦岭深处成立了全国唯一一家融冰站。该融冰站起初还需人工到现场观察线路覆冰情 况再进行融冰，现在可在融冰站内通过微机监控系 统随时掌握线路覆冰情况，根据实际情况及时进行 融冰操作。 实践表明，这种技术的融冰效果良好，但在杆 塔设计方面，由于耐张塔的力矩与覆冰厚度呈立方 关系，工程实施中的钢铁消耗量增加较多且对导线 有要求 (必须采用双分裂导线 )，因此前期需要较大 的投入且可能需要改造已有线路，因此这种技术只 宜用于跨度较小的覆冰区。另外，该技术适合于北方电网，不太适合用于南方电网，这是因为南方地 区输电线路的很多结冰短路点并不在线路上，而是 在瓷瓶的底部，由于毛毛细雨的作用，很多飞雨点就在本是用来绝缘的瓷瓶底部逐步结冰，造成冰层 短路，可能损坏供电系统。 （2）宁夏短路融冰方案。 宁夏固原供电局输电线路的设计覆冰厚度为 0~20 mm，但 1989~1991 年，导线覆冰厚度均达到 50~150 mm，大大超过了设计厚度。固原供电局采 用了三相短路融冰方案， 1992年春季融冰期间 10 k V固官线的相关数据如下： 10 k V系统电压降为 9. 3 k V；实测 A相短路电流为 468 A，B相短路电流 为444 A，C相短路电流为 456 A；融冰期间导线温 度无条件测试；通电 3次，共用 29 min将固官段导 线150 mm厚度的覆冰全部融化脱落，导线完好无 损；融冰用电量为 4 000 k Wh。根据上述融冰方案， 现将固原供电局的融冰经验总结如下：融冰线路带电时，应有专人监视线路电流和电压；融冰前应按 运行方式校核短路电流；所有连接引线 (包括短路 点)必须连接可靠，防止局部发热烧坏。 （3）云南昭通的防覆冰新型线路方案。 昭通供电局 110 k V昭大线是昭通市到大关县 的系统联络线，是 220 k V昭大线的备用线路，担负 着国家一级负荷内昆电气化铁路和国家重点工程 溪洛渡电站的施工用电的重要供电任务。这条线路 途经特重冰区，全长为 14. 6 km，2002年投运以来， 每逢冬季，受严重覆冰的影响，这条线路多次发生导线、横担拉断的事故，严重威胁了电网的安全运 行。昭通供电局于 2005年引进了比利时耐克森公 司制造的防覆冰、 防腐蚀的 AERO-Z 新型高压架空 导线，这种导线截面呈星 Z形排列，比绞合电缆更 结实、紧凑，在直径相同的情况下能承载更高的电 流。更为突出的是，由于 AERO-Z 导线平滑的表面 可大大减少雪和霜的积聚，具有更好的阻尼特性， 能承受大风引起的振动。 AERO-Z 新型高压架空导 线的造价高达 1 600元/m，只能用于线路非常重要 的短距离重冰区。为防止覆冰对杆塔的影响，还采 取将横担由三角排列改为水平排列的方法来增大 杆塔强度、适当减小杆塔档距，取得了明显效果。 此外，昭通供电局大量推行人工巡线和人力除冰，及早地预防了冰凌的积累效应。覆冰严重时，甚至 采用了枪击除冰、火焰喷射融冰等方法。 （4）湖南的短路融冰方案。 湖南是冰灾的频发地区， 输电线路覆冰问题在 每年寒冬、初春季节非常突出。 1974年，原湘中 供电局与中南矿冶学院合作，研制了热敏防冰套 筒，为我国线路防冰开辟了一个新的途径，但由 于套筒安装费事且增加了线路平均荷重等诸多因 素，难以投入实际使用。 1976年，在当时的水电 部规划设计院主持下召开的重冰区送电线路设计运行经验交流会议上，湖南省总结了线路防覆冰的经验，提出了将“避、抗、融、改、防” 5项主 要措施作为重冰线路的防护对策，其中“融”是指短路融冰， 包括单相和三相短路。 单相短路引起的电压降相对较小，但是融冰效果不佳，而三相短路引起的电压降对系统影响很大， 尤其是 220 k V以 上线路短路对系统的影响很严重。目前，三相短路融冰是湘网融冰的唯一方法。短路融冰耗电量大且需要修改保护定值，还必须在短路情况下保证系统安全和重要用户的供电，操作过程复杂、 繁琐，对调度员要求很高 [7]。 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
