架空输电线路除冰技术分析.doc

架空输电线路除冰技术分析摘要：覆盖在架空输电线路，尤其是特高压输电线路上的冰严重影响 电网的操作安全性••文章中对架空输电线路的除冰技术,如机械除冰, 电热除冰等，总结各种除冰方法的优缺点,研究了能耗和存在的问题,分析架空输电线路除冰技术的现状，提出除冰技术的发展趋势. 关键词:架空输电线路，覆冰，除冰，特高压.1.引言:输电线路结冰问题在世界范围内都很普遍•线路覆冰会引起冰闪跳闸，相位闪•当输电线路上的冰超过线路的承受极限就会破坏 线路，导致杆塔倒塌,给电网安全带来严重的隐患•因此线路除冰方 法的研究在电力行业成为国际上的热门研究课题.冰灾在世界各地引起了重大的安全事故.加拿大魁北克是最严 重的冰灾区，冰灾在美国中部和西南部也非常严重,俄罗斯的高加 索北部，日本，英国，芬兰，冰岛等国已经因为输电线路覆冰引发了较 多的安全事故.2008年初，中国东部，中部和南部地区出现了持续低 温，冻雨天气造成了 14个省区的不同程度的电力灾难."9条 500KV输电线路运行中断,占全部500KV线路的19.01% ,343条 220KV输电线路运行中断,占全部220KV线路的9.38% .随着中国特高压和超高压输电技术的发展，面对冰灾，输电线路 需要更高的安全保障•本文分析了除冰技术在输电线路中的地位和 国内外现有的除冰方法，研究了除冰技术的能耗问题,可行性，安全 性，展示了架空输电线路除冰的发展趋势.2架空输电线路的除冰方法现有的架空输电线路除冰方法大体可以分为3类:机械除冰，电 热除冰和其他除冰方法.2.1机械除冰发早期的机械除冰方法是利用冰刀刮去线路上的冰•加拿大魁北克的高压实验室发明的除冰设备有些类似除冰机器人•电磁脉冲除冰设 备更早由美国堪萨斯大学发明•它的基本原理是在SCR触发器的控制 下通过一个铜线圈电容器产生强磁场来除掉覆盖路上的冰•由靠 近线圈的传导金属板产生高振幅，低周期的脉冲电流，应用脉冲电流时 金属表面产生细微的收缩和扩张使冰层破碎掉落，以达到除冰的效果.机器人除冰是一种在国际上更加流行的方法，由于人工智能的发展越来越成熟，机器人除冰的应用范围更加宽广，可以实现在野外复杂 环境下的除冰工作•机器人除冰能耗低，轻便，灵活，适应性强，工作效率 高，因此它的发展空间很大•多功能机器人可以手动操作除冰，旋转前 进除冰或者通过振动除冰•日本的东京电力公司,美国的TRC和位于 加拿大魁北克的水力发电研究学会先后分别在上世纪80年代开发出 了自动线路检查机器人•魁北克的水力发电研究学会在2000年开发315KV,800A了一个远程控制除冰机器人HQ线路漫游者，新一代的线路漫游者在的线路上进行了若干项测试，取得了很好的效果，其活动范围达到了 4公里.在中国，很多大学和研究机构，比如哈尔滨工业大学和武汉大学，很早就着手研究除冰机器人，中国电科院以前就研发了一款新型除冰机器 人，山东电科院也研制了较早的巡线除冰机器人,都取得了良好的测试 结果•随着人工智能的发展和跨越障碍机器人框架结构的日益成熟，机 器人除冰技术将成为线路除冰领域的发展趋势，拥有广阔的发展空间.2.2热能融化除冰法热能融化除冰法在现如今的除冰技术中得到了广泛的研究，该方 法通常是放大输电线路中的电流，加热导线来融化线路上的覆冰.加拿大的马尼托巴湖水电站早在1993年就用短路电流来融化线 路覆冰•首先要断开被冰覆盖的输电线路和电网，载荷由另外的一个回 路来承担，然后联接三相电路的一端，用另一端的融冰电源通过调节技 术是线路的励磁电流上升，产生的热量使冰层逐渐融化脱落•通常有两 种方法提升线路的融冰电流，随着融冰功率从零开始上升，电压将会受到影响下降・・利用热流的变化来除冰也是一种除?冰方法•通过科学的方法，改变电流的分布,目标线路上的电流达到线路保护电流（保证线路不结冰的 最小电流），利用变压器的相间转换控制电流除去输电线路上的冰层, 已经在230KV和315KV电压等级的线路上得到成功的应用，在500KV超高压线路上还没有应用经验.高频高电压除冰法的原理是在输电线路上加载高频率（20〜150KV） 和高压电流，促使输电线路发生”集肤效应”•电流主要集中在导线表面 进行热传递•覆冰对绝缘和散热都不利，利用产生的热量融化冰层•集 肤效应是电荷在循环互换过程中的现象,在长距离输电线路上进行除 冰其高频损失非常剧烈，因此这种方法只适用于短距离线路.随着特高压输电技术的发展，超过500KV的输电线路上的阻抗很小, 短路融冰的方法被线路的材料，长度，穿越区域，融冰功率所限制•融化 冰层不得不将输电线路断开，高电流又会导致高温元件的损坏，融冰需 要消耗大量的能＞(1-10KW/mA2),因此在500KV超高压线路上并不 可行。

若干条750KV输电线路每公里阻抗和最小融冰电流如表格所7J\O输电线路截面积阻抗无风最小融冰电流3m/s风速融冰电流6XJL/G2A-500/35535.00.058100012007XLGJ-400/35425.20.07480010508XLGJK-310/50362.70.0937009002.3其他融冰方法防止冰层覆盖技术也是一种有效的除冰方法，利用较低的表面张 力，非亲水材料，高导热材料和高吸收材料覆盖在输电线路上，可 以有效地降低冰层对线路的影响激光除冰技术利用激光产生的热量来融化输电线路上的冰层，但是激光产生的高温对陶瓷材料和输电线路产生的破坏也十分严重，而 且除冰操作过程十分复杂3除冰技术的能耗比较由于机械除冰和利用热量除冰方法的原理不同，机械除冰的经济成本更低，根据粗略的统计，机械除冰的能耗不到几十J/m^2 ,而利用热能进行除冰达到了 900J/mA2,机械除冰的效率是热能除冰效率的30-100倍各种除冰方法能耗比较见下表除冰方法数据来源能耗（KJ/Kg）能耗(KJ/mA2)融冰（1mm）理论112301融冰（3mm）理论335904电磁脉冲试验0.8523冰刀刮除理论0.08-1.80.2 〜4.3机械外力试验0.0040.0114结束语不管是灵活性还是能量消耗的成本，利用机器人除冰都优于其他的除冰方法，该方法也将是今后除冰方法的发展趋势，相比电热法除冰，机械除冰能够极大地降低能量消耗，即使除冰效果略逊于其他方法，依然引起了广泛的关注，但随着除冰机器人的发展，利用成熟的控制系统和机器人行走结构，除冰机器人的利用空间将会更大。

致谢感谢中央大学基础研究基金会对本工作的大力支持。