輸電線路覆冰抗冰融冰防冰技術(shù)

輸電線路覆冰、抗冰、融冰、防冰技術(shù)

前言覆冰和積雪是美麗的自然現(xiàn)象，對(duì)于電力系統(tǒng)，覆冰則是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，造成輸電線路倒塔(桿)、斷線、金具損壞、絕緣子串閃絡(luò)等嚴(yán)重事故，并對(duì)我國電網(wǎng)產(chǎn)生了巨大損失。自美國1932、我國1954年首次出現(xiàn)輸電線路覆冰災(zāi)害事故以來，國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)生的各類覆冰災(zāi)害事故幾千次。幾十年來，國內(nèi)外對(duì)輸電線路覆冰進(jìn)行了長期研究，取得了大量的研究成果。但至今為止，覆冰仍在威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，特別是在我國，情況更為突出。我國具有特殊的地形、地理特征，構(gòu)成了輸電線路覆冰具有典型的微地形、小氣候特征。正是由于這種特征，決定了輸電線路覆冰是隨機(jī)的，難以預(yù)測(cè)的。匯報(bào)內(nèi)容輸電線路覆冰現(xiàn)象及其危害輸電線路覆冰的影響及其導(dǎo)致災(zāi)害的原因分析輸電線路防冰除冰方法利用電流焦耳熱融冰的方法防止絕緣子冰閃的方法輸電線路覆冰的測(cè)量一、輸電線路覆冰現(xiàn)象及其影響因素1、國外典型的電網(wǎng)覆冰災(zāi)害事故1921年10月瑞典發(fā)生嚴(yán)重積冰現(xiàn)象。瑞典研究報(bào)告指出，如果當(dāng)時(shí)的低溫、凍雨和強(qiáng)風(fēng)氣象條件發(fā)生在現(xiàn)在，20%~50%的桿塔將倒塌。國外最早有記錄的輸電線路覆冰事故1932年出現(xiàn)于美國。1972年1月，冰災(zāi)襲擊美國哥倫比亞州，線路覆冰9mm，二條500kV線路嚴(yán)重?fù)p壞，。1998年1月，有史以來最嚴(yán)重的凍雨冰風(fēng)暴襲擊加拿大東部和美國東北部部分地區(qū)。自1月4日至10日，加拿大魁北克地區(qū)降凍雨總計(jì)120mm，輸電線路桿塔倒塌1000多基，配電網(wǎng)電桿倒塌3000多基。加拿大470萬人、美國50萬人受到影響，400萬人停電超過2周，當(dāng)年10月電網(wǎng)才完成恢復(fù)。1999年12月法國發(fā)生為期3天的冰雪風(fēng)暴，38條主要輸電線路停運(yùn)，5000MV電力不能輸送，超過350萬戶人家停電。2005年1月瑞典南部遭受嚴(yán)重暴風(fēng)雪災(zāi)害，風(fēng)速達(dá)46m/s。電力系統(tǒng)、電話通訊以及鐵路公路長時(shí)間停運(yùn)。65萬人電力中斷，電力修復(fù)周期為7周。2005年11月德國發(fā)生冰雪災(zāi)害造成超過70基輸電線路桿塔倒塌，20萬人停電。

最近30年來，局部覆冰事故和大面積冰害事故在全國各地時(shí)有發(fā)生。我國最早有記錄的輸電線路冰害事故出現(xiàn)于1954年，當(dāng)時(shí)全國發(fā)生大面積覆冰，如果發(fā)生在現(xiàn)在，造成的災(zāi)害將超過2008年1月。1984年云南貴州大面積覆冰。1992年10月青海日月山口330kV線路覆冰倒塌8基。1993年11月湖北荊門500kV線路覆冰倒塌7基。1994年11月湖北荊門500kV線路覆冰倒塌2基。1999年3月，北京、天津、唐山地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)1周的凍霧天氣，涉及110/220/500kV共10條線路冰閃47次。2004年12月湖南、湖北發(fā)生大面積覆冰，電網(wǎng)遭受嚴(yán)重破壞。2005年2月湖南、湖北發(fā)生大面積覆冰，電網(wǎng)遭受嚴(yán)重破壞。2005年2月重慶遭受特大風(fēng)雪襲擊。220kV線路嚴(yán)重破壞。2008年南方廣大地區(qū)的長時(shí)間、凍雨覆冰災(zāi)害事故。2、我國電網(wǎng)典型覆冰災(zāi)害事故概要(1)按照覆冰對(duì)電網(wǎng)形成的危害，輸電線路覆冰分為五類：A-雨淞B-混合淞(硬霧凇)C-霧淞(軟霧凇)D-雪E-霜凇3、輸電線路覆冰的分類性質(zhì)：純粹、透明的冰，堅(jiān)硬，密度0.8~0.9g/cm3或更高，粘附力很強(qiáng)。形成條件及過程：低海拔地區(qū)，由過冷卻雨或毛毛細(xì)雨降落在低于凍結(jié)溫度的物體上形成，氣溫-2~0℃；在山地，由云中來的冰晶或含有大水滴的地面霧在高風(fēng)速下形成，氣溫-4~0℃。形成時(shí)的風(fēng)速較大：5~15m/s。特點(diǎn)：一般是由空氣中過冷卻水滴凍結(jié)在導(dǎo)線形成，多出現(xiàn)在海拔較低的地區(qū)；可形成冰柱，密度一般0.8~0.9

g/cm3，結(jié)構(gòu)最緊密，附著力強(qiáng)，對(duì)輸電線危害最大。A型：雨凇(Glaze)性質(zhì)：不透明(奶色)或半透明冰，常由透明和不透明冰層交錯(cuò)形成，密度0.6~0.8g/cm3。形成條件及過程：在低地，由云中來的冰晶或有雨滴的地面霧形成，氣溫-5~0℃；在山地,在相當(dāng)高的風(fēng)速下，由云中來的冰晶或帶有中等大小水滴的地面霧形成，氣溫-10~-3℃。特點(diǎn)：雨淞和霧淞的連續(xù)凍結(jié)物，在天氣周期性變化時(shí)形成；堅(jiān)硬；粘附力強(qiáng)。對(duì)輸電線路的危害僅次于雨淞。B型：混合凇(硬霧凇)(HardRime)

性質(zhì)：白色,呈粒狀雪,質(zhì)輕,為相對(duì)堅(jiān)固的結(jié)晶,密度0.3~0.6g/cm3,粘附力頗弱。形成條件及過程：在中等風(fēng)速下形成，在山地由云中來的冰晶或含水滴的霧形成，氣溫-13~-7℃。特點(diǎn)：C型：霧凇(Rime)性質(zhì)：在低地為干雪,密度低,粘附力弱.在丘陵為凝結(jié)雪和雨夾雪或霧,重量大.密度0.1~0.3形成條件及過程：粘附雪經(jīng)過多次融化和凍結(jié),成為雪和冰的混合物,可以達(dá)到相當(dāng)高的重量和體積。特點(diǎn)：D型：雪(SnowandSleet)性質(zhì)：白色，雪狀，不規(guī)則針狀結(jié)晶，很脆而輕，密度0.05~0.3g/cm3，粘附力弱。形成條件及過程：水汽從空氣中直接凝結(jié)而成,發(fā)生在寒冷而平靜的天氣,氣溫低于-10℃。特點(diǎn)：E型：霜凇(HoarFrost)(2)按照覆冰形成的機(jī)理及形成過程，導(dǎo)線覆冰增長可分為：干增長覆冰濕增長覆冰霧凇、霜凇、雪是干增長過程，雨凇是濕增長過程，混合凇是介于、干濕增長之間的一種覆冰過程。4、覆冰的形成條件導(dǎo)線覆冰是由氣象條件決定的，是由溫度、濕度、冷暖空氣對(duì)流、環(huán)流以及風(fēng)等因素決定的綜合物理現(xiàn)象。導(dǎo)線覆冰必須具備三個(gè)條件，即可凍結(jié)的氣溫(＜0℃)較高的濕度(RH%＞85%)，即空氣中具有可凍結(jié)的水分或過冷卻水滴、霧滴和水汽等。使空氣中水滴運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速(＞1m/s)5、影響輸電線路覆冰的因素

影響導(dǎo)線覆冰的因素很多，主要有：氣象因素地形和地理環(huán)境條件海拔高度和導(dǎo)線懸掛高度導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特性(1)氣象因素影響導(dǎo)線覆冰的氣象因素主要有溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、空氣中過冷卻水滴或霧滴的直徑及凝結(jié)高度等。(a)環(huán)境溫度：對(duì)覆冰的影響最明顯。一般最易覆冰的溫度為-1℃和-5℃，氣溫太低，過冷卻水滴變成了雪花，形成不了導(dǎo)線覆冰，因此，嚴(yán)寒的北方地區(qū)冰害事故反而較南方的云、貴、湘、鄂等南方高濕度、水汽充分的地區(qū)輕。(b)空氣濕度：空氣濕度的大小對(duì)導(dǎo)線覆冰影響甚大。濕度大，一般在85%以上，不僅較易引起導(dǎo)線覆冰，而且還易形成雨凇。南方覆冰最為頻繁的湖南、湖北、江西等省，每逢嚴(yán)冬和初春季節(jié)，因陰雨連綿，空氣濕度很高(90%以上)，故導(dǎo)線極易覆冰，且多為雨凇。云南、貴州等高海拔地區(qū)，覆冰多為霧凇或混合凇。(c)

風(fēng)速風(fēng)向：由于風(fēng)起著對(duì)云和水滴的輸送作用，故對(duì)導(dǎo)線覆冰有重要影響。無風(fēng)和微風(fēng)時(shí)，有利于晶狀霧凇的形成；風(fēng)速較大時(shí)則有利于粒狀霧凇的形成。幾乎所有計(jì)算導(dǎo)線覆冰的模型都包含有風(fēng)速這一主要因素，一般而言，風(fēng)速越大(0~6m/s范圍內(nèi))，導(dǎo)線覆冰越快。而風(fēng)向主要會(huì)對(duì)覆冰形狀產(chǎn)生影響，當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)線垂直時(shí)，結(jié)冰會(huì)在迎風(fēng)面上先生成，產(chǎn)生偏心覆冰，而當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)線平行時(shí)，則容易產(chǎn)生均勻覆冰。(d)過冷卻水滴大?。核沃睆皆酱?，碰撞物體凍結(jié)過程中，其潛熱釋放緩慢，反之，則凍結(jié)迅速。導(dǎo)致形成覆冰的特征有很大差異。雨凇覆冰時(shí)，過冷卻水滴直徑大，約在10~40μm之間，中值體積水滴直徑為25μm左右，是毛毛細(xì)雨；霧凇覆冰時(shí)，水滴直徑在1~20μm之間，中值體積水滴直徑為10μm左右;而對(duì)于混合凇，其水滴直徑在5~35μm之間，中值體積直徑為15~18μm。(e)

