输电线路覆冰抗冰融冰防冰技术

输电线路覆冰、抗冰、融冰、防冰技术

前言覆冰和积雪是美丽的自然现象，对于电力系统，覆冰则是一种严重的自然灾害。对电网的安全运行构成了严重威胁，造成输电线路倒塔(杆)、断线、金具损坏、绝缘子串闪络等严重事故，并对我国电网产生了巨大损失。自美国1932、我国1954年首次出现输电线路覆冰灾害事故以来，国内外电网发生的各类覆冰灾害事故几千次。几十年来，国内外对输电线路覆冰进行了长期研究，取得了大量的研究成果。但至今为止，覆冰仍在威胁电网的安全运行，特别是在我国，情况更为突出。我国具有特殊的地形、地理特征，构成了输电线路覆冰具有典型的微地形、小气候特征。正是由于这种特征，决定了输电线路覆冰是随机的，难以预测的。汇报内容输电线路覆冰现象及其危害输电线路覆冰的影响及其导致灾害的原因分析输电线路防冰除冰方法利用电流焦耳热融冰的方法防止绝缘子冰闪的方法输电线路覆冰的测量一、输电线路覆冰现象及其影响因素1、国外典型的电网覆冰灾害事故1921年10月瑞典发生严重积冰现象。瑞典研究报告指出，如果当时的低温、冻雨和强风气象条件发生在现在，20%~50%的杆塔将倒塌。国外最早有记录的输电线路覆冰事故1932年出现于美国。1972年1月，冰灾袭击美国哥伦比亚州，线路覆冰9mm，二条500kV线路严重损坏，。1998年1月，有史以来最严重的冻雨冰风暴袭击加拿大东部和美国东北部部分地区。自1月4日至10日，加拿大魁北克地区降冻雨总计120mm，输电线路杆塔倒塌1000多基，配电网电杆倒塌3000多基。加拿大470万人、美国50万人受到影响，400万人停电超过2周，当年10月电网才完成恢复。1999年12月法国发生为期3天的冰雪风暴，38条主要输电线路停运，5000MV电力不能输送，超过350万户人家停电。2005年1月瑞典南部遭受严重暴风雪灾害，风速达46m/s。电力系统、电话通讯以及铁路公路长时间停运。65万人电力中断，电力修复周期为7周。2005年11月德国发生冰雪灾害造成超过70基输电线路杆塔倒塌，20万人停电。

最近30年来，局部覆冰事故和大面积冰害事故在全国各地时有发生。我国最早有记录的输电线路冰害事故出现于1954年，当时全国发生大面积覆冰，如果发生在现在，造成的灾害将超过2008年1月。1984年云南贵州大面积覆冰。1992年10月青海日月山口330kV线路覆冰倒塌8基。1993年11月湖北荆门500kV线路覆冰倒塌7基。1994年11月湖北荆门500kV线路覆冰倒塌2基。1999年3月，北京、天津、唐山地区出现持续1周的冻雾天气，涉及110/220/500kV共10条线路冰闪47次。2004年12月湖南、湖北发生大面积覆冰，电网遭受严重破坏。2005年2月湖南、湖北发生大面积覆冰，电网遭受严重破坏。2005年2月重庆遭受特大风雪袭击。220kV线路严重破坏。2008年南方广大地区的长时间、冻雨覆冰灾害事故。2、我国电网典型覆冰灾害事故概要(1)按照覆冰对电网形成的危害，输电线路覆冰分为五类：A-雨淞B-混合淞(硬雾凇)C-雾淞(软雾凇)D-雪E-霜凇3、输电线路覆冰的分类性质：纯粹、透明的冰，坚硬，密度0.8~0.9g/cm3或更高，粘附力很强。形成条件及过程：低海拔地区，由过冷却雨或毛毛细雨降落在低于冻结温度的物体上形成，气温-2~0℃；在山地，由云中来的冰晶或含有大水滴的地面雾在高风速下形成，气温-4~0℃。形成时的风速较大：5~15m/s。特点：一般是由空气中过冷却水滴冻结在导线形成，多出现在海拔较低的地区；可形成冰柱，密度一般0.8~0.9

g/cm3，结构最紧密，附着力强，对输电线危害最大。A型：雨凇(Glaze)性质：不透明(奶色)或半透明冰，常由透明和不透明冰层交错形成，密度0.6~0.8g/cm3。形成条件及过程：在低地，由云中来的冰晶或有雨滴的地面雾形成，气温-5~0℃；在山地,在相当高的风速下，由云中来的冰晶或带有中等大小水滴的地面雾形成，气温-10~-3℃。特点：雨淞和雾淞的连续冻结物，在天气周期性变化时形成；坚硬；粘附力强。对输电线路的危害仅次于雨淞。B型：混合凇(硬雾凇)(HardRime)

性质：白色,呈粒状雪,质轻,为相对坚固的结晶,密度0.3~0.6g/cm3,粘附力颇弱。形成条件及过程：在中等风速下形成，在山地由云中来的冰晶或含水滴的雾形成，气温-13~-7℃。特点：C型：雾凇(Rime)性质：在低地为干雪,密度低,粘附力弱.在丘陵为凝结雪和雨夹雪或雾,重量大.密度0.1~0.3形成条件及过程：粘附雪经过多次融化和冻结,成为雪和冰的混合物,可以达到相当高的重量和体积。特点：D型：雪(SnowandSleet)性质：白色，雪状，不规则针状结晶，很脆而轻，密度0.05~0.3g/cm3，粘附力弱。形成条件及过程：水汽从空气中直接凝结而成,发生在寒冷而平静的天气,气温低于-10℃。特点：E型：霜凇(HoarFrost)(2)按照覆冰形成的机理及形成过程，导线覆冰增长可分为：干增长覆冰湿增长覆冰雾凇、霜凇、雪是干增长过程，雨凇是湿增长过程，混合凇是介于、干湿增长之间的一种覆冰过程。4、覆冰的形成条件导线覆冰是由气象条件决定的，是由温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。导线覆冰必须具备三个条件，即可冻结的气温(＜0℃)较高的湿度(RH%＞85%)，即空气中具有可冻结的水分或过冷却水滴、雾滴和水汽等。使空气中水滴运动的风速(＞1m/s)5、影响输电线路覆冰的因素