第32卷 第4期 电 网 技 术 9 2007年11月20日，湖南省电力公司召开湖南 电网 2007年冬至 2008年春防冻融冰工作会议，预 测2007年春至 2008年冬湖南全省大部分地区降水 量和降水日数将明显偏多，必须为灾害性天气的出现做准备，共编制了线路融冰方案 96个，设计了 融冰电源点 29个、融冰短路点 59个，并在大范围 推广应用了冰情监测系统，在 12条500 k V线路、 34条220 k V线路的 70个固定冰情监视哨的杆塔上 安装了监测设备。该系统为湖南公司自主开发，能够将现场的设备状况图片、现场气象数据等通过 GPRS/CDMS 通信网络定时发送至中心站，实现了 远程监测，这不仅信息及时准确，而且改变了以往人工值守的状况，减轻了一线员工的劳动强度。 然而， 2008年的冰情比预料的要严重很多。据 统计， 2008年1月11~31日，冰灾已经导致湖南电 网500 k V线路跳闸 89条次，停运 17条，倒塔 158 基； 220 k V线路跳闸 467条次，停运 65条，倒塔 131基； 110 k V线路跳闸 2150条次，倒塔 237基； 35 k V线路倒塔 276基；共有 6座500 k V、32座 220 k V、83座110 k V、181座35 k V变电站全停或 部分停运； 10 k V及以下中低压线路倒杆 30. 45万 基、断线 32. 15万处，损坏配电变压器 2 412台，6. 04 万个台区停电。按湖南多年的气象条件，线路的设计冰厚为 10 mm，而 2008年的事故中，导线凝冰 达50~100 mm，这充分说明，南方地区电网对冰雪 灾害的预防标准还需提高。 （5）东北加强设计型线路方案。 东北地区冬季干燥，塔身很少凝冰，导线上也 只是有附着积雪，不会大量挂冰，而且在进行线路设计时，留出冰雪负重的余量取得较大，冰厚一般 取30 mm左右，所以寒冷的东北地区反而还没有遇 到冰灾。 1. 2 国外方案 加拿大、俄罗斯、德国、瑞典、日本和英国等 曾发生严重的冰雪灾害，这些国家暴风雪较多，所以非常重视防冰雪灾害的工作，暴风雪来临时几乎 全民扫雪， 这当然有法规的原因， 也有宣传的作用。 加拿大冬天漫长多雪，各地政府积累了丰富的 经验，形成了一套较为高效和系统的应急对策。清 雪不仅有轻重缓急之分，还有时间要求。最优先清 理的道路是高速路和城市主干道，一般要求在雪后2~4 h完成。清雪基本靠机械化作业，每个城市都 配有系统的清雪设备，如铲雪车、撒盐车、融雪车、 扬雪机、运雪车和除冰车等。加拿大还在很多地方 推广了防雪灾的家用发电机，以保障电网停电后的 生活用电。 1998年1月5日至 10日，加拿大东南 部到美国东北部遭受冰灾，魁北克省的电塔号称是世界上最坚实的，有 116条高压输电线路被破坏和 3 110基输电铁塔被积冰压倒，有 350条配电线路被 破坏，有 16 000座杆塔倒塌， 100万户停电。加拿 大和美国都调动了军队来配合电力和电信部门抢修 电网和通信设备、清理交通、救援被困群众。 俄罗斯为防止紧急情况和自然灾害设置了专 门的紧急情况部，紧急情况部是俄罗斯效率最高、 最忙碌的部门之一，预算充足。出现紧急情况后， 紧急情况部首先赶到现场救援，此外，紧急情况部还负责教育国民如何应对突发危机。俄罗斯还储备 了很多移动发电设备，一旦因冰灾引起大停电，立 即启用移动发电设备保障必要的供电。 2005年11月25日，德国 Müsterland 地区以及 比利时和荷兰的部分地区突降百年不遇的暴雪，架 空输电线路大量覆冰，最大覆冰超过设计的 15倍，造成断线和倒塔，在 8 h内超过 400条次线 路跳闸。虽然上述灾害仅影响了 8万居民的用电， 但由于危机管理没有做好，媒体报道不当，造成了 较大的社会影响 [8]。 2005年1月8日，瑞典遭受特大暴风雪的袭击， 造成大量倒塔和断线，引起大面积停电，供电恢复 时间长达 35 d。由于危机管理处理得当，新闻媒体 从正面报道，政府部门和军队大力支持，调集了大 量人力物力全力进行抢修，并开辟了临时网站，及 时向社会报道抢修进展情况， 获得了社会的好评[8]。 英国的气候受大西洋暖流影响特别潮湿，电塔 上容易结霜挂冰。