凝結(jié)高度：所謂“凝結(jié)高度”是指云中的過冷卻水滴全部變成冰晶或雪花時(shí)的海拔高度，是隨著不同的地面氣溫和露點(diǎn)溫度而變化的，常用海寧(Hening)公式計(jì)算：H=124(T-Td)

式中：H為凝結(jié)高度(m)；T為地面氣溫(℃)；Td為露點(diǎn)溫度(℃)。凝結(jié)高度是以地面為起始基準(zhǔn)的空氣中水滴碰撞物體前可凍結(jié)的高度，它的大小對(duì)高海拔山區(qū)的導(dǎo)線覆冰具有決定性的影響。當(dāng)山峰高度超過凝結(jié)高度時(shí)(如云南烏蒙山東側(cè)、滇東云貴交界地區(qū))，此區(qū)域必屬于重冰區(qū)或特重冰區(qū)。(2)地形和地理環(huán)境的影響覆冰與山脈走向、坡向和分水嶺等因素也有明顯關(guān)系。在山區(qū)導(dǎo)線受地形及地理的影響更為嚴(yán)重。在受風(fēng)條件比較好的突出地形，如山頂、埡口、風(fēng)道和迎風(fēng)坡，以及空氣水份較充足的江河、湖泊、水庫和云霧環(huán)繞的山腰、山頂?shù)忍幎际菢O易夜冰的地點(diǎn)，而且其覆冰程度也比較嚴(yán)重。我國具有典型的微氣象、微地形覆冰特征，常見的微氣象覆冰地形主要有：1定義典型實(shí)例埡口型在綿延的山脈所形成的婭口，是氣流集中加速之處，當(dāng)線路處于埡口或橫跨埡口時(shí)，將導(dǎo)致風(fēng)速增大或覆冰量增加。江西省井岡山鹽山埡口，云南省昭通市莊溝埡口，湖南省拓鄉(xiāng)110kV線路羊古嶺埡口，貴州省110kV水盤線黑山埡口，四川省大涼山老林口，云南省110kV以東線53號(hào)桿施布卡埡口，云南省500kV大昆線石官坡埡口等2定義典型實(shí)例高山分水嶺型線路翻越分水嶺，空曠開闊，容易出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)及嚴(yán)重覆冰情況，尤其在山頂及迎風(fēng)坡側(cè)，含有過冷卻水滴的氣團(tuán)在風(fēng)力作用下，沿山坡強(qiáng)制上升而絕熱膨脹，使得過冷卻水滴含量增大，導(dǎo)致導(dǎo)線覆冰增加。陜西省秦嶺，云南省金沙江與小江的分水嶺，河南省南陽地區(qū)伏牛山老界嶺，浙江省云和縣與松陽縣交界的方山嶺，廣東省韶關(guān)地區(qū)乳源和東昌兩縣交界的分水嶺，湖南衡山祝融峰等。3定義典型實(shí)例水氣增大型輸電線路臨近較大的江湖水體，使空氣中水汽增大，當(dāng)寒潮人侵，氣溫下降至0℃以下時(shí)，由于空氣濕度大，便容易出現(xiàn)嚴(yán)重彼冰現(xiàn)象。江西梅嶺(受鄱陽湖影響)，云南昆明太華山(受滇池影響)，湖南省沅江市(受洞庭湖影響)，湖北省巴東縣綠蔥坡(受長江影響)。四川會(huì)東白龍山及云南東川海子頭(受金沙江影響)，500kV大昆線哀牢山地段(受老虎山電站水庫影響)等4定義典型實(shí)例地形抬升型平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一側(cè)較低另一側(cè)較高的臺(tái)地及陡崖，因盆地水汽充足，濕度較大的冷空氣容易沿山坡上升，在頂部或臺(tái)地上形成云霧，當(dāng)冬季寒潮人侵時(shí)便會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰現(xiàn)象云南省會(huì)澤縣大竹山，貴州省220kV雞江Ⅱ回十里長沖，廣西省110kV蔽桂線金竹坳，滇南蒙自盆地邊緣地形抬升的馬拉格，貴州東部的萬山及500kV大昆線易門老吾街后山等5定義典型實(shí)例峽谷風(fēng)道型線路橫跨峽谷，兩岸很高很陡，通過狹管效應(yīng)產(chǎn)生較大的風(fēng)速，將導(dǎo)致送電線路風(fēng)荷載的大幅度增加云南省110kV六平線36號(hào)桿南盤江峽谷，500kV大昆線綠汁江跨越點(diǎn)，云南220kV以昆線282－283號(hào)大黑山峽谷風(fēng)槽，500kV漫昆線哀牢山76-77號(hào)兔街山谷風(fēng)道等(3)海拔高度和導(dǎo)線懸掛高度一般海拔高度越高導(dǎo)線越易覆冰，冰厚也越大，而且多為霧淞，海拔高度較低處，其冰厚(b)較小，但多為雨淞或混合淞。導(dǎo)線懸點(diǎn)愈高，覆冰愈重，這是因?yàn)?，近地層?nèi)風(fēng)速和霧的密度隨離地高度的增加而增大。冰厚隨高度(海拔高度或懸掛高度)變化的規(guī)律可用乘冪律表示：其中：Z為高度，b為覆冰厚度;下標(biāo)“Z”表示Z高度處的物理量，“0”表示參考高度Z0處的物理量。(4)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)線結(jié)構(gòu)特性包括導(dǎo)線的直徑、剛度，通過的電流大小等因素。對(duì)導(dǎo)線直徑而言，它對(duì)導(dǎo)線覆冰的影響主要表現(xiàn)為其對(duì)導(dǎo)線捕獲空氣中過冷卻水滴的有效性，即收集系數(shù)的影響。這是流體力學(xué)特性決定的問題。導(dǎo)線覆冰增長率為：導(dǎo)線半徑越大，過冷卻水滴與撞擊導(dǎo)線的撞擊系數(shù)(α1)

越小，其撞擊導(dǎo)線的幾率越小，覆冰厚度增長越慢?！瓕?dǎo)線剛度的大小決定其抗扭轉(zhuǎn)的性能，它主要是影響導(dǎo)線覆冰的截面形狀。細(xì)而長的導(dǎo)線剛度較小，易于扭轉(zhuǎn)，多呈現(xiàn)圓形覆冰，覆冰量也就會(huì)相應(yīng)增加。(5)電場(chǎng)的影響電場(chǎng)的存在會(huì)對(duì)移向?qū)Ь€的水滴粒子產(chǎn)生極化和吸引力。雖然水滴內(nèi)的極化電荷隨交流電壓而變化，但其作用力永遠(yuǎn)是一個(gè)引向?qū)Ь€的吸引力。因此，電場(chǎng)對(duì)霧滴和毛毛細(xì)雨的吸引力會(huì)導(dǎo)致更多的水滴移向?qū)Ь€表面，因而能增加導(dǎo)線上的覆冰量。電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)。負(fù)荷電流對(duì)導(dǎo)線覆冰的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面。當(dāng)電流不夠大，焦?fàn)枱岵荒苁箤?dǎo)線表面維持0℃以上溫度時(shí)，負(fù)荷電流反而會(huì)使導(dǎo)線覆冰增加，因?yàn)槌霈F(xiàn)了電場(chǎng)的影響；當(dāng)電流足夠大，能使電線發(fā)熱并維持其表面溫度在0℃以上時(shí)，這時(shí)即使有過冷卻水滴碰撞導(dǎo)線，導(dǎo)線表面也不會(huì)覆冰，從而達(dá)到自然防冰的效果。二、輸電線路覆冰的影響1、覆冰的危害：覆冰對(duì)輸電線路造成嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在金具損壞、導(dǎo)線斷股、斷線、舞動(dòng)、桿塔傾斜或倒塌、以及絕緣子串閃絡(luò)等。(1)過負(fù)載事故：線路實(shí)際覆冰超過設(shè)計(jì)抗冰厚度。線路覆冰質(zhì)量增加、覆冰后風(fēng)壓面積增加，導(dǎo)致機(jī)械和電氣事故：1)導(dǎo)線和地線：導(dǎo)線從壓接管內(nèi)抽出，或外層鋁股全斷、鋼芯抽出等，整根拉斷或耐張線夾或懸垂線夾出口處附近導(dǎo)線外層斷股。2)金具：懸垂線夾船體在U型螺栓附近斷裂，拉線、契型線夾斷裂。3)電氣間隙：弧垂增大，導(dǎo)線對(duì)地間距減小。地線弧垂增大，造成與導(dǎo)線相碰、燒傷及燒斷導(dǎo)地線。4)桿塔結(jié)構(gòu)：導(dǎo)線和地線斷裂導(dǎo)致直線桿頭順線方向折斷；導(dǎo)地線不對(duì)稱布置導(dǎo)致垂直線路方向塔頭折斷；邊導(dǎo)線斷裂導(dǎo)致耐張雙桿的桿身在不同方向扭斷；導(dǎo)線斷裂引起拉線或拉線金具破壞而后順線倒桿；垂直荷載增大且有很大偏心彎矩，構(gòu)成壓彎屈曲，在拉線點(diǎn)以下折斷，垂直線路方向倒桿。5)基礎(chǔ)：下沉、傾斜或爆裂而引起塔身傾斜或倒桿。6)絕緣子串：覆冰過載引起扭轉(zhuǎn)、跳躍，使絕緣子串翻轉(zhuǎn)、碰撞、炸裂等(2)不均勻覆冰或不同期脫冰引起的機(jī)械和電氣方面的事故：1)導(dǎo)線和地線相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)地線在線夾內(nèi)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致導(dǎo)線外層鋁股在線夾出口處斷裂、鋼芯抽動(dòng)，造成線夾另一側(cè)的鋁股擁擠在線夾附近。不均勻覆冰的張力差是靜荷載，線股斷口有縮頸現(xiàn)象；不同期脫冰的張力差是動(dòng)荷載，線股斷口無縮頸現(xiàn)象。2)絕緣子損壞：相鄰檔張力差異導(dǎo)致直線桿塔承受張力差，使懸垂絕緣子串偏移，碰撞橫擔(dān)，造成絕緣子損傷或破裂。3)電氣間隙：張力差導(dǎo)致橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)線碰撞拉線，使拉線燒斷造成倒桿；三相熔冰時(shí)，中相、邊相不同步導(dǎo)致導(dǎo)線不同步擺動(dòng)時(shí)碰撞。4)桿塔結(jié)構(gòu)：不同期脫冰使橫擔(dān)折斷或向上翹起，地線支架扭壞，覆冰不均勻使橫擔(dān)扭轉(zhuǎn)。(3)絕緣子覆冰以及冰棱橋接傘裙，導(dǎo)致其電氣性能降低：絕緣子覆冰或被冰凌橋接后，泄漏距離縮短，絕緣強(qiáng)度下降。融冰時(shí)，絕緣子局部表面電阻降低，形成閃絡(luò)事故。閃絡(luò)時(shí)持續(xù)電弧燒傷絕緣子。(4)不均勻覆冰引起的導(dǎo)線舞動(dòng)事故：不勻覆冰會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生自激振蕩和舞動(dòng)，造成金具損壞、導(dǎo)線斷股及桿塔傾斜或倒塌等。500kV/4A污穢試驗(yàn)電源電容分壓器1985年建立了直徑２ｍ、長４ｍ的人工氣候室及其配電電源2002年研制成功了內(nèi)徑7.8m、高11.6m的目前國內(nèi)外最大功能最多的大型多功能人工氣候室。最低氣溫:-450C最低氣壓:30kPa；最大風(fēng)速:12m/s；最大紫外線強(qiáng)度:80W/m2)結(jié)構(gòu)：圓柱體；底面－平面；頂部－半球形；內(nèi)底－覆蓋12mm鋼板；頂部－覆蓋10mm鋼板；筒體:－覆蓋10mm鋼板；外層承力－1.2kg/cm2；內(nèi)層絕熱－250mm發(fā)泡絕熱層結(jié)構(gòu)。內(nèi)底：240mm工字鋼(450×450mm)筒體:120mm工字鋼(800×800mm)120mm工字鋼(600×600mm)極限工況下鋼板整體受力分布極限工況下變形局部最大受力約為110Mpa，整體變形約25mm、局部變形小于40mm，低于結(jié)構(gòu)極限工作條件350Mpa、整體變形45mm，局部變形70mm。經(jīng)檢驗(yàn)，最低氣壓達(dá)28.0kPa，超過設(shè)計(jì)工作極限30kPa的要求

