采用渦流自熱環(huán)防止輸電線路冰雪災(zāi)害的方法研究

黃亞飛 蔣興良 任曉東 黎芷毓

采用渦流自熱環(huán)防止輸電線路冰雪災(zāi)害的方法研究

黃亞飛 蔣興良 任曉東 黎芷毓

（輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室（重慶大學(xué)） 重慶 400044）

輸電線路覆冰現(xiàn)象對電網(wǎng)的安全運行造成極大危害，國內(nèi)外一直在探索和研究各種對于輸電線路防冰止雪的有效方法和技術(shù)措施。該文根據(jù)輸電線路導(dǎo)線覆冰積雪的形成過程，提出在導(dǎo)線上分段加裝鐵磁復(fù)合材料制成的渦流自熱環(huán)，使其在導(dǎo)線傳輸電流產(chǎn)生的磁場下產(chǎn)生電磁熱損耗，實現(xiàn)導(dǎo)線不停電自動除冰方法。該文通過磁熱分析，對不同傳輸電流下渦流自熱環(huán)的發(fā)熱功率特性進(jìn)行了計算；同時通過對導(dǎo)線除冰過程熱平衡的分析，計算出不同風(fēng)速、不同溫度條件下導(dǎo)線的臨界除冰功率。在人工氣候室內(nèi)開展LGJ-400/35導(dǎo)線的渦流自熱環(huán)防/除冰試驗。試驗結(jié)果表明，間隔布置的渦流自熱環(huán)可以明顯抑制導(dǎo)線覆冰的形成，除布置處完全融冰外，可使整段導(dǎo)線的覆冰質(zhì)量減少18.38%～30.61%。理論和試驗結(jié)果表明，對微地形、微氣象地區(qū)等電網(wǎng)小范圍重冰區(qū)而言，渦流自熱環(huán)是一種簡單、有效的不停電導(dǎo)線防冰除冰措施。

架空輸電線 覆冰災(zāi)害 防冰除冰 磁熱損耗

0 引言

對寒冷地區(qū)來說，覆冰是一種普遍的自然現(xiàn)象，但對輸電線路卻是一種極大的威脅。一旦覆冰發(fā)生，輸電線路將可能發(fā)生導(dǎo)線斷股、斷線、舞動，桿塔金具損壞，絕緣子冰閃等機械和電氣事故，嚴(yán)重時會造成大范圍、長時間的供電中斷[1-3]。

我國是輸電線路覆冰事故最頻發(fā)的國家之一，長期以來難以預(yù)測輸電線路覆冰事故給國家造成極大的經(jīng)濟損失[4-5]。2008年大規(guī)模的電網(wǎng)冰災(zāi)促進(jìn)了我國對輸電線路冰災(zāi)防治領(lǐng)域的研究，學(xué)者們在輸電線路覆冰積雪的形成機理、致災(zāi)機制以及防冰除冰方法等方面均取得了一定進(jìn)展。然而由于覆冰現(xiàn)象的復(fù)雜性和隨機性，輸電線路覆冰災(zāi)害仍然難以杜絕[6]。

輸電線路導(dǎo)線的覆冰累積是一個綜合流體力學(xué)、熱力學(xué)的物理過程。在長期的研究過程中，學(xué)者們從輸電線路覆冰積雪的不同影響因素出發(fā)，提出了許多防冰除冰的方法，如機械除冰、防冰涂料、熱力學(xué)融冰及電脈沖除冰等[7-9]。各種方法在不同的環(huán)境和使用條件下均有一定的效果，但都存在局限性，沒有任何一種方法能完全解決輸電線路覆冰問題?，F(xiàn)階段直流融冰方法作為一種高效的主動除冰方式在中國被廣泛采用[10]。但是直流融冰方法需要線路停電進(jìn)行、設(shè)備成本高昂，而且直流融冰裝置的接入操作和起效均需要一定的時間。所以對于極速、大面積的冰雪寒流侵襲，直流融冰也顯得無能為力[11-12]。