影响导线覆冰的因素很多，主要有：气象因素地形和地理环境条件海拔高度和导线悬挂高度导线结构特性(1)气象因素影响导线覆冰的气象因素主要有温度、空气湿度、风速、风向、空气中过冷却水滴或雾滴的直径及凝结高度等。(a)环境温度：对覆冰的影响最明显。一般最易覆冰的温度为-1℃和-5℃，气温太低，过冷却水滴变成了雪花，形成不了导线覆冰，因此，严寒的北方地区冰害事故反而较南方的云、贵、湘、鄂等南方高湿度、水汽充分的地区轻。(b)空气湿度：空气湿度的大小对导线覆冰影响甚大。湿度大，一般在85%以上，不仅较易引起导线覆冰，而且还易形成雨凇。南方覆冰最为频繁的湖南、湖北、江西等省，每逢严冬和初春季节，因阴雨连绵，空气湿度很高(90%以上)，故导线极易覆冰，且多为雨凇。云南、贵州等高海拔地区，覆冰多为雾凇或混合凇。(c)

风速风向：由于风起着对云和水滴的输送作用，故对导线覆冰有重要影响。无风和微风时，有利于晶状雾凇的形成；风速较大时则有利于粒状雾凇的形成。几乎所有计算导线覆冰的模型都包含有风速这一主要因素，一般而言，风速越大(0~6m/s范围内)，导线覆冰越快。而风向主要会对覆冰形状产生影响，当风向与导线垂直时，结冰会在迎风面上先生成，产生偏心覆冰，而当风向与导线平行时，则容易产生均匀覆冰。(d)过冷却水滴大小：水滴直径越大，碰撞物体冻结过程中，其潜热释放缓慢，反之，则冻结迅速。导致形成覆冰的特征有很大差异。雨凇覆冰时，过冷却水滴直径大，约在10~40μm之间，中值体积水滴直径为25μm左右，是毛毛细雨；雾凇覆冰时，水滴直径在1~20μm之间，中值体积水滴直径为10μm左右;而对于混合凇，其水滴直径在5~35μm之间，中值体积直径为15~18μm。(e)

凝结高度：所谓“凝结高度”是指云中的过冷却水滴全部变成冰晶或雪花时的海拔高度，是随着不同的地面气温和露点温度而变化的，常用海宁(Hening)公式计算：H=124(T-Td)

式中：H为凝结高度(m)；T为地面气温(℃)；Td为露点温度(℃)。凝结高度是以地面为起始基准的空气中水滴碰撞物体前可冻结的高度，它的大小对高海拔山区的导线覆冰具有决定性的影响。当山峰高度超过凝结高度时(如云南乌蒙山东侧、滇东云贵交界地区)，此区域必属于重冰区或特重冰区。(2)地形和地理环境的影响覆冰与山脉走向、坡向和分水岭等因素也有明显关系。在山区导线受地形及地理的影响更为严重。在受风条件比较好的突出地形，如山顶、垭口、风道和迎风坡，以及空气水份较充足的江河、湖泊、水库和云雾环绕的山腰、山顶等处都是极易夜冰的地点，而且其覆冰程度也比较严重。我国具有典型的微气象、微地形覆冰特征，常见的微气象覆冰地形主要有：1定义典型实例垭口型在绵延的山脉所形成的娅口，是气流集中加速之处，当线路处于垭口或横跨垭口时，将导致风速增大或覆冰量增加。江西省井冈山盐山垭口，云南省昭通市庄沟垭口，湖南省拓乡110kV线路羊古岭垭口，贵州省110kV水盘线黑山垭口，四川省大凉山老林口，云南省110kV以东线53号杆施布卡垭口，云南省500kV大昆线石官坡垭口等2定义典型实例高山分水岭型线路翻越分水岭，空旷开阔，容易出现强风及严重覆冰情况，尤其在山顶及迎风坡侧，含有过冷却水滴的气团在风力作用下，沿山坡强制上升而绝热膨胀，使得过冷却水滴含量增大，导致导线覆冰增加。陕西省秦岭，云南省金沙江与小江的分水岭，河南省南阳地区伏牛山老界岭，浙江省云和县与松阳县交界的方山岭，广东省韶关地区乳源和东昌两县交界的分水岭，湖南衡山祝融峰等。3定义典型实例水气增大型输电线路临近较大的江湖水体，使空气中水汽增大，当寒潮人侵，气温下降至0℃以下时，由于空气湿度大，便容易出现严重彼冰现象。江西梅岭(受鄱阳湖影响)，云南昆明太华山(受滇池影响)，湖南省沅江市(受洞庭湖影响)，湖北省巴东县绿葱坡(受长江影响)。四川会东白龙山及云南东川海子头(受金沙江影响)，500kV大昆线哀牢山地段(受老虎山电站水库影响)等4定义典型实例地形抬升型平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一侧较低另一侧较高的台地及陡崖，因盆地水汽充足，湿度较大的冷空气容易沿山坡上升，在顶部或台地上形成云雾，当冬季寒潮人侵时便会出现严重覆冰现象云南省会泽县大竹山，贵州省220kV鸡江Ⅱ回十里长冲，广西省110kV蔽桂线金竹坳，滇南蒙自盆地边缘地形抬升的马拉格，贵州东部的万山及500kV大昆线易门老吾街后山等5定义典型实例峡谷风道型线路横跨峡谷，两岸很高很陡，通过狭管效应产生较大的风速，将导致送电线路风荷载的大幅度增加云南省110kV六平线36号杆南盘江峡谷，500kV大昆线绿汁江跨越点，云南220kV以昆线282－283号大黑山峡谷风槽，500kV漫昆线哀牢山76-77号兔街山谷风道等(3)海拔高度和导线悬挂高度一般海拔高度越高导线越易覆冰，冰厚也越大，而且多为雾淞，海拔高度较低处，其冰厚(b)较小，但多为雨淞或混合淞。导线悬点愈高，覆冰愈重，这是因为，近地层内风速和雾的密度随离地高度的增加而增大。冰厚随高度(海拔高度或悬挂高度)变化的规律可用乘幂律表示：其中：Z为高度，b为覆冰厚度;下标“Z”表示Z高度处的物理量，“0”表示参考高度Z0处的物理量。(4)导线结构特性导线结构特性包括导线的直径、刚度，通过的电流大小等因素。对导线直径而言，它对导线覆冰的影响主要表现为其对导线捕获空气中过冷却水滴的有效性，即收集系数的影响。这是流体力学特性决定的问题。导线覆冰增长率为：导线半径越大，过冷却水滴与撞击导线的撞击系数(α1)