內(nèi)層絕熱采用250mm自發(fā)泡絕熱層結(jié)構(gòu)，選擇2×50kW的雙制冷、水冷卻制冷系統(tǒng)，達(dá)到最佳制冷效果。從常溫降至-45℃的時(shí)間為50min.，比設(shè)計(jì)的2小時(shí)短70min.，提高了使用效率。環(huán)境溫度20℃時(shí)，最低溫度(-45℃)下溫度回升至0℃的時(shí)間大于48h，人工氣候室具有良好的保溫性能。

噴嘴風(fēng)扇壓控進(jìn)氣壓控進(jìn)水采用控制進(jìn)水壓力(2.5~3.5kg/cm2)、進(jìn)氣壓力(3~4.0kg/cm2)、過冷卻水滴溫度(3~4℃)及其中值體積直徑(d)、環(huán)境溫度(t)和風(fēng)速(v)的方法控制覆冰類型。水滴顆粒在10~500μm內(nèi)可調(diào)；霧凇覆冰(密度<0.3g/cm3)時(shí)：d≈25μm、v<3m/s、t<-15℃；混合凇覆冰(密度<0.8g/cm3)時(shí)：d≈100μm，v=3~6m/s、t=-10~15℃；雨凇覆冰(密度0.8~0.9g/cm3)時(shí)：d≈240μm，v>8m/s、t=0~-2℃。三、輸電線路防冰除冰方法防冰方法：在覆冰導(dǎo)線覆冰前采取各種有效技術(shù)措施，使各種形式的冰在導(dǎo)線上無法積覆，或即使積覆，其總的覆冰荷載也能控制在導(dǎo)線可承受的范圍內(nèi)。除冰方法：在導(dǎo)線覆冰達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)后采取有效措施，部分或全部除去導(dǎo)線上覆冰的方法或措施。國內(nèi)外研究、探索和應(yīng)用的防冰、除冰方法主要有：憎水性、蔬水性涂料防冰方法自動(dòng)和手動(dòng)機(jī)械除冰裝置短路電流熔冰方法(交流、直流)過負(fù)荷電流熔冰技術(shù)諧波變壓器除冰低居里材料防冰技術(shù)電磁脈沖除冰方法激光除冰微波除冰熱氣、熱水除冰。線路取電高頻融冰(帶負(fù)荷)等目前這些方法尚不能完全防止輸電線路發(fā)生冰害事故。主要存在以下問題：技術(shù)不成熟操作困難成本太高沒有掌握覆冰規(guī)律，技術(shù)方法應(yīng)用不當(dāng)。我國早在1976年就制訂了《重冰區(qū)線路設(shè)計(jì)規(guī)程草案》，提出了“避”、“抗”、“改”、“防”、“融”五字防冰害冰災(zāi)的綜合技術(shù)措施：“避”：避開重冰區(qū)，“抗”：提高線路抗冰厚度“改”：改造已有線路“防”：采取合理措施防止覆冰“融”：采取電流融冰1、低居里磁熱線在輸電線路導(dǎo)線防冰中的應(yīng)用低居里鐵磁材料用于防冰最早起源于英國(60年代)，發(fā)展和研究于日本和我國(80~90年代)。低居里鐵磁材料是一種由鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉻(Cr)及硅(Si)等按一定比例組成的，具有較低居里溫度的合金材料?！捌呶濉逼陂g，武漢高壓研究所試圖將其應(yīng)用于輸電線路防冰，與首鋼冶金研究院等單位共同研制出低居里鐵磁材料防冰器件，包括鐵磁線、預(yù)絞絲或防冰套筒等。無論是哪種形式的防冰器件，均由磁芯和覆層兩部分組成。低居里鐵磁線纏繞在導(dǎo)線上，交流傳輸電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，磁芯磁化。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)的值很?。欢硿囟鹊陀诰永稂c(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)。發(fā)熱的基本形式：磁滯損耗和渦流損耗(或二次電流損耗)。傳輸電流為I時(shí)，理想情況下的低居里材料磁感應(yīng)強(qiáng)度與溫度的關(guān)系幾種典型的低居里材料幾種鐵磁材料的B－T曲線(H=3980A/m)低居里鐵磁線在弱磁場(chǎng)下，即線路傳輸電流較小時(shí)，磁滯和渦流損失能滿足防覆冰要求；而在導(dǎo)線傳輸電流較大時(shí)并不產(chǎn)生過剩的能量消耗。主要形式：LC防冰套筒和LC磁熱線。LC磁熱線:將ＬＣ材料在特殊工藝下拔拉成1.0～2.5mm的絲材，并在其表面包敷0.1～0.5mm的導(dǎo)電覆層而成。可用手工或?qū)Ｓ脵C(jī)械將其以固定螺距纏繞在導(dǎo)線上，也可根據(jù)需要將其制作成予絞絲的形式。LC防冰套筒：結(jié)構(gòu)類似于1:1的電流互感器，如圖7所示。目前工程中采用的ＬＣ防冰套筒元件長度為45cm，磁芯厚度0.2cm，鋁質(zhì)二次線圈厚度0.2cm，元件總重量1.0kg。安裝時(shí)元件之間的間隔為1.0m。ＬＣ磁熱線防冰設(shè)計(jì)設(shè)Pm為ＬＣ磁熱線的產(chǎn)生的功率(W/m)，Pj為傳輸電流焦耳熱量(W/m)，Pf為覆冰期間融化單位長度導(dǎo)線上可能的覆冰量所需的熱量(W/m)，Pr為表面散熱損失量(W/m)，完全或部分防冰的條件：ＬＣ磁熱線防冰應(yīng)用前景分析優(yōu)點(diǎn)：目的是防冰，在技術(shù)上可行，防冰效果明顯。缺點(diǎn)：成本高，經(jīng)濟(jì)上不可行，400mm2的四分裂的500kV線路，成本約250~280萬元。制造工藝復(fù)雜，600~800℃高溫熔煉，經(jīng)特殊工藝加工(冷拔)、覆層。增加線損工程實(shí)施較大的困難。需要解決的問題：居里溫度點(diǎn)(0℃)磁感應(yīng)強(qiáng)度在居里點(diǎn)突變等技術(shù)難關(guān)。某種低居里鐵磁材料的原材料成本成分鐵(Fe)鎳(Ni)鉻(Cr)硅(Si)百分比/%46.0%40.0%3.0%%1.0%價(jià)格/(元/kg)0.8240.5728.5注：原料價(jià)格為2007年平均值2、憎水性或憎冰行涂料在輸電線路導(dǎo)線防冰中的應(yīng)用液體對(duì)固體的浸潤程度以接觸角表示，接觸角大于90°的為疏水涂層，大于150°的為超疏水涂層。當(dāng)達(dá)到超疏水能力且接觸角在160°以上時(shí)，材料對(duì)水的粘著力則很小。當(dāng)疏水角接近170°時(shí)，材料僅傾斜1°，水珠在重力的作用下就會(huì)滾動(dòng)。水與表面的接觸角越大，即表面的疏水性越好，則水珠越晚開始凍結(jié)。利用憎水、冰性涂料防覆冰是被動(dòng)方法之一。在涂料輸電線路導(dǎo)(地)線、桿塔結(jié)構(gòu)或絕緣子等上覆涂憎水性能涂料，降低冰與襯墊表面的附著力，雖不能防止冰的形成，但可使凍雨或雪等在凍結(jié)或粘結(jié)到導(dǎo)線或絕緣子之前就可以在自然力，如風(fēng)或?qū)Ь€及絕緣子擺動(dòng)時(shí)的作用下即能滑落，或者使冰或雪在導(dǎo)線或絕緣子的附著力明顯降低，達(dá)到防止覆冰、減少線路出現(xiàn)冰害事故的目的。有些涂料具有很強(qiáng)的憎水、憎冰性。憎水性表面親水性表面水滴與襯底的接觸角θ

涂料防冰的關(guān)鍵是降低冰和襯底的附著力，即降低其反應(yīng)性和表面力，使其更具惰性，更不滲水。由此產(chǎn)生的高接觸角θ更有可能在交界面吸留空氣，吸留空氣可以阻止跨越界面交換吸力，減小附著結(jié)合力，造成不均衡的應(yīng)力集中，使之發(fā)生裂紋并擴(kuò)大，導(dǎo)致附著力失效，產(chǎn)生防冰效果。防冰涂料目前有：有機(jī)氟、有機(jī)硅、烷烴及烯烴等類化合物，如丙烯酸烘漆、聚四氟乙烯及有機(jī)硅漆等。防覆冰涂料的防冰效果測(cè)定：表征參數(shù)為DC值。方法：取一組試驗(yàn)鋁板置于冰凍腔內(nèi)，在試驗(yàn)鋁板中心位置上各放置一個(gè)金屬鋁環(huán)(切削或錐口形端向下)，環(huán)內(nèi)注入定量蒸餾水后使其凍結(jié)，完全凍結(jié)后立即測(cè)試涂層與環(huán)內(nèi)結(jié)冰的附著力，防冰效果DC值為：F0為未涂涂料時(shí)冰在試驗(yàn)鋁板上的附著力(g)，即空白值；F為冰對(duì)試驗(yàn)涂層的附著力(g)DC值越高，涂料的防冰效果越好。DC值大于90%時(shí)，光滑平板有明顯防冰效果。影響DC的因素：固有特性，涂料固化溫度和被覆涂物體表面光潔度、形狀及清潔度等。一般要求其固化溫度較低且固化速度快。如果DC＞90%且固化溫度＜25℃、固化時(shí)間＜2.5h，則該涂料對(duì)防止絕緣子覆冰具有明顯效果；對(duì)于導(dǎo)線，即DC＞90%，由于導(dǎo)線線股間隙的影響，涂料的防冰效果很難充分顯示。因此，目前涂料用于導(dǎo)線防冰成功的示例未見報(bào)道。

