高压输电线路电热融冰技术

蹇杰+胡超

【摘 要】供电安全是一项关系民生和社会生产的重要工作内容，尤其是近年来雨雪冰冻等自然灾害频繁发生，造成了严重的社会供电安全，如电线杆倒塌、输电线路结冰等严重问题，给国民经济和社会生活造成了严重的后果，甚至有些地方还因此造成了人员伤亡等不利影响。文章探讨我国当前正在使用的高压输电线路热融冰技术，为高压输电线路的融冰技术的应用和发展提供了相应的参考依据。

【关键词】高压输电；电热融冰技术；探讨分析

输电线路结冰是电网在运行工作当中所面临的严重自然灾害，尤其是在我国南方地区，由于冬季空气湿度大，气温相对较低，加上冻雨等自然天气频繁发生。所以，输电线路结冰导致供电安全系数下降的问题尤为突出。线路结冰很大程度上导致了增加了电线杆和电线铁塔的载重负荷，加上风载条件下导致电线的张力急剧加大，严重情况将会导致电线断裂、电塔和电线杆倒塌等问题发生，很大程度上造成了电网的安全运行[1]。

1 输电线路结冰的主要原因

输电线路结冰所导致的后果，不但给国民经济带来了重大的影响和巨大的损失，同时一定程度上也有可能导致群众安全事故性问题发生。对于高压输电线为何会出现结冰的现象发生，一般说来，输电线路在电流输送的过程当中，其本身会散发一定的热量，从而达到消除电线上积雪和雨水等，但是为什么线路依然会在雨雪天气出现结冰现象的发生？这是由于一方面输电线路在电流的输送过程当中，为了尽可能的降低电能的损耗，采用了电阻较小的材料，这就很大程度上造成了电线自身发热的能量有限。数据研究分析，一段横切面为0.3平方厘米的电线放热量相对于一台5w的电炉每小时所散发的热量，同时冬季室外天气相对较低，电线自身所散发的热量很快被周围冷空气所吸收，所以造成线路结冰的问题就比较常见。另一方面是南方冬季自然天气中，雨雪天气非常的多，加上温度相对较低，所以南方电线结冰的现象比北方更为严重。

2 输电线路结冰所造成的不良影响

（1）所承受的负载量较大；当输电线因为天气等自然原因出现结冰的现象往往会造成输电线路质量的增加，当质量超过输电线路所能承受的最大设计力度时，往往就会出现输电线路断裂的问题出现。同时由于输电线路质量增加，所承受的受风面积也在不断的加大，电线杆及电塔所承受的压力也不断加强，所以也非常容易造成电线杆倒塌等问题出现。

（2）输电线结冰导线摆动；在冬季气温较低时，输电线很容易出现结冰现象的发生，当输电线水分分布不均的情况下，往往也会造成导线结冰不均出现非对称情况的出现。当不对称的结冰面受风力的作用下，就会导致输电线来回摆动。当输电线摆动的时间持续加大、幅度不断加大，就有可能对输电线造成损坏，如输电线表层的破裂、金属材质的损伤等，严重的时候还有可能造成电塔和电线杆的倒塌。

（3）绝缘子冰闪；通常在输电线大量结冰的情况下，绝缘子的绝缘强度也会不断降低，导致泄露距离缩短。另外在输电线结冰融化的过程中，相关的电解杂质也会随着融冰问题一起溶解，从而大大加强了融冰水导电性能的提升，造成了绝缘子串电压分布及单片绝缘子表面电压分布出现变化，使得绝缘子电压出现降低的现象。另外，在融冰过程中，多半会伴随有大雾天气的状况出现，大雾中夹杂的颗粒物也在很大程度上促使了融化冰水的导电率。造成了冰闪现象的出现[2]。