越小，其撞击导线的几率越小，覆冰厚度增长越慢。…导线刚度的大小决定其抗扭转的性能，它主要是影响导线覆冰的截面形状。细而长的导线刚度较小，易于扭转，多呈现圆形覆冰，覆冰量也就会相应增加。(5)电场的影响电场的存在会对移向导线的水滴粒子产生极化和吸引力。虽然水滴内的极化电荷随交流电压而变化，但其作用力永远是一个引向导线的吸引力。因此，电场对雾滴和毛毛细雨的吸引力会导致更多的水滴移向导线表面，因而能增加导线上的覆冰量。电场强度一定时。负荷电流对导线覆冰的影响体现在两个方面。当电流不够大，焦尔热不能使导线表面维持0℃以上温度时，负荷电流反而会使导线覆冰增加，因为出现了电场的影响；当电流足够大，能使电线发热并维持其表面温度在0℃以上时，这时即使有过冷却水滴碰撞导线，导线表面也不会覆冰，从而达到自然防冰的效果。二、输电线路覆冰的影响1、覆冰的危害：覆冰对输电线路造成严重危害，主要表现在金具损坏、导线断股、断线、舞动、杆塔倾斜或倒塌、以及绝缘子串闪络等。(1)过负载事故：线路实际覆冰超过设计抗冰厚度。线路覆冰质量增加、覆冰后风压面积增加，导致机械和电气事故：1)导线和地线：导线从压接管内抽出，或外层铝股全断、钢芯抽出等，整根拉断或耐张线夹或悬垂线夹出口处附近导线外层断股。2)金具：悬垂线夹船体在U型螺栓附近断裂，拉线、契型线夹断裂。3)电气间隙：弧垂增大，导线对地间距减小。地线弧垂增大，造成与导线相碰、烧伤及烧断导地线。4)杆塔结构：导线和地线断裂导致直线杆头顺线方向折断；导地线不对称布置导致垂直线路方向塔头折断；边导线断裂导致耐张双杆的杆身在不同方向扭断；导线断裂引起拉线或拉线金具破坏而后顺线倒杆；垂直荷载增大且有很大偏心弯矩，构成压弯屈曲，在拉线点以下折断，垂直线路方向倒杆。5)基础：下沉、倾斜或爆裂而引起塔身倾斜或倒杆。6)绝缘子串：覆冰过载引起扭转、跳跃，使绝缘子串翻转、碰撞、炸裂等(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：1)导线和地线相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰产生张力差，使导地线在线夹内滑动，严重时导致导线外层铝股在线夹出口处断裂、钢芯抽动，造成线夹另一侧的铝股拥挤在线夹附近。不均匀覆冰的张力差是静荷载，线股断口有缩颈现象；不同期脱冰的张力差是动荷载，线股断口无缩颈现象。2)绝缘子损坏：相邻档张力差异导致直线杆塔承受张力差，使悬垂绝缘子串偏移，碰撞横担，造成绝缘子损伤或破裂。3)电气间隙：张力差导致横担转动、导线碰撞拉线，使拉线烧断造成倒杆；三相熔冰时，中相、边相不同步导致导线不同步摆动时碰撞。4)杆塔结构：不同期脱冰使横担折断或向上翘起，地线支架扭坏，覆冰不均匀使横担扭转。(3)绝缘子覆冰以及冰棱桥接伞裙，导致其电气性能降低：绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，泄漏距离缩短，绝缘强度下降。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。闪络时持续电弧烧伤绝缘子。(4)不均匀覆冰引起的导线舞动事故：不匀覆冰会使导线产生自激振荡和舞动，造成金具损坏、导线断股及杆塔倾斜或倒塌等。500kV/4A污秽试验电源电容分压器1985年建立了直径２ｍ、长４ｍ的人工气候室及其配电电源2002年研制成功了内径7.8m、高11.6m的目前国内外最大功能最多的大型多功能人工气候室。最低气温:-450C最低气压:30kPa；最大风速:12m/s；最大紫外线强度:80W/m2)结构：圆柱体；底面－平面；顶部－半球形；内底－覆盖12mm钢板；顶部－覆盖10mm钢板；筒体:－覆盖10mm钢板；外层承力－1.2kg/cm2；内层绝热－250mm发泡绝热层结构。内底：240mm工字钢(450×450mm)筒体:120mm工字钢(800×800mm)120mm工字钢(600×600mm)极限工况下钢板整体受力分布极限工况下变形局部最大受力约为110Mpa，整体变形约25mm、局部变形小于40mm，低于结构极限工作条件350Mpa、整体变形45mm，局部变形70mm。经检验，最低气压达28.0kPa，超过设计工作极限30kPa的要求

内层绝热采用250mm自发泡绝热层结构，选择2×50kW的双制冷、水冷却制冷系统，达到最佳制冷效果。从常温降至-45℃的时间为50min.，比设计的2小时短70min.，提高了使用效率。环境温度20℃时，最低温度(-45℃)下温度回升至0℃的时间大于48h，人工气候室具有良好的保温性能。