防冰涂料的前景－仿荷葉防冰涂料自然界的許多物質(zhì)表面是超疏水、自清潔型的。如蝴蝶的翅膀、卷心菜、印度水芹、荷花等植物的葉子等。荷花出淤泥而不染，從荷葉上滾落的水珠可以清除其上吸附的灰塵和細(xì)菌，這種現(xiàn)象稱之為荷葉的“自清潔效應(yīng)”或“荷葉效應(yīng)”。荷葉表層生長著納米級(jí)的蠟晶，使荷葉表面具有超疏水性。荷葉表面的微米乳突等形成微觀粗糙表面，超疏水性和微觀尺度上的粗糙結(jié)構(gòu)賦予了荷葉“出污泥而不染”的功能，也就是荷葉效應(yīng)。荷葉表面與水滴接觸角度平均為160°，最大接近180°的極限值，因而利用“荷葉效應(yīng)”制成的憎水性涂料在輸電線路防冰中應(yīng)用有重要的實(shí)用意義。目前利用“荷葉效應(yīng)”制成的憎水性涂料成功用于輸電線路防污防冰鮮見報(bào)道，市場(chǎng)上流通的所謂有“荷葉效應(yīng)”的涂料并不具有超疏水性質(zhì)，僅具有一定的疏水特性，且接觸角都在120°以下，并且由于添加了一些蠟、含氟添加劑等，使用壽命大大縮短。隨著涂料技術(shù)的不斷發(fā)展，仿生學(xué)研究的深入，仿荷葉涂料在輸電線路防冰中具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然憎水性涂料用于輸電線路防冰看起來簡單易行，但是涂料涂于導(dǎo)線上后由于股線的扭動(dòng)，涂層容易破裂，憎水性再好的涂料有了裂紋后容易滲透到股線間，形成結(jié)冰，另外還有抗老化等問題需要解決，因此涂料防冰是不易攻破的難題，要達(dá)到工程應(yīng)用要求還須花更大的力氣才能解決。3、電磁脈沖除冰原理及其在輸電線路導(dǎo)線防冰中的應(yīng)用電磁脈沖除冰(EIDI)是機(jī)械除冰方法之一，是利用大電流瞬時(shí)脈沖的機(jī)械力除冰方法，已經(jīng)應(yīng)用于飛機(jī)除冰，也可應(yīng)用于輸電線路。除冰原理：線圈帶電時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)磁場(chǎng)又產(chǎn)生大幅度短時(shí)持續(xù)力或脈沖力作用于附近導(dǎo)電板或目標(biāo)，這種力可使導(dǎo)線表面緩慢擴(kuò)張，然后收縮。這種擴(kuò)張和收縮的過程導(dǎo)致表面覆冰脫落。線圈緊靠目標(biāo)，觸發(fā)器控制閘流管導(dǎo)通，電容器通過線圈放電產(chǎn)生磁場(chǎng)，在目標(biāo)中產(chǎn)生渦流并迅速衰減；渦流與線圈磁場(chǎng)結(jié)合產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間只有數(shù)微妙的數(shù)千牛頓(kN)的推斥力，瞬時(shí)脈沖力使目標(biāo)表面覆冰產(chǎn)生位移并將震裂目標(biāo)物體上覆冰。電磁脈沖除冰(EIDI)應(yīng)用輸電線路前景美國維奇托州立大學(xué)研究了在輸電線路上采用電磁脈沖技術(shù)。每一個(gè)電線桿上安裝一個(gè)EIDI單元，其中包括儲(chǔ)能電容器組，可控硅及其相應(yīng)的電子線路。每個(gè)單元可以帶6個(gè)EIDI執(zhí)行器，每個(gè)執(zhí)行器包括脈沖線圈和目標(biāo)物，目標(biāo)物是與導(dǎo)線直接相連的線圈。儲(chǔ)能電容器組和EIDI中的其他部件直接由線路上的電流互感器或電壓互感器供電。EIDI單元可以控制，并且可以通過幾種形式的冰探測(cè)器來自動(dòng)控制其動(dòng)作：當(dāng)探測(cè)器給出指示覆冰狀況的信號(hào)后，EIDI單元?jiǎng)幼?，向?zhí)行器中的脈沖線圈發(fā)出脈沖電流，執(zhí)行器由此獲得的沖擊力使冰從導(dǎo)線上脫落。研究人員成功的將一段3m長的導(dǎo)線上的12.5mm冰除去，說明該方法可以在實(shí)際線路上取得成功。將此裝置用于專門建設(shè)的100m長檔距的實(shí)驗(yàn)線路上時(shí)，它僅能除去約3~5m長的一段上的覆冰，脈沖振蕩雖然能夠沿導(dǎo)線向?qū)Ь€中部傳播，但空間陡度已經(jīng)不足以使覆冰脫落。試驗(yàn)中覆冰厚度在0～18mm變化，并不影響有效除去的覆冰段的長度。將充電電壓增加到2.2kV可以明顯改善除冰的能力，但由于此時(shí)導(dǎo)線舞動(dòng)劇烈，因此試驗(yàn)沒有繼續(xù)進(jìn)行下去。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究表明：現(xiàn)有的EIDI執(zhí)行器并不能滿足實(shí)際輸電線路的需要；EIDI執(zhí)行器在輸電線路的長時(shí)間工作會(huì)引起執(zhí)行器的脫落；執(zhí)行器與導(dǎo)線之間的電氣隔離問題也需要大量的研究；考慮到在每根桿塔上都要裝設(shè)EIDI系統(tǒng)所花費(fèi)用很高；不過此技術(shù)有明顯的優(yōu)點(diǎn)是：沒有運(yùn)動(dòng)部件，安全可靠。4、形狀記憶合金除冰原理及其在輸電線路導(dǎo)線防冰中的應(yīng)用形狀記憶合金(NiTi)發(fā)明于60年代，美國海軍用于飛機(jī)液壓系統(tǒng)管接頭。80年代，其專利的有效期期滿，ID公司等應(yīng)用于飛機(jī)除冰。形狀記憶合金由于其獨(dú)特的冶金成分．可在一個(gè)相當(dāng)窄的相變溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的形狀尺寸上的變化，這是一般合金所不具備的特性，當(dāng)合金處于轉(zhuǎn)變溫度范圍的冷側(cè)一邊時(shí)．其結(jié)構(gòu)為馬氏體相，這種材料相當(dāng)軟，有塑性，固此有可能對(duì)合金進(jìn)行大約達(dá)到8%的應(yīng)變。此時(shí)如果將合金加熱，馬氏體將無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變成奧氏體相，奧氏體的材料硬而無柔性。由于材料在馬氏體狀態(tài)經(jīng)過了變形，而加熱后材料又能回到變形前的形狀，這種效應(yīng)稱為形狀記憶，這種合金就稱為形狀記憶合金。NiTi合金的馬氏體→←奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍大約為22℃。根據(jù)合金成分的不一樣，相變的起始溫度可控制在-212℃

～+121℃之間。形狀記憶合金應(yīng)變-溫度關(guān)系

目前有兩種形狀記憶合金除冰系統(tǒng)：一種是主動(dòng)式，一種是被動(dòng)式。兩種方式的工作原理均是首先在可能覆冰的物體上先安裝形狀記憶合金薄板，通過形狀記憶合金產(chǎn)生直接的膨脹／收縮剪應(yīng)力破壞冰與致動(dòng)器表面的結(jié)合，從而使冰塊脫落。主動(dòng)除冰系統(tǒng)的熱源由外部提供，如用于導(dǎo)線除冰，熱源可來自導(dǎo)線電流的焦耳熱被動(dòng)除冰的熱源來自結(jié)|冰時(shí)的熱效應(yīng)。就NiTi形狀記憶合金而言，當(dāng)其用作高壽命的致動(dòng)器(>10,000個(gè)循環(huán))時(shí)，其應(yīng)變幅度多限于大約3%，因更高時(shí)會(huì)顯著降低循環(huán)壽命。在該應(yīng)變水平下的凈應(yīng)力輸出大約為68.9MPa，因此除冰器的致動(dòng)應(yīng)變輸出必須不大于3%，應(yīng)力輸出小于68.9MPa。初步的冰室及風(fēng)洞試驗(yàn)表明：合金結(jié)冰表面的很小應(yīng)變即可使冰脫落。結(jié)冰風(fēng)洞的試驗(yàn)表明：0.1%～0.2%的應(yīng)變以及0～0.698MPa的剪應(yīng)力即可使冰脫落。在設(shè)計(jì)除冰器時(shí)，應(yīng)考慮以下的問題：打破合金與冰的結(jié)合強(qiáng)度的力學(xué)要求。確定除冰器的設(shè)計(jì)性能，例如相變溫度范圍及溫度滯后回線。除冰器的再應(yīng)變機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。降低能源要求提高能源效率。除冰器還必須耐久，對(duì)氣動(dòng)力無不利影響，要的輔助硬件要少，需要的能源要少等等。5、激光除冰原理及其在輸電線路導(dǎo)線防冰中的應(yīng)用由于激光具有高功率、高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在輸電線路除冰方面被深入研究。激光除冰主要是通過以下兩個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)：一是激光到達(dá)冰和物質(zhì)的接觸面，接觸面吸收能量，使接觸面冰層融化，從而減小冰的附著力，使后期的機(jī)械除冰更加容易；二是接觸面吸收能量，使接觸面冰層融化變?yōu)樗羝?，急劇增多的水蒸汽?duì)表面冰產(chǎn)生壓力，從而使冰破裂自行脫落。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用激光作為融冰的能量源，具有定向能量傳輸效率高、融冰特性優(yōu)越、可實(shí)現(xiàn)高壓電力設(shè)備的在線融冰等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)非常值得研究和開發(fā)的項(xiàng)目。激光融冰比較理想的方案是：在除冰開始時(shí)以激光熱融除冰過程為主,這樣有利于提高融冰速度,在除冰的后期即接近高壓設(shè)備表面時(shí),則應(yīng)以應(yīng)力波破冰過程為主，這樣有利于使冰層結(jié)構(gòu)疏松,加大冰層對(duì)激光的吸收,減小冰的附著力,使覆冰快速自行脫落。因?yàn)镃O2激光在冰中穿透長度很短,因此冰對(duì)它的吸收能力很強(qiáng),基于此可以利用CO2激光來提高除冰的效率。激光除冰技術(shù)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證明具有一定除冰效果，其除冰程度和激光的能量密度有直接的關(guān)系，然而在任何一個(gè)激光除冰試驗(yàn)中都不能除掉大面積的冰。而且在目前階段，采用激光除冰方法在總費(fèi)用上太高。6、根據(jù)導(dǎo)線覆冰的形成機(jī)理采取的抑制覆冰積雪的形成和發(fā)展的方法(1)導(dǎo)線積雪物理過程

