超高壓輸電線路直流融冰技術(shù)分析

摘 要：近些年來，我國多個區(qū)域遭受了非常嚴重的自然冰凍災(zāi)害，造成了大量桿塔倒塌或輸電線路冰閃跳閘等事故，給我國人民的生產(chǎn)生活帶來了極大損失甚至生命危險。目前，已經(jīng)有很多學(xué)者針對超高壓輸電線路的各種融冰技術(shù)進行了研究，本文從我國的相關(guān)國情出發(fā)，對超高壓輸電線路結(jié)冰的原因及其不良影響進行了介紹，并對直流融冰技術(shù)作了介紹，此外，還對直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)和除冰技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了闡述。

關(guān)鍵詞：超高壓；輸電線路；直流融冰技術(shù)

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0155-02

1 引 言

目前，全球正面臨著氣候惡化、天氣極端的環(huán)境問題，其中，冰雪災(zāi)害對電力系統(tǒng)的安全運行造成了極大威脅，成為相關(guān)領(lǐng)域與學(xué)術(shù)界難以解決的問題，在全世界范圍內(nèi)，德國、加拿大、日本、英國等國家都發(fā)生過非常嚴重的冰雪災(zāi)害，我國也長期受輸電線路覆冰的困擾，幾十年來，在我國各個區(qū)域均有發(fā)生過大面積的冰災(zāi)事故，如：1974～1976年、1984年，在全國范圍內(nèi)發(fā)生了大面積的冰災(zāi)事故；2004年，重慶、湖南以及湖北等區(qū)域長期遭受雨雪天氣與雨凇天氣，最終導(dǎo)致了嚴重的冰災(zāi)；2008年，我國南方大部分區(qū)域都遭受了百年一遇的大面積覆冰災(zāi)害，在多個省份的電網(wǎng)都有多處倒塔或斷線等重大災(zāi)情，尤其是500kV超高壓輸電線路的停電、斷電事故都造成了極大的經(jīng)濟損失。目前，直流融冰技術(shù)是較為有效的熱力融冰法，因此，對超高壓輸電線路的直流融冰技術(shù)進行分析具有非常大的現(xiàn)實意義。

2 輸電線路結(jié)冰的原因及其不良影響

2.1 輸電線路結(jié)冰的原因

由于輸電線路結(jié)冰會給我國各個產(chǎn)業(yè)、人民生活帶了極大的影響與損失，因此，對高壓輸電線路的結(jié)冰原因進行探究非常有必要。一般來說，輸電線路在其工作過程中都會產(chǎn)生一定熱量，這些熱量按理來說應(yīng)該可以令電線上的積雪融化，線路并不應(yīng)該結(jié)冰，但是實際上，設(shè)計人員為了降低輸電線路送電過程中產(chǎn)生的電能損耗，在選擇電線耗材時大多數(shù)會選擇電阻較小的電線，因此電路自身產(chǎn)生的熱量非常有限，加之冬天經(jīng)常有氣溫極低的天氣，電路自身產(chǎn)生的熱量會迅速在空氣中散發(fā)，從而導(dǎo)致線路被積雪覆蓋并結(jié)冰，此外，我國南方常常有凍雨夾雪的天氣，所以，雖然南方的最低溫度比北方高，但其輸電線路的結(jié)冰情況要比北方更為嚴重。

2.2 輸電線路結(jié)冰的不良影響

輸電線路結(jié)冰非常嚴重時，會對輸電線路的性能造成極大的影響，甚至可能會造成更加嚴重的災(zāi)害，文章歸納了以下四種主要的不良影響：

（1）結(jié)冰導(dǎo)線舞動。如果輸電導(dǎo)線產(chǎn)生了非對稱結(jié)冰，輸電導(dǎo)線會由于導(dǎo)線受到的風(fēng)力大小不均衡而舞動，如果舞動狀態(tài)持續(xù)太久或者舞動幅度太大，就會不可避免地損壞電路，其后果輕則會損壞桿塔、導(dǎo)線以及金具等相關(guān)部件，重則會導(dǎo)致電網(wǎng)停電跳閘、桿塔傾覆甚至輸電線路斷裂。

（2）過負載。如果輸電導(dǎo)線的結(jié)冰情況超過了其所能夠承受的最大抗冰厚度，導(dǎo)線質(zhì)量增加后，其受風(fēng)面積也會增大，從而使得其電路過載。

（3）不均勻結(jié)冰或者不同時期脫冰。輸電線路結(jié)冰不均勻或者不同時期脫冰，都會導(dǎo)致兩段輸電線路間產(chǎn)生張力差，從而使得桿塔承受張力的能力變?nèi)?，懸垂絕緣子的偏移如果過大會碰撞到橫擔(dān)，這就會使得絕緣子發(fā)生損壞甚至破裂，如果橫擔(dān)轉(zhuǎn)動，就會使得導(dǎo)線和拉線發(fā)生碰撞，導(dǎo)致拉線的燒傷或者燒毀，從而使得桿塔失去拉線、失去支撐后發(fā)生倒塌，此外，不同時期脫冰會使得橫擔(dān)向上翹起甚至折斷，或者地線支架被破壞等情況。