喷嘴风扇压控进气压控进水采用控制进水压力(2.5~3.5kg/cm2)、进气压力(3~4.0kg/cm2)、过冷却水滴温度(3~4℃)及其中值体积直径(d)、环境温度(t)和风速(v)的方法控制覆冰类型。水滴颗粒在10~500μm内可调；雾凇覆冰(密度<0.3g/cm3)时：d≈25μm、v<3m/s、t<-15℃；混合凇覆冰(密度<0.8g/cm3)时：d≈100μm，v=3~6m/s、t=-10~15℃；雨凇覆冰(密度0.8~0.9g/cm3)时：d≈240μm，v>8m/s、t=0~-2℃。三、输电线路防冰除冰方法防冰方法：在覆冰导线覆冰前采取各种有效技术措施，使各种形式的冰在导线上无法积覆，或即使积覆，其总的覆冰荷载也能控制在导线可承受的范围内。除冰方法：在导线覆冰达到危险状态后采取有效措施，部分或全部除去导线上覆冰的方法或措施。国内外研究、探索和应用的防冰、除冰方法主要有：憎水性、蔬水性涂料防冰方法自动和手动机械除冰装置短路电流熔冰方法(交流、直流)过负荷电流熔冰技术谐波变压器除冰低居里材料防冰技术电磁脉冲除冰方法激光除冰微波除冰热气、热水除冰。线路取电高频融冰(带负荷)等目前这些方法尚不能完全防止输电线路发生冰害事故。主要存在以下问题：技术不成熟操作困难成本太高没有掌握覆冰规律，技术方法应用不当。我国早在1976年就制订了《重冰区线路设计规程草案》，提出了“避”、“抗”、“改”、“防”、“融”五字防冰害冰灾的综合技术措施：“避”：避开重冰区，“抗”：提高线路抗冰厚度“改”：改造已有线路“防”：采取合理措施防止覆冰“融”：采取电流融冰1、低居里磁热线在输电线路导线防冰中的应用低居里铁磁材料用于防冰最早起源于英国(60年代)，发展和研究于日本和我国(80~90年代)。低居里铁磁材料是一种由铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)及硅(Si)等按一定比例组成的，具有较低居里温度的合金材料。“七五”期间，武汉高压研究所试图将其应用于输电线路防冰，与首钢冶金研究院等单位共同研制出低居里铁磁材料防冰器件，包括铁磁线、预绞丝或防冰套筒等。无论是哪种形式的防冰器件，均由磁芯和覆层两部分组成。低居里铁磁线缠绕在导线上，交流传输电流产生交变磁场，磁芯磁化。当温度高于居里点时，磁感应强度(B)的值很小；而境温度低于居里点时，产生很强的磁感应强度(B)。发热的基本形式：磁滞损耗和涡流损耗(或二次电流损耗)。传输电流为I时，理想情况下的低居里材料磁感应强度与温度的关系几种典型的低居里材料几种铁磁材料的B－T曲线(H=3980A/m)低居里铁磁线在弱磁场下，即线路传输电流较小时，磁滞和涡流损失能满足防覆冰要求；而在导线传输电流较大时并不产生过剩的能量消耗。主要形式：LC防冰套筒和LC磁热线。LC磁热线:将ＬＣ材料在特殊工艺下拔拉成1.0～2.5mm的丝材，并在其表面包敷0.1～0.5mm的导电覆层而成。可用手工或专用机械将其以固定螺距缠绕在导线上，也可根据需要将其制作成予绞丝的形式。LC防冰套筒：结构类似于1:1的电流互感器，如图7所示。目前工程中采用的ＬＣ防冰套筒元件长度为45cm，磁芯厚度0.2cm，铝质二次线圈厚度0.2cm，元件总重量1.0kg。安装时元件之间的间隔为1.0m。ＬＣ磁热线防冰设计设Pm为ＬＣ磁热线的产生的功率(W/m)，Pj为传输电流焦耳热量(W/m)，Pf为覆冰期间融化单位长度导线上可能的覆冰量所需的热量(W/m)，Pr为表面散热损失量(W/m)，完全或部分防冰的条件：ＬＣ磁热线防冰应用前景分析优点：目的是防冰，在技术上可行，防冰效果明显。缺点：成本高，经济上不可行，400mm2的四分裂的500kV线路，成本约250~280万元。制造工艺复杂，600~800℃高温熔炼，经特殊工艺加工(冷拔)、覆层。增加线损工程实施较大的困难。需要解决的问题：居里温度点(0℃)磁感应强度在居里点突变等技术难关。某种低居里铁磁材料的原材料成本成分铁(Fe)镍(Ni)铬(Cr)硅(Si)百分比/%46.0%40.0%3.0%%1.0%价格/(元/kg)0.8240.5728.5注：原料价格为2007年平均值2、憎水性或憎冰行涂料在输电线路导线防冰中的应用液体对固体的浸润程度以接触角表示，接触角大于90°的为疏水涂层，大于150°的为超疏水涂层。当达到超疏水能力且接触角在160°以上时，材料对水的粘着力则很小。当疏水角接近170°时，材料仅倾斜1°，水珠在重力的作用下就会滚动。水与表面的接触角越大，即表面的疏水性越好，则水珠越晚开始冻结。利用憎水、冰性涂料防覆冰是被动方法之一。在涂料输电线路导(地)线、杆塔结构或绝缘子等上覆涂憎水性能涂料，降低冰与衬垫表面的附着力，虽不能防止冰的形成，但可使冻雨或雪等在冻结或粘结到导线或绝缘子之前就可以在自然力，如风或导线及绝缘子摆动时的作用下即能滑落，或者使冰或雪在导线或绝缘子的附着力明显降低，达到防止覆冰、减少线路出现冰害事故的目的。有些涂料具有很强的憎水、憎冰性。憎水性表面亲水性表面水滴与衬底的接触角θ

涂料防冰的关键是降低冰和衬底的附着力，即降低其反应性和表面力，使其更具惰性，更不渗水。由此产生的高接触角θ更有可能在交界面吸留空气，吸留空气可以阻止跨越界面交换吸力，减小附着结合力，造成不均衡的应力集中，使之发生裂纹并扩大，导致附着力失效，产生防冰效果。防冰涂料目前有：有机氟、有机硅、烷烃及烯烃等类化合物，如丙烯酸烘漆、聚四氟乙烯及有机硅漆等。防覆冰涂料的防冰效果测定：表征参数为DC值。方法：取一组试验铝板置于冰冻腔内，在试验铝板中心位置上各放置一个金属铝环(切削或锥口形端向下)，环内注入定量蒸馏水后使其冻结，完全冻结后立即测试涂层与环内结冰的附着力，防冰效果DC值为：F0为未涂涂料时冰在试验铝板上的附着力(g)，即空白值；F为冰对试验涂层的附着力(g)DC值越高，涂料的防冰效果越好。DC值大于90%时，光滑平板有明显防冰效果。影响DC的因素：固有特性，涂料固化温度和被覆涂物体表面光洁度、形状及清洁度等。一般要求其固化温度较低且固化速度快。如果DC＞90%且固化温度＜25℃、固化时间＜2.5h，则该涂料对防止绝缘子覆冰具有明显效果；对于导线，即DC＞90%，由于导线线股间隙的影响，涂料的防冰效果很难充分显示。因此，目前涂料用于导线防冰成功的示例未见报道。