濕雪不斷吹向?qū)Ь€時(shí)，迎風(fēng)側(cè)便開始積雪，圖(a)積雪厚度達(dá)到導(dǎo)線直徑時(shí)，其自身重量使導(dǎo)線緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，圖(b)；雪繼續(xù)在迎風(fēng)面堆積，全部雪團(tuán)重量使導(dǎo)線再次轉(zhuǎn)動(dòng)，該過程重復(fù)發(fā)生，圖(c)和(d)。(2)導(dǎo)線覆冰物理過程

導(dǎo)線覆冰物理過程中存在類似于積雪的覆冰扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如圖(a)~(d)所示。圖為實(shí)驗(yàn)室得到的導(dǎo)線覆冰扭轉(zhuǎn)過程。因覆冰使導(dǎo)線不斷扭轉(zhuǎn)，經(jīng)過約7h覆冰，模擬導(dǎo)線橫截面基本為圓形。導(dǎo)線覆冰過程氣流擾動(dòng)與水滴碰撞(3)阻雪環(huán)

常用阻雪環(huán)由塑料制作，塑料阻雪環(huán)阻滯雪在導(dǎo)線絞合方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使雪僅在水平方向堆積，當(dāng)堆積一定厚度時(shí)，在風(fēng)或其它自然力作用下雪由導(dǎo)線上自行脫落，如下圖。根據(jù)導(dǎo)線覆冰積雪的過程，設(shè)計(jì)應(yīng)用了多種阻止導(dǎo)線過量覆冰積雪的方法，如普通塑料阻雪環(huán)和抗扭阻尼器等。(4)平衡錘阻雪環(huán)可防止積雪在導(dǎo)線水平方向過量堆積。根據(jù)導(dǎo)線積雪扭轉(zhuǎn)原理，在檔距較長的輸電線路上，除安裝阻雪環(huán)外，可安裝抗扭阻尼器(或稱平衡錘)，防止導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)，阻止導(dǎo)線積雪后形成雪環(huán)，如下圖所示。對(duì)于不同直徑導(dǎo)線，阻雪環(huán)和平衡錘的安裝和布置不同。下表為二種直徑導(dǎo)線的阻雪環(huán)及平衡錘安裝配置，對(duì)于其它直徑導(dǎo)線，可參照下表的配置進(jìn)行。圖阻雪環(huán)與平衡錘配合安裝示意圖表阻雪環(huán)與平衡錘配合安裝距離示例導(dǎo)線直徑環(huán)平衡錘直徑間隔重量間隔mmmmcmkg/mm12.918.9409.050~7052.863.811022.5100~150(4)抗冰雪環(huán)

利用低居里鐵磁材料還可制作抗冰雪環(huán)，如圖a和圖b所示。低居里材料抗冰雪環(huán)不僅具有普通塑料阻雪環(huán)的作用，而且具有發(fā)熱效果，可部分融化導(dǎo)線上的冰雪。圖a抗冰雪環(huán)結(jié)構(gòu)圖b抗冰雪環(huán)安裝示意圖(5)抑制覆冰及積雪重錘

在導(dǎo)線上裝設(shè)重錘的目的在于使偏心積雪自重平衡破壞而自行落下及防止導(dǎo)線積雪后產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而形成雪筒。抑制覆冰及積雪重錘的結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示重錘材料為可鍛鑄鐵。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在應(yīng)用中，抑制積雪重錘安裝間隔取50~100m對(duì)防止導(dǎo)線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)可達(dá)到明顯效果。7、溫控電熱帶-正溫度系數(shù)(PositiveTemperatureCoefficient)材料防冰技術(shù)溫控電熱帶由正溫度系數(shù)電阻特性材料構(gòu)成，基本型溫控電熱帶，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，由線芯、PTC芯帶及外層護(hù)套構(gòu)成。

PTC芯帶作為電熱部件，是由“高聚合物~碳黑”復(fù)合材料連續(xù)均勻的擠壓在二根等間距導(dǎo)線線芯之間制成。芯帶材料的電阻率隨溫度升高而增大，在一定溫度區(qū)間，電阻率急劇增大。主要的問題：高功率PTC芯帶的電阻率要求高，且隨應(yīng)用場(chǎng)所其要求發(fā)生變化，因此制造困難。PTC的最佳溫度和功率范圍與應(yīng)用要求矛盾，為滿足特定要求，PTC特性將受到影響。高電阻率有機(jī)發(fā)熱材料與高導(dǎo)電導(dǎo)率金屬線芯間接界電阻超額增長將影響材料本身電阻率的提高，這種效應(yīng)會(huì)造成電熱帶的性能不穩(wěn)定，甚至使電熱帶在通電情況下可能不會(huì)發(fā)熱。8、微波加熱過冷卻水滴(1)微波加熱過冷卻水滴原理：微波防冰方法就是用微波對(duì)過冷卻水滴進(jìn)行加熱，使它在還未達(dá)到物體表面上之前，其溫度就已被加熱到0℃以上，從而防止其在物體表面上結(jié)冰的方法。微波防冰方法由美國麻省理工學(xué)院航天航空系提出，主要是用于飛機(jī)在飛行中防止機(jī)身結(jié)冰。該方法未見在架空送電線路上使用。微波加熱中介質(zhì)參數(shù)一般用相對(duì)介電常數(shù)表示，當(dāng)介質(zhì)表現(xiàn)為各向同性時(shí)，相對(duì)復(fù)介電常數(shù)如下式：

εr’為物質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，表征微波穿透材料的能力。ε’’為物質(zhì)的介電損耗因子，表示介質(zhì)損耗，其中σ為介質(zhì)電導(dǎo)率，ω為微波角頻率，ε0真空介電常數(shù)。根據(jù)微波加熱理論與實(shí)踐，在單位體積物料內(nèi)消耗的微波功率為式中：tanδ=ε’’/εr’為介質(zhì)損耗角正切，是介質(zhì)吸收微波能量本領(lǐng)的物理量。tanδ值小的物料對(duì)微波的入射可以說是“透明”的；tanδ值大的物料意味著吸收微波的能力越強(qiáng)。表冰和水的微波介電特性(微波f=3000MHz)介質(zhì)名稱εrtanδ水(20℃)76.70.157冰(-12℃)3.20.0009表中給出了冰和水介質(zhì)的介電特性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明水的tanδ比較大，因此它吸收微波的能力較強(qiáng)?？諝庵械乃卧谧矒舾脖矬w以前，一般以“亞穩(wěn)定狀態(tài)”的過冷卻水的形分散在空氣中，而空氣中的tanδ很小，接近于零，因而幾乎不吸收微波。所以，大部分的微波被分散在空氣中的過卻水滴吸收。過冷卻水滴吸引微波能量之后，溫度上升至0℃以上，從而使水滴即使碰撞覆冰物體，也不會(huì)在物體表面凍結(jié)形成覆冰。9、復(fù)合導(dǎo)線帶負(fù)荷自動(dòng)熔冰裝置(1)原理復(fù)合導(dǎo)線帶負(fù)荷自動(dòng)熔冰裝置是主要由復(fù)合導(dǎo)線、覆冰檢測(cè)裝置及開關(guān)控制裝置三部分組成，如下圖。

復(fù)合導(dǎo)線由包覆有交聯(lián)聚乙烯絕緣層的發(fā)熱鋼芯(同時(shí)起承力作用)和輸送正常負(fù)荷電流外層鋁股線(或鋁合金股線)絞制而成。由覆冰檢測(cè)控制開關(guān)的動(dòng)作。無冰時(shí)開關(guān)閉合，鋁股與鋼芯并聯(lián)運(yùn)行，導(dǎo)線處于正常運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)導(dǎo)線覆冰達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，覆冰檢測(cè)裝置發(fā)出熔冰信號(hào)，開關(guān)自動(dòng)斷開，負(fù)荷電流全部轉(zhuǎn)移至鋼芯，利用鋼芯的高電阻發(fā)熱熔冰；冰融化后開關(guān)在覆冰檢測(cè)裝置控制下自動(dòng)閉合，導(dǎo)線恢復(fù)正常送電。(2)存在的問題：熔冰線段過長時(shí)鋼芯壓降影響線路正常供電。熔冰存在局限性。負(fù)荷電流小達(dá)不到熔冰目的；負(fù)荷電流大，影響鋼芯強(qiáng)度，甚至燒斷鋼芯線。交聯(lián)聚乙烯絕緣層的老化及其散熱。裝置檢測(cè)可能出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致真空開關(guān)誤動(dòng)作。復(fù)合導(dǎo)線帶負(fù)荷自動(dòng)熔冰裝置也可用于分裂導(dǎo)線熔冰。其方法是：①改造分裂導(dǎo)線間隔棒，利用合成硅橡膠等絕緣間隔棒使分裂導(dǎo)線各子導(dǎo)線彼此絕緣；②在每一子導(dǎo)線上安裝類似圖30所示的開關(guān)裝置；③在覆冰季節(jié)當(dāng)導(dǎo)線覆冰后輪回將各子導(dǎo)線的負(fù)荷切換到單根子導(dǎo)線或二根子導(dǎo)線上增加負(fù)荷電流對(duì)導(dǎo)線熔冰。10、自耦變壓器帶負(fù)荷融冰裝置帶負(fù)荷熔冰分為二種情況：一是在正常運(yùn)行時(shí)改變運(yùn)行方式增大負(fù)荷電流；二是在融冰變電站內(nèi)設(shè)置熔冰自耦變壓器，如下圖，如果是單導(dǎo)線則改分裂導(dǎo)線。(1)導(dǎo)線帶負(fù)荷熔冰需要熔冰時(shí)，將熔冰自耦變壓器投入熔冰環(huán)路中，如下圖。線路自D點(diǎn)供給勵(lì)磁電流I0，在A~D段感應(yīng)電壓，使點(diǎn)電位升高。在變壓器A與D間電壓差作用下(圖中變壓器有2.33、2.83及3.32kV三個(gè)電壓抽頭)二分裂導(dǎo)線中產(chǎn)生強(qiáng)迫熔冰環(huán)流Ik(約為400A)使導(dǎo)線發(fā)熱達(dá)到熔冰目的。熔冰時(shí)導(dǎo)線各段實(shí)際電流大小除受自耦變壓器抽頭的影響外，還與導(dǎo)線中的負(fù)荷電流I及勵(lì)磁電流I0有關(guān)，如圖。熔冰時(shí)A點(diǎn)電位比B點(diǎn)高，負(fù)荷電流將從外分支線BC上流過，勵(lì)磁電流I0也是沿“A-B-C-Am”方向流向熔冰自耦變壓器勵(lì)磁。各段實(shí)際電流如圖。

