电力融冰探秘

■本刊记者 王睿佳 通讯员 阮松萍 贾理要/ 编辑 曲艺

寒冬时节，在常人眼里，南方往往意味着温暖和煦。不过，同样是在南方，居住在华中和西南地区的国人却对冬季的阴冷潮湿“刻骨铭心”。而一旦寒潮来袭，就连铁塔银线也“招架不住”。

2月初，云南曲靖，雨雪交加，冰冷的雨滴落在低于0 摄氏度的线路上，很快形成沉重的冰凌。输电线路覆冰可以说是最令电网员工头痛的问题之一，会导致输电线路断裂、倒塔、跳闸等故障，给电力系统安全运行带来巨大挑战。抗冰保电也成为电网人每年冬季的必修课。

电网如何抵御大自然的“魔法攻击”？记者带着疑问来到被冰冻困扰的保供一线，找寻破解魔法的“神力”。

应急保电显威力

春节前夕，受寒潮和冷空气影响，云南多地遭遇多轮强降温天气，高海拔地区出现低温雨雪冰冻灾害，多条输电线路出现覆冰现象。

冬季冷空气频繁南下，同时来自孟加拉湾的暖湿气流源源不断输送至我国西南地区，在云贵高原易形成“云贵准静止锋”，长期维持并控制贵州大部、云南东部地区。曲靖市位于云南东部，正处于“云贵准静止锋”覆盖范围，冬春季雨雪冰冻灾害的区域性分布十分明显。每年12 月至次年2 月，强冷空气影响频繁，气温波动较大，阶段性大范围出现低温雨雪的概率较大，冰冻灾害主要集中在会泽、宣威、沾益、富源、罗平等区域。

1月25日，宣威市220千伏虹桥变电站外被白雪覆盖。电网线路覆冰比值不断攀升，220千伏虹平Ⅱ回线导线覆冰比值已达0.5，地线光缆覆冰比值直逼0.42。

在南方电网云南曲靖供电局（以下简称“曲靖供电”）应急指挥中心，记者感受到现场的气氛严肃而紧张。为保证线路安全稳定运行，指挥人员正在启动线路直流融冰工作。

融冰现场，工作组组长宋晓红、副组长肖松等人早已提前驻守。检查融冰隔离开关、融冰变压器、水冷系统……接到融冰命令后，大伙儿有条不紊地忙碌起来。运行人员许文静发现67号融冰管母支柱有异常放电声响，肖松随即带领修试人员开展检查；宋晓红则带领其他运行人员将线路转至融冰状态。随后工作人员进入主控室，在电脑后台系统启动融冰工作。

“准备升流模式，起始升流300 安，正常。”“电流升到500 安，正常。”记者听到的指令是工作人员在根据覆冰监测系统变动的数据，不断远程调整融冰方案和模式。

另一边，220千伏虹桥变电站融冰小组则根据指令动态操作、观测、反馈。午后，220千伏虹平Ⅱ回线、110千伏平横且线串融融冰工作顺利结束。

记者了解到，融冰装置一般包括融冰变压器、阀组、水冷系统、测控保护装置等。直流融冰技术主要是通过对输电线路施加直流电，并在输电线路末端短接，使输电线路发热而达到融冰效果，避免输电线路因覆冰而发生倒杆断线等极端情况。

提及电力融冰，业界一般以2008 年春节南方罕见雨雪冰冻灾害为肇始。当年我国南方输配电电网高塔、线路受损情况触目惊心，而那次抗灾经历也令很多人记忆犹新。

抗灾结束后，南方电网加紧研制交直流融冰技术，建设完善的覆冰在线监测系统。

“我们深刻反思和总结，选择了对输电线路进行抗冰加固、覆冰监测预警、预测预报、直流融冰装置加装等几个关键技术领域进行攻关。”南方电网防冰减灾联合实验室主任曾华荣，以及吴建蓉、杨涛、黄欢等一大批高素质的科研技术人才组成防冰技术团队进行科研攻关。