防冰涂料的前景－仿荷叶防冰涂料自然界的许多物质表面是超疏水、自清洁型的。如蝴蝶的翅膀、卷心菜、印度水芹、荷花等植物的叶子等。荷花出淤泥而不染，从荷叶上滚落的水珠可以清除其上吸附的灰尘和细菌，这种现象称之为荷叶的“自清洁效应”或“荷叶效应”。荷叶表层生长着纳米级的蜡晶，使荷叶表面具有超疏水性。荷叶表面的微米乳突等形成微观粗糙表面，超疏水性和微观尺度上的粗糙结构赋予了荷叶“出污泥而不染”的功能，也就是荷叶效应。荷叶表面与水滴接触角度平均为160°，最大接近180°的极限值，因而利用“荷叶效应”制成的憎水性涂料在输电线路防冰中应用有重要的实用意义。目前利用“荷叶效应”制成的憎水性涂料成功用于输电线路防污防冰鲜见报道，市场上流通的所谓有“荷叶效应”的涂料并不具有超疏水性质，仅具有一定的疏水特性，且接触角都在120°以下，并且由于添加了一些蜡、含氟添加剂等，使用寿命大大缩短。随着涂料技术的不断发展，仿生学研究的深入，仿荷叶涂料在输电线路防冰中具有广阔的应用前景。虽然憎水性涂料用于输电线路防冰看起来简单易行，但是涂料涂于导线上后由于股线的扭动，涂层容易破裂，憎水性再好的涂料有了裂纹后容易渗透到股线间，形成结冰，另外还有抗老化等问题需要解决，因此涂料防冰是不易攻破的难题，要达到工程应用要求还须花更大的力气才能解决。3、电磁脉冲除冰原理及其在输电线路导线防冰中的应用电磁脉冲除冰(EIDI)是机械除冰方法之一，是利用大电流瞬时脉冲的机械力除冰方法，已经应用于飞机除冰，也可应用于输电线路。除冰原理：线圈带电时将产生强磁场，强磁场又产生大幅度短时持续力或脉冲力作用于附近导电板或目标，这种力可使导线表面缓慢扩张，然后收缩。这种扩张和收缩的过程导致表面覆冰脱落。线圈紧靠目标，触发器控制闸流管导通，电容器通过线圈放电产生磁场，在目标中产生涡流并迅速衰减；涡流与线圈磁场结合产生持续时间只有数微妙的数千牛顿(kN)的推斥力，瞬时脉冲力使目标表面覆冰产生位移并将震裂目标物体上覆冰。电磁脉冲除冰(EIDI)应用输电线路前景美国维奇托州立大学研究了在输电线路上采用电磁脉冲技术。每一个电线杆上安装一个EIDI单元，其中包括储能电容器组，可控硅及其相应的电子线路。每个单元可以带6个EIDI执行器，每个执行器包括脉冲线圈和目标物，目标物是与导线直接相连的线圈。储能电容器组和EIDI中的其他部件直接由线路上的电流互感器或电压互感器供电。EIDI单元可以控制，并且可以通过几种形式的冰探测器来自动控制其动作：当探测器给出指示覆冰状况的信号后，EIDI单元动作，向执行器中的脉冲线圈发出脉冲电流，执行器由此获得的冲击力使冰从导线上脱落。研究人员成功的将一段3m长的导线上的12.5mm冰除去，说明该方法可以在实际线路上取得成功。将此装置用于专门建设的100m长档距的实验线路上时，它仅能除去约3~5m长的一段上的覆冰，脉冲振荡虽然能够沿导线向导线中部传播，但空间陡度已经不足以使覆冰脱落。试验中覆冰厚度在0～18mm变化，并不影响有效除去的覆冰段的长度。将充电电压增加到2.2kV可以明显改善除冰的能力，但由于此时导线舞动剧烈，因此试验没有继续进行下去。经过大量的试验研究表明：现有的EIDI执行器并不能满足实际输电线路的需要；EIDI执行器在输电线路的长时间工作会引起执行器的脱落；执行器与导线之间的电气隔离问题也需要大量的研究；考虑到在每根杆塔上都要装设EIDI系统所花费用很高；不过此技术有明显的优点是：没有运动部件，安全可靠。4、形状记忆合金除冰原理及其在输电线路导线防冰中的应用形状记忆合金(NiTi)发明于60年代，美国海军用于飞机液压系统管接头。80年代，其专利的有效期期满，ID公司等应用于飞机除冰。形状记忆合金由于其独特的冶金成分．可在一个相当窄的相变温度范围内产生很大的形状尺寸上的变化，这是一般合金所不具备的特性，当合金处于转变温度范围的冷侧一边时．其结构为马氏体相，这种材料相当软，有塑性，固此有可能对合金进行大约达到8%的应变。此时如果将合金加热，马氏体将无扩散转变成奥氏体相，奥氏体的材料硬而无柔性。由于材料在马氏体状态经过了变形，而加热后材料又能回到变形前的形状，这种效应称为形状记忆，这种合金就称为形状记忆合金。NiTi合金的马氏体→←奥氏体转变温度范围大约为22℃。根据合金成分的不一样，相变的起始温度可控制在-212℃

～+121℃之间。形状记忆合金应变-温度关系

目前有两种形状记忆合金除冰系统：一种是主动式，一种是被动式。两种方式的工作原理均是首先在可能覆冰的物体上先安装形状记忆合金薄板，通过形状记忆合金产生直接的膨胀／收缩剪应力破坏冰与致动器表面的结合，从而使冰块脱落。主动除冰系统的热源由外部提供，如用于导线除冰，热源可来自导线电流的焦耳热被动除冰的热源来自结|冰时的热效应。就NiTi形状记忆合金而言，当其用作高寿命的致动器(>10,000个循环)时，其应变幅度多限于大约3%，因更高时会显著降低循环寿命。在该应变水平下的净应力输出大约为68.9MPa，因此除冰器的致动应变输出必须不大于3%，应力输出小于68.9MPa。初步的冰室及风洞试验表明：合金结冰表面的很小应变即可使冰脱落。结冰风洞的试验表明：0.1%～0.2%的应变以及0～0.698MPa的剪应力即可使冰脱落。在设计除冰器时，应考虑以下的问题：打破合金与冰的结合强度的力学要求。确定除冰器的设计性能，例如相变温度范围及温度滞后回线。除冰器的再应变机构的设计。降低能源要求提高能源效率。除冰器还必须耐久，对气动力无不利影响，要的辅助硬件要少，需要的能源要少等等。5、激光除冰原理及其在输电线路导线防冰中的应用由于激光具有高功率、高光束质量、高稳定性的特点，在输电线路除冰方面被深入研究。激光除冰主要是通过以下两个方法来实现：一是激光到达冰和物质的接触面，接触面吸收能量，使接触面冰层融化，从而减小冰的附着力，使后期的机械除冰更加容易；二是接触面吸收能量，使接触面冰层融化变为水蒸汽，急剧增多的水蒸汽对表面冰产生压力，从而使冰破裂自行脱落。理论分析和实验结果表明：采用激光作为融冰的能量源，具有定向能量传输效率高、融冰特性优越、可实现高压电力设备的在线融冰等优点，是一项非常值得研究和开发的项目。激光融冰比较理想的方案是：在除冰开始时以激光热融除冰过程为主,这样有利于提高融冰速度,在除冰的后期即接近高压设备表面时,则应以应力波破冰过程为主，这样有利于使冰层结构疏松,加大冰层对激光的吸收,减小冰的附着力,使覆冰快速自行脱落。因为CO2激光在冰中穿透长度很短,因此冰对它的吸收能力很强,基于此可以利用CO2激光来提高除冰的效率。激光除冰技术已经被实验证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关系，然而在任何一个激光除冰试验中都不能除掉大面积的冰。而且在目前阶段，采用激光除冰方法在总费用上太高。6、根据导线覆冰的形成机理采取的抑制覆冰积雪的形成和发展的方法(1)导线积雪物理过程

湿雪不断吹向导线时，迎风侧便开始积雪，图(a)积雪厚度达到导线直径时，其自身重量使导线缓慢转动，图(b)；雪继续在迎风面堆积，全部雪团重量使导线再次转动，该过程重复发生，图(c)和(d)。(2)导线覆冰物理过程

