導(dǎo)線與覆冰

1、導(dǎo)線與覆冰導(dǎo)線與覆冰冰可以附著在任何物體表面上，且物體表面上微細(xì)的裂縫和凹陷的麻坑，是冰可以牢固地粘附在物體表面上的主要原因。因此，導(dǎo)線不同的表面結(jié)構(gòu)、表面物性等與覆冰有內(nèi)在關(guān)系：1、結(jié)構(gòu)外形與覆冰，2、結(jié)構(gòu)材質(zhì)與覆冰，3、結(jié)構(gòu)組織與覆冰，4、表面光潔度與覆冰，5、表面能與覆冰，6、表面剛性與覆冰。一、覆冰形成原因和過程導(dǎo)線覆冰首先是由氣象條件決定的，是受溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)流以及風(fēng)等因素決定的綜合物理現(xiàn)象。云中或霧中的水滴在0

2、℃或更低時(shí)與輸電線路導(dǎo)線表面碰撞并凍結(jié)時(shí)，覆冰現(xiàn)象就產(chǎn)生了。導(dǎo)線表面發(fā)生覆冰現(xiàn)象必須滿足以下幾個(gè)條件：大氣中必須有足夠的過冷卻水滴，過冷卻水滴與導(dǎo)線接觸，過冷卻水滴立即凍結(jié)在導(dǎo)線表面。覆冰按形成條件及性質(zhì)可分為四種類型。1.雨凇覆冰，是在凍雨期發(fā)生于低海拔地區(qū)的覆冰，持續(xù)時(shí)間一般較短，環(huán)境溫度接近冰點(diǎn)，風(fēng)相當(dāng)大，積冰透明，在導(dǎo)線上的粘合力很強(qiáng)，冰的密度很高，雨凇覆冰是混合凇覆冰的初級階段，由于凍雨持續(xù)期一般較短，因此，導(dǎo)線覆冰為純粹的雨

3、凇覆冰的情況相對較少。2.混合凇，當(dāng)溫度在冰點(diǎn)以下，風(fēng)比較猛時(shí)，則形成混合凇。在混合凇覆冰條件下，水滴凍結(jié)比較弱，積冰有時(shí)透明，有時(shí)不透明，冰在導(dǎo)線上粘合力很強(qiáng)。導(dǎo)線長期暴露于濕氣中，便形成混合凇?；旌馅∈且粋€(gè)復(fù)合覆冰過程，密度較高，生長速度快，對導(dǎo)線危害特別嚴(yán)重。3.軟霧凇，是由于山區(qū)低層云中含有的過冷水滴，在極低溫度與風(fēng)速較小情況下形成的。這種積冰呈白色、不透明、晶狀結(jié)構(gòu)、密度小，在導(dǎo)線上附著力相當(dāng)弱。最初的結(jié)冰是單向的，由于導(dǎo)線機(jī)

4、械失衡，逐漸圍繞導(dǎo)線均勻分布，在此情況下，這種冰對導(dǎo)線一般不構(gòu)成威脅。4.白霜、雪，白霜是空氣中濕氣與0℃以下的物體接觸時(shí)，濕氣往冷物體表面凝合形成的，白霜在導(dǎo)線上的粘結(jié)力十分微弱，即使是輕輕地振動，也可以使白霜脫離所粘結(jié)導(dǎo)線的表面，與其他類型覆冰相比，白霜基本不對導(dǎo)線構(gòu)成嚴(yán)重危害。空氣中的干雪或冰晶很難粘結(jié)到導(dǎo)線表面。只有當(dāng)空氣中的雪為“濕雪”時(shí)，導(dǎo)線才會出現(xiàn)積雪現(xiàn)象。當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)時(shí)，雪片易被風(fēng)吹落，導(dǎo)線覆雪不可能發(fā)生，故導(dǎo)線覆雪受風(fēng)速制

5、約，因此平原地區(qū)或低地勢無風(fēng)地區(qū)，導(dǎo)線覆雪現(xiàn)象較山區(qū)常見。導(dǎo)線覆冰的基本物理過程是嚴(yán)冬或初春季節(jié)，當(dāng)氣溫下降至5～0℃，風(fēng)速為3～15ms時(shí)，如遇大霧或毛毛雨，首先將在導(dǎo)線上形成雨凇，這時(shí)如果氣溫再升高，雨凇則開始融化，如天氣繼續(xù)轉(zhuǎn)晴，則覆冰過程就停止；這時(shí)如果天氣驟然變冷，出現(xiàn)雨雪天氣，凍雨和雪則在粘結(jié)強(qiáng)度較高的雨凇面上迅速增長，形成較厚的冰層；如溫度繼續(xù)下降至15～8℃，原有冰層外則積覆霧凇。在這樣一個(gè)過程中，出現(xiàn)多次晴～冷變化天氣

6、，短暫的融化加強(qiáng)了冰的密度，如此往復(fù)發(fā)展將形成霧凇和雨凇交替重疊的混合凍結(jié)物，即混合凇。二、影響覆冰的因素當(dāng)具備了形成覆冰的溫度和水汽條件后，風(fēng)對導(dǎo)線覆冰起著重要的作用。它可將大量的過冷卻水滴不斷地輸向線路，與導(dǎo)線碰撞而被截獲并逐步增大形成覆冰現(xiàn)象。據(jù)觀測，覆冰首先在導(dǎo)線迎風(fēng)面上成長，當(dāng)迎風(fēng)面達(dá)到某一覆冰厚度時(shí)，導(dǎo)線因重力作用而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，從而出現(xiàn)了新的迎風(fēng)面。這樣，導(dǎo)線通過不斷扭轉(zhuǎn)而使覆冰逐步增大，最終導(dǎo)線上形成圓形或橢圓形的覆冰。除了