2010年11月22日，曲靖供电第一套融冰装置在220千伏沾益变电站投入运行。如今，曲靖供电共有7 套固定式直流融冰装置和1 套移动融冰装置，分别布点在110 千伏及以上变电站，全力确保主网架安全，同时，不断投入资金，加装融冰隔离开关等，持续提升融冰效率。

“融冰越来越轻松了！变电站还没有加装融冰隔离开关前，一个融冰小组10人，融冰操作前的准备就得花上3个多小时，大伙儿需爬到直流融冰母线设备上加装短搭融冰导线，搭接到架空线路引流线上，实现融冰导线搭接，不仅效率低，风险也高。加装融冰隔离开关后，变电运行人员将线路操作至具备融冰状态，在主控室后台即可启动融冰，不仅安全，工作效率还提高不少。”肖松感叹科技助力后融冰工作的便捷与高效。

“得益于变电站融冰隔离开关的加装，1 条500千伏线路从开始操作到融冰结束恢复运行，时间由以前的16 小时降至现在的6—8 小时，融冰效率大幅提升。”曲靖供电生产技术部变电检修专责毛兴告诉记者。

带电融冰守民生

目前，直流融冰装置大多用于110千伏及以上主网输电线路，云南配网遍布山区，且多种天气气候类型交织，分布广泛的配网线路融冰面临难题。

云南昭通，地处云、贵、川三省接合部的乌蒙山区腹地，坐落在四川盆地向云贵高原抬升的过渡地带，属于暖温带共存的高原季风立体气候，海拔最高相差3700 米，温差大，微气候显著，点多面广的配网存在广泛的局部线路覆冰情况，亟须用技术手段代替人工除冰。

1 月24 日，南方电网云南昭通供电局（以下简称“昭通供电”）在昭阳区小龙洞乡以小龙洞10 千伏宁边线16 号公变支线为试点，首次使用配网交流在线融冰装置，在云南省率先成功实现线路带电融冰。

那么，昭通供电是如何在配网不停电的情况下进行线路融冰的呢？跟随工作人员，记者接触到一种神奇的装置——配网交流在线融冰装置。

该装置无需线路停电，在不改变送电侧传输有功和无功功率、负荷大小，不影响用户用电的情况下，增加被融冰线路的交流电流，促使导线发热，实现线路的在线融冰。该技术主要用于10 千伏线路的交流融冰，解决了昭通山区配电线路融冰难、操作复杂的问题，同时提高了重冰区配电线路的抗冰防冰能力及供电可靠性，进一步保障了沿线用户的生活用电需求。

“计划一个小时，十分钟搞定。”在融冰现场，设备开启。仅过了5 分钟，冰块便从电线上逐渐脱落。站在一旁的工作人员兴奋地喊：“冰开始掉咯。”又过了几分钟，原本附着在导线上的冰块完全落下。

谈及带电融冰的好处，昭通供电规划建设中心评审组长梁开旺说：“把线路停下来融冰更加安全，但需要多回线路转供才能保证用户不停电，因此，带电融冰的好处显而易见，能保证配网单回路情况下线路不停，满足用户的用电需要。”

有了成功作业经验，昭通供电计划未来进一步扩大装置配网融冰的场景和范围。“可以考虑启动定时融冰设置，在凌晨用户普遍不用电时融冰，进一步减少影响。”梁开旺说。

对于此次配网带电融冰案例，南方电网特级专业技术专家傅闯给予了很高的评价：“配网带电融冰作业的想法很好，创新探索和实践应给予鼓励。”

精准融冰“观”“监”结合

要想精准进行融冰操作，避免资源浪费，就要观冰和知冰，预判电力线路什么时候会结冰，实时观测到底结了多厚的冰，准确研判冰情后，才能“诊断”线路，决定是否启动融冰装置。

记者了解到，近年来，我国电网端已构建了一套成熟的“在线监测为主，人工观冰为辅”的覆冰感知体系，并达到国际领先水平。

电网覆冰预测系统为防冰抗冰“运筹帷幄之中，决胜千里之外”提供精准“情报”，犹如给观测人员增加了能感能测的“魔法”。电力线路上的微气象、覆冰拉力监测等装置的一手数据都会定时传输到覆冰系统里。该系统综合各方气象、高清影像、地图等数据后，可准确预测未来三天的电力线路覆冰厚度。有了“魔法”的加持，电网抢险人员就可以在第一时间采取相应措施，为抗击冰冻灾害赢得宝贵时间。