导线覆冰物理过程中存在类似于积雪的覆冰扭转现象，如图(a)~(d)所示。图为实验室得到的导线覆冰扭转过程。因覆冰使导线不断扭转，经过约7h覆冰，模拟导线横截面基本为圆形。导线覆冰过程气流扰动与水滴碰撞(3)阻雪环

常用阻雪环由塑料制作，塑料阻雪环阻滞雪在导线绞合方向转动，使雪仅在水平方向堆积，当堆积一定厚度时，在风或其它自然力作用下雪由导线上自行脱落，如下图。根据导线覆冰积雪的过程，设计应用了多种阻止导线过量覆冰积雪的方法，如普通塑料阻雪环和抗扭阻尼器等。(4)平衡锤阻雪环可防止积雪在导线水平方向过量堆积。根据导线积雪扭转原理，在档距较长的输电线路上，除安装阻雪环外，可安装抗扭阻尼器(或称平衡锤)，防止导线扭转，阻止导线积雪后形成雪环，如下图所示。对于不同直径导线，阻雪环和平衡锤的安装和布置不同。下表为二种直径导线的阻雪环及平衡锤安装配置，对于其它直径导线，可参照下表的配置进行。图阻雪环与平衡锤配合安装示意图表阻雪环与平衡锤配合安装距离示例导线直径环平衡锤直径间隔重量间隔mmmmcmkg/mm12.918.9409.050~7052.863.811022.5100~150(4)抗冰雪环

利用低居里铁磁材料还可制作抗冰雪环，如图a和图b所示。低居里材料抗冰雪环不仅具有普通塑料阻雪环的作用，而且具有发热效果，可部分融化导线上的冰雪。图a抗冰雪环结构图b抗冰雪环安装示意图(5)抑制覆冰及积雪重锤

在导线上装设重锤的目的在于使偏心积雪自重平衡破坏而自行落下及防止导线积雪后产生扭转而形成雪筒。抑制覆冰及积雪重锤的结构和尺寸如下图所示重锤材料为可锻铸铁。运行经验表明，在应用中，抑制积雪重锤安装间隔取50~100m对防止导线产生扭转可达到明显效果。7、温控电热带-正温度系数(PositiveTemperatureCoefficient)材料防冰技术温控电热带由正温度系数电阻特性材料构成，基本型温控电热带，其结构如下图所示，由线芯、PTC芯带及外层护套构成。

PTC芯带作为电热部件，是由“高聚合物~碳黑”复合材料连续均匀的挤压在二根等间距导线线芯之间制成。芯带材料的电阻率随温度升高而增大，在一定温度区间，电阻率急剧增大。主要的问题：高功率PTC芯带的电阻率要求高，且随应用场所其要求发生变化，因此制造困难。PTC的最佳温度和功率范围与应用要求矛盾，为满足特定要求，PTC特性将受到影响。高电阻率有机发热材料与高导电导率金属线芯间接界电阻超额增长将影响材料本身电阻率的提高，这种效应会造成电热带的性能不稳定，甚至使电热带在通电情况下可能不会发热。8、微波加热过冷却水滴(1)微波加热过冷却水滴原理：微波防冰方法就是用微波对过冷却水滴进行加热，使它在还未达到物体表面上之前，其温度就已被加热到0℃以上，从而防止其在物体表面上结冰的方法。微波防冰方法由美国麻省理工学院航天航空系提出，主要是用于飞机在飞行中防止机身结冰。该方法未见在架空送电线路上使用。微波加热中介质参数一般用相对介电常数表示，当介质表现为各向同性时，相对复介电常数如下式：

εr’为物质的相对介电常数，表征微波穿透材料的能力。ε’’为物质的介电损耗因子，表示介质损耗，其中σ为介质电导率，ω为微波角频率，ε0真空介电常数。根据微波加热理论与实践，在单位体积物料内消耗的微波功率为式中：tanδ=ε’’/εr’为介质损耗角正切，是介质吸收微波能量本领的物理量。tanδ值小的物料对微波的入射可以说是“透明”的；tanδ值大的物料意味着吸收微波的能力越强。表冰和水的微波介电特性(微波f=3000MHz)介质名称εrtanδ水(20℃)76.70.157冰(-12℃)3.20.0009表中给出了冰和水介质的介电特性数据，数据表明水的tanδ比较大，因此它吸收微波的能力较强。空气中的水滴在撞击覆冰物体以前，一般以“亚稳定状态”的过冷却水的形分散在空气中，而空气中的tanδ很小，接近于零，因而几乎不吸收微波。所以，大部分的微波被分散在空气中的过却水滴吸收。过冷却水滴吸引微波能量之后，温度上升至0℃以上，从而使水滴即使碰撞覆冰物体，也不会在物体表面冻结形成覆冰。9、复合导线带负荷自动熔冰装置(1)原理复合导线带负荷自动熔冰装置是主要由复合导线、覆冰检测装置及开关控制装置三部分组成，如下图。

复合导线由包覆有交联聚乙烯绝缘层的发热钢芯(同时起承力作用)和输送正常负荷电流外层铝股线(或铝合金股线)绞制而成。由覆冰检测控制开关的动作。无冰时开关闭合，铝股与钢芯并联运行，导线处于正常运行状态；当导线覆冰达到危险状态时，覆冰检测装置发出熔冰信号，开关自动断开，负荷电流全部转移至钢芯，利用钢芯的高电阻发热熔冰；冰融化后开关在覆冰检测装置控制下自动闭合，导线恢复正常送电。(2)存在的问题：熔冰线段过长时钢芯压降影响线路正常供电。熔冰存在局限性。负荷电流小达不到熔冰目的；负荷电流大，影响钢芯强度，甚至烧断钢芯线。交联聚乙烯绝缘层的老化及其散热。装置检测可能出现误差，导致真空开关误动作。复合导线带负荷自动熔冰装置也可用于分裂导线熔冰。其方法是：①改造分裂导线间隔棒，利用合成硅橡胶等绝缘间隔棒使分裂导线各子导线彼此绝缘；②在每一子导线上安装类似图30所示的开关装置；③在覆冰季节当导线覆冰后轮回将各子导线的负荷切换到单根子导线或二根子导线上增加负荷电流对导线熔冰。10、自耦变压器带负荷融冰装置带负荷熔冰分为二种情况：一是在正常运行时改变运行方式增大负荷电流；二是在融冰变电站内设置熔冰自耦变压器，如下图，如果是单导线则改分裂导线。(1)导线带负荷熔冰需要熔冰时，将熔冰自耦变压器投入熔冰环路中，如下图。线路自D点供给励磁电流I0，在A~D段感应电压，使点电位升高。在变压器A与D间电压差作用下(图中变压器有2.33、2.83及3.32kV三个电压抽头)二分裂导线中产生强迫熔冰环流Ik(约为400A)使导线发热达到熔冰目的。熔冰时导线各段实际电流大小除受自耦变压器抽头的影响外，还与导线中的负荷电流I及励磁电流I0有关，如图。熔冰时A点电位比B点高，负荷电流将从外分支线BC上流过，励磁电流I0也是沿“A-B-C-Am”方向流向熔冰自耦变压器励磁。各段实际电流如图。