輸電線路導(dǎo)線外部附加熱磁材料除冰是一種自動、不斷電防冰除冰方法。七五攻關(guān)中，武漢高壓研究所等單位研制出多種LC（低居里點）合金材 料，并將其制成熱磁線纏繞在導(dǎo)線外側(cè)以實現(xiàn)導(dǎo)線除冰[13]。但是由于LC材料的造價過于昂貴，并且熱磁線的安裝過于困難導(dǎo)致其難以進(jìn)行推廣使用。高小玫等計算了不同磁熱結(jié)構(gòu)的發(fā)熱量，為磁熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了參考[14]。李窘等制作了導(dǎo)線用低居里點磁性防覆冰鋼絲，并且在自然實驗中驗證了其有效性[15]。蔣興良等通過分析研究后指出附加磁熱材料實現(xiàn)導(dǎo)線不斷電除冰是完全可行的，但是材料成本需要進(jìn)一步降低，制作工藝需要進(jìn)一步改 進(jìn)[16]。

本文總結(jié)了已有的導(dǎo)線防除冰經(jīng)驗，結(jié)合磁熱計算和除冰過程熱平衡分析，提出采用低成本復(fù)合鐵磁材料制成渦流自熱環(huán)進(jìn)行導(dǎo)線自動不斷電除冰的方法，并且在人工氣候室內(nèi)開展了LGJ-400/35導(dǎo)線的渦流自熱環(huán)除冰試驗，以證明該方法的有效性。

1 渦流自熱環(huán)除冰原理與磁熱計算

1.1 渦流自熱環(huán)除冰原理

當(dāng)通以交流電流時，導(dǎo)線外側(cè)將存在一個交變的磁場，位于其附近的鐵磁材料在交變磁場中將產(chǎn)生強烈的交變磁感應(yīng)強度，引發(fā)磁滯損耗和渦流損耗[16]。與此同時，如果在鐵磁材料外再包覆電阻率較小的導(dǎo)電覆層，使其在鐵磁材料感應(yīng)的交變磁感應(yīng)強度中產(chǎn)生渦流損耗，其產(chǎn)生的熱能將進(jìn)一步增大。當(dāng)鐵磁材料的磁熱達(dá)到一定數(shù)值時就可以減輕、延緩或融化輸電導(dǎo)線上的覆冰。

我國常見電力傳輸線的電流密度為0.9～1.6A/mm2。以400mm截面的鋼芯鋁絞線為例，其正常運行時傳輸電流可達(dá)360～640A，其附近磁場強度最高可達(dá)3 000～4 000A/m。在如此高的磁場強度下，導(dǎo)線附近鐵磁材料中感應(yīng)的交變磁感應(yīng)強度可達(dá)0.5～1T。鐵磁材料中的磁場強度和磁感應(yīng)強度可分別表示為

式中，m為磁場強度峰值；m為磁感應(yīng)強度峰值；1為工頻角頻率（50Hz）；為相位差。

1.2 渦流自熱環(huán)磁熱計算

渦流自熱環(huán)的磁熱m來源主要有磁心的磁滯損耗e、磁心渦流損耗h及導(dǎo)電鍍層的渦流損耗r[14]，即

磁心磁滯損耗功率e為

式中，為工作頻率；為施泰因梅茨系數(shù)；m為磁心的磁導(dǎo)率；1為磁心體積。

磁心的渦流損耗功率h為

式中，m為磁心材料的電阻率。

覆層的渦流損耗功率h為

式中，c為覆層材料的電阻率；2為覆層體積。

為了得到較大的發(fā)熱量，同時考慮到材料的成本，本文渦流自熱環(huán)的磁心用價格低廉、易于加工的鑄鐵制成，按導(dǎo)線直徑尺寸加工成單只可開口鐵環(huán)以便于安裝。鑄鐵屬于鐵磁性材料中的軟磁材料，工頻下的相對磁導(dǎo)率在300左右，最大飽和磁感應(yīng)強度可達(dá)841mT。鐵心外部鍍上一層1.5mm的銅作為發(fā)熱覆層。渦流自熱環(huán)的外形尺寸如圖1所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖1 渦流自熱環(huán)外觀尺寸