近期，为有效开展融冰，昭通供电对供电区域高海拔、重覆冰线路进行密切监测，确保电网设备安全稳定运行。

不到现场，怎么知晓现场情况？昭通供电生产技术部输电运行专责徐文吕指着覆冰在线监测系统说：“我们有它！”说着徐文吕调出了最新的数据，“你看这个塔，覆冰在线监测装置显示地线拉力增加942 公斤，导线2443 公斤，这就是冰的重量。”

监测系统不仅可以看到覆冰比值、覆冰厚度、实时环境温度、最大拉力等数据，还可以通过线路上的摄像头查看覆冰情况。同时，该系统还匹配了历史监测数据、历史监测曲线，可以辅助决策。

除此之外，还有另外一套收集信息的“系统”，那就是观冰员。

在昭通供电，有一个内部工作群，名为“春暖花开—守夜人”，群里的成员来自生技部、输电所等部门，方便实时收集最新信息。

昭通35 千伏以上的线路共有383 条、7200余千米，根据历年覆冰情况，昭通供电在约137条线路上设置了280 余处观测点。这些观测点分散、路远，仅依靠电网员工很难做到关键时间、关键地点全覆盖。

为此，昭通供电招募200余名住在线路附近的观冰员，以便就近观测。

多管齐下，电网冰情变得清晰可控。

据记者了解，一般情况下，当输电线路覆冰厚度达到设计覆冰厚度的80%，预计后续几天气温仍徘徊于0摄氏度附近，导致覆冰可能会继续增长时，电网企业便会对该输电线路开展融冰。

“昭通山大，各类气象要素的区域差异显著，多种天气气候类型交织分布。群众观冰员非常重要，他们会提供家门口的结冰信息，作为我们观测系统的辅助，更有益于我们合理决策。融冰后，观冰员也会到现场查看情况，完成闭环。”徐文吕介绍。

创新引领未来应用

展望未来，融冰技术仍有很大的发展空间和潜力。随着电网规模的不断扩大，覆冰区域的不断增多，覆冰强度的不断加大，融冰技术的需求将更加迫切。

“融冰技术的研究最早是在加拿大，但世界第一套直流融冰装置得到实际应用是在贵州地区。”谈及融冰技术的沿革，中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧说，可控电流源融冰装置应成为新一代融冰装置的标准型式。

当前，我国的融冰除冰技术已进入快速发展阶段。记者梳理发现，仅南方电网关于直流融冰的技术发展就有多项成果：

2008 年南方电网启动了以“南方电网直流融冰装置样机研制”为代表的重点项目攻关。同年，自主研制的国内首套大容量（60兆瓦）电流精准可控直流融冰装置试验成功，输电线路导线覆冰问题得到解决。

2009年底 南方电网第一套覆冰监测系统在贵州投入试运行，迈出了全面建设覆冰监测体系的第一步。

2011 年南方电网攻克架空地线和光纤复合地线（OPGW）融冰技术，输电线路地线融冰得到成功解决。

2013年新一代电流精准可控直流融冰装置研制完成并成功应用。同年，南方电网科学研究院建立了国内首个覆冰监测装置检测实验室。

2015 年南方电网主导的《直流融冰装置》等3 项国家标准颁布，标志着防冰抗冰技术进入全新阶段。

2019年高压直流线路导线不停电地线/OPGW融冰成功应用。

2022年《南方电网公司标准设计与典型造价V3.0》的标准模块《直流融冰装置标准设计》发布。

2023年国家标准《直流融冰装置》修订启动。

国家电网在融冰科技创新方面也成果丰硕：

2014 年“电网大范围冰冻灾害预防与治理关键技术及成套装备”项目荣获2013 年度国家科学技术进步奖一等奖。

2017年“一种集约型直流融冰装置拓扑结构”发明专利获得第十九届中国专利金奖。

2022年国网湖南防灾减灾中心完成±800千伏特高压宾金直流导线不停电地线现场融冰，标志着大电网科技防冰取得重大进展，填补了一直以来地线缺乏有效带电融冰手段的技术空白，在世界防冰领域处于国际领先水平，为保障冬季大电网安全运行和电力可靠供应提供强有力科技支撑。