英国采取中央和地方共建应急防 灾机制的措施，一旦发生暴风雪之类的灾害，政府 会调动所有应急机制提供急救和支援，气象局将 “全国恶劣天气预警服务”作为工作重点，通过因 特网、电台和电视台及时向全国提供极端天气信 息。在英国，起初高压线都有专门的巡线工在寒冷 潮湿的天气拿着望远镜沿线观察冰情，现在逐步推 广了冰情监测系统。一旦发现冰层超过警戒，冰情 监测系统立即向调度部门报告。这时调度部门会下令这段线路暂停，全部负荷交由另一并行的回路负担，最近的发电机会经过一组隔离开关 (突发情况下 也可直接把变压器的高低端短接 )绕过升压变压器 把强大的电流直接输送到短路的输电线路上，且采用发电机励磁调节技术逐步加大电流，直到线路上的挂冰脱落为止。使用该方法时，所有的继电保护 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
10 李再华等：电网覆冰防治方法和研究进展 V ol. 32 No. 4 装置必须进行调整，代价高昂，技术复杂。 日本雪灾比较常见，因此输电线路采用了较高 的抗冰设计标准，杆塔的档距相对较密。东京电力 公司在福岛西至群马 (Nishi-Gunma) 的1 000 k V超高 压输电线路上装设了架空地线复合光缆通信系统， 监视气象、冰情和设备并进行预警和快速故障定 位，对抵抗冰灾有良好的效果[9]。此外，为保障交 通安全，日本研制了很多除冰车和除冰机械，还在 公路多坡、桥的地方放置可被自由取用的化雪剂， 在多雪的地区，政府都建立了相应的雪灾防范体 制，交通部门、媒体、志愿者等通常会做防灾训练， 建立抗灾信息系统。 1972年12月，日本北海道普 降暴风雪，裹雪后的导线直径最大达 18 cm，但只 有56基输电塔倒塌，这说明线路的抗冰效果良好。 2 防冰除冰方法的进展情况 导线覆冰首先是由气象条件决定的，是受温 度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定 的综合物理现象，覆冰轻重还取决于线路走向、山 脉走向、坡向与分水岭、山地风口和海拔高度等地 理因素。由于导线覆冰受影响因素较多，目前国内外关于导线覆冰机理、模型，覆冰导线舞动机理和 线路防冰技术的研究仍然不太完善。下文对俄罗 斯、加拿大和美国等国家的电网防冰除冰新方法及其进展情况进行总结。 （1）俄罗斯直流研究院提出的加热融冰兼无 功静止补偿技术。 加热融冰技术既可采用交流电流，也可采用直 流电流。冰害较严重的前苏联自 1972年开始使用 二极管整流装置融冰，现在则采用可控硅整流装 置，这种装置可实现加热融冰与精致补偿无功功率 的双重用途 [10]。可控硅技术发展到今天，建造融冰 用的各种电压、电流可控整流装置已不成问题，对 具体工程而言，主要还是其技术经济指标是否满足要求。考虑到融冰装置每年的工作天数有限，在其 余时间就可将其整流部分用于其它的功能，如用做 无功静止补偿装置用。这样从综合技术经济角度考虑，采用可控硅整流融冰就合算了。 根据这种思路，俄罗斯直流研究院研制成功了 2个电压等级的可控硅整流融冰装置：由 11 k V 交流母线供电的 14 k V可控硅整流融冰装置和由 38. 5 k V交流母线供电的 50 k V可控硅整流融冰装 置。 14 k V装置的额定功率为 14 MW，型号为 ВУПГ-1000-14，50 k V装置的额定功率为 50 MW，型号为ВУПГ-1000-50。50 MW装置于 1994年在变 电站投运，用于为一条 315 km长的 110 k V输电线 路除冰。实践中采用的融冰方式如下：退出运行的 线路，其中一相导线接正极 (或负极 )，另外两相导 线并联接负极 (或正极 )。融冰时间为 (包括开关倒闸 操作时间在内 )2~2. 5 h。 这种融冰装置包括 1台型号为 ТДТН-40000/ 40000/40000 的3绕组 (其变比为 115/38. 5/11. 0 k V) 变压器、具有典型保护的高低压侧开关和刀闸、可 控硅整流器 ВУПГ-1000-50( 包括控制系统、调节系 统、保护系统、自动化系统、整流阀强迫空冷系统 等)、连接 110 k V线路和融冰装置的母线和开关装 置。