输电线路的覆冰研究与分析
李桂冬杨照辉”
（1.沧州湖海新区供电分公司，河北沧州061113；2.沧州供电公司，河北沧州061113）
摘要：输电线路覆冰及其引起的各类事故严重危害电力系统的安全运行.文中分析我国输电线路重大覆冰事故，并介绍输电线路覆冰形成原因、影响因素、覆冰对输电线路的危害和防覆冰及除冰方法.新研究的涂料对防止覆冰是有一定作用的，防冰涂料要有惜水性、憎污性和论和试验阶段，研究二氧化碳激光器除冰情况，提出激光除冰的方法、研究方向以及应用前景. 易剥离等性质；还总结覆冰涂料应有的性质.激光除冰是利用其作为热源除冰，现在还处于理
关键词：输电线路覆冰：电场：防覆冰涂料：激光除冰
中图分类号：TM721.2文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）05-0025-04
Analysis of Transmission Line Icing
1. Cangzhou Bohai Area Power Supply Company Cangzhou 061113 China; LI Gui-dong' YANC Zhao-hui22. Cangzhou Power Supply Company Cangzhou 061113 China)
Abstract : Transmission lines icing and accidents endanger the safety of the power system seriously.This article will give an analysis about our transmission lines icing accidents and give an introductionof the cause of cladding ice influential factors its harm to transmission lines and the way of avoidingand deicing measures. Newly-developed dope has some effct on anti-ice with antipolltion waterproof and easy to peel off. The behavior of the anti-ice dope also summarized. Laser-deice useslaser’ heat to deice It still stays on the theoretical and test. The situation of using CO laser beam todeice is studied. The methods of laser-device and their forward application and research areproposed.
Key words: Transmission line icing; Electric field; Anti-iced dope; Laser light deice
之一.严重覆冰会导致输电线路机械和电气性能 我国是世界上输电线路覆冰最为严重的国家急剧下降，从面导致覆冰事故的发生（1-.覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失.
0引言
输电线路覆冰对电力系统的危害非常大，很容易引起严重事故.最早有记录的输电线路事故 出现在1932年.几十年来，世界各国的研究人员通过不懈努力，探索输电线路覆冰机理、覆冰形成条件、导线覆冰厚冰风荷载的计算方法、覆冰绝缘子串的工频闪络特性及雷电冲击、操作冲击特性等等，在导线覆冰研究领域取得了许多研究成果.
中国能源资源分布的特点之一是高海拔、覆冰地区水电资源丰富，可开发水电资源的79%集中在西部高海拔、覆冰雪等复杂环境地区.随着 西部大开发、西电东送电力发展战略的实施及1000kV交流、±800kV直流超高压、特高压输电线路的建设，将有越来越多的超高压、特高压交、
直流输电线路跨越峡谷、河流、微气象地区，我国输电线路覆冰现象将不可避免-”.因此对输电线路覆冰进行研究对我国的电力系统的安全是很重要的.文中通过研究输电线路覆冰形成原因、影响形成因素、分析一些具体的输电线路覆冰事题有指导作用*-. 故并研究防覆冰和除冰方法，对输电线路覆冰问
线路设计时，线路路径选择不合理，同时缺乏抗冰害的经验，导致冰害事故频繁发生.
（2）有些输电线路的设计抗冰厚度低于实际覆冰值，当遇到严重覆冰时，覆冰事故就会发生.
（3）某些重冰区的输电线路，虽然有一定的抗冰能力，但由于气候及其恶劣，存在某些薄弱环 节，当遭遇从未有过的恶劣天气时，输电线路机械和电气性能下降，导致严重的冰害事故.
1我国输电线路重大覆冰事故分析 及覆冰危害
1.3输电线路覆冰的危害
输电线路冰害按产生的直接原因分析可分为4类：
1.1覆冰事故特点
综观几十年来我国输电线路冰害事故，有如下特点：
（1）过负载事故，即线路实际覆冰超过设计厚度，亦即线路覆冰质量增加、覆冰后风压面积增 加，从而导致机械和电气方面的事故.
（1）覆冰事故持续时间长，覆盖面积大，经济损失大.我国高寒山区覆冰比较严重，平均年覆冰天数达40-60d，最多达80-90d，严重覆冰事 故给电力系统的安全运行带来严重危害，同时造成巨大经济损失.
（2）不均匀覆冰或不同期脱冰引起的机械和电气方面的事故.
（3）绝缘子串覆冰过多或冰凌桥接，引起绝缘子串电气性能降低.
（2）同一地区覆冰事故频繁发生.1998年以来，山西省220kV输电线路发生覆冰事故25次，其中1998年1次.2000年4次，2002年7次，2003年9次，覆冰事故越来越频繁.