3 高压输电线路电热融冰技术

（1）自然外力除冰；这项除冰技术手段是当前运用最为广泛、最为简单和最为成熟除冰方法。这项技术的应用主要是利用自然外界的大风、温度的差异性以及地球旋转所产生的离心力等自然界外力的作用效果，达到消除输电线的融冰的目的。另外，在应用自然外力除冰的基础上，还在导线上装设如阻雪环、平衡锤等实施装置，以此来降低輸电线的冰雪聚集。外力除冰的方法特点是简单容易操作，所需的成本也相对较低。但是所包含的缺点是在实施上，不能够彻底有效的防止输电线融冰，在一定情况下还有可能因为除冰不均匀造成输电线跳跃，制约其他应用的正常运行。

（2）直流融冰；它的工作原理是选取相应的一晶闸管，晶闸管额定工作电压为4kV，电流为3kA左右。首先要将高压母线进行变压，本文中采用换流变压器，将500kV电压变为6.3kV，晶闸管选额定电压为4kV，电流为3kA的普通晶闸管。4kV是该晶闸管能够承受的相电压，是一个晶闸管正常工作电压。变压器降压后线电压为6.3kV。

对其中一个单桥：Ud=2×1.17U2cosα=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα，其中U2L为线电压

Ud=1.35×6.3cosαKV=8.51cosαKV

以上电路带有平衡电抗器，属于电感负载。平衡电抗器一方面可以作为电感滤波；另一方面为平衡电抗器，保证两个整流桥负载相同，可以提高整流桥的容量。不考虑换流器的损耗，控制角α=0°C，则电压Ud为8.51kV，两个桥是并联的。一根导线的电阻为：0.105Ω/km×105km=11Ω；对一条线路融冰，有三相，从以上接线，可以知道这里不考虑分裂导线影响，只作近似计算所以总电阻为：R总=11Ω+11/2Ω=16.5Ω、I=8.51/16.5KA=0.512KA，可得总电流I总=2×0.512KA=1.024>Ic=0.749KA

（3）热力融冰法；热力融冰法是世界公认的最有效的除冰技术，其采用焦耳效应融冰原理，利用电流加热覆冰导线进行除冰。加拿大魁北克水电研究院的研究人员建立了用于估算不同电流、温度、风速条件下融冰时间的数学模型，即

Ec+Ecg+Efg=（I2R+Ps-Pr-Pc）t

式中：Ec为加热导线所需的能量，J/m；Ecg为加热冰所需的能量，J/m；Efg为冰融化所需的能量，J/m；R为导线电阻，Ω/m；I为导线中的电流，A；Ps为吸收的太阳能，W/m；Pr为热辐射损失，W/m；Pc为热对流损失，W/m；t为电流施加时间，s。公式（1）相比于Ic2R1t=Qf+Qd，更加全面。在一定环境下，可以测出以上变量。

4 结束语

输电线路结冰是电网在运行工作当中所面临的严重自然灾害，尤其是在我国南方地区，由于冬季空气湿度大，气温相对较低，加上冻雨等自然天气频繁发生。所以，输电线路结冰导致供电安全系数下降的问题尤为突出。线路结冰很大程度上导致了增加了电线杆和电线铁塔的载重负荷，加上风载条件下导致电线的张力急剧加大，严重情况将会导致电线断裂、电塔和电线杆倒塌等问题发生，很大程度上造成了电网的安全运行。输电线路结冰所导致的后果，不但给国民经济带来了重大的影响和巨大的损失，同时一定程度上也有可能导致群众安全事故性问题发生。

【参考文献】

[1]吕锡锋，何青.高压输电线路电热融冰技术[J].中国电力，2014，47（1）：17-22.

[2]丁希亮，韩学山，张辉，等.电热协调潮流及输电线路温度的变化过程分析[J].中国电机工程学报，2008，28（19）：138-144.

[3]董晓明，梁军，韩学山，等.计及输电线路温度变化的连续潮流模型与计算[J].电力系统保护与控制，2012（23）：36-41.