(2)避雷线荷熔冰避雷线熔冰方式及原理接线如下图。当熔冰变压器接入电网励磁时，在二次副绕组上感应电压(图中示例为11kV)，经隔离开关和油开关加于避雷线环路上，产生电流使避雷线发热熔冰。在避雷线熔冰时已将熔冰变压器端断开，导线上无熔冰环路电流流过。11、射频+铲刮除冰技术射频+铲刮除冰是1992年提出的一种热、机械组合的融冰技术；特电：除冰成本相对较低，开发前景较好，除冰效果在铁路除冰中已成功得到实验验证；但目前还没有成功运用于输电线路。原理：如图，前头射频发生器产生射频后，其能量由底下的射频线圈辐射到冰和被覆物体上，由于冰块的介质损耗角非常小(tanδ=0.0009)，对射频几乎是“透明”的，所以射频能直接穿过冰块射到被覆物体上，在冰和被覆物体的分界面上射频的能量转化成热能，从而使分界面有一小薄层的冰被融化，使冰从被覆物体上松动。这样，连在后面的楔形铲冰器就很容易把冰铲除掉。而最后的喷头把乙二醇喷到被覆物体表面上，主要是起到一定的防冰作用。由于射频能量主要是使冰松动，只需融化分界面上很薄的一层冰(约200μm)，大部分的冰使用机械法除去的，所以除冰消耗的能量比单纯使用热法除冰要小得多。据实验验证，融冰耗能为335kJ/kg，而射频+铲刮除冰耗能为113kJ/kg。如果把射频发生器改成激光发生器，用激光代替射频，则更加节能，只需44kJ/kg。因为雨凇等密度较大的冰与被覆物体上粘贴比较紧密，单纯使用机械法除冰常常很难除去或除得不彻底。而这种方法也充分结合热法除冰的优点，首先利用热法使冰从被覆物体上松动，从而使机械除冰变量相对容易。无论是使用射频也好，还是激光也好，图使用装置需要连接成一整套可以在冰面上移动的机械装置。在铁路除冰中，这种装置比较容易实现，但要让这套装置在输电线路上“自动行走”就要困难得多。12、气动脉冲除冰技术气动脉冲除冰是气动压力变化使冰脱离表面。主要用于飞机上除冰，由一个埋置于机翼前沿之下，沿翼展方向布置的网状管组成，平时管网处于松弛状态，当需要除冰时，系统被激发，迅速充压，产生一个沿导管传播的振动波，导管的轻微膨胀将导致覆冰的处表面变形，产生应力，使冰破碎，然后由高速气流使碎冰从机翼表面脱落。NASA的Lewis研究中心曾对气动脉冲除冰和电磁脉冲除冰进行对比研究，从实验结果上看气动脉冲除冰方法稍好于电磁脉冲除冰法，但两者的性能还需要作进一步的研究。这两个方案如果能在飞机上应用成功，则对架空导线除冰可能是一个最好最易接受的方法。13、超声波除冰技术

超声波是指超出了人耳听觉上限，振动频率在20kHz以上的声波，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播。超声波的功率密度p[=发射功率(W)/发射面积(cm2)]通常大于0.3w/cm2。超声波应用于防除冰技术主要有以下两个方面：①超声波核化防冰技术超声波核化防冰技术是由美国人1992)提出来的设想。在常温下，水的过冷却度可以达到-40℃。在寒冷的天气，较小的过冷却水滴由于直径小，表面张力大，难以改变结构，很难遇到作为凝结核的尘埃，所以空气中的水滴在碰撞导线前一般以过冷却的“冻雨”形态存在。而在碰撞导线后，由于过冷却水和导线的碰撞扰动导致过冷却水滴的形状改变而变成固态的冰凝结在导线上。而R.S.Johannen、K.Ohsaka等人研究发现，超声波可以大幅降低过水的过冷度。K．Ohsaka利用21kHz的超声产生的空化泡能使水在-5℃时成便成核结冰。国内浙江大学制冷与低温研究所王葳等人利用800kHz的超声波在实验中使-1.1℃的水滴凝结成冰。由于超声波对水具有这一特性，Worsnopetal.等人提出了利用超声波进行防冰，它的基本思路是：利用超声波辐射，使过冷却云粒核化形成冰晶，这样当它与物体表面碰撞之前就已变成了冰粒，冰粒的粘附力很差，一般不会在物体表面结冰，从而起到防覆冰的效果。但在NASALewis研究中心的覆冰研究风洞中的实验表明，这种方法防冰行不通。原因可能是超声波并不能把水的过冷却度升到0℃，这样，空气中仍可能存在大量的低于0℃、以液态形式存在的过冷却水，它们在碰撞导线时很容易在导线上形成覆冰。超声波核化防冰技术虽然被实验否决了，但它为防冰技术提供了一个新的思路，如果能找到一个能使水滴的过冷却度提高到冰点以上的方法，将会给防冰技术带来新的突破。②利用超声波剪应力除冰技术超声波剪应力除冰技术被认为是一种非热防冰新技术，JoseL.等人正在研究如何把它用在飞机除冰中。超声波通过水平剪波驱动安装在被覆物体上压力剪切片振动，通过振动使冰块从被覆物体上松动并脱落。图是利用压电材料制成的超声波防冰装置。图利用压电材料制成的超声波防冰装置示意图。如图所示，安装在被覆物体下表面的压电片是用压电材料制成的，在脉冲电流的作用下产生振动，当振动的频率在20kHz以上时便产生超声波，传到被覆物体上便带动被覆物体一块振动，从而在冰和被覆物体上产生一个剪应力，在剪应力的作用下冰块从被覆物体上脱落。同时，如果在连续的超声波作用下，这一系统也能起防冰作用。M.C.Chuet

的研究表明，雨凇的粘切变强度一般为0.4MPa左右。而宾夕法尼亚州立大学的研究则表明，利用超声波剪应力除冰系统除去冰单元宽度的冰，消耗的功率最低可达8.16kW/m。而JoseL等人的实验表明，在-15℃的环境温度下，利用超声波成功地把8cm厚的冰从被覆物体上除去。超声波在液体中传播时，能产生“空化”现象。超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞――空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，在破裂过程中会产生强烈的冲击并且会伴随着较大的能量释放，从而使液体升温，这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。JoseL.等人的实验表明，如果把频率为100~130kHz的超声波连续作用在被覆物体上，由于其对液体的“空化”作用伴随的剪应力释放和液体升温现象，会阻止过冷却水滴在物体表面覆冰。14、利用移相变压器融冰方法