表1 渦流自熱環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)

Tab.1 Parameters of self-heating ring

通過式（3）～式（6），計算出單個渦流自熱環(huán)的發(fā)熱功率隨傳輸電流的變化情況如圖2所示。當(dāng)傳輸電流較小時，渦流自熱環(huán)的發(fā)熱功率隨著傳輸電流的增大迅速增加。當(dāng)傳輸電流超過140A，即傳輸電流密度為0.35A/mm2時，渦流自熱環(huán)的發(fā)熱量基本不再隨傳輸電流的增大而增大。因為傳輸電流的增大將導(dǎo)致環(huán)內(nèi)磁感應(yīng)強度增大，而發(fā)熱功率與環(huán)身磁感應(yīng)強度呈正相關(guān)，所以傳輸電流的增大將導(dǎo)致渦流自熱環(huán)產(chǎn)生更大的發(fā)熱量。而當(dāng)電流增大到一定值時，渦流自熱環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強度已經(jīng)達(dá)到飽和，此后發(fā)熱量不再隨著傳輸電流的增加而繼續(xù)增大。

圖2 渦流自熱環(huán)發(fā)熱功率

2 導(dǎo)線臨界除冰功率計算

當(dāng)導(dǎo)線防除冰系統(tǒng)的附加熱功率剛好可以抑制導(dǎo)線表面覆冰形成時，該附加熱功率即為導(dǎo)線臨界除冰功率。在本文中，附加熱功率的來源即為渦流自熱環(huán)產(chǎn)生的磁熱。

2.1 導(dǎo)線熱平衡分析

輸電線路導(dǎo)線覆冰的形成可大致分為兩個物理過程：空氣中的過冷卻液滴（霧滴、云滴）隨空氣流場到達(dá)導(dǎo)線表面；到達(dá)導(dǎo)線表面的液滴（霧滴、云滴）在導(dǎo)線表面發(fā)生凍結(jié)[17-18]。分析以上輸電線路導(dǎo)線覆冰形成的流體力學(xué)和熱力學(xué)過程，渦流自熱環(huán)完全防冰的臨界條件為：環(huán)身表面（水膜）溫度s為凍結(jié)溫度f（0℃），導(dǎo)線和環(huán)身產(chǎn)生的總熱量g等于散失的總熱量l，即

導(dǎo)線以及環(huán)體產(chǎn)生的熱量主要有導(dǎo)線的焦耳熱R、防除冰系統(tǒng)的附加熱m、空氣的摩擦加熱v和液滴碰撞加熱k，即

其中

式中，為傳輸電流；ac為導(dǎo)線的交流電阻；1為空氣接觸面積；為環(huán)半徑；為對流換熱系數(shù)；c為圓柱體表面局部黏性加熱恢復(fù)系數(shù)；為空氣來流速度；a為空氣比熱容；為碰撞系數(shù)；為空氣液水含量。

其中

式中，w為水的比熱容；a為環(huán)境溫度；s為水膜表面溫度；2為輻射面積；為水膜的輻射系數(shù)；s為Stefan-Boltzman常數(shù)；3為蒸發(fā)面積；e為s時的蒸發(fā)潛熱；a為大氣壓強；(s)和(a)分別為s、a溫度時的飽和蒸汽壓強。

2.2 溫度和風(fēng)速對臨界除冰功率的影響

以LGJ-400/35鋼芯鋁絞線為例，根據(jù)式（7）～式（16）計算出的臨界除冰功率如圖3所示。從圖中可以看出，導(dǎo)線的臨界除冰功率隨著風(fēng)速的增加和溫度的降低而逐漸增大。

