摘要：近些年来，我国的输电线路已经受到了非常多的冰冻灾害。输电线路上结冰会直接使电线出现摆动、断裂、倒塌等各种电路事故，人们的生活的电路的安全稳定运行受到了非常大的影响。研究表明，在工程实施过程中，应尽可能提高激励频率，降低激励位移，以避免线路大跨度脱冰引起的跳跃，保证除冰作业的稳定性。基于此，本文对激励条件下高压输电线路除冰技术应用进行分析。
关键词：高压输电线路；除冰；激励
据不完全统计，自上世纪中期以来，我国输电线路遭受不同程度的覆冰灾害多达上千次。输电线路覆冰将导致电线舞动、断线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故，对电网的正常运转和人民生活带来了极大不便，输电线路遭受覆冰现象。
1高压输电线路出现结冰的原因
一般在初冬或冬末初春季节，寒潮降温天气产生的云中过冷却液态降水碰到地面物体后会直接冻结成冰，形成雨凇。冬春季我们经常可以看到电线、树枝上被一层晶莹的冰雪包裹或悬挂，这就是雨凇。有人将雨凇等同于冻雨，其实雨凇和冻雨形成的物理机制和结果确实是相同的，但仍有一定区别。冻雨是一种天气现象，而雨凇是冻雨的结果，是一种灾害或景观。
寒潮引发的冻雨天气会使电线上积满雨凇，雨凇最大的危害是使供电线路中断，高压线高高的钢塔在下雪天时，可能会承受2～3倍的重量，但是如果有雨凇的话，可能会承受10～20倍的电线重量，电线或树枝上出现雨凇时，电线结冰后，遇冷收缩，加上风吹引起的震荡和雨凇重量的影响，能使电线和电话线不胜重荷而被压断，几公里以及几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地的工农业生产。历史上许多城市出现过高压线路因为雨凇而成排倒塌的情况。
2激励条件下高压输电线路除冰技术应用
2.1热力融冰法
在导线周围附加热源，或是利用导线自身进行发热来将冰雪消除掉，这就是热力融冰法。当前的热力融冰法主要包含过电流法、电路短路法、直流融冰3种。
第一种过电流是利用导线的电阻，通过比平时更高的电流从而发出更高的热量，来达到融冰的目的。不过该技术由于对于导线的负载要求过大，过程消耗时间过长，因此一直没有被推广开来。第二种利用短路电流，把输电线短路连接，导线表面会形成热量来达到破冰的目的。该技术当中有三相短路、两相短路、单相短路，还有使用短路电磁来除冰的技术等。我国在融冰时大面积使用的是三相短路技术。不过该技术同样有缺陷存在，应用该技术会影响到电网系统的正常运行，而且短路会消耗大量电量，技术人员的操作非常繁琐，其技术难度也有很高要求。第三种是直流融冰，把覆冰线路当作负载对象，两端接入直流电源，然后施加低压电源使导线逐渐加热从而融化冰层，该技术的主要难点在于电源需要能提供恒定的直流供电，并且在加热过程中电源能够对一些状态变化有着快速的反应，来保证稳定的电流供给。
2.2机械除冰法
使用一些机械设备将导线上的冰层脱落，这就是机械除冰法。当前的机械除冰法包括外力敲打、滑轮刮铲、电磁除冰、机器人除冰等。外力敲打法就是工人在现场使用一些敲击设备直接敲打线路将冰层砸落，这种方法简单直接但是只能在10kV以内的小电压短距离线路中使用，并且人工除冰还存在效率低、工作量大等问题，因此这种方法只是在遇到一些紧急情况时使用，真正应用到的机会是非常少的。轮滑铲刮是利用轮滑，工作人员直接控制其在冰层上滑动，导线受力之后弯曲，而冰层则直接碎裂。利用轮滑铲刮的好处是效率高、技术难度低、消耗小、价格便宜，现在的输电线路除冰主要使用的就是这种方法。其缺点在于受地形影响较大，且安全性需要再做一些完善。利用电磁力进行破冰是先使线路短路，短路之后输电线路会产生一些磁力，导体之间就会互相碰撞而将冰层砸落。这种方法目前还没有推广，是由于导线短路之后出现电压降低、系统不稳定的情况还没有更好的方法进行解决，因此并没有进行推广。