为保证长期闲置后的融冰装置能够安全投运， 俄罗斯直流研究院专门设计了空气加热器，用于对 可控硅阀的元件进行预热干燥。可控硅整流融冰装 置工作时要在电网中产生电流和电压谐波，应该在交、直流两侧安装滤波器，但滤波装置造价较高。 在上述融冰装置的基础上，很容易通过增加一些元件构成静止无功补偿装置，从而提高整个装置的综 合技术经济性能。 （2）加拿大魁北克水电研究院高压实验室提 出的基于电磁力的除冰方法。 加拿大魁北克水电研究院高压实验室提出了一 种新颖的基于电磁力的为覆冰严重的 315 k V双分裂 超高压线路除冰的方法。这种方法将输电线路在额 定电压下短路，短路电流产生适当的电磁力使导体互相撞击而使覆冰脱落。为降低短路电流幅值和提 高效率，尽可能使合闸角接近 0°，并采用适当的重 合措施激发导体的固有振荡，增加其运动幅度。 实验表明， 幅值分别为 10和12 k A的短路电流可 有效为 315 k V双分裂导线除冰， 但是该方法尚处于研 究阶段，将其用于实际还需要进行大量的工作[11]。 （3）加拿大魁北克水电研究院高压实验室的 电动铲雪装置。 加拿大魁北克水电研究院高压实验室研制出 了一种用于清除超高压输电线路和架空地线覆冰 的电动机械装置。该装置由一个可移动机架和安装在上面的钢制刀片组成，刀片采用特定的形状和安 装方式以取得最大的工作效率，牵引滑车能够产生足够强大的牵引力，该装置由运行人员在地面遥 控，通讯范围为 l km(约为 2个跨距 )，结构紧凑、 重量轻，能够安全通过节点且能在低温和潮湿的环 境下工作，类似于机器人，可带电作业，有较好的推广应用潜力 [12]。 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
第32卷 第4期 电 网 技 术 11 （4）美国 Dartmouth 学院提出的高频高压激励 除冰方法。 Dartmouth 学院的 Charles R S 等提出了用 8~200 k Hz高频激励融冰的方法。这种除冰方法的 机理如下：高频时的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 浅的范围内流通，造成电阻损耗发热[13]。 实验表明， 33 k V、100 k Hz的电压可为 1 000 km 的线路有效融冰。随着激励频率的增加，产生足够 发热所需的电压下降，较好的运行频率范围是 20~150 k Hz。虽然高频电磁波在很多国家受限制， 但是在紧急状况下，融冰可能比电磁干扰重要，否 则可使用不在管制范围内的较低频率 (如8 k Hz)，但 此时介质损耗和集肤效应很难取得平衡，可以通过 采用移动电源激励点使驻波移动的方法来缓解上述矛盾。对于地线，可利用在相线中施加激励时地 线中产生的感应电流和感应电场融冰。覆冰较薄处 的电晕放电会削弱高频波的传播、阻止功率到达， 从而有效融解覆冰较厚区域的冰，因此可以采用调 制电压波形或提高频率的方法解决覆冰问题。 （5）美国堪萨斯州的 Wichita州立大学提出的 电脉冲除冰方法。 Wichita州立大学的 Robert I E 试图将成功应用 于飞机除冰的电脉冲除冰法 (electro impulse de-icing，EIDI)移植到电力线除冰领域 [14]。该方法 通过给整流器施加触发脉冲，使电容器通过线圈产 生强磁场放电激发电脉冲，在置于线圈附近的导电板(目标物 )上产生一个幅值可达几千牛顿、持续时 间为几毫秒的机械力，从而使附着于目标上的冰轻 微膨胀后收缩、破裂而脱落。电脉冲除冰法的电路 原理图见图 1，其中可控硅是脉冲触发的。 贮能 电容器 可控硅 箝位 二极管 目标物脉冲线圈 图1 电脉冲除冰法的电路原理图 Fig. 1 Principle diagram of electro impulse de-icing method 采用高幅值短周期脉冲除冰的 EIDI系统的优 点是没有移动部件，但目前还没有可以有效的利用 线圈产生斥力给带电线路除冰的激励源，因此不能除去长线路上的冰，这种方法未能投入实际应用。 （6）美国电科院的配电线路防断线方法。 为防止台风、冰雪等对配电线路的应力破坏， 导致断线故障，美国电科院的 Mark Ostendorp 等人 开发出了一种机电式的架空线应力保护装置。该装 置相当于机械强度保险丝，在架空线的张力到达极 限之前断开，从而缓解了架空线的张力，工作人员可对其进行人工恢复。该装置作为一种辅助设备已 应用于配电网 [15]。 3 电网防冰除冰方法的讨论与分析 3. 1 概述 虽然目前世界各国无法彻底防止冰雪灾害，但 研究减轻灾情的技术和措施还是很有必要的。国内在线路设计和运行阶段已取得有益的经验，包括侧 重于运行的带负荷融冰技术、短路融冰技术，也包 括架设防覆冰新型线路和加强设计型线路的技术。 这些技术在推广方面还存在一些困难。 国际的经验和技术值得学习和借鉴，如上述的 可控硅整流融冰装置、基于电磁力的除冰方法、利 用电动机械装置的除冰方法、高频高压激励除冰方 法和电脉冲除冰方法等。此外，冰情的监视和预警 也是防冰抗冰的重要环节，应予以重视。 除冰方法既包括简单实用的人工除冰方法，也 有需要复杂技术设备的方法。下文对人们关注的几 种方法进行简要的分析和讨论。 3. 2 常用的除冰方法 目前常用的除冰方法是外力敲打，国外称之为 “ad hoc”法，即由操作者在现场处理，处理方法 千变万化。外力敲打虽简便易行，但只能为很少的 一部分覆冰线路除冰， 速度慢、工作量大且不经济， 所以只在没有其它更有效方法的紧急情况下使用。为减少损失，有必要采用更高效的措施和装置，如 大电流融冰法、化学除冰法、机械除冰法、被动除 冰法等。 大电流融冰法效率较高，但耗能巨大，操作复 杂，对系统安全有较大的影响。化学除冰法包括憎 冰涂料、吸热涂料、喷洒除冰液等方法，在飞机、 汽车、火车的防冰、防雪上，已经有试点应用。输 电线路的除冰作业范围太大，化学除冰法不仅需要合适的作业环境和交通条件，还需考虑对环境的影 响，并考虑是否会对铁塔造成腐蚀，进而对电网安 全造成隐患。机械除冰法难以适应输电线路的复杂 环境，目前还没有成熟的实用技术。被动除冰法是 在导线上安装阻雪环、平衡锤等装置，使冰雪不易 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
12 李再华等：电网覆冰防治方法和研究进展 V ol. 32 No. 4 在导线上聚结而自行脱落，虽然不需基本投入且运 作价格低廉，但这种方法效率低，受自然条件制约 且局限于一定类型的冰，因此这种方法不能保证可 靠，目前仍是权宜之计。 有人提出利用激光的性质机理和激光的高功 率、高光束质量、高稳定性 3大特性来研究其在融 冰方面的可行性。第一种是利用激光的高能量融冰 除冰，第二种是利用激光的脉冲、 应力波产生冲击， 从而达到融冰的目的。大功率激光器对陶瓷、金属 等物体的损害也较大，在实际应用中要避免对输电 线路的危害。 3. 3 大电流融冰方法 大电流融冰是利用电网已有的设备和输电能 力，通过适当的技术措施进行输电线路的热力融冰， 下文对 3种主要的大电流融冰法进行总结和比较。 （1）过电流融冰法。 为防止导线覆冰，对于 220 k V及以上轻载线 路，主要依靠科学的调度提前改变电网潮流分配，使线路电流达到临界电流以上； 对于 110 k V及以下 变电所间的联络线，可通过调度让其带负荷运行， 并使其达到临界电流以上；对于其它类型的重要轻 载线路，可采用在线路末端接入大容量的无功装置(如大功率的调相机、电容、电感 )，使线路的功率 因数变得很低，这样就会大大增加线路电流，并很 少消耗有功功率，所消耗的有功功率主要集中在线路上。如果线路末端接入容性无功装置，线路首端 应该用电感性负载中和，如果末端接入感性无功装 置，首端应该用容性负载中和。此外，湖南提出了融冰变压器的概念，当变压器处于融冰工况时，为 线路提供偏低的电压和偏大的电流，但该方法的缺 点是无法融解避雷线和架空地线上的覆冰。 （2）短路电流融冰法。 短路融冰技术包括不带负荷的三相短路融冰 技术、两相间短路融冰技术、单相短路融冰技术、 传统的带负荷融冰技术、利用介质损耗除冰技术、 利用短路电磁力除冰技术等。