（4）絕緣子冰閃。如果絕緣子遭受了大量覆冰，就會使得其絕緣強度降低、泄露距離變短；在融冰時，一些電解質(zhì)雜質(zhì)會溶解于融冰水中，從而使得融冰水導(dǎo)電性能提高，就會導(dǎo)致單片絕緣子表面電壓分布或者絕緣子串電壓分布產(chǎn)生畸變，并使得覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓變低；此外，融冰時常常會遇到大霧天氣，空氣中的污染顆粒也會使得融化冰水的導(dǎo)電率提高，從而形成冰閃。

3 直流融冰技術(shù)

所謂直流融冰技術(shù)，指的是當(dāng)輸電線路產(chǎn)生較為嚴重的結(jié)冰災(zāi)害時，斷開主網(wǎng)和結(jié)冰線路間的連接，將線路的末端進行短接，然后將直流電源接到線路的輸入端，這樣就會形成一條回路，在導(dǎo)線中通過較大的電流使得導(dǎo)線產(chǎn)生一定熱量，繼而令導(dǎo)線上所結(jié)的并融化并脫落，減少電路的負擔(dān)，避免輸電線路發(fā)生斷裂甚至桿塔倒塌等事故，在導(dǎo)線結(jié)冰情況解決后，就可以將直流電源移除，并令電線、輸電設(shè)備等恢復(fù)至正常狀態(tài)，確保安全后投入正常工作。總的來說，直流融冰技術(shù)的基本思想就是將輸電導(dǎo)線作為負載，通過在電路中通低壓電流的方式令導(dǎo)線生熱從而使導(dǎo)線上的冰層融化。

直流融冰技術(shù)作為新型的融冰技術(shù)，并不同于其他交流融冰技術(shù)，它已經(jīng)克服了一些交流融冰技術(shù)的困難與缺陷，其特點有：①適用性強，在不同的環(huán)境下可以采用不同的融冰電壓，較為靈活；②效率較高，在直流融冰時，線路中的的阻抗感性分量并不會產(chǎn)生干擾，因此直流融冰所需的容量被大大降低，其工作效率也大大提高。由此可得，直流融冰技術(shù)在目前是一種極為可行的融冰技術(shù)。

4 直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)及除冰技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)

在超高壓輸電線路的安全問題中，直流融冰技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出了其應(yīng)用性與便捷性，但該技術(shù)仍然需要進行進一步的改進。文章對其兩大關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要分析。

（1）直流供電電源。在直流融冰技術(shù)中，直流供電電源及其重要，在直流融冰技術(shù)中所使用的電源必須容易控制而且非常穩(wěn)定，在了解直流融冰技術(shù)的原理之后，我們能夠指導(dǎo)，在融冰過程中會在輸電線路中通過極大的電流，必將會大大超過單整流裝置的極限，所以，一般會選擇并聯(lián)方式來保證電源裝置的安全。

（2）選擇直流裝置的容量。在對直流裝置的容量進行選擇時也要對多方面因素進行綜合考量，應(yīng)當(dāng)對通電電流與融冰時間進行比較研究后選擇最合適的直流裝置容量，從而保證直流融冰裝置能夠穩(wěn)定、有效地工作。

4.2 除冰技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著科技的進步與發(fā)展，對輸電線路融冰技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進行了預(yù)測：

（1）融冰理念產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。在過去，人們將重點放在如何除掉輸電線路上的覆冰，而現(xiàn)在，人們已經(jīng)在嘗試防冰與除冰相結(jié)合的新技術(shù)，通過對輸電線路結(jié)構(gòu)進行改進來降低線路結(jié)冰的可能；

（2）加強融冰技術(shù)的安全性。在未來，融冰技術(shù)必將發(fā)展得更加安全，為了確保電力技術(shù)人員的安全，利用除冰設(shè)備來取代人工除冰，從而避免塔倒人亡的事故再次發(fā)生；

（3）融冰技術(shù)智能化。將電網(wǎng)輸電系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，使得未來的融冰技術(shù)更加智能，如：研究融冰機器人，應(yīng)用于惡劣氣候、高危地區(qū)等情況的線路融冰工作。

5 結(jié)束語

從理論上來看，超高壓輸電線路的直流融冰是十分可行的，隨著我國電力電子技術(shù)的日漸成熟，國內(nèi)也開始研制直流融冰裝置并計劃將其投入實際應(yīng)用，其應(yīng)用必將為我國的防冰抗災(zāi)工作做出有效貢獻。此外，在輸電線路的防冰抗災(zāi)工作中還應(yīng)當(dāng)考慮一些其他因素，并建立一個較為全面的抗冰應(yīng)急方案。宏觀來看，電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定與我國的國民經(jīng)濟、社會發(fā)展是否安穩(wěn)有著密切的關(guān)系，針對輸電線路結(jié)冰研制更加先進、更加安全、更加高效低耗的除冰技術(shù)必將是我國相關(guān)領(lǐng)域的重點研究方向。

參考文獻

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收稿日期：2018-10-9