原理：移相变压器是一种专用变压器，它既是一种重要的厂矿电气设备，也能作为计量室和实验室的精密仪器。在电力系统中安装移相变压器可改变线路潮流分配、提高网络断面输送能力。任何移相变压器，不管其结构多么复杂，都可以演变成类似的最简线路。见图。由图可知，两只同规格的双线圈变压器接于不同的两相之上，二次电压相加即向量相加，便可得到一个电压幅值相同、相位差60°的新电压；由图可知，若二次电压相减即向量相减，便得到一个电压幅值大31/2倍、相位差30°的新电压。基于图原理的移相变压器，串接于输电线路中时，不会改变线路两端电压的幅值，仅通过相角的改变，即可使线路之间重新分配负荷，增大某线路段的功率损失。线路正常运行的循环电流与发热线路的电流相叠加后，便可加大线路导线上的发热。移相变压器改变输电线路潮流分配的特性为覆冰输电线路电流熔冰方案的选择提供了新的设计思想。将采用图示原理的熔冰移相变压器接入电网回路中，在不考虑运行循环电流时的等效电路图，该线路中移相变压器具有复数变压比，其输出电压的幅值等于输入电压的幅值，即，输出电压的相位Φ2按照输入电压相位Φ1和移相角移动。因此，移相变压器变比为：设线路的阻抗分别为：则可得熔冰线路的熔冰电流为：由此可见，熔冰电流受移相变压器移相角的控制。对于熔冰目标线路，熔冰电流可以确定，因此可以确定移相角，以达到有效熔冰目的。在考虑运行循环电流时，可采用考虑复变比的电网计算程序来计算复杂环形线路的移相角。加拿大魁北克瑞姆斯基地区电网接入移相变压器后的等效电路图详细表述了利用移相变压器的熔冰原理。当移相角为0时，移相变压器未转入工作状态，线路为正常运行模式，两条线路的电流和功率传输完全相同；当移相角为20°时，上端线路的电流值明显增大，而下端线路的电流和功率传输都为零；当移相角为63.2°时，上端线路的电流值约为正常运行模式的4倍。若将此条线路作为熔冰的目标线路将会有理想的熔冰效果。利用移相变压器熔冰具有以下优点：可带负荷熔冰；在备用和运行条件下可快速操作；可根据气象条件调整熔冰电流；可根据设备情况及熔冰频率将移相变压器安装在变电所。为充分应用好移相变压器熔冰方法，在实际应用中必须很好地解决以下问题：设计合理和符合要求的移相变压器；

确定继电保护和自动化设备的特殊运行方式；设计可靠的覆冰探测器或充分作好导线覆冰观测工作并准确预报线路覆冰状况；设计出可靠的移相变压器移相角自动(或手动)控制装置，以达到根据要求调整熔冰电流的目的。融冰方案：图为一台带初级线圈W1，次级线圈W2和调节线圈Wp的三相变压器。三相电源电压装置的U’、aU’、a2U’分别接到A’、B’、C’端子上。三相输出电压装置的U’’、aU’’、a2U’’由A’’、B’’、C’’端子输出。负载切换装置的接点向调节线圈Wp的接头移动，移相角θ在端子电压装置的Up、aUp、a2Up切换到调节线圈上的时候形成。切换后，移相角θ的符号改变(变为+θ)。由于初级线圈和次级线圈的匝数都是相同的(W1=W2)，因此，切换后的输出电压幅值不会改变。基于美国设计的电路图，前苏联曾设计制造出了110kV的三相移相变压器和220kV单相移相变压器样品。样品的参数见表。表110kV和220kV熔冰移相变压器设计选样技术参数110kV220kV单台组额定功率/MVA6353.3额定电压/kV110242额定电流/A331382阻抗电压/%1515.5θ角控制范围/°-60~+60-60~+60总重量/t装油变压器/t未装油变压器/t1701431051501109515、同相合闸熔冰方法

对于线路较长且利用短路法和反接相位法达不到理想熔冰目的时可采用同相合闸熔冰方法。同相合闸熔冰法即不移动相位，将覆冰导线两端连接到不同电压等级的电源上。覆冰导线的熔冰电流是由高压母线电源和低压母线电源的电位差产生的。同相合闸熔冰法可以在利用一个变电站的三圈变压器的“高~低”压端或“高~中”压端进行，也可在二个变电站的二台变压器之间进行。用同相熔冰法时，设Lmax为最大熔冰长度；Lmin为最短熔冰距离；U1、U2分别为高、低压侧电源电压；α为电源调节能力；Imin、Imax分别为保证熔冰时间不超过1h时熔冰电流最小值、无冰导线加热到最高允许温度时熔冰电流最大值；Z0为单位长度(1km)线路阻抗。熔冰线路的长度范围为：16、500kV输电线路熔冰方法

我国目前在110、220kV上普遍采用短路熔冰法，个别供电系统也采用带负荷熔冰方法，但对于500kV线路目前尚无熔冰经验。俄罗斯在500kV线路采用了各种电流熔冰方法对于500kV输电线路及其避雷线，熔冰电源从500kV并联电抗器抽取110kV容量解决，如图17熔冰电流密度为2A/mm2在500kV线路熔冰时，为保证用户端电压维持允许水平，必须采取如切断500kV线路、使串联补偿装置分流等技术措施。500kV线路利用电抗器110kV抽头除冰接线17、采用分裂导线型扩径导线防止冰灾事故(1)分裂导线覆冰特性分裂导线比单导线更容易发生覆冰；在每相导线总截面相同时，导线分裂数越多，覆冰越严重。分裂导线的电气特性在A/d为10～20时最佳(A为相邻导线之间距离，d为导线直径)，但这时覆冰最严重。分裂导线与单导线覆冰的区别主要表现在二个方面：一是分裂导线的扭转刚度：分裂导线的扭转刚度小于单导线，且分裂导线数越多，扭转刚度越小，因此多分裂导线覆冰比等值截面的二分裂导线或单导线覆冰严重，如图所示。二是导线分裂数对分裂导线覆冰有影响：A/d=4的六分裂导线覆冰的过程是：最初在迎风面形成V形冰（在单导线上也可以观测到初始阶段所形成的这种形状的冰）。继续覆冰后V型冰加宽并呈U型，且尖峰冰不断在迎风面增长。在冰的增长过程中，由于冰荷载和气动力的作用，导线逐渐发生扭转。导线的扭转使冰的进一步增长趋向于流线方向，这种趋势取决于导线的扭转刚度。

A/d＝6和8的六分裂导线的覆冰过程与A/d=4的六分裂导线的覆冰过程一致。分裂导线间隙的加大决定了