怎样有效防治电网的覆冰灾害？用扩径导线替代分裂导线

输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁，目前已有多种防冰除冰方法，但每种方法都有其局限性，对于一些微气象、微地形重覆冰地区尚未有较好的解决方法。与钢芯铝绞线相比，在传输能力相同的情况下，扩径导线具有更好的抗冰效果。

为此，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）的研究人员毕聪来、蒋兴良、韩兴波、杨忠毅、任晓东，在2020年第11期《电工技术学报》上撰文，提出采用扩径导线替代分裂导线防冰的方法。结果表明：其临界起晕电压低于运行电压，其表面电场低于分裂导线表面电场。自然覆冰试验结果表明：使用有效导电面积相同的扩径导线代替分裂导线，覆冰量减少约30%~80%，能显著提高抗冰强度，从而达到非人工干预的防止冰雪灾害的目的。

积雪冰冻天气对电力系统的安全运行产生了严重威胁，给工农业生产和人民生活造成严重影响。我国最早有记录的电网覆冰事件发生在1954年。此后，大面积电网覆冰灾害事故时有发生，特别是2008年南方大面积冰冻灾害，导致电网结构遭到破坏和大面积停电，给国民经济造成巨大经济损失。

随机性电网覆冰事件有7~12年的重现期，在2018年1月，华南和华东地区普遍出现大面积的积雪冰冻天气，多地发布黄色预警，供电负荷急剧增大，并出现不同程度供电紧张的状况。中西部地区上百条10kV及以上电压等级输电线路因覆冰积雪而中断供电，多条110~500kV电压等级输电线路以及特高压直流输电线路发生覆冰舞动事件。

国内外一直在探索研究防止电网发生冰雪灾害的方法。机器人除冰具有无人员伤亡、无须停电和转移负载等优点，但其不具备越障能力，只能在两线塔之间作业。激光除冰可在不断电的情况下快速除去高压线表面所附着的冰层，但对架空线路进行全线融冰的能耗比较大，其应用范围有限。低居里磁热线通过发热除冰，并在部分重覆冰线路上得以应用，但其材料成本较高，并未得到广泛的推广。

现有的氟塑料、硅橡胶等憎水涂料，有较好的防水性能，但无明显的防覆冰性能。使用低表面张力和黏合力等憎水性物质，除冰效果有限并只在湿雪条件下起作用。交流融冰方法有较好的融冰效果，但和直流融冰相比，交流融冰所需的融冰电源远远大于直流融冰电源。智能循环电流融冰方法是将分裂导线子导线进行分组并将输电线路总负荷电流循环通流至各子导线组以实现输电线路融冰。但在工程应用上尚需进一步改进。

到目前为止，只有直流融冰技术在电网防冰减灾中发挥了实际性的作用，取得了巨大的社会经济效益。但直流融冰方法也具有一定的局限性，如需要停电、操作不便、设备笨重、成本较高，且直流融冰方法并不能完全解决大面积冰冻灾害。目前整流阀电流最大只有6kA，不满足特高压融冰电流大于10kA的要求，融冰装置无法对特高压输电线路实施融冰。

架空输电线路大部分采用钢芯铝绞线。导线选型受电磁环境限制，当需要较大直径以降低表面电场、控制噪声等指标时，可采用扩径导线解决上述问题。疏绞型扩径导线主要应用在西北高海拔地区750kV线路中，疏绞型扩径导线是在钢芯铝绞线的基础上抽股获得，目前主要采用的导线型号为LGJK-300/50、LGJK-310/50、LGJK-400/45。

为了获得较大的导线直径，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室的研究人员，选择铝管支撑型扩径导线进行研究。

图1  500kV输电线路布置方式示意图

研究人员结合重冰区的输电线路及改造过程中实际存在的一些问题，提出采用扩径导线代替分裂导线的非人工干预方法来达到减少覆冰的目的，本方法在不改变导线输电面积的情况下，将输电导线替换为扩径导线，可有效降低输电线路的覆冰量。

图2  大气环境参数测量仪器

图3 不同直径导线的覆冰情况

除西北电网以外，我国其他地区是以500kV作为骨干电网，500kV输电线路通常采用四分裂导线，因此本研究以4×LGJ-400/50为例，选取了具有相同输电面积的三种扩径导线替换方案，对导线表面电场展开研究，并对四种导线布置方式进行自然覆冰试验，观测其覆冰特性，分析分裂导线和扩径导线的区别。得到的主要结论如下：

• 1）通过对电晕临界电压和导线表面电场强度的计算发现：本文选取的扩径导线替代分裂导线满足线路运行要求。

• 2）导线直径越大，碰撞系数越低。在一定环境下，碰撞系数刚好为零时，导线直径即为临界覆冰直径。当导线直径大于临界直径时，可认为此时不覆冰。

• 3）导线覆冰具有明显的周期性，在白天导线覆冰增长缓慢、夜晚增长迅速；覆冰前期导线覆冰增长迅速、后期覆冰增长缓慢。

• 4）当处于相同环境下，与扩径导线相比，分裂导线有更大的碰撞系数和更长的计算直径，根据覆冰增长公式可知分裂导线的覆冰量大于扩径导线。

• 5）通过雪峰山自然覆冰基地自然覆冰得到结论：与四分裂导线相比，扩径导线的覆冰减少量为30%~80%，导线直径越大，分裂根数越少，减少覆冰量也越为明显。

以上研究成果发表在2020年第11期《电工技术学报》，论文标题为“采用扩径导线替代分裂导线的防冰方法”，作者为毕聪来、蒋兴良、韩兴波、杨忠毅、任晓东。