7、風(fēng)速的大小對覆冰有影響外，風(fēng)向與導(dǎo)線平行時(shí)，或當(dāng)與導(dǎo)線之間的夾角小于45或大于150時(shí)，覆冰較輕；風(fēng)向與導(dǎo)線垂直或風(fēng)向與導(dǎo)線之間的夾角大于45或小于150時(shí)，覆冰比較嚴(yán)重。過線圈產(chǎn)生脈沖磁場，從而在導(dǎo)線中產(chǎn)生渦流，渦流的磁場與線圈磁場產(chǎn)生斥力使導(dǎo)線產(chǎn)生擴(kuò)張，脈沖消失后導(dǎo)線收縮到原狀態(tài)，反復(fù)的擴(kuò)張和收縮使導(dǎo)線表面的覆冰脹裂掉落?；瑒隅P刮除冰法是將電容器的沖擊放電電流通過線圈產(chǎn)生的脈沖磁場轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的脈沖力，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)將導(dǎo)線表面的覆冰

8、擊裂掉落。機(jī)械除冰法中另一種常用人工除冰法存在的最大問題是效率極低，需要大量人力，一般僅適用于作業(yè)環(huán)境好、100km左右的輸電線路的除冰。還有一種由加拿大魁北克水電公司提出的電磁力除冰法，其原理是在線路額定電壓下短路，短路電流產(chǎn)生的電磁力使導(dǎo)線相互撞擊，使覆冰脫落。這種方法的應(yīng)用會給系統(tǒng)帶來穩(wěn)定性問題，線路壓降也比較大，不推薦使用。2自然除冰法自然除冰法不能阻止冰的形成，但有助于限制冰災(zāi)。在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)、平衡錘等裝置的自然除冰法，可

9、在導(dǎo)線上安裝阻雪環(huán)，平衡錘使導(dǎo)線上的覆冰堆積到一定程度時(shí)，依靠風(fēng)力、地球引力、輻射以及溫度突變等作用自行脫落。該法簡單易行，但可能因不均勻或不同期脫冰產(chǎn)生的導(dǎo)線跳躍的線路事故，不能保證可靠除冰，具有一定的偶然性。利用憎水性和憎冰性涂料防冰是通過減少水和冰與導(dǎo)線的附著力來防止結(jié)冰，與其他方法相比在工程上簡單易行，成本較低，是防止覆冰具有潛力的可行途徑。但現(xiàn)有的防冰涂料并不能從根本上防止冰的形成，而只有在足夠的輻射下才能生效，在氣溫低，水霧

10、呈過冷卻的情況下，防冰效果較差。3熱力除冰法熱力除冰法的基本原理是在線路上通過高于正常電流密度的傳輸電流以獲得焦耳熱進(jìn)行融冰。常見的幾種熱力除冰法：1)過電流防冰融冰法：通過改變潮流分布增大線路的負(fù)荷電流而使得導(dǎo)線發(fā)熱達(dá)到防冰融冰目的。這種方法對截面較小的110kV及以下線路可行，對更高電壓等級線路由于截面大，并受系統(tǒng)容量和運(yùn)行方式限制，無明顯作用。2)基于移相器的帶負(fù)荷融冰法：隨著輸電網(wǎng)絡(luò)FACTS設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)在潮流控制方面更

11、加靈活有效，通過改變潮流分布的融冰方法能夠在應(yīng)對冰災(zāi)方面發(fā)揮更大的作用?；谝葡嗥鞯膸ж?fù)荷融冰法，即ONDI(onloadwkdeicer)法。帶負(fù)荷融冰的方法最早在1990年提出，并在此后得到了發(fā)展。此方法利用移相變壓器角度的變化改變平行雙回線的潮流分布，通過增加其中一回線的電流來增加線路發(fā)熱，達(dá)到融冰的目的。3)高頻激勵融冰：20世紀(jì)末lesRSullivan等提出了用8～200kHz高頻激勵融冰的方法，機(jī)理是高頻時(shí)冰是一種有損耗電

12、介質(zhì)，能直接引起發(fā)熱，且集膚效應(yīng)導(dǎo)致電流只在導(dǎo)體表面很淺范圍內(nèi)流通，造成電阻損耗發(fā)熱。4)交流短路電流融冰法：人為將融冰線路的一端兩相或三相短路，而在另一端提供融冰交流電源，以較大短路電流(控制在導(dǎo)線最大允許電流范圍之內(nèi))來加熱導(dǎo)線，將附著的冰融化。5)直流電流融冰法：直流融冰技術(shù)的原理就是將覆冰線路作為負(fù)載，施加直流電源，用較低電壓提供短路電流加熱導(dǎo)線使覆冰融化。可采用發(fā)電機(jī)電源整流和采用系統(tǒng)電源的可控硅整流兩種方案。前者雖可減少投資