圖3 LGJ-400/35導(dǎo)線的臨界除冰功率

風(fēng)速對導(dǎo)線的臨界除冰功率的影響如圖4所示。從圖中可以看出，不同溫度下，導(dǎo)線的臨界除冰功率均隨著風(fēng)速的增加而增加，并且呈現(xiàn)一定的飽和趨勢。因風(fēng)速增大，單位時間到達(dá)導(dǎo)線表面的過冷卻液滴數(shù)目會隨之增加，與此同時，風(fēng)速增大會造成導(dǎo)線表面更多的熱量散失，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線臨界除冰功率增加。

圖4 風(fēng)速對臨界除冰功率的影響

溫度對導(dǎo)線的臨界除冰功率的影響如圖5所示。從圖5中可以看出，不同風(fēng)速時導(dǎo)線的臨界除冰功率均隨著環(huán)境溫度的降低而增大。因環(huán)境溫度降低時，導(dǎo)線單位時間散發(fā)到空氣中的熱量也會隨之增大，因此臨界除冰功率將隨之增加。

我感覺外面下起了大雨，狂風(fēng)在外面吼叫著，我哭得更厲害了。門外傳來媽媽關(guān)切的聲音：“鋼琴并不像你說的那么難。你把門打開，我跟你說件事?！庇谑牵衣犃藡寢尩脑?，開了門，聽媽媽講事情。

圖5 溫度對臨界除冰功率的影響

根據(jù)1.2節(jié)中的計算，渦流自熱環(huán)在常見傳輸電流下的發(fā)熱功率接近2W，其寬度為20mm，換算成標(biāo)準(zhǔn)單位為100W/m，理論上在渦流自熱環(huán)的布置處足以實現(xiàn)導(dǎo)線表面防冰。

3 渦流自熱環(huán)除冰試驗

為了驗證渦流自熱環(huán)除冰效果，在重慶大學(xué)多功能人工氣候室內(nèi)模擬自然覆冰環(huán)境，開展LGJ-400/35鋼芯鋁絞線的渦流自熱環(huán)除冰試驗。

3.1 試驗裝置

重慶大學(xué)人工氣候室直徑7.8m，高11.8m；溫度調(diào)節(jié)范圍為-45～70℃；風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍為0～12m/s；濕度調(diào)節(jié)范圍為20%～100%。噴霧系統(tǒng)安裝了多個IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的噴頭，過冷卻水滴中直徑調(diào)節(jié)范圍為20～500mm。人工氣候室覆冰試驗性能指標(biāo)均滿足IEEE國際覆冰試驗標(biāo)準(zhǔn)[19-20]。

圖6 人工氣候室與大電流發(fā)生器

試驗電源為額定容量30kV·A、最大輸出電流5 000A的大電流發(fā)生器，試驗電流大小通過配套調(diào)壓器調(diào)節(jié)。測量裝置有鉗式電流表（量程0～1 000A，精度±2.5%）、拉力傳感器（量程0～50kg，誤差0.02%）等。

3.2 試品與布置方式

試品為LGJ-400/35鋼芯鋁絞線。為方便多組對照試驗，將其截成試驗小段。試驗導(dǎo)線參數(shù)見表2。表中，20為導(dǎo)線單位電阻率（20℃工況）。

表2 試驗導(dǎo)線參數(shù)

Tab.2 Parameters of test conductors

試驗導(dǎo)線在人工氣候室內(nèi)通過絕緣支架并列安置，為了避免因相鄰導(dǎo)線對流場的遮擋效應(yīng)導(dǎo)致覆冰差異，控制其間隔大于0.5m。導(dǎo)線一端固定有監(jiān)測覆冰質(zhì)量的拉力傳感器，并且兩端保持一定的高度差以模擬導(dǎo)線弧垂。為了保證傳輸電流的一致，除冰試驗中將各試驗段導(dǎo)線通過夾具和銅帶首位相連接，串流受流。每次覆冰試驗選取3段試驗導(dǎo)線進(jìn)行對照。導(dǎo)線1和導(dǎo)線2通以傳輸電流，導(dǎo)線3不通電，導(dǎo)線1上等間距布置4個渦流自熱環(huán)。試驗導(dǎo)線長3m，渦流自熱環(huán)的布置間隔為0.6m，根據(jù)1.2節(jié)渦流自熱環(huán)發(fā)熱功率的計算，此時導(dǎo)線的附加磁熱除冰功率為2.76W/m。導(dǎo)線除冰試驗布置示意圖如圖7所示。