(2)避雷線荷熔冰避雷線熔冰方式及原理接線如下圖。當(dāng)熔冰變壓器接入電網(wǎng)勵(lì)磁時(shí)，在二次副繞組上感應(yīng)電壓(圖中示例為11kV)，經(jīng)隔離開關(guān)和油開關(guān)加于避雷線環(huán)路上，產(chǎn)生電流使避雷線發(fā)熱熔冰。在避雷線熔冰時(shí)已將熔冰變壓器端斷開，導(dǎo)線上無熔冰環(huán)路電流流過。11、射頻+鏟刮除冰技術(shù)射頻+鏟刮除冰是1992年提出的一種熱、機(jī)械組合的融冰技術(shù)；特電：除冰成本相對(duì)較低，開發(fā)前景較好，除冰效果在鐵路除冰中已成功得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；但目前還沒有成功運(yùn)用于輸電線路。原理：如圖，前頭射頻發(fā)生器產(chǎn)生射頻后，其能量由底下的射頻線圈輻射到冰和被覆物體上，由于冰塊的介質(zhì)損耗角非常小(tanδ=0.0009)，對(duì)射頻幾乎是“透明”的，所以射頻能直接穿過冰塊射到被覆物體上，在冰和被覆物體的分界面上射頻的能量轉(zhuǎn)化成熱能，從而使分界面有一小薄層的冰被融化，使冰從被覆物體上松動(dòng)。這樣，連在后面的楔形鏟冰器就很容易把冰鏟除掉。而最后的噴頭把乙二醇噴到被覆物體表面上，主要是起到一定的防冰作用。由于射頻能量主要是使冰松動(dòng)，只需融化分界面上很薄的一層冰(約200μm)，大部分的冰使用機(jī)械法除去的，所以除冰消耗的能量比單純使用熱法除冰要小得多。據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，融冰耗能為335kJ/kg，而射頻+鏟刮除冰耗能為113kJ/kg。如果把射頻發(fā)生器改成激光發(fā)生器，用激光代替射頻，則更加節(jié)能，只需44kJ/kg。因?yàn)橛贲〉让芏容^大的冰與被覆物體上粘貼比較緊密，單純使用機(jī)械法除冰常常很難除去或除得不徹底。而這種方法也充分結(jié)合熱法除冰的優(yōu)點(diǎn)，首先利用熱法使冰從被覆物體上松動(dòng)，從而使機(jī)械除冰變量相對(duì)容易。無論是使用射頻也好，還是激光也好，圖使用裝置需要連接成一整套可以在冰面上移動(dòng)的機(jī)械裝置。在鐵路除冰中，這種裝置比較容易實(shí)現(xiàn)，但要讓這套裝置在輸電線路上“自動(dòng)行走”就要困難得多。12、氣動(dòng)脈沖除冰技術(shù)氣動(dòng)脈沖除冰是氣動(dòng)壓力變化使冰脫離表面。主要用于飛機(jī)上除冰，由一個(gè)埋置于機(jī)翼前沿之下，沿翼展方向布置的網(wǎng)狀管組成，平時(shí)管網(wǎng)處于松弛狀態(tài)，當(dāng)需要除冰時(shí)，系統(tǒng)被激發(fā)，迅速充壓，產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)管傳播的振動(dòng)波，導(dǎo)管的輕微膨脹將導(dǎo)致覆冰的處表面變形，產(chǎn)生應(yīng)力，使冰破碎，然后由高速氣流使碎冰從機(jī)翼表面脫落。NASA的Lewis研究中心曾對(duì)氣動(dòng)脈沖除冰和電磁脈沖除冰進(jìn)行對(duì)比研究，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看氣動(dòng)脈沖除冰方法稍好于電磁脈沖除冰法，但兩者的性能還需要作進(jìn)一步的研究。這兩個(gè)方案如果能在飛機(jī)上應(yīng)用成功，則對(duì)架空導(dǎo)線除冰可能是一個(gè)最好最易接受的方法。13、超聲波除冰技術(shù)

超聲波是指超出了人耳聽覺上限，振動(dòng)頻率在20kHz以上的聲波，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播。超聲波的功率密度p[=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2)]通常大于0.3w/cm2。超聲波應(yīng)用于防除冰技術(shù)主要有以下兩個(gè)方面：①超聲波核化防冰技術(shù)超聲波核化防冰技術(shù)是由美國人1992)提出來的設(shè)想。在常溫下，水的過冷卻度可以達(dá)到-40℃。在寒冷的天氣，較小的過冷卻水滴由于直徑小，表面張力大，難以改變結(jié)構(gòu)，很難遇到作為凝結(jié)核的塵埃，所以空氣中的水滴在碰撞導(dǎo)線前一般以過冷卻的“凍雨”形態(tài)存在。而在碰撞導(dǎo)線后，由于過冷卻水和導(dǎo)線的碰撞擾動(dòng)導(dǎo)致過冷卻水滴的形狀改變而變成固態(tài)的冰凝結(jié)在導(dǎo)線上。而R.S.Johannen、K.Ohsaka等人研究發(fā)現(xiàn)，超聲波可以大幅降低過水的過冷度。K．Ohsaka利用21kHz的超聲產(chǎn)生的空化泡能使水在-5℃時(shí)成便成核結(jié)冰。國內(nèi)浙江大學(xué)制冷與低溫研究所王葳等人利用800kHz的超聲波在實(shí)驗(yàn)中使-1.1℃的水滴凝結(jié)成冰。由于超聲波對(duì)水具有這一特性，Worsnopetal.等人提出了利用超聲波進(jìn)行防冰，它的基本思路是：利用超聲波輻射，使過冷卻云粒核化形成冰晶，這樣當(dāng)它與物體表面碰撞之前就已變成了冰粒，冰粒的粘附力很差，一般不會(huì)在物體表面結(jié)冰，從而起到防覆冰的效果。但在NASALewis研究中心的覆冰研究風(fēng)洞中的實(shí)驗(yàn)表明，這種方法防冰行不通。原因可能是超聲波并不能把水的過冷卻度升到0℃，這樣，空氣中仍可能存在大量的低于0℃、以液態(tài)形式存在的過冷卻水，它們?cè)谂鲎矊?dǎo)線時(shí)很容易在導(dǎo)線上形成覆冰。超聲波核化防冰技術(shù)雖然被實(shí)驗(yàn)否決了，但它為防冰技術(shù)提供了一個(gè)新的思路，如果能找到一個(gè)能使水滴的過冷卻度提高到冰點(diǎn)以上的方法，將會(huì)給防冰技術(shù)帶來新的突破。②利用超聲波剪應(yīng)力除冰技術(shù)超聲波剪應(yīng)力除冰技術(shù)被認(rèn)為是一種非熱防冰新技術(shù)，JoseL.等人正在研究如何把它用在飛機(jī)除冰中。超聲波通過水平剪波驅(qū)動(dòng)安裝在被覆物體上壓力剪切片振動(dòng)，通過振動(dòng)使冰塊從被覆物體上松動(dòng)并脫落。圖是利用壓電材料制成的超聲波防冰裝置。圖利用壓電材料制成的超聲波防冰裝置示意圖。如圖所示，安裝在被覆物體下表面的壓電片是用壓電材料制成的，在脈沖電流的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)的頻率在20kHz以上時(shí)便產(chǎn)生超聲波，傳到被覆物體上便帶動(dòng)被覆物體一塊振動(dòng)，從而在冰和被覆物體上產(chǎn)生一個(gè)剪應(yīng)力，在剪應(yīng)力的作用下冰塊從被覆物體上脫落。同時(shí)，如果在連續(xù)的超聲波作用下，這一系統(tǒng)也能起防冰作用。M.C.Chuet

的研究表明，雨凇的粘切變強(qiáng)度一般為0.4MPa左右。而賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究則表明，利用超聲波剪應(yīng)力除冰系統(tǒng)除去冰單元寬度的冰，消耗的功率最低可達(dá)8.16kW/m。而JoseL等人的實(shí)驗(yàn)表明，在-15℃的環(huán)境溫度下，利用超聲波成功地把8cm厚的冰從被覆物體上除去。超聲波在液體中傳播時(shí)，能產(chǎn)生“空化”現(xiàn)象。超聲波振動(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為0.35w/cm2，這時(shí)超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞――空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強(qiáng)反向達(dá)到最大時(shí)破裂，在破裂過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊并且會(huì)伴隨著較大的能量釋放，從而使液體升溫，這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。JoseL.等人的實(shí)驗(yàn)表明，如果把頻率為100~130kHz的超聲波連續(xù)作用在被覆物體上，由于其對(duì)液體的“空化”作用伴隨的剪應(yīng)力釋放和液體升溫現(xiàn)象，會(huì)阻止過冷卻水滴在物體表面覆冰。14、利用移相變壓器融冰方法

原理：移相變壓器是一種專用變壓器，它既是一種重要的廠礦電氣設(shè)備，也能作為計(jì)量室和實(shí)驗(yàn)室的精密儀器。在電力系統(tǒng)中安裝移相變壓器可改變線路潮流分配、提高網(wǎng)絡(luò)斷面輸送能力。任何移相變壓器，不管其結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，都可以演變成類似的最簡線路。見圖。由圖可知，兩只同規(guī)格的雙線圈變壓器接于不同的兩相之上，二次電壓相加即向量相加，便可得到一個(gè)電壓幅值相同、相位差60°的新電壓；由圖可知，若二次電壓相減即向量相減，便得到一個(gè)電壓幅值大31/2倍、相位差30°的新電壓?；趫D原理的移相變壓器，串接于輸電線路中時(shí)，不會(huì)改變線路兩端電壓的幅值，僅通過相角的改變，即可使線路之間重新分配負(fù)荷，增大某線路段的功率損失。線路正常運(yùn)行的循環(huán)電流與發(fā)熱線路的電流相疊加后，便可加大線路導(dǎo)線上的發(fā)熱。移相變壓器改變輸電線路潮流分配的特性為覆冰輸電線路電流熔冰方案的選擇提供了新的設(shè)計(jì)思想。將采用圖示原理的熔冰移相變壓器接入電網(wǎng)回路中，在不考慮運(yùn)行循環(huán)電流時(shí)的等效電路圖，該線路中移相變壓器具有復(fù)數(shù)變壓比，其輸出電壓的幅值等于輸入電壓的幅值，即，輸出電壓的相位Φ2按照輸入電壓相位Φ1和移相角移動(dòng)。因此，移相變壓器變比為：設(shè)線路的阻抗分別為：則可得熔冰線路的熔冰電流為：由此可見，熔冰電流受移相變壓器移相角的控制。對(duì)于熔冰目標(biāo)線路，熔冰電流可以確定，因此可以確定移相角，以達(dá)到有效熔冰目的。在考慮運(yùn)行循環(huán)電流時(shí)，可采用考慮復(fù)變比的電網(wǎng)計(jì)算程序來計(jì)算復(fù)雜環(huán)形線路的移相角。加拿大魁北克瑞姆斯基地區(qū)電網(wǎng)接入移相變壓器后的等效電路圖詳細(xì)表述了利用移相變壓器的熔冰原理。當(dāng)移相角為0時(shí)，移相變壓器未轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，線路為正常運(yùn)行模式，兩條線路的電流和功率傳輸完全相同；當(dāng)移相角為20°時(shí)，上端線路的電流值明顯增大，而下端線路的電流和功率傳輸都為零；當(dāng)移相角為63.2°時(shí)，上端線路的電流值約為正常運(yùn)行模式的4倍。若將此條線路作為熔冰的目標(biāo)線路將會(huì)有理想的熔冰效果。利用移相變壓器熔冰具有以下優(yōu)點(diǎn)：可帶負(fù)荷熔冰；在備用和運(yùn)行條件下可快速操作；可根據(jù)氣象條件調(diào)整熔冰電流；可根據(jù)設(shè)備情況及熔冰頻率將移相變壓器安裝在變電所。為充分應(yīng)用好移相變壓器熔冰方法，在實(shí)際應(yīng)用中必須很好地解決以下問題：設(shè)計(jì)合理和符合要求的移相變壓器；

