覆冰对电网的危害

覆冰对电网的危害，按照其引发原因可分五类（1）线路过荷载。

寒冷雨雪天气下，覆冰在导线上不断增长，导致输电导线的质量和体积不断增大，使导线弧垂增大、对地间距减小，积累到一定程度时，就可能发生闪络事故。

同时，导线弧垂和体积增大，在风力作用下，有可能造成两导线或导线与地面相碰，发生短路跳闸、烧伤甚至烧断导线的事故。

当覆冰质量进一步增大，超过导线、金属、绝缘子以及塔杆的机械强度时，可能使导线从压接管内抽出，或外层铝股断裂、钢芯抽出。

而覆冰质量超过杆塔额定负载时，可能导致杆塔塔基下沉、倾斜或者爆裂。

杆塔折断甚至倒塌。

（2）相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰。

会产生张力差使导线在线夹内滑动，严重时导线外层铝股在线夹口处全部断裂、钢芯抽动，线夹另一侧的铝股将拥挤在线夹附近。

（3）绝缘子串冰闪。

冰闪是污闪的一种特殊形式，严重覆冰的情况下，绝缘子大量伞形出现冰凌桥接，使绝缘子绝缘强度降低，泄露距离缩短。

融冰过程中，冰体或冰晶体的表面水膜可很快溶解污秽中的电解质，提高融冰水或者冰面水膜的电导率，引起绝缘子串电压分布及单片绝缘子表面电压分布的畸变，从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。

（4）输电导线舞动损坏电力设备。

风力作用下发生低频（通常0.1~3Hz）大幅度（振幅为导线直径的5~300倍）的震动或舞动。

导线舞动时，将损坏杆塔、导线、金具及部件，造成频繁跳闸甚至停电事故。

（5）变电站设备覆冰事故。

变电站中，许多户外高压隔离开关采用了闸刀式结构，这种结构在高寒冷冰冻条件下，甚至不能正常分和，极大地干扰了电网系统正常运行。

2008年初，低温雨雪冰冻天气覆盖我国南方，华中、华东地区，导致贵州、湖南，广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，造成全国范围电网停运电力线路36740条，停运变电站共2018座，110~500kV线路共有8381基杆塔倾倒及损坏。

全国共170个县（市）发生供电中断的情况。

南方电网供电区域的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区设施遭受到严重破坏。

这次冰灾给国民经济和人民生活造成巨大损失，仅南方电网的直接经济损失就达150多亿元。

国内外防冰、除冰的技术大致分为以下几类：（1）热力融冰法。

增大导线的传输电流融冰或采用短路电流融冰，加装低居里温度磁环或低居里温度磁力线，使导线自身发热，温度升高，这种融冰方法能量消耗较高。

（2）机械除冰法。

使用机械外力手工或自动强制覆冰脱落。

（3）被动除冰法。

利用风、地球引力、随机散射能和温度变化等来自大自然的外力脱冰的方法称为被动除冰法。

（4）其他除冰方法：电子冻结、电晕放电和碰撞前颗粒冻结、加热等方法进行研究。

输电线路交流电流融冰技术主要包括发电机零起电流、交流短路和过负荷融冰等方法。

发电机零起升流将发电机直接或经升压变压器连接在线路上，零起升流产生交流电流对线路融冰，下面简要分析这种技术在220kV的输电线路上的应用。

当发电机直接升压到220kV时，如一台200MW的水电机组，带一回100Km的220kV单导线线路（末端短路），零起升流，当发电机定子电流达到额定电流时，线路侧的电流约600A，两台发电机时约1200A。

由此可见，在200kV线路上的应用有一定可行性，但也有局限性，需要的发电机容量比较大。

若发电机连接于110kV侧，且需要融冰的220kV线路也可以连接到110kV系统，则情况大为改善，相当于发电机可提供的融冰电流增加1倍。

交流短路融冰交流短路融冰是直接由系统提供和短路电源，在输电线路上通过交流短路电流进行融冰的方法。

从表的计算结果可以看出，对于220kV线路，采用220k电压作为短路电源可行性很差，采用35kV电压也有较大的局限性。

110kV电压作为短路电源是可能的，但需要选择合适的电气距离和提供足够的无功补偿，从而控制系统电压在可接受范围。

而对于大截面的分裂导线，由于需要的融冰电流大，需要大量的无功储备，实施困难。

综合上述分析，220kV线路的短路融冰方法需要根据系统条件，通过计算分析选取。

交流输电线路分裂导线过负荷融冰在架空输电线路覆冰耐张段采用分裂导线，分裂导线的几根子导线彼此绝缘，形成几个独立的电流回路，以3分裂导线为例，覆冰耐张段3分裂导线覆冰时，利用装设在覆冰耐张段两端的电流转移开关和引流板使三根导线从并联运行改变为串联运行，从而使3根子导线上的电流增大3倍负荷电流，使架空输电线路覆冰耐张段导线在带负荷运行的情况下实现融冰或保线。

这种融冰技术的特点：（1）以一个覆冰耐张段形成一个独立的带负荷融冰系统，对电网正常运行无任何不利影响。

（2）3倍或以上负荷电流可满足融冰需求；并且各覆冰耐张段可以依次融冰，保证线路负荷能力和受电端电压水平。

（3）多根子导线同期融冰，解决了不均匀覆冰和融冰导致分裂导线反转和舞动的问题（4）500KV系统实现带负荷融冰的同时为220kV及以下电压等级线路短路融冰提供电源支持。