2023年风机叶片高效除冰技术在湖南益阳邱家仑、松木塘、永州舍子源风电场开展应用，可实现90分钟内风机叶片覆冰快速脱落，为冬季覆冰条件下新能源的可靠送出提供了有力保障。

此外，我国在电网抗冰材料研究和应用方面也有所突破，如绞合型碳纤维复合芯导线具有更好的抗压能力、整体稳定性、抗断裂性能等，可用于中重冰区、强风区，提高输电线路本体的抗覆冰、防灾能力；在防覆冰涂料方面，超疏水涂层表面具有微纳粗糙结构，可以有效降低冰层与涂层接触面积和附着力，实现易脱冰；涂层与涂层表面之间存在空气层，阻隔液滴结冰时的热量传递，达到延迟结冰的效果。

放眼未来，电网端融冰技术的成功经验是否可以应用到更广阔的领域？

“覆冰是各种结构物面临的普遍现象，不仅是电网，风力发电机组、飞机、高铁等都面临覆冰的危害。”重庆大学教授蒋兴良指出。

众所周知，风力发电对气象条件的变化非常敏感，具有一定程度的不稳定性。冬春季节气候湿润的地区，风机叶片覆冰成为风电场无法正常运行发电的主要影响因素。

叶片覆冰后，叶片气动特性改变、机组动态荷载增加，会对风电场安全运行和效益产生负面影响。此时，叶片除冰尤为迫切。

“叶片气热除冰方案基本原理是通过加热叶片内的空气并在叶片内部循环，再将热量传到叶片外表面，从而达到除冰的目的。”业内专家介绍，此外，还有一种物理去冰法，涂抹防冰涂料，给叶片穿一层“衣服”，通过超疏水涂料使风机叶片表面不沾水，从而达到不结冰的目的。叶片的去冰除冰技术推广将为电网稳定运行和风力发电效益提升带来实打实的好处。

湖南益阳，桃江邱家仑风电场，岁末的气温降至0 摄氏度以下，天空中飘起了冻雨，风机叶片外层渐渐被冰晶覆盖。与此同时，叶片上的气热除冰系统开始工作。在凝冻情况下，大部分风机已经停机或降低运转效率，而邱家仑风电场经过抗冰改造的8 台风机仍在冰雪中正常运转，为电网稳定运行提供了有力支持。

在1 月底至2 月初南方大雪频至时期，湖南省内多处风电场在降雪天气中表现出色，由中车株洲所承建的湖南株洲县龙凤、溆浦县紫荆山等风电场共计23 台风机通过去冰除冰改造，在冰冻环境下稳定高效输送绿电。据了解，湖南郴州石盖塘、溆浦紫荆山、株洲龙凤风电场经历技改后每年预计挽回410万元的发电收益。

“冰灾防御是多领域的重大科技难题与关键技术，电力能源在融冰方面取得的科技成果，也可以应用到飞机、高铁等领域。”谈及融冰技术的未来前景，蒋兴良如是说。

从日出而作日落而息，到万家灯火点亮夜空，科技进步体现在各行各业，日新月异，从未止步；从竹竿敲冰、太阳融冰，到导线、地线的融冰全过程控制，电网实现了从被动防冰到主动防冰的转变；从气热除冰到抗冰材料的研究，从单一方法到多种方法的丰富，从低效率到高效率的提升，从高成本到低成本的转变，从局部应用到全面覆盖的扩展，融冰技术取得了显著的成果和进步，不仅保障了电网安全稳定运行和电力可靠供应，也为多行业多领域提供了借鉴，节约了人力物力，减少了环境污染，提高了社会效益和经济效益。

随着科技的不断进步，融冰技术的创新将更加活跃，融冰应用的领域将更加宽广。相信在不远的未来，融冰技术将取得更大突破，为能源、制造、交通等多行业提供更加强有力的技术支撑，为社会服务，为人类造福。■