確定繼電保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備的特殊運(yùn)行方式；設(shè)計(jì)可靠的覆冰探測(cè)器或充分作好導(dǎo)線覆冰觀測(cè)工作并準(zhǔn)確預(yù)報(bào)線路覆冰狀況；設(shè)計(jì)出可靠的移相變壓器移相角自動(dòng)(或手動(dòng))控制裝置，以達(dá)到根據(jù)要求調(diào)整熔冰電流的目的。融冰方案：圖為一臺(tái)帶初級(jí)線圈W1，次級(jí)線圈W2和調(diào)節(jié)線圈Wp的三相變壓器。三相電源電壓裝置的U’、aU’、a2U’分別接到A’、B’、C’端子上。三相輸出電壓裝置的U’’、aU’’、a2U’’由A’’、B’’、C’’端子輸出。負(fù)載切換裝置的接點(diǎn)向調(diào)節(jié)線圈Wp的接頭移動(dòng)，移相角θ在端子電壓裝置的Up、aUp、a2Up切換到調(diào)節(jié)線圈上的時(shí)候形成。切換后，移相角θ的符號(hào)改變(變?yōu)?θ)。由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)都是相同的(W1=W2)，因此，切換后的輸出電壓幅值不會(huì)改變。基于美國設(shè)計(jì)的電路圖，前蘇聯(lián)曾設(shè)計(jì)制造出了110kV的三相移相變壓器和220kV單相移相變壓器樣品。樣品的參數(shù)見表。表110kV和220kV熔冰移相變壓器設(shè)計(jì)選樣技術(shù)參數(shù)110kV220kV單臺(tái)組額定功率/MVA6353.3額定電壓/kV110242額定電流/A331382阻抗電壓/%1515.5θ角控制范圍/°-60~+60-60~+60總重量/t裝油變壓器/t未裝油變壓器/t1701431051501109515、同相合閘熔冰方法

對(duì)于線路較長且利用短路法和反接相位法達(dá)不到理想熔冰目的時(shí)可采用同相合閘熔冰方法。同相合閘熔冰法即不移動(dòng)相位，將覆冰導(dǎo)線兩端連接到不同電壓等級(jí)的電源上。覆冰導(dǎo)線的熔冰電流是由高壓母線電源和低壓母線電源的電位差產(chǎn)生的。同相合閘熔冰法可以在利用一個(gè)變電站的三圈變壓器的“高~低”壓端或“高~中”壓端進(jìn)行，也可在二個(gè)變電站的二臺(tái)變壓器之間進(jìn)行。用同相熔冰法時(shí)，設(shè)Lmax為最大熔冰長度；Lmin為最短熔冰距離；U1、U2分別為高、低壓側(cè)電源電壓；α為電源調(diào)節(jié)能力；Imin、Imax分別為保證熔冰時(shí)間不超過1h時(shí)熔冰電流最小值、無冰導(dǎo)線加熱到最高允許溫度時(shí)熔冰電流最大值；Z0為單位長度(1km)線路阻抗。熔冰線路的長度范圍為：16、500kV輸電線路熔冰方法

我國目前在110、220kV上普遍采用短路熔冰法，個(gè)別供電系統(tǒng)也采用帶負(fù)荷熔冰方法，但對(duì)于500kV線路目前尚無熔冰經(jīng)驗(yàn)。俄羅斯在500kV線路采用了各種電流熔冰方法對(duì)于500kV輸電線路及其避雷線，熔冰電源從500kV并聯(lián)電抗器抽取110kV容量解決，如圖17熔冰電流密度為2A/mm2在500kV線路熔冰時(shí)，為保證用戶端電壓維持允許水平，必須采取如切斷500kV線路、使串聯(lián)補(bǔ)償裝置分流等技術(shù)措施。500kV線路利用電抗器110kV抽頭除冰接線17、采用分裂導(dǎo)線型擴(kuò)徑導(dǎo)線防止冰災(zāi)事故(1)分裂導(dǎo)線覆冰特性分裂導(dǎo)線比單導(dǎo)線更容易發(fā)生覆冰；在每相導(dǎo)線總截面相同時(shí)，導(dǎo)線分裂數(shù)越多，覆冰越嚴(yán)重。分裂導(dǎo)線的電氣特性在A/d為10～20時(shí)最佳(A為相鄰導(dǎo)線之間距離，d為導(dǎo)線直徑)，但這時(shí)覆冰最嚴(yán)重。分裂導(dǎo)線與單導(dǎo)線覆冰的區(qū)別主要表現(xiàn)在二個(gè)方面：一是分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度：分裂導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度小于單導(dǎo)線，且分裂導(dǎo)線數(shù)越多，扭轉(zhuǎn)剛度越小，因此多分裂導(dǎo)線覆冰比等值截面的二分裂導(dǎo)線或單導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重，如圖所示。二是導(dǎo)線分裂數(shù)對(duì)分裂導(dǎo)線覆冰有影響：A/d=4的六分裂導(dǎo)線覆冰的過程是：最初在迎風(fēng)面形成V形冰（在單導(dǎo)線上也可以觀測(cè)到初始階段所形成的這種形狀的冰）。繼續(xù)覆冰后V型冰加寬并呈U型，且尖峰冰不斷在迎風(fēng)面增長。在冰的增長過程中，由于冰荷載和氣動(dòng)力的作用，導(dǎo)線逐漸發(fā)生扭轉(zhuǎn)。導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)使冰的進(jìn)一步增長趨向于流線方向，這種趨勢(shì)取決于導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度。

A/d＝6和8的六分裂導(dǎo)線的覆冰過程與A/d=4的六分裂導(dǎo)線的覆冰過程一致。分裂導(dǎo)線間隙的加大決定了冰積累的增加和分導(dǎo)線迎風(fēng)面合攏之前覆冰時(shí)間的延長。分導(dǎo)線間隙的加大會(huì)加強(qiáng)突出部位的發(fā)展，這種將進(jìn)一步提高收集率，從而提高覆冰速度。

二分裂導(dǎo)線(A=45.7cm，d=7.7cm)上覆冰的開始過程類似于六分裂導(dǎo)線。覆冰發(fā)展過程中，單導(dǎo)線剛性較高，導(dǎo)線在冰荷載下不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，上風(fēng)側(cè)導(dǎo)線形成翼形冰。分裂導(dǎo)線在持續(xù)覆冰和氣動(dòng)力下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變迎風(fēng)面，但分裂導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動(dòng)和迎風(fēng)面的改變對(duì)覆冰影響極其微小。分裂導(dǎo)線的有效迎風(fēng)面隨覆冰的增加極其緩慢的增加，因此覆冰速度增加并不十分明顯。(2)采用分裂導(dǎo)線型擴(kuò)徑導(dǎo)線減少分裂導(dǎo)線數(shù)可降低導(dǎo)線總覆冰量從而降低輸電線路總荷載(對(duì)于二分裂導(dǎo)線和三分裂導(dǎo)線而言，減少分裂導(dǎo)線數(shù)效果不十分明顯)。減少分裂導(dǎo)線數(shù)后必須增加導(dǎo)線直徑，其影響是：在電暈特性限制條件下，必須超常規(guī)增加導(dǎo)線直徑，以補(bǔ)償減少分裂導(dǎo)線數(shù)的損失；加大導(dǎo)線直徑意味著線路成本提高。為了解決減少分裂導(dǎo)線數(shù)帶來的影響，同時(shí)達(dá)到降低輸電線路覆冰荷載、減少冰害事故的目的，采用常規(guī)擴(kuò)徑導(dǎo)線，或分裂導(dǎo)線型擴(kuò)徑導(dǎo)線，等方法來彌補(bǔ)。分裂導(dǎo)線型擴(kuò)徑導(dǎo)線新方法既具有常規(guī)分裂導(dǎo)線的所有優(yōu)點(diǎn)，如改善電暈特性等，也具有單導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)，即可減少覆冰。18、分布式帶負(fù)荷融冰技術(shù)和裝置

四、利用電流焦耳熱融冰的方法1、基本原理定義：當(dāng)輸電線路覆冰以后，利用傳輸電流或短路電流在導(dǎo)線的電阻上產(chǎn)生焦耳熱，致使導(dǎo)線發(fā)熱，使其溫度在冰點(diǎn)以上，并使冰層逐漸融化，當(dāng)冰層融化到一定程度后，在風(fēng)、振動(dòng)和冰的自重的作用下，覆冰及時(shí)脫落，這種融冰方法是目前實(shí)行較多、效果較好、切實(shí)可行的防止輸電線路冰災(zāi)的方法。利用電流焦耳熱融冰的融冰的方法主要有：交流融冰方法短路融冰方法帶負(fù)荷融冰方法直流融冰方法短路融冰方法帶負(fù)荷融冰方法試驗(yàn)結(jié)果表明，融冰所需的能量為：335kJ/kg無論是交流還是直流融冰，產(chǎn)生融冰所需熱量的是導(dǎo)線電阻的發(fā)熱，設(shè)單位長度導(dǎo)線電阻為r0/(Ω/m)，則電流為

I

/(A)時(shí)，融冰時(shí)間為t/(s)產(chǎn)生的熱量Q/(J)為：(1)、交流的趨膚效應(yīng)

