高壓輸電線路電熱融冰技術

蹇杰+胡超

【摘 要】供電安全是一項關系民生和社會生產的重要工作內容，尤其是近年來雨雪冰凍等自然災害頻繁發生，造成了嚴重的社會供電安全，如電線桿倒塌、輸電線路結冰等嚴重問題，給國民經濟和社會生活造成了嚴重的后果，甚至有些地方還因此造成了人員傷亡等不利影響。文章探討我國當前正在使用的高壓輸電線路熱融冰技術，為高壓輸電線路的融冰技術的應用和發展提供了相應的參考依據。

【關鍵詞】高壓輸電；電熱融冰技術；探討分析

輸電線路結冰是電網在運行工作當中所面臨的嚴重自然災害，尤其是在我國南方地區，由于冬季空氣濕度大，氣溫相對較低，加上凍雨等自然天氣頻繁發生。所以，輸電線路結冰導致供電安全系數下降的問題尤為突出。線路結冰很大程度上導致了增加了電線桿和電線鐵塔的載重負荷，加上風載條件下導致電線的張力急劇加大，嚴重情況將會導致電線斷裂、電塔和電線桿倒塌等問題發生，很大程度上造成了電網的安全運行[1]。

1 輸電線路結冰的主要原因

輸電線路結冰所導致的后果，不但給國民經濟帶來了重大的影響和巨大的損失，同時一定程度上也有可能導致群眾安全事故性問題發生。對于高壓輸電線為何會出現結冰的現象發生，一般說來，輸電線路在電流輸送的過程當中，其本身會散發一定的熱量，從而達到消除電線上積雪和雨水等，但是為什么線路依然會在雨雪天氣出現結冰現象的發生？這是由于一方面輸電線路在電流的輸送過程當中，為了盡可能的降低電能的損耗，采用了電阻較小的材料，這就很大程度上造成了電線自身發熱的能量有限。數據研究分析，一段橫切面為0.3平方厘米的電線放熱量相對于一臺5w的電爐每小時所散發的熱量，同時冬季室外天氣相對較低，電線自身所散發的熱量很快被周圍冷空氣所吸收，所以造成線路結冰的問題就比較常見。另一方面是南方冬季自然天氣中，雨雪天氣非常的多，加上溫度相對較低，所以南方電線結冰的現象比北方更為嚴重。

2 輸電線路結冰所造成的不良影響

（1）所承受的負載量較大；當輸電線因為天氣等自然原因出現結冰的現象往往會造成輸電線路質量的增加，當質量超過輸電線路所能承受的最大設計力度時，往往就會出現輸電線路斷裂的問題出現。同時由于輸電線路質量增加，所承受的受風面積也在不斷的加大，電線桿及電塔所承受的壓力也不斷加強，所以也非常容易造成電線桿倒塌等問題出現。

（2）輸電線結冰導線擺動；在冬季氣溫較低時，輸電線很容易出現結冰現象的發生，當輸電線水分分布不均的情況下，往往也會造成導線結冰不均出現非對稱情況的出現。當不對稱的結冰面受風力的作用下，就會導致輸電線來回擺動。當輸電線擺動的時間持續加大、幅度不斷加大，就有可能對輸電線造成損壞，如輸電線表層的破裂、金屬材質的損傷等，嚴重的時候還有可能造成電塔和電線桿的倒塌。

（3）絕緣子冰閃；通常在輸電線大量結冰的情況下，絕緣子的絕緣強度也會不斷降低，導致泄露距離縮短。另外在輸電線結冰融化的過程中，相關的電解雜質也會隨著融冰問題一起溶解，從而大大加強了融冰水導電性能的提升，造成了絕緣子串電壓分布及單片絕緣子表面電壓分布出現變化，使得絕緣子電壓出現降低的現象。另外，在融冰過程中，多半會伴隨有大霧天氣的狀況出現，大霧中夾雜的顆粒物也在很大程度上促使了融化冰水的導電率。造成了冰閃現象的出現[2]。