（4）不均匀覆冰引起的导线舞动事故.
2影响导线覆冰的因素和输电线路 除冰防冰技术
严重覆冰不仅造成金具损坏、导线断股、断线、杆 （3）覆冰事故中机械故障和电气故障并存.塔倒杆、塔头折断、绝缘子串翻转、碰撞、炸裂等机械事故；面且使导线弧垂增大，导致导线对地或导线间的间距减少，造成闪络和烧伤、烧断导线等电气事故.
2.1影响导线覆冰的因素
导线覆冰地区别主要体现在厚度、密度及单位长度覆冰量等的差别上.影响导线覆冰的因素很多，主要有气象条件、地形及地理条件、海拔高程、凝结高度、导线悬挂高度、导线直径、导线扭转性能、风俗方向、水滴直径、电场强度及负荷电流等.
高的地区，面在我国北方则较少.其原因在于北 （4）疆冰事故多发生在华中和西南等海拔较方冷空气和南方暖空气在这些地区交汇，在山脉上空形成静止峰或准静止峰区，易形成严重覆冰.
2.2输电线路除冰技术与防覆冰涂料
国内外除冰防冰技术可归纳为30余种，划分为4类：①热力熔冰法：②机械破冰法；③自然被动法：④其它法.
（5）所以高海拔地区覆冰以雾淞为主，平原地区以雨淞覆冰为主.各种类型覆冰中，雨淞覆冰对输电线路影响最为严重.
对于已应用和正在研制的除防冰技术，其可行性的评价由几个方面考虑：即可应用于架空线的程度；耗能量；除冰效果；成本及运作价格.
间是每年的冬季10~11月开始，至翌年的3~4 （6）我国大部分地区输电线路覆冰发生的时月初春结束.
现介绍几种有效的防覆冰涂料如下：
①RTV防污闪涂料；②FSB型防水防冻涂料：③硅氧烷树脂乳液模塑脱模剂：④用改性的硅溶胶-苯丙乳液.
1.2覆冰事故成因分析
通过对覆冰的长期观测和分析，我国输电线路覆冰事故的原因可归纳为一下几各方面：
另外，对于涂吸热涂料也有一定效果，但要有
（1）由于对输电线路覆冰的规律认识不足，足够的辐射才有效.应用于导线有困难，但可用
要利用其输水性.但其随时间容易渐失效力，防冰持久性有限.
于架空电缆和架空地线.也可涂防水油脂，这主这是采用激光热熔法进行熔冰的重要原因.
2.3.1基本原理
利用二氧化碳撒光器使其与冰相互作用产生热量融化冰.由热力分析可知，当10.6μm的激光在冰中的穿透深度短，则冰对它的吸收程度就强，所以可以靠热力作用来融化冰.总的来说，激 光束作为一个高斯分布型热源加热物体的热源模型，适合解释二氧化碳激光器的激光熔冰.
关于防覆冰涂料的总结由以上研究可得，冰在由水膜冻结时容易形成覆冰，而且在有污移时 容易形成水膜.覆冰形成后如果能很容易融化覆冰就会减轻，并且如果冰的表面张力小容易从导线剥离对防止冰害也很有利.所以防覆冰涂料应有以下特性.
2.3.2试验装置
（1）有良好的增水性能有效防止水膜的形成.（2）有良好的憎污性或使污移表面也有增水性（如RTV涂料）. （3）当被冰覆盖时可有良好的剥离效果（如硅氧烷树脂乳液模塑脱模剂）.（4）要有良好的吸光性和传热性，这样对于溶冰有利，对被动法除冰很有帮助.（5）要有良好的耐候性，这样可以减少防冰
实验采用了CO激光器.激光参数为：激光功率可变，激光波长10.6m；冰块少许，金属盘一个，一般输电导线，冰箱一台，显微照相机一台，摄影录象机一台，秒表一个，光功率计一台.
2.3.3试验结果及分析
试验中，使用CO激光器的功率是26W，光斑直径5mm，熔冰时间45s，激光直接照射，熔掉一个上下底面直径分别为9mm和15mm，长为62mm的柱形冰块折合1kg冰大约需要45kJ的能量，与书本上查阅的激光铲刮法每kg冰消耗44kJ的能量大致吻合.
的工作量.
如果能研制出有以上性质的涂料，将其涂于导线表面对导线防覆冰是很有利的.首先，不容易形成覆冰；如果形成覆冰天气转晴后，导线很快吸热使冰融化.由于风力重力作用冰将容易脱落.作用距离为L=30cm时.光斑直径为Φ=5mm，若天气不转晴，由于涂料的易剥离特性，用机械法除冰也会容易些.