直流電流流過導(dǎo)體時(shí)，電流在導(dǎo)體的載流截面上是均勻分布的，導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用即為直流電阻。交流電流流過導(dǎo)體時(shí)，電流方向是交替變化的，電流在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)電荷的推斥作用力，迫使電流電荷向?qū)w的表面集中，使得導(dǎo)體的實(shí)際有效載流面積減小。交流電流流過導(dǎo)體時(shí)，發(fā)生電流向?qū)w表面集中的現(xiàn)象，稱之為交流電流的趨膚效應(yīng)。電流離開導(dǎo)體載流面中心向表面集中的程度，可以用趨膚效應(yīng)深度(d)來衡量。

f是電流的頻率(Hz)；μr為導(dǎo)體材料的相對(duì)導(dǎo)磁率(鋁、銅等μr=1)；ρc為導(dǎo)體材料的電阻率(Ω.m)；ρc

為銅材電阻率(對(duì)于鋁材，20℃時(shí)，ρcu=1.749×10-8Ω.m)。由于交流的趨膚效應(yīng)，其電流集中在沿表面向內(nèi)的一個(gè)圓環(huán)形區(qū)，環(huán)形的外沿是導(dǎo)線的外周，環(huán)形的寬度為趨膚效應(yīng)的深度(注意，當(dāng)趨膚深度大于導(dǎo)線半徑時(shí)，計(jì)算無意義)。圓環(huán)形的面積可用下式計(jì)算：Sf

為趨膚效應(yīng)載流環(huán)形的面積(m2)；D為導(dǎo)線的直徑(m)；d為趨膚效應(yīng)深度(m)。一般情況下，電流在此由趨膚效應(yīng)形成的環(huán)形內(nèi)是基本均勻分布的。當(dāng)導(dǎo)線的交、直流電流大小相同時(shí)，影響其焦耳發(fā)熱功率的主要是電阻。交、直流電阻或發(fā)熱功率比(ηj)。S為直流下的有效面積。表2幾種鋼芯鋁導(dǎo)線的交、直流電阻或發(fā)熱功率比(T=20℃)導(dǎo)線型號(hào)直流有效面積(10-9m)交流有效面積(10-9m)直流電阻(10-3Ω/m)交流電阻(10-3Ω/m)交直流電阻比LGJ-707070.000.42000.42001.00LGJ-240240240.000.12250.12251.00LGJ-400400351.760.07350.08361.14LGJ-720720473.250.04080.06211.52輸電線路利用電流焦耳熱的融冰過程中，如果不考慮覆冰不均勻產(chǎn)生的沿導(dǎo)線的熱傳導(dǎo)，把融冰臨界定義為當(dāng)導(dǎo)線上的冰處于融與不融的分界點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，那么在融冰臨界點(diǎn)，“導(dǎo)線－冰”交界面上的溫度剛好達(dá)到冰的融點(diǎn)(Tmelt)，則在“導(dǎo)線－冰”交界面的熱平衡關(guān)系為：Ti為冰套外表面溫度，℃；I為導(dǎo)線電流，A；RL為單位長度導(dǎo)線電阻，Ω/m；Tmelt為冰的融點(diǎn)溫度，273.5K；ki為冰的熱傳導(dǎo)率，2.24W/(m.K)；β為圓柱形形狀系數(shù)；ri和rc分別為覆冰和導(dǎo)線的半徑(m)。

設(shè)環(huán)境溫度為Te(℃)，則“冰表面－空氣”接觸面的熱平衡方程為：PR和PC分別為冰套表面的輻射散熱和對(duì)流散熱，分別為：h為空氣和冰表面的平均熱交換系數(shù)(W/m2.K)；Nu為努謝爾特?cái)?shù)；Re為雷諾數(shù)；ka為空氣的熱傳導(dǎo)率(W/m.K)，ka=0.023w/(m.k)；ε為冰表面黑度，這里取1；σ為輻射常數(shù)，5.67×10-8W/m2.K4；μ為空氣的動(dòng)粘滯系數(shù),μ=1.83×10-5kg/(m.s)；va為風(fēng)速，(m/s)；di為覆冰后導(dǎo)線直徑，m；ρa(bǔ)為空氣的密度，kg/m3電流加熱導(dǎo)線后，使其表面溫度為0℃且冰層沒有融化時(shí)的臨界為：在環(huán)境溫度Te=-5℃時(shí)，風(fēng)速va=5m/s，導(dǎo)線冰厚為10×10-3m時(shí)，臨界電流為：表幾種型號(hào)導(dǎo)線的臨界融冰電流(Te=-5℃，H=10mm，va=5m/s)導(dǎo)線型號(hào)冰表面溫度(℃)直流臨界電流(A)交流臨界電流(A)LGJ-70-0.9163.8163.8LGJ-240-0.7314314LGJ-400-0.6413387LGJ-720-0.6565458當(dāng)環(huán)境溫度低于冰點(diǎn)溫度時(shí)，覆冰在達(dá)到融點(diǎn)必須有一個(gè)臨界電流，當(dāng)導(dǎo)線流過的電流低于臨界電流Ic時(shí)，無論過多長時(shí)間，導(dǎo)線上的覆冰都不會(huì)出現(xiàn)融化現(xiàn)象。重慶2005年的例子。2、融冰模型現(xiàn)假設(shè)導(dǎo)線上的覆冰為圓筒形，導(dǎo)線半徑為rc，覆冰后的圓筒半徑為ri，即冰厚為H=rc-ri。冰不斷融化，到圖c即可‘能脫落。根據(jù)冰能承受的最大剪切力模型，可以估算出使冰脫離導(dǎo)線的最小融化橫截面積為：γ為熱不均勻?qū)е碌娜诒娣e的差異，即融冰修正系數(shù)，用于修正導(dǎo)線兩端融化的冰面積，γ＝1.1。設(shè)氣溫為Te，需要融冰的導(dǎo)線長度為l(m)，在開始通電流之前導(dǎo)線上冰的溫度Ti=Te，則融冰的熱平衡方程為：Ci為冰的比熱，t為時(shí)間(s)。由上方程可解出冰層融化脫落所需的時(shí)間為：取Ci=2090J/kg·℃，ρi=917kg/m3，LF=335000J/kg根據(jù)上式，對(duì)應(yīng)于某種導(dǎo)線，在一定的電流I加熱下，可以計(jì)算出融化不同厚度覆冰所需的時(shí)間。同樣，確定需要融冰的時(shí)間，由上式可以計(jì)算融冰所需的電流。下表給出了在環(huán)境溫度T＝-5℃，導(dǎo)線覆冰厚度為15mm，電流密度(J=2A/mm2)，風(fēng)速va=10m/s時(shí)，交、直流短路融冰所需要的時(shí)間，并把理論計(jì)算所得融冰時(shí)間和實(shí)驗(yàn)融冰時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比。說明：不均勻脫冰產(chǎn)生的問題。表幾種導(dǎo)線交直流融冰時(shí)間(J=2A/mm2，Te＝-5℃,H=15mm,va=5m/s)導(dǎo)線型號(hào)電流(A)直流融冰時(shí)間(h)交流融冰時(shí)間(h)理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)理論計(jì)算實(shí)驗(yàn)LGJ-70140不能融無融冰現(xiàn)象不能融無融冰現(xiàn)象LGJ-2404805.12有融冰現(xiàn)象，但沒有融完5.12有融冰現(xiàn)象，但沒有融完LGJ-4008003.323.5h左右有掉冰現(xiàn)象2.813h左右有掉冰現(xiàn)象LGJ-72014402.24--1.38--融冰前融冰后冰脫落中冰融化中冰融化中融冰條件電壓等級(jí)融冰電流密度/(A/mm2)溫度/℃風(fēng)速/(m/s)－53.635kV及以下3.0110～220kV2.5500kV及以上2.0不同環(huán)境條件下短路融冰的電流密度融冰與脫冰過程中導(dǎo)線溫度變化情況3、交、直流融冰電源的要求交流融冰時(shí)，導(dǎo)線中除了有電阻(R)外，還必須考慮線路電感和電容的影響。由于電源容量的限制，融冰線路一般不會(huì)超過150km，相比電感，電容很小，因此融冰時(shí)一般僅考慮線路的電感。交流短路融冰等效電路為：令Z=R+jωL，則短路融冰時(shí)電源需要提供的有功功率、無功功率及電源容量為：一般來說，超高壓線路的電感和電阻之比在1/5~1/20之間，設(shè)ωL

/R=a，即只有容量的1/a用于融冰。表100km線路在(Te=-5℃，H=10mm，va=5m/s)時(shí)，維持導(dǎo)線表面溫度在0℃且冰層沒有融化(臨界狀態(tài)時(shí))時(shí)交、直流短路融冰所需的電源容量導(dǎo)線型號(hào)Rdc/ΩRac/ΩL/HIdc/AIac/ASdc/Pdc/kWPac/kWQac/kvarSac/kVALGJ-7042420.17163.8163.81126.881126.888424.768499.79LGJ-24012.2512.250.163143141207.801207.8030959.1430982.69LGJ-4007.358.360.164133871253.681252.0747027.4747044.13LGJ-7204.086.210.155654581302.441302.6365865.9065878.78華中電網(wǎng)部分500kV輸電線路實(shí)測(cè)阻抗線路名稱導(dǎo)線型號(hào)線路長度/km直流電阻/(20C,Ω/km)正序阻抗/(Ω/km)x0/r0斗孝線4×LGJ-500200.00.01500.23215.43江益線4×LGJ-400/354×LGJ-400/50250.00.02180.28513.04荊潛I回4×LGJ-50088.290.01950.26813.71三江I回4×LGJ-500/45135.060.01940.21310.93三江II回4×LGJ-500/45131.1330.01930.27514.21三江III回4×LGJ-500/45130.3290.01890.27514.52玉孝線4×LGJ-400/3563.430.02670.27410.21斗白線4×LGJ-500265.2650.02380.28912.10斗雙線4×LGJ-50044.7710.02140.28213.14龍斗I回4×LGJ-50077.7140.02330.28512.19龍斗I回4×LGJ-50078.4010.02340.28812.27三萬線4×LGJ-500320.00.02260.27312.04表各種類型的導(dǎo)線短路融冰實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線型號(hào)導(dǎo)線冰厚(mm)環(huán)境溫度(℃)交直流電流密度(A/mm2)融冰時(shí)間(h)無風(fēng)處風(fēng)速1m/s風(fēng)速3m/s風(fēng)速5m/sLGJ-40017-5交1.53>4>4>4LGJ-40014-5交21.5234LGJ-24010-5交21.53>4>4LGJ-24015-5直2.5122.5>4LGJ-24013-5直2>4>4>4>4LGJ-24013-5直2.51.52>4>4LGJ-24019-5直2.50.51.5>4>4LGJ-40013-5直20.51.5>4>4LGJ-40010-5直211.5>4>4LGJ-7011-5直2>4>4>4>4LGJ-7011-5直2.52>4>4>4LGJ-7017-5直2.5>4>4>4>4LGJ-7017-5直3>4>4>4>4LGJ-7015-5直41>4>4>4LGJ-7018-5直42>4>4>4LGJ-7018-5直5>40.51.52LGJ-7019-5直311.5>4>4分析表明：由于存在趨膚效應(yīng)和電磁渦流熱效應(yīng)，在電流相同時(shí)，交流的發(fā)熱功率略高于直流；對(duì)同等條件下進(jìn)行融冰，交流的臨界融冰電流小于直流，隨導(dǎo)線直徑增大，差異越來越明顯；在同等條件下進(jìn)行融冰，交流所需要的融冰時(shí)間比直流短，