2.3自然除冰法
自然除冰法是指不需外界能量而靠自然力实现除冰的方法。如在输电线路上安装阻雪环、平衡锤等装置，在积雪或覆冰达到一定程度时，借助风力、重力等作用自行脱落，这种除冰方法简单易行，但具有较强的偶然性，不能实现可靠除冰；在导线表面刷涂憎水性材料或吸热涂层的除冰方法，具有一定的研究价值，但由于其自身存在的缺点导致应用前景受到很大限制。除了上述方法以外，人工除冰、激光除冰等方法也在应用或研究中。人工除冰法主要是由维护工人用拉杆或竹棒等沿线敲打电线，使覆冰脱落，这种方法仍然是我国主要采用的除冰方法之一。但是该法效率低下，环境对操作限制极大，且电力工人的生命安全受到极大的威胁。激光除冰法是利用高功率、高能量的激光束对输电线路进行除冰的方法。该方法具有远距离、非接触、外加热源、不需要在电网内部增加设备、不断电除冰等优点。但是目前的激光除冰系统庞大，成本高，除冰灵活性不够。
2.4机器人除冰法
在输电线路上安装行走机器人，能够自动、重复地进行冰层清除工作，这种方法也可以归属到机械除冰当中，是未来输电线路除冰的发展方向，其优点非常明显：电量消耗低、工作效率高、工作人员无伤亡、工作过程不需要停电等。很多发达国家在很早以前就开始了机器人除冰法的研究，我国在近些年开始相关方面的研究，十多年的努力已经换来了很好的成效。当前研究的输电线路除冰机器人可在野外恶劣环境下长时间工作，代替电力工人完成各种复杂危险的巡检任务。当输电线路出现覆冰时，机器人将启动随身配置的机械除冰装置，从而自动清除线路覆冰，避免人工上线除冰带来的危险，还可大大降低劳动强度，显著提高除冰效率。使用机器人除冰，其除冰性能主要体现在除冰机构上，利用传动机构的快速转动，利用除冰构件将输电线路上的冰层铲除掉。当前的输电线路除冰机器人在使用过程中，首先将机器人吊装到除冰线缆上安装好，通过地面遥控装置控制微波装置对线缆覆冰内部结构进行破坏，然后启动铣刀装置清除线缆覆冰。除冰机器人在导线覆冰厚度为10～75mm时适用。也就是说，在冰层强度过高时，除冰效果就不是很理想了。
例如所在乌鲁木齐某供电公司所辖的35～220kV输电线路所穿越区段，绝大不符输电线路重冰区，特别是严冬及初春季节，常出现雾凇和雨凇现象，造成覆冰，容易产生输电线路舞动、闪络，给输电线路运行维护带来诸多困难。如图1所示，该电公司与某大学联合研制的除冰机器人应用到输电线路上，在地面无线遥控系统操控下，“除冰机器人”可连续工作，其过障能力、连续工作能力、破冰能力均通过考验。“除冰机器人”历时三年多研制成功，相关人士介绍，线路“除冰机器人”的广泛运用，将提高当地供电线路维护科技水平，克服重冰山区线路除冰难题，从而提升乌鲁木齐供电保障水平。
结语：
综上所述，我国的电力系统正在飞速发展，输电线路出现的结冰与积雪问题对于电力网络的安全有着非常大的威胁。在除冰方面的研究任重而道远，怎样在激励条件下解决好效率、性能、能耗、风险等多方面的问题，不断提升除冰技术，这是今后工作的重点方向。
参考文献：
[1]陈科全.覆冰输电线路脱冰动力响应及机械式除冰方法研究[D].重庆大学，2012.
[2]魏书宁.输电线路除冰机器人抓线智能控制方法研究[D].湖南大学，2013.
[3]吕锡锋，何青，赵晓彤.高压输电线路耦合共振除冰技术分析[J].中国电力，2014，47(11):53-58.
论文作者:苏江
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
标签：除冰论文; 线路论文; 导线论文; 冰层论文; 机器人论文; 输电线论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第1期论文;