电力系统中线路覆冰分析与融冰技术.docx

电力系统中线路覆冰分析与融冰技术摘要：本文介绍了输电线路冰害特点及覆冰形成机理分析重点介绍了美国在电脉冲除冰方面的研究情况及俄罗斯利用可控硅整流技术研制的融冰与无功静补双用途综合装置的情况。关键词：输电线路；覆冰；融冰；技术；装置中图分类号：TM855文献标识码：A2008年1月中旬全国各地普降大雪以来南方数省输电线路遭遇前所未有的灾害。由于遭遇罕见覆冰输电线路铁塔倒塌线路严重受损断线湖南、湖北、福建、广西等南方数省区的供电都大受影响京广线交通也因为电路受损而受到严重阻碍。输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都是较严重的其修复工作难度大周期长停电影响面积广因此一直是全世界范围内需要解决的难点问题。各国的研究人员设计出不少方案用以提前将导线上的积雪、覆冰去除避免引起击穿、断线舞动等事故。目前常用的方法仍然是采用增加线路电流使之发热将冰雪融化防患于未然。另外也有研究者提出了电脉冲除冰的方法并做了许多试验工作虽然最终未获成功却也积累了许多宝贵经验。冰害对电力系统来讲是个季节性危害为除冰而配置的变电站设备其使用也是季节性的；而且即使是在冬季除冰装置也不是一直在使用而是短时使用。如果在非除冰时间将其闲置不用也是一种比较大的浪费因而有些研究者提出的将加热融冰设备与无功静止补偿装置合二为一的方案从技术经济比较上应具有较大优势并且获得了一定的运行经验是值得推广的。1输电线路覆冰分析线路覆冰是受微气象、微地形及温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素影响的综合物理现象。1.1线路覆冰形成机理一般情况下导线覆冰的基本过程是：当气温下降到－5～0℃风速为3～15m/s时如果遇到大雾或小雨首先将在导线上形成雨凇；如果天气骤然变冷气温下降出现雨雪天气冻雨和雪则在黏结强度很高的雨凇冰面上迅速增长形成密度大于0.6g/cm3的较厚冰层；如果温度继续下降到－15～－8℃原有冰层外则积覆雾凇。这种过程将导致导线表面形成雨凇-混合凇-雾凇的复合冰层。输电线路导线表面产生覆冰必须达到以下气象条件：①气温及导线表面温度达到0℃以下；②空气相对湿度在85%以上；③风速大于1m/s。在我国的绝大部分地区都有覆冰条件且覆冰厚度可达3mm以上因而都有可能发生覆冰故障。1.2输电线路冰害故障特点覆冰对线路的危害有过负荷、覆冰舞动和脱冰跳跃、绝缘子冰闪会造成塔杆变形、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。过负载即线路覆冰后的实际重量超过设计值很多从而导致架空输电线路机械和电气方面的事故。从负荷方面可分为垂直负荷、水平负荷、纵向负荷。输电线路不仅承受其自重、覆冰等静荷载而且还要承受风产生的动荷载。在一定条件下覆冰导线受稳态横向风作用可能引起大幅低频振动即舞动。此外导线脱冰跳跃也会使导线发生舞动导线舞动是威胁输电线路安全运行的重要因素。较大范围降雪导致的融冰雪、雾凇、雨凇和区域性的持续大雾是一种特殊形式的污秽易形成大范围的绝缘子冰闪故障。绝缘子串冰闪是220～500kV覆冰线路跳闸的主要原因。2电脉冲除冰的尝试电脉冲除冰（Electro-ImpulseDe-Icing简称EIDI）技术出现于第二次世界大战之前其基本原理即是采用电容器组向线圈放电由线圈产生强磁场在置于线圈附近的导电板（即目标物）上产生一个幅值高、持续时间短的机械力从而使冰破裂而脱落。此方法在飞机除冰方面有成功的经验在此情况下导电极即是飞机机翼或其它部位的铝质表面。当施加此脉冲时电动力引起铝质表面轻微的收缩和扩张使得附着在上面的冰滑落从而达到除冰的目的。EIDI装置的电气原理如图1所示。图1中的目标物可以是待除冰物体（比如飞机机翼）或者是铝板（此铝板与待除冰物体相连接）或者是另一个线圈（此线圈与待除冰物体相连）。对输电线路除冰目标物可以是后两种形式。美国堪萨斯州的Wichita州立大学提出的输电线路EIDI装置示意图如图2所示。每根电线杆上安装1个EIDI单元其中包括了贮能电容器可控硅及相应的电子线路。每个柱上单元可以带6组EIDI执行器每一个执行器包括脉冲线圈和目标物目标物是与导线直接相连的线圈。贮能电容器及EIDI单元中其它部件直接由线路上的电流互感器或电压互感器供电。EIDI单元可以遥控并且可以通过几种形式的冰探测器来自动控制其动作：当探测器给出指示覆冰情况的信号后EIDI单元动作向执行器中的脉冲线圈发出脉冲电流执行器由此获得的冲击力将使冰雪从导线脱落。在对所设计的EIDI装置进行改进并用于实际线路除冰之前研究者成功地将一段3m长477MC