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積雪冰凍天氣對電力系統(tǒng)的安全運行產(chǎn)生了嚴重威脅，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成嚴重影響。我國最早有記錄的電網(wǎng)覆冰事件發(fā)生在1954年。此后，大面積電網(wǎng)覆冰災害事故時有發(fā)生，特別是2008年南方大面積冰凍災害，導致電網(wǎng)結構遭到破壞和大面積停電，給國民經(jīng)濟造成巨大經(jīng)濟損失。

隨機性電網(wǎng)覆冰事件有7~12年的重現(xiàn)期，在2018年1月，華南和華東地區(qū)普遍出現(xiàn)大面積的積雪冰凍天氣，多地發(fā)布黃色預警，供電負荷急劇增大，并出現(xiàn)不同程度供電緊張的狀況。中西部地區(qū)上百條10kV及以上電壓等級輸電線路因覆冰積雪而中斷供電，多條110~500kV電壓等級輸電線路以及特高壓直流輸電線路發(fā)生覆冰舞動事件。

國內(nèi)外一直在探索研究防止電網(wǎng)發(fā)生冰雪災害的方法。機器人除冰具有無人員傷亡、無須停電和轉移負載等優(yōu)點，但其不具備越障能力，只能在兩線塔之間作業(yè)。激光除冰可在不斷電的情況下快速除去高壓線表面所附著的冰層，但對架空線路進行全線融冰的能耗比較大，其應用范圍有限。低居里磁熱線通過發(fā)熱除冰，并在部分重覆冰線路上得以應用，但其材料成本較高，并未得到廣泛的推廣。

現(xiàn)有的氟塑料、硅橡膠等憎水涂料，有較好的防水性能，但無明顯的防覆冰性能。使用低表面張力和黏合力等憎水性物質，除冰效果有限并只在濕雪條件下起作用。交流融冰方法有較好的融冰效果，但和直流融冰相比，交流融冰所需的融冰電源遠遠大于直流融冰電源。智能循環(huán)電流融冰方法是將分裂導線子導線進行分組并將輸電線路總負荷電流循環(huán)通流至各子導線組以實現(xiàn)輸電線路融冰。但在工程應用上尚需進一步改進。

到目前為止，只有直流融冰技術在電網(wǎng)防冰減災中發(fā)揮了實際性的作用，取得了巨大的社會經(jīng)濟效益。但直流融冰方法也具有一定的局限性，如需要停電、操作不便、設備笨重、成本較高，且直流融冰方法并不能完全解決大面積冰凍災害。目前整流閥電流最大只有6kA，不滿足特高壓融冰電流大于10kA的要求，融冰裝置無法對特高壓輸電線路實施融冰。

架空輸電線路大部分采用鋼芯鋁絞線。導線選型受電磁環(huán)境限制，當需要較大直徑以降低表面電場、控制噪聲等指標時，可采用擴徑導線解決上述問題。疏絞型擴徑導線主要應用在西北高海拔地區(qū)750kV線路中，疏絞型擴徑導線是在鋼芯鋁絞線的基礎上抽股獲得，目前主要采用的導線型號為LGJK-300/50、LGJK-310/50、LGJK-400/45。

為了獲得較大的導線直徑，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室的研究人員，選擇鋁管支撐型擴徑導線進行研究。

圖1 500kV輸電線路布置方式示意圖

研究人員結合重冰區(qū)的輸電線路及改造過程中實際存在的一些問題，提出采用擴徑導線代替分裂導線的非人工干預方法來達到減少覆冰的目的，本方法在不改變導線輸電面積的情況下，將輸電導線替換為擴徑導線，可有效降低輸電線路的覆冰量。

圖2 大氣環(huán)境參數(shù)測量儀器

圖3 不同直徑導線的覆冰情況

除西北電網(wǎng)以外，我國其他地區(qū)是以500kV作為骨干電網(wǎng)，500kV輸電線路通常采用四分裂導線，因此本研究以4×LGJ-400/50為例，選取了具有相同輸電面積的三種擴徑導線替換方案，對導線表面電場展開研究，并對四種導線布置方式進行自然覆冰試驗，觀測其覆冰特性，分析分裂導線和擴徑導線的區(qū)別。得到的主要結論如下：

• 1）通過對電暈臨界電壓和導線表面電場強度的計算發(fā)現(xiàn)：本文選取的擴徑導線替代分裂導線滿足線路運行要求。
• 2）導線直徑越大，碰撞系數(shù)越低。在一定環(huán)境下，碰撞系數(shù)剛好為零時，導線直徑即為臨界覆冰直徑。當導線直徑大于臨界直徑時，可認為此時不覆冰。
• 3）導線覆冰具有明顯的周期性，在白天導線覆冰增長緩慢、夜晚增長迅速；覆冰前期導線覆冰增長迅速、后期覆冰增長緩慢。
• 4）當處于相同環(huán)境下，與擴徑導線相比，分裂導線有更大的碰撞系數(shù)和更長的計算直徑，根據(jù)覆冰增長公式可知分裂導線的覆冰量大于擴徑導線。
• 5）通過雪峰山自然覆冰基地自然覆冰得到結論：與四分裂導線相比，擴徑導線的覆冰減少量為30%~80%，導線直徑越大，分裂根數(shù)越少，減少覆冰量也越為明顯。

以上研究成果發(fā)表在2020年第11期《電工技術學報》，論文標題為“采用擴徑導線替代分裂導線的防冰方法”，作者為畢聰來、蔣興良、韓興波、楊忠毅、任曉東。