（5）5分裂导线可以采用该技术，把子导线由并联运行改变为串联运行，取得5倍负荷电流，以此达到带负荷融冰的目的，这对覆冰季节500kV轻负荷线路较为适用。

（6）6分裂导线时，则可以把6分裂导线分为2个3分裂导线电流回路，按3分裂导线方法应用，适用于我国目前在西北地区已开始建设的750kV线路和西南地区的800kV 直流线路。

（7）对于4分裂导线的500kV线路，可以将覆冰耐张段改造为3分裂导线融冰。

也可以把4根导线组合为3个电流回路，如把2根下层子导线合并为一个回路来融冰。

交流融冰技术的应用和目前存在的不足：（1）随着电网网架结构越来越复杂，交流融冰过程中所需要的系统融冰电流和容量也相应变大而难以满足。

（2）交流融冰需要需要进行阻抗匹配，涉及的变电站越来越多，操作更加繁琐。

（3）交流融冰过程中需要转供的供电负荷越来越多，而在低温气象环境下，负荷较大且难以转移，只能采取限负荷的方法，影响日常生产和生活。

（4）配合交流融冰工作，电网在建设初期就要考虑融冰电源、短路点的建设，还需要增加建设融冰刀闸等设备，增大了电网初期的建设投资。

（5）再覆冰情况严重时，如2008年湖南全网覆冰情况下，短路融冰排队线路多，难以完成全部融冰工作。

（6）当变电站覆冰严重时，许多融冰刀闸不能正常操作，融冰工作无法正常进行。

利用激光可将高功率大能量的光束从远离高电位的地方投射到绝缘子覆冰表面，强大的光能在其表面转换成热能，将冰融化。

因此提出了利用大功率强激光进行非接触式融冰除冰方法的设想。

激光除冰属于热力除冰的技术。

尽管热力法除冰防冰的能耗要比机械法高出许多倍，但是在除冰现场，采用机械法除冰时需要线路断电，这给电力运行带来了极大的不便。

激光具有能量密度高、传播方向好、能量定向传输效率高、非接触作用等优点。

在不断电的情况下，可利用激光快速除去高压绝缘子表面所附着的冰层。

光射入冰中，它的能量将会被冰吸收，光在冰中传播时，光的吸收按照以下公式计算目前市场上较为流行的大功率半导体激光器，其波长大多为1000mm左右，在这种激光波长下，冰对于吸收系数为0.3/cm左右，按照公式，激光入射进入冰层约3cm后，激光将衰减掉约70%，衰减掉的70%激光能量被冰吸收变成热能，用于融冰。

剩下的激光能量将继续通过冰层传播，最终将有部分射到绝缘子表面，为绝缘子吸收，使绝缘子表面加热。

因此，激光作用在绝缘子表面的冰层上面，使冰层迅速融化，还有部分激光可作用在绝缘子表面；此时此时激光一方面融冰，另一方面加热绝缘子，使两者接触面上的冰的冰先融化，融化的水不断在冰与绝缘子的接触面上流动，使冰与绝缘子的附着面不断融化。

此时先前融化产生的水沿着基底流动，起到了润滑接触面的作用，从而减小了冰在绝缘子表面的附着力，在冰自身重力或微弱振动力的作用下，整个附着的冰较容易脱落，因此，有可能不需要将冰层完全融化，即可去除重冰、冰柱，这样就有可能减小融冰所需的能量。

这是一种所谓的热融加自身重力脱落的方法。

机器人除冰尽管机械除冰法效果较热力除冰法效果差，但具有设备投资少、简单易行等特点，在线路覆冰初期仍可以起到不可忽视的效果。

紧急状况下，甚至由寻道员用带电操作杆或其他类似绝缘棒为覆冰线路除冰，这种方法对对工作人员有很高的危险性。

为维护工作人员安全，提高机械除冰效率，研制安全有效的除冰机械以代替人工进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。

加拿大魁北克水电研究院从事高压输电线路出兵机器人的研究已经有10余年的历史，其除冰机器人技术已经在加拿大、秘鲁等国家得到了应用。

通过合作交流，我国也正在对机器人除冰技术的推广和研究进行工作。

（1）高压输电线路除冰机器人的要求。

机器人是一个复杂的机电一体化系统，涉及机械结构、自动控制、通信、传感器信息融合、电源技术等多个领域。

通过合理设计，机器人可以满足多种不同的需求。

在高压输电线路上进行除冰，要求除冰机器人具有以下功能：1.能在输电线上以预想的速度进行爬行。

2.具有一定的爬坡能力3.能够跨越输电线上的防震锤、线夹、绝缘子等障碍物。

4.能够除去输电线上的冰雪（2）除冰机器人的机构设计。

满足通信、传感器、电源技术等基本前提下，除冰机器人的机构设计是整个设计的关键部分，针对不同的类型的电路，还要求有不同结构的机器人。

从功能要求上看，除冰机器人的机构设计主要包括如下方面：1.平稳爬行机构设计。

常见的是采用走轮式机构，可以是机器人快速平稳的行进。

2.越障机构的设计。

越障机构主要由行走箱机构、升降箱机构、夹紧机构和旋转机构构成。

3.除冰机构设计。

出兵机构的工作方式多种多样，如采用铣刀和楔形块配合。

应根据线路和覆冰的特点进行设计选择，条件合适时，也可以采用非机械除冰的机构安装在机械人上。