使用激光功率为50W时，激光波长A=10.6m.在未聚焦的情况下将激光直接作用在覆冰表面，使1kg的冰完全融化成水大约需要180kJ的能量，时间大概为30分钟.
2.3激光除冰法
另外，CO激光器，功率56W，时间230s，激块直接脱落，折合成1kg的冰，用此方法大概需 光沿冰与绝缘子的接触面照射，大约167ml的冰要85.7kJ的能量，热熔重力脱落的方法更接近书上激光铲刮法所提到的每kg冰消耗44kJ的能量.从以上3组实验数据可以得出以下结论：
尚无安全、有效、简单的方法.正是因为如此，就 目前除、防冰技术普遍能耗大、安全性能低，要求我们使用最先进的技术运用到熔冰的领城里面去.就激光的性质机理和激光的三大特性（高功率、高光束质量、高稳定性）来研究，能运用到熔冰方面使用的可以有两种方法：第一种是利用光的能量运用到熔冰除冰上.第二种是利用到激 激光的高能量、高强度、高亮度，我们可以利用激光的脉冲、应力波，通过脉冲激光照射，激光冲击能够在冰块内产生强应力波，从面达到熔冰的目的.
（1）激光直接照射冰块表面，融化冰块使用的时间较短，能量损耗也较少，需要的能量与理论 值相差不大，CO，激光器熔冰方法可行.
（2）激光光束在未聚焦的情况下，使用时间较长，能量损耗高，熔冰成本高.
（3）激光作用在冰与绝缘子接触面，使绝缘子表面的冰融化，而附着在绝缘子上的冰因自身重力作用而脱落，此方法熔冰效果更好，应用于输
综合以上几类熔冰的方法以及激光熔冰的方法，显然选择激光实行激光热熔冰为熔冰除冰的低，从固态到液态的相变过程中所需的能量较少， 比较理想的方案.从覆冰的一方面来说，冰熔点电线路导线覆冰熔冰中去效果更明显.
其次，进行大功率气体CO激光器熔冰实
验.我们将圆柱体形状的冰块放在激光下，激光的功率为500W，光斑直径为20mm，在激光的作用下，冰块受激光照射的部分有的由固态直接变成气态，可以看到冒出白色气体，即为水蒸气受空气的作用变成小水珠.同样也有些冰由固态变成液体的水，仍停留在冰块表面不能流动.这些水温度较高，对激光后期作用冰块时起到阻碍的作用，在实验中可以听到唧唧的响声.图1为激光 熔冰的现场图，可以看到冒出来的”白气”.
3结论
果和分析一些具体的覆冰事故，对输电线路覆冰 论文参考国内外关于输电线路覆冰研究的结进行了一次系统的研究.通过研究分析得到：
（1）覆冰分为雨淞、雾淞、混合等种类，不同的自然条件会形成不同的覆冰形式，其中雨和混合淞对输电线路的危害最大.
（2）防覆冰涂料对输电线路防止覆冰事故很的涂料不是太多.输电线路防覆冰涂料应具有的 有作用，而且简单易行，但现在的防输电线路覆冰性质是：具有疏水性、憎污性可使表面张力减小易于剥离、较好的吸热性、传热性良好和有耐候性.
（3）激光除冰还处于理论试验阶段，但从其能耗和除冰效率以及除冰效果来看，用激光除冰是输电线路除冰的一个比较理想方法，其发展潜力很大.
参考文献
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图1激光熔冰现场情况
对熔冰实验结果进行了记录如下：
2s时，冰块的表面发生变化，熔冰深度10mm；12s时，冰块表面被融化成一个小润，熔冰深50mm；25s时，小洞的面积变的更大，熔冰深度 度35mm；16s时，小润的面积变大，熔冰深度为60 mm.
根据实验数据可知，激光的功率越大，融化等量的冰块所蓄要的时间越少：相同功率的激光器作用在冰块上的时间越长，由于热传递的作用，熔冰的面积、深度越大；停留在冰块上面的水越多，对熔冰的影响越大，花费的时间越长；通过实验可 以知道，大功率的激光器对陶瓷、金属等物体的损害也比较大，在实际应用中我们也要考虑熔冰的具体方案，避免对输电线路的危害.通过对各种除冰方法的比较，以及在线除冰所提出的要求，我们采用CO激光除去高压线上的覆冰.通过对不同的实验，我们得出采用脱落，无论是在时间还高了除冰效率，为实时除冰提供了一套有效的解 是在能耗上，相对于其它激光除冰方法都大大提决方案.