其中三相短路融冰技 术最常用，其基本原理如下：线路一端三相短路，另一端供给融冰电源，采用较低电压提供较大短电 路电流加热导线的方法使导线上的覆冰融化。传统 的带负荷融冰方法只适用于局部覆冰严重地段的线路，但不适用于对大面积覆冰地区线路进行融冰 或对较长线路进行全线融冰；不带负荷短路加热导 线的融冰方法最为完善，在我国应用得较为广泛；采用介质损耗除冰技术，可均匀除冰，能耗较低， 移动灵活方便，但电磁干扰问题有待解决；采用短 路电磁力除冰技术对电力系统的稳定性有较大的影响，不适用于超高压输电线路。 根据短路电流的大小选取合适的短路电压是 短路融冰的重要环节。对融冰线路施加融冰电流的方法有发电机零起升压和全电压冲击合闸 2种。零 起升压对系统影响不是很大，但冲击合闸在系统电 压较低、无功备用不足时有可能造成系统稳定破坏事故。短路融冰时，需将包括融冰线路在内的所有 融冰回路中的架空输电线停下来，但对于大截面、 双分裂导线因无法选取融冰电源而难以做到，对于500 k V线路，这种方法则几乎不可能[16-17]。 （3）直流电流融冰法。 对于 500 k V线路，采用可控的直流电流融冰也 是一个可行的方法[18]。由于变压器线圈对直流电流 来讲如同短路，所以采用直流电流加热，需将混合交直流的线路隔离出来，也就是在线路两端需要串 联隔离直流电流，这样既不影响交流通过的电力电 容器，又可避免直流电流通过变压器产生直流磁化 现象。采用电流变换技术在隔离的线路中电路的首 末端收发直流电流。这个方法需要直流电源或电力电子器件，成本很高。加热融冰兼无功静止补偿技 术值得进一步研究和完善。 4 体会和建议 4. 1 重视电网防冰工作，加强实用技术的研究 我国北方相对南方更重视防冰及其宣传工作， 防冰效果较好。根据我国微气象地区在南方分布较 广的现实情况，许多南方地区还应进一步重视防冰 工作、加强对防冰工作的宣传。同时，要加强防冰抗冰技术的研究工作，特别是实用技术的研究和推 广工作。通过采用先进科学技术，实现安全、高效 的防冰抗冰，从而保证系统安全供电和故障后快速恢复供电。 4. 2 加强防冰工作的系统性和标准化 在线路设计和运行阶段都要加强防冰措施，即 设计避冰、改进抗冰、运行除冰。在线路设计阶段， 要进行广泛的调查研究，力求避开重冰区。对于进入重冰区的线路，必须提高线路、杆塔、绝缘子和 附属金具等设备的防冰雪、雨雾和污染的等级；对 于已有线路，在满足经济性和时间条件许可的情况 下，对线路及其相关设备进行改进，如更换新型导 线、采用防冰涂料、增加防覆冰装置等，以增强其 | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
第32卷 第4期 电 网 技 术 13 抗冰能力。 在线路运行阶段，须加强气象预测、巡线和清 洗等工作，防止积冰加重。在覆冰季节，不仅要适 当选用高效的除冰技术和装置，还要重视培养高素 质的事故应急抢修和调查分析队伍。 防冰工作的标准化是提高防冰效率和可靠性 的制度保障。应该制定更合适的行业标准，如线路 设计标准、机械除冰操作规范、热力融冰操作规范 等，制定应对大雪和冰灾的应急预案，包括融冰运行方式预案、可能发生的拉闸限电序列预案、电厂 发电机组开停预案、抢修人员和物资调配预案等。 4. 3 加强输配电系统的鲁棒性建设 通过这次防冰减灾工作，认真考察和评估电网 预防和应对大规模灾害和事故的能力，从而进一步加强电网建设和可靠运行。要在电网崩溃和意外灾 害(如地震、暴风雪、飓风、人为破坏、战争等 )等 极端严重情况下有应对措施，既要保证电网事故的承受能力，又要保证故障后的快速高效恢复能力。 大型电网的安全可靠运行在国家经济建设中 起着及其重要的作用，需进一步加强系统建设以及 正常和故障情况下的技术措施研究。在加强输变电 系统应急计划研究的同时，也要重视供用电系统应急计划的研究，以保证最重要用户的紧急用电需 求。