3 高壓輸電線路電熱融冰技術

（1）自然外力除冰；這項除冰技術手段是當前運用最為廣泛、最為簡單和最為成熟除冰方法。這項技術的應用主要是利用自然外界的大風、溫度的差異性以及地球旋轉所產生的離心力等自然界外力的作用效果，達到消除輸電線的融冰的目的。另外，在應用自然外力除冰的基礎上，還在導線上裝設如阻雪環、平衡錘等實施裝置，以此來降低輸電線的冰雪聚集。外力除冰的方法特點是簡單容易操作，所需的成本也相對較低。但是所包含的缺點是在實施上，不能夠徹底有效的防止輸電線融冰，在一定情況下還有可能因為除冰不均勻造成輸電線跳躍，制約其他應用的正常運行。

（2）直流融冰；它的工作原理是選取相應的一晶閘管，晶閘管額定工作電壓為4kV，電流為3kA左右。首先要將高壓母線進行變壓，本文中采用換流變壓器，將500kV電壓變為6.3kV，晶閘管選額定電壓為4kV，電流為3kA的普通晶閘管。4kV是該晶閘管能夠承受的相電壓，是一個晶閘管正常工作電壓。變壓器降壓后線電壓為6.3kV。

對其中一個單橋：Ud=2×1.17U2cosα=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα，其中U2L為線電壓

Ud=1.35×6.3cosαKV=8.51cosαKV

以上電路帶有平衡電抗器，屬于電感負載。平衡電抗器一方面可以作為電感濾波；另一方面為平衡電抗器，保證兩個整流橋負載相同，可以提高整流橋的容量。不考慮換流器的損耗，控制角α=0°C，則電壓Ud為8.51kV，兩個橋是并聯的。一根導線的電阻為：0.105Ω/km×105km=11Ω；對一條線路融冰，有三相，從以上接線，可以知道這里不考慮分裂導線影響，只作近似計算所以總電阻為：R總=11Ω+11/2Ω=16.5Ω、I=8.51/16.5KA=0.512KA，可得總電流I總=2×0.512KA=1.024>Ic=0.749KA

（3）熱力融冰法；熱力融冰法是世界公認的最有效的除冰技術，其采用焦耳效應融冰原理，利用電流加熱覆冰導線進行除冰。加拿大魁北克水電研究院的研究人員建立了用于估算不同電流、溫度、風速條件下融冰時間的數學模型，即

Ec+Ecg+Efg=（I2R+Ps-Pr-Pc）t

式中：Ec為加熱導線所需的能量，J/m；Ecg為加熱冰所需的能量，J/m；Efg為冰融化所需的能量，J/m；R為導線電阻，Ω/m；I為導線中的電流，A；Ps為吸收的太陽能，W/m；Pr為熱輻射損失，W/m；Pc為熱對流損失，W/m；t為電流施加時間，s。公式（1）相比于Ic2R1t=Qf+Qd，更加全面。在一定環境下，可以測出以上變量。

4 結束語

輸電線路結冰是電網在運行工作當中所面臨的嚴重自然災害，尤其是在我國南方地區，由于冬季空氣濕度大，氣溫相對較低，加上凍雨等自然天氣頻繁發生。所以，輸電線路結冰導致供電安全系數下降的問題尤為突出。線路結冰很大程度上導致了增加了電線桿和電線鐵塔的載重負荷，加上風載條件下導致電線的張力急劇加大，嚴重情況將會導致電線斷裂、電塔和電線桿倒塌等問題發生，很大程度上造成了電網的安全運行。輸電線路結冰所導致的后果，不但給國民經濟帶來了重大的影響和巨大的損失，同時一定程度上也有可能導致群眾安全事故性問題發生。

【參考文獻】

[1]呂錫鋒，何青.高壓輸電線路電熱融冰技術[J].中國電力，2014，47（1）：17-22.

[2]丁希亮，韓學山，張輝，等.電熱協調潮流及輸電線路溫度的變化過程分析[J].中國電機工程學報，2008，28（19）：138-144.

[3]董曉明，梁軍，韓學山，等.計及輸電線路溫度變化的連續潮流模型與計算[J].電力系統保護與控制，2012（23）：36-41.