高壓輸電線路電熱融冰技術(shù)

蹇杰+胡超

【摘 要】供電安全是一項(xiàng)關(guān)系民生和社會生產(chǎn)的重要工作內(nèi)容，尤其是近年來雨雪冰凍等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成了嚴(yán)重的社會供電安全，如電線桿倒塌、輸電線路結(jié)冰等嚴(yán)重問題，給國民經(jīng)濟(jì)和社會生活造成了嚴(yán)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(dāng)前正在使用的高壓輸電線路熱融冰技術(shù)，為高壓輸電線路的融冰技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了相應(yīng)的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電；電熱融冰技術(shù)；探討分析

輸電線路結(jié)冰是電網(wǎng)在運(yùn)行工作當(dāng)中所面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害，尤其是在我國南方地區(qū)，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(fā)生。所以，輸電線路結(jié)冰導(dǎo)致供電安全系數(shù)下降的問題尤為突出。線路結(jié)冰很大程度上導(dǎo)致了增加了電線桿和電線鐵塔的載重負(fù)荷，加上風(fēng)載條件下導(dǎo)致電線的張力急劇加大，嚴(yán)重情況將會導(dǎo)致電線斷裂、電塔和電線桿倒塌等問題發(fā)生，很大程度上造成了電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1]。

1 輸電線路結(jié)冰的主要原因

輸電線路結(jié)冰所導(dǎo)致的后果，不但給國民經(jīng)濟(jì)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(dǎo)致群眾安全事故性問題發(fā)生。對于高壓輸電線為何會出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象發(fā)生，一般說來，輸電線路在電流輸送的過程當(dāng)中，其本身會散發(fā)一定的熱量，從而達(dá)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(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生？這是由于一方面輸電線路在電流的輸送過程當(dāng)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(fā)熱的能量有限。數(shù)據(jù)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(fā)的熱量，同時冬季室外天氣相對較低，電線自身所散發(fā)的熱量很快被周圍冷空氣所吸收，所以造成線路結(jié)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(jié)冰的現(xiàn)象比北方更為嚴(yán)重。

2 輸電線路結(jié)冰所造成的不良影響

（1）所承受的負(fù)載量較大；當(dāng)輸電線因?yàn)樘鞖獾茸匀辉虺霈F(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象往往會造成輸電線路質(zhì)量的增加，當(dāng)質(zhì)量超過輸電線路所能承受的最大設(shè)計(jì)力度時，往往就會出現(xiàn)輸電線路斷裂的問題出現(xiàn)。同時由于輸電線路質(zhì)量增加，所承受的受風(fēng)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(qiáng)，所以也非常容易造成電線桿倒塌等問題出現(xiàn)。

（2）輸電線結(jié)冰導(dǎo)線擺動；在冬季氣溫較低時，輸電線很容易出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)輸電線水分分布不均的情況下，往往也會造成導(dǎo)線結(jié)冰不均出現(xiàn)非對稱情況的出現(xiàn)。當(dāng)不對稱的結(jié)冰面受風(fēng)力的作用下，就會導(dǎo)致輸電線來回擺動。當(dāng)輸電線擺動的時間持續(xù)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(zhì)的損傷等，嚴(yán)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(jié)冰的情況下，絕緣子的絕緣強(qiáng)度也會不斷降低，導(dǎo)致泄露距離縮短。另外在輸電線結(jié)冰融化的過程中，相關(guān)的電解雜質(zhì)也會隨著融冰問題一起溶解，從而大大加強(qiáng)了融冰水導(dǎo)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(xiàn)變化，使得絕緣子電壓出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。另外，在融冰過程中，多半會伴隨有大霧天氣的狀況出現(xiàn)，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(dǎo)電率。造成了冰閃現(xiàn)象的出現(xiàn)[2]。

3 高壓輸電線路電熱融冰技術(shù)

（1）自然外力除冰；這項(xiàng)除冰技術(shù)手段是當(dāng)前運(yùn)用最為廣泛、最為簡單和最為成熟除冰方法。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要是利用自然外界的大風(fēng)、溫度的差異性以及地球旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力等自然界外力的作用效果，達(dá)到消除輸電線的融冰的目的。另外，在應(yīng)用自然外力除冰的基礎(chǔ)上，還在導(dǎo)線上裝設(shè)如阻雪環(huán)、平衡錘等實(shí)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(diǎn)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(diǎn)是在實(shí)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?yàn)槌痪鶆蛟斐奢旊娋€跳躍，制約其他應(yīng)用的正常運(yùn)行。

（2）直流融冰；它的工作原理是選取相應(yīng)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(jìn)行變壓，本文中采用換流變壓器，將500kV電壓變?yōu)?.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(fù)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(fù)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(lián)的。一根導(dǎo)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(dǎo)線影響，只作近似計(jì)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(rèn)的最有效的除冰技術(shù)，其采用焦耳效應(yīng)融冰原理，利用電流加熱覆冰導(dǎo)線進(jìn)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(fēng)速條件下融冰時間的數(shù)學(xué)模型，即

Ec+Ecg+Efg=（I2R+Ps-Pr-Pc）t

式中：Ec為加熱導(dǎo)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(dǎo)線電阻，Ω/m；I為導(dǎo)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(huán)境下，可以測出以上變量。

4 結(jié)束語

輸電線路結(jié)冰是電網(wǎng)在運(yùn)行工作當(dāng)中所面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害，尤其是在我國南方地區(qū)，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(fā)生。所以，輸電線路結(jié)冰導(dǎo)致供電安全系數(shù)下降的問題尤為突出。線路結(jié)冰很大程度上導(dǎo)致了增加了電線桿和電線鐵塔的載重負(fù)荷，加上風(fēng)載條件下導(dǎo)致電線的張力急劇加大，嚴(yán)重情況將會導(dǎo)致電線斷裂、電塔和電線桿倒塌等問題發(fā)生，很大程度上造成了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。輸電線路結(jié)冰所導(dǎo)致的后果，不但給國民經(jīng)濟(jì)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(dǎo)致群眾安全事故性問題發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]丁希亮，韓學(xué)山，張輝，等.電熱協(xié)調(diào)潮流及輸電線路溫度的變化過程分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28（19）：138-144.

[3]董曉明，梁軍，韓學(xué)山，等.計(jì)及輸電線路溫度變化的連續(xù)潮流模型與計(jì)算[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012（23）：36-41.