圖7 除冰試驗布置示意圖

3.3 試驗程序

（1）試品預(yù)處理。選取試驗導(dǎo)線段，用濕布去除表面毛刺、用工業(yè)酒精去除導(dǎo)線表面油污，最后用純凈水去除導(dǎo)線表面污穢；選取一定數(shù)量渦流自熱環(huán)，用工業(yè)酒精去除環(huán)身表面油污，用純凈水去除環(huán)身表面污穢。

（2）試品安裝布置。將試驗導(dǎo)線段并列布置在人工氣候室內(nèi)，按試驗設(shè)計在導(dǎo)線1上安裝渦流自熱環(huán)，連接試驗電流引線。

（3）覆冰試驗過程。打開制冷系統(tǒng)，并且打開試驗電源在試驗導(dǎo)線上通以電流。待人工氣候室內(nèi)溫度降至設(shè)計的溫度時，打開噴淋裝置開始覆冰。每次除冰持續(xù)覆冰2h。

具體覆冰試驗參數(shù)見表3。表3中，LWC（liquid water content）為空氣中的液態(tài)水含量，MVD（median volume diameter of droplets）為空氣中液滴中值體積直徑。

表3 覆冰試驗參數(shù)

Tab.3 Icing test parameters

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 覆冰形貌

為了直觀分析渦流自熱環(huán)的除冰效果，選取典型的試驗覆冰形貌進(jìn)行分析。圖8為試驗2中120min時導(dǎo)線1的覆冰形貌。從圖中可以看出，試驗1中導(dǎo)線表面主要形成霧凇或混合凇覆冰，并沒有冰棱形成。渦流自熱環(huán)布置處沒有覆冰形成，說明該試驗條件下渦流自熱環(huán)所產(chǎn)生的熱量可以有效抑制環(huán)身處的覆冰形成。此外，由于渦流自熱環(huán)的存在導(dǎo)致導(dǎo)線上形成分段覆冰，相互之間附著力減小，有利于冰層在自然或者熱力融冰過程中的自行脫落。

圖8 渦流自熱環(huán)除冰效果（試驗2，覆冰時間120min）

試驗3中導(dǎo)線1在120min時的覆冰形貌如圖9所示。從圖中可以看出，試驗3中渦流自熱環(huán)布置處同樣沒有覆冰形成。同時由于試驗3中覆冰參數(shù)的設(shè)置使導(dǎo)線表面更易形成雨凇覆冰，可以看到，導(dǎo)線其余部位已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的冰棱。在試驗過程中觀察發(fā)現(xiàn)，通過渦流自熱環(huán)流失的水滴數(shù)量和流失速度要遠(yuǎn)大于導(dǎo)線其他部位。分析其原因，是由于導(dǎo)線表面水膜沿弧垂的流動效應(yīng)所致。在渦流自熱環(huán)處覆冰，由于磁熱無法形成，導(dǎo)線其余部位未凍結(jié)的水滴匯入水膜也將向渦流自熱環(huán)處流動并通過其加速流失。據(jù)此推斷，在導(dǎo)線表面有水膜存在時，渦流自熱環(huán)對導(dǎo)線其他部位的覆冰形成也將起到明顯抑制作用。

圖9 渦流自熱環(huán)除冰效果（試驗3，覆冰時間120min）

4.2 覆冰質(zhì)量

不同導(dǎo)線上的覆冰質(zhì)量隨覆冰時間的變化情況如圖10所示，從圖中可以看出：

（1）四組試驗中導(dǎo)線的覆冰質(zhì)量都隨著覆冰時間的增加呈非線性增長。導(dǎo)線2的覆冰質(zhì)量均要小于導(dǎo)線3。這是因為導(dǎo)線2中有傳輸電流通過，導(dǎo)線的焦耳熱可在一定程度上使導(dǎo)線的覆冰減少。導(dǎo)線1的覆冰質(zhì)量均明顯小于導(dǎo)線2，證明渦流自熱環(huán)可以明顯減緩導(dǎo)線表面的覆冰質(zhì)量的增長。