这可能包括应急电源、各种备用电源，也包括 分布式能源发电的统一计划和协调：其中移动应急 电源可满足特殊场合的需求，如用于抗灾、重要集 会和活动；而在分布式发电系统中，各电站相互独立，参与运行的系统少，操作简单，不会发生大规 模停电事故，安全可靠性较高，可以在意外灾害发 生时继续供电，为集中供电方式提供后备电源，适合向偏远农村、牧区、山区供电，在维持重要用户 供电，保证居民的最基本生活用电方面发挥重要的 辅助作用。 5 结论 本文在介绍国内外覆冰防治方案和实践的基 础上，分析讨论了不同防冰除冰方法的特点。 2008 年初这次超乎预测的大规模自然灾害对电网运行 造成了巨大的冲击，再次说明电网安全可靠运行的重要性，因此应进一步加强电网建设和各种防灾减 灾措施的研究。 （1）须把预防电网冰雪灾害工作放到更加重 要的位置。在线路设计和运行阶段都要加强防冰措 施。对输电线路的冰雪灾害，应防、除并举，首先应考虑防冰，加强对防冰的重视和宣传，力争防灾 于萌芽阶段。 （2）在防冰技术的研究方面，应加强对导线 覆冰机理、模型，覆冰导线舞动机理和输电线路各 种防冰和除冰技术的改进及其实用化的研究。 （3）在除冰方法方面，但大多方法还仅处于 实验阶段或仅针对重点线路有所应用，因此应进一 步开展输电线路大规模除冰的应用研究，以预防和 解决类似的恶劣气候引发的实际问题。 （4）目前我国现场应用的除冰方法主要是 “ad hoc”法，这类方法有一定的效果，但为确保操作 人员和系统的安全，需制定相应的除冰操作规范。 （5）采用电力系统设备自身进行热力融冰的 方法 (包括过电流融冰、交流短路电流融冰、直流电 流融冰等 )，挖掘了电力设备的作用， 除冰速度较快， 对一定范围内的线路融冰可能是有效的。目前，上 述方法还处于研究试用阶段，因此应继续支持开展相应的研究工作。 （6）研制输电线路覆冰预警与监测系统，建 立准确的冰区图，制定线路在冰雪条件下的运行规 则和标准，加强防冰应急措施，对保证防灾调度指 挥的准确和高效实施具有十分重要的意义。 （7）应以 2008年1月我国南方的冰雪灾害为 借鉴，拓展思路，认真考察和评估电网预防和应对 各种意外大规模灾害 (如地震、台风、洪水、冰雪、 甚至战争等 )和事故的能力， 制定适应不同电压等级 电网、不同地区电网特点的技术经济上适合国家能 源需求的应急计划以及灾后快速恢复和重建机制。 参考文献 [1] 胡小华，魏锡文，陈蓓．输电线路防覆冰涂料的研究进展 [J]．材 料保护， 2006，39(3)：36-38． Hu Xiaohua ，Wei Xiwen ，Chen Bei ．Recent progress in anti-icing coating for transmission line[J] ．Materials Protection ，2006，39(3)： 36-38(in Chinese) ． [2] Watanabe Y ．Flashover tests of insulators covered with ice or snow[J]．IEEE Trans on Power Apparatus and Systems ，1978，97(5)： 1788-1793 ． [3] 蒋兴良，易辉．输电线路覆冰及防护 [M]．北京：中国电力出版社， 2002． [4] 黄强，王家红，欧名勇． 2005年湖南电网冰灾事故分析及其应对 措施 [J]．电网技术， 2005，29(24)：16-19． Huang Qiang ，Wang Jiahong ，Ou Mingyong ．Analysis on accidents caused by icing damage in hunan power grid in 2005 and its countermeasures[J] ．Power System Technology ，2005，29(24)： 16-19(in Chinese) ． [5] 许源，刘人玮，李军．湖南电网防冻融冰体系改革之探讨 [J]．湖 南电力， 2003，23(5)：24-27． （下转第 22页 continued on page 22 ） | 民电-电网覆冰防治方法和研究进展_李再华1.pdf |
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