有關(guān)高壓輸電線路除冰的技術(shù)的探析體會(huì)

李德軍

摘 要：隨著近些年高壓輸電線路的快速發(fā)展，其鋪設(shè)長度逐年增長，隨之也帶來了很多問題，其中由于電線結(jié)冰而引起的電線擺動(dòng)、斷裂、電線桿倒塌等問題非常嚴(yán)重。本文對(duì)于高壓輸電線路除冰技術(shù)的探析體會(huì)進(jìn)行了論述，并提出了幾種常見的除冰方法，希望為除冰工作做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路 除冰 技術(shù) 探析體會(huì)

中圖分類號(hào)：U463.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0077-02

近些年來，我國的輸電線路已經(jīng)受到了非常多的冰凍災(zāi)害。輸電線路上結(jié)冰會(huì)直接使電線出現(xiàn)擺動(dòng)、斷裂、倒塌等各種電路事故，人們的生活的電路的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到了非常大的影響。為了有效降低這些問題的出現(xiàn)，國家很多機(jī)構(gòu)都開展了輸電線路除冰的研究，現(xiàn)在已經(jīng)取得了較大的成績。本文就對(duì)這些除冰方法進(jìn)行一一論述。

1 高壓輸電線路出現(xiàn)結(jié)冰的原因

一般在初冬或冬末初春季節(jié)，寒潮降溫天氣產(chǎn)生的云中過冷卻液態(tài)降水碰到地面物體后會(huì)直接凍結(jié)成冰，形成雨凇。冬春季我們經(jīng)常可以看到電線、樹枝上被一層晶瑩的冰雪包裹或懸掛，這就是雨凇。有人將雨凇等同于凍雨，其實(shí)雨凇和凍雨形成的物理機(jī)制和結(jié)果確實(shí)是相同的，但仍有一定區(qū)別。凍雨是一種天氣現(xiàn)象，而雨凇是凍雨的結(jié)果，是一種災(zāi)害或景觀。

寒潮引發(fā)的凍雨天氣會(huì)使電線上積滿雨凇，雨凇最大的危害是使供電線路中斷，高壓線高高的鋼塔在下雪天時(shí)，可能會(huì)承受2～3倍的重量，但是如果有雨凇的話，可能會(huì)承受10～20倍的電線重量，電線或樹枝上出現(xiàn)雨凇時(shí)，電線結(jié)冰后，遇冷收縮，加上風(fēng)吹引起的震蕩和雨凇重量的影響，能使電線和電話線不勝重荷而被壓斷，幾公里以及幾十公里的電線桿成排傾倒，造成輸電、通訊中斷，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)。歷史上許多城市出現(xiàn)過高壓線路因?yàn)橛贲《膳诺顾那闆r。

2 熱力融冰法

在導(dǎo)線周圍附加熱源，或是利用導(dǎo)線自身進(jìn)行發(fā)熱來將冰雪消除掉，這就是熱力融冰法。當(dāng)前的熱力融冰法主要包含過電流法、電路短路法、直流融冰3種。

第一種過電流是利用導(dǎo)線的電阻，通過比平時(shí)更高的電流從而發(fā)出更高的熱量，來達(dá)到融冰的目的。不過該技術(shù)由于對(duì)于導(dǎo)線的負(fù)載要求過大，過程消耗時(shí)間過長，因此一直沒有被推廣開來。第二種利用短路電流，把輸電線短路連接，導(dǎo)線表面會(huì)形成熱量來達(dá)到破冰的目的。該技術(shù)當(dāng)中有三相短路、兩相短路、單相短路，還有使用短路電磁來除冰的技術(shù)等。我國在融冰時(shí)大面積使用的是三相短路技術(shù)。不過該技術(shù)同樣有缺陷存在，應(yīng)用該技術(shù)會(huì)影響到電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且短路會(huì)消耗大量電量，技術(shù)人員的操作非常繁瑣，其技術(shù)難度也有很高要求。第三種是直流融冰，把覆冰線路當(dāng)作負(fù)載對(duì)象，兩端接入直流電源，然后施加低壓電源使導(dǎo)線逐漸加熱從而融化冰層，該技術(shù)的主要難點(diǎn)在于電源需要能提供恒定的直流供電，并且在加熱過程中電源能夠?qū)σ恍顟B(tài)變化有著快速的反應(yīng)，來保證穩(wěn)定的電流供給。

3 機(jī)械除冰法

使用一些機(jī)械設(shè)備將導(dǎo)線上的冰層脫落，這就是機(jī)械除冰法。當(dāng)前的機(jī)械除冰法包括外力敲打、滑輪刮鏟、電磁除冰、機(jī)器人除冰等。

外力敲打法就是工人在現(xiàn)場(chǎng)使用一些敲擊設(shè)備直接敲打線路將冰層砸落，這種方法簡單直接但是只能在10kV以內(nèi)的小電壓短距離線路中使用，并且人工除冰還存在效率低、工作量大等問題，因此這種方法只是在遇到一些緊急情況時(shí)使用，真正應(yīng)用到的機(jī)會(huì)是非常少的。

輪滑鏟刮是利用輪滑，工作人員直接控制其在冰層上滑動(dòng)，導(dǎo)線受力之后彎曲，而冰層則直接碎裂。利用輪滑鏟刮的好處是效率高、技術(shù)難度低、消耗小、價(jià)格便宜，現(xiàn)在的輸電線路除冰主要使用的就是這種方法。其缺點(diǎn)在于受地形影響較大，且安全性需要再做一些完善。