（2）試驗1、試驗2中導(dǎo)線的覆冰質(zhì)量整體要小于試驗3、試驗4中導(dǎo)線的覆冰質(zhì)量。該差異是由于覆冰試驗參數(shù)不同造成的。試驗1、試驗2中環(huán)境溫度較低，風(fēng)速較小，導(dǎo)線表面多形成霧凇或混合凇覆冰；試驗3、試驗4中環(huán)境溫度較高，風(fēng)速較大，導(dǎo)線表面容易形成雨凇覆冰。雨凇增長速度較快，并且覆冰密度較大，導(dǎo)致導(dǎo)線覆冰質(zhì)量較大。此外，對比兩組不同覆冰參數(shù)的試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)雨凇過程中渦流自熱環(huán)對導(dǎo)線表面覆冰質(zhì)量的抑制更加明顯，這與試驗過程中觀察到的雨凇覆冰中渦流自熱環(huán)加速液滴散失的現(xiàn)象相對應(yīng)。

（3）當(dāng)傳輸電流為400A時，導(dǎo)線表面的覆冰質(zhì)量要明顯小于傳輸電流為200A時。一方面，傳輸電流的增加會導(dǎo)致導(dǎo)線本身的焦耳熱增加；另一方面，雖然渦流自熱環(huán)身處在400A以及200A傳輸電流時都無覆冰形成，但是較大傳輸電流將增加導(dǎo)線表面水膜厚度，促進(jìn)其他部位液滴沿自熱環(huán)散失的過程，間接增加了渦流自熱環(huán)的除冰效率。

為了進(jìn)一步分析渦流自熱環(huán)的除冰效率，計算了四組試驗中導(dǎo)線3的覆冰質(zhì)量對比導(dǎo)線2的減少比例，見表4?？梢钥闯?，試驗4中渦流自熱環(huán)的除冰效果最為顯著，減少了導(dǎo)線表面30.61%的覆冰質(zhì)量。試驗2中渦流自熱環(huán)的除冰效果最弱，但覆冰質(zhì)量的減少比例也達(dá)到了18.38%。此外通過對比可以看出，傳輸電流的增大將提升渦流自熱環(huán)的防冰效率。

表4 導(dǎo)線3覆冰質(zhì)量減少比例

Tab.4 Decrease proportion of ice mass

4.3 渦流自熱環(huán)應(yīng)用分析

理論計算和除冰試驗結(jié)果表明，渦流自熱環(huán)是一種簡單、有效且低成本的導(dǎo)線不斷電防冰除冰方法，可以有效地減緩導(dǎo)線的覆冰增長。但是渦流自熱環(huán)給輸電線路帶來額外電能損耗也不能被忽視。分析我國輸電線路的覆冰災(zāi)害，除了大范圍的冰雪天氣來襲造成大范圍的冰災(zāi)事故，其還具有典型的微地形、微氣象的特點。微地形、微氣象覆冰是指在某個小范圍內(nèi)由于微地形的存在，使該區(qū)域內(nèi)的微氣象因子將發(fā)生異變，引發(fā)該該處輸電線路嚴(yán)重的覆冰災(zāi)害。常見的微地形有高山分水嶺、地勢抬升、峽谷、埡口等，其范圍可小至幾百米空間、幾個甚至一個檔距之間。微地形、微氣象區(qū)域的覆冰現(xiàn)象嚴(yán)重，持續(xù)時間長、危害大，并且難以防治，大范圍的直流融冰設(shè)備都束手無策。但是渦流自熱環(huán)卻非常適合用于以微地形、微氣象覆冰區(qū)域等小范圍局部覆冰嚴(yán)重的地區(qū)的冰災(zāi)防治。當(dāng)輸電線路途徑長幾千米甚至幾百米的微地形、微氣象覆冰區(qū)域時，倒塔、斷線的等冰災(zāi)事故難以杜絕，直流融冰手段又難以實時開展，這時非常適合在該區(qū)域布置渦流自熱環(huán)來抑制導(dǎo)線覆冰形成，降低冰災(zāi)風(fēng)險。渦流自熱環(huán)作為我國大范圍直流融冰措施的補充，具有不錯的應(yīng)用前景。在實際工程使用之前，渦流自熱環(huán)的最佳發(fā)熱結(jié)構(gòu)以及最優(yōu)防冰經(jīng)濟布置策略還需要進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論

1）LGJ-400/35導(dǎo)線渦流自熱環(huán)除冰試驗表明，渦流自熱環(huán)在試驗條件下可以有效地減緩導(dǎo)線表面覆冰。人工氣候室導(dǎo)線防/除冰試驗結(jié)果表明，與未布置渦流自熱環(huán)的導(dǎo)線相比，0.6m間隔布置的渦流自熱環(huán)可以減少導(dǎo)線表面18.38%～30.61%覆冰質(zhì)量。

2）渦流自熱環(huán)的除冰效率隨著傳輸電流的增加而增加。與此同時由于渦流自熱環(huán)可以加速導(dǎo)線表面水膜的散失，在雨凇覆冰時除冰效率更高。

3）渦流自熱環(huán)的磁熱產(chǎn)生量與導(dǎo)線的傳輸電流直接相關(guān)，當(dāng)傳輸電流較小時渦流自熱環(huán)的磁熱量隨著傳輸電流的增大迅速增加，但是存在明顯的飽和趨勢。

4）導(dǎo)線表面的臨界覆冰功率與環(huán)境參數(shù)有密切關(guān)系，其隨著環(huán)境溫度的減小而增加，隨著風(fēng)速的增加而增加。

5）渦流自熱環(huán)是一種簡單、有效的不停電導(dǎo)線防冰除冰措施?？梢栽谖⒌匦?、微氣象等小范圍重覆冰區(qū)域內(nèi)推廣使用。其熱源控制以及最佳防冰經(jīng)濟布置策略還需要進(jìn)一步的研究。

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Study on Preventing Icing Disasters of Transmission Lines by Use of Eddy Self-Heating Ring

（State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing China 400044）

Ice accretion on transmission lines posts great threat to the operation of power grid. Various new methods and technical measures have been exploring to achieving anti-icing and de-icing of transmission lines. In this paper, self-heating rings made of ferromagnetic material are fixed on the conductor to achieve anti-icing without power outage. Exposed in the magnetic field and generated by the transmission current, strong magnetic field will be induced in self-heating rings and lead to magnetic heat loss for anti-icing. In this paper, the thermal power characteristics of the self-heating rings with different transmission currents are calculated by magnetothermal analysis. At the same time, the critical de-icing power of conductor with different wind speed and temperature conditions is calculated by analyzing the thermal conservation. Anti-icing test of LGJ-400/35 conductor with self-heating rings is performed in artificial climate chamber. The results show that self-heating ring can reduce the ice accretion on conductor obviously. There is no ice formed on the conductor where self-heating rings fixed. Furthermore, the total ice mass on conductor decreased 18.38%～30.61% in test condition. Therefore, for the transmission line in heavy icing areas, the use of self-heating rings is a simple and feasible way to preventing icing disaster.

Overhead transmission line, icing disaster, anti-icing and de-icing, magnetic heat loss

TM85

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200263

國家電網(wǎng)公司總部科技資助項目（521999180006）。

2020-03-14

2020-05-28

黃亞飛 男，1994年生，博士研究生，研究方向為復(fù)雜大氣環(huán)境下輸電線路外絕緣及防護(hù)。E-mail: huangyafei@cqu.edu.cn（通信作者）

蔣興良 男，1961年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為高電壓絕緣技術(shù)、氣體放電以及輸電線路覆冰及防護(hù)。E-mail: xljiang@cqu.edu.cn

（編輯 陳 誠）