利用電磁力進(jìn)行破冰是先使線路短路，短路之后輸電線路會(huì)產(chǎn)生一些磁力，導(dǎo)體之間就會(huì)互相碰撞而將冰層砸落。這種方法目前還沒有推廣，是由于導(dǎo)線短路之后出現(xiàn)電壓降低、系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況還沒有更好的方法進(jìn)行解決，因此并沒有進(jìn)行推廣。

4 自然除冰法

不依靠外力，只依靠自然的力量進(jìn)行除冰，就是自然除冰法。在輸電線路上的具體應(yīng)用為：安裝阻雪環(huán)裝置、平衡錘裝置等，輸電線路上積累一定程度的冰層之后，在自然風(fēng)的吹動(dòng)下會(huì)自行脫落。該方法雖然很簡單易行，但是自身偶然性過強(qiáng)，不能受到穩(wěn)定的控制。還可以在導(dǎo)線表面涂上一層憎水材料或者是吸熱涂層，不過該方法目前還有一些技術(shù)上的問題沒有解決，依然不能使用。

除了這些方法之外，還有諸如人力除冰法、激光除冰法等技術(shù)還在研究當(dāng)中，其中人力除冰法是工人使用棍棒或是拉桿直接敲打電線，將冰層敲打下來，這種方法存在效率低下、環(huán)境影響過大、工人人身安全不易保障等缺陷。

激光除冰是將高功率、高能量的激光用來除冰的一種方法，這種方法可以遠(yuǎn)距離除冰，還有不需接觸、外加熱源、不用添加電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備、除冰過程不需要斷電等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是激光設(shè)備的通病：設(shè)備系統(tǒng)過大、成本要求高、除冰不夠靈活。

5 機(jī)器人除冰法

在輸電線路上安裝行走機(jī)器人，能夠自動(dòng)、重復(fù)地進(jìn)行冰層清除工作，這種方法也可以歸屬到機(jī)械除冰當(dāng)中，是未來輸電線路除冰的發(fā)展方向，其優(yōu)點(diǎn)非常明顯：電量消耗低、工作效率高、工作人員無傷亡、工作過程不需要停電等。很多發(fā)達(dá)國家在很早以前就開始了機(jī)器人除冰法的研究，我國在近些年開始相關(guān)方面的研究，十多年的努力已經(jīng)換來了很好的成效。當(dāng)前研究的輸電線路除冰機(jī)器人可在野外惡劣環(huán)境下長時(shí)間工作，代替電力工人完成各種復(fù)雜危險(xiǎn)的巡檢任務(wù)。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)覆冰時(shí)，機(jī)器人將啟動(dòng)隨身配置的機(jī)械除冰裝置，從而自動(dòng)清除線路覆冰，避免人工上線除冰帶來的危險(xiǎn)，還可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著提高除冰效率。

使用機(jī)器人除冰，其除冰性能主要體現(xiàn)在除冰機(jī)構(gòu)上，利用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，利用除冰構(gòu)件將輸電線路上的冰層鏟除掉。當(dāng)前的輸電線路除冰機(jī)器人在使用過程中，首先將機(jī)器人吊裝到除冰線纜上安裝好，通過地面遙控裝置控制微波裝置對(duì)線纜覆冰內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，然后啟動(dòng)銑刀裝置清除線纜覆冰。除冰機(jī)器人在導(dǎo)線覆冰厚度為10～75mm時(shí)適用。也就是說，在冰層強(qiáng)度過高時(shí)，除冰效果就不是很理想了。

例如湖北宜昌供電公司所轄的35～220kV輸電線路所穿越區(qū)段，如夷陵區(qū)百里荒、長陽火燒坪、五峰千丈崖，都是輸電線路重冰區(qū)，特別是嚴(yán)冬及初春季節(jié)，常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象，造成覆冰，容易產(chǎn)生輸電線路舞動(dòng)、閃絡(luò)，給輸電線路運(yùn)行維護(hù)帶來諸多困難。如圖1所示，宜昌供電公司與三峽大學(xué)聯(lián)合研制的除冰機(jī)器人應(yīng)用到輸電線路上，在地面無線遙控系統(tǒng)操控下，“除冰機(jī)器人”可連續(xù)工作，其過障能力、連續(xù)工作能力、破冰能力均通過考驗(yàn)?！俺鶛C(jī)器人”歷時(shí)三年多研制成功，相關(guān)人士介紹，線路“除冰機(jī)器人”的廣泛運(yùn)用，將提高當(dāng)?shù)毓╇娋€路維護(hù)科技水平，克服重冰山區(qū)線路除冰難題，從而提升宜昌供電保障水平。

6 結(jié)語

我國的電力系統(tǒng)正在飛速發(fā)展，輸電線路出現(xiàn)的結(jié)冰與積雪問題對(duì)于電力網(wǎng)絡(luò)的安全有著非常大的威脅。在除冰方面的研究任重而道遠(yuǎn)，怎樣才能解決好效率、性能、能耗、風(fēng)險(xiǎn)等多方面的問題，不斷提升除冰技術(shù)，這是今后工作的重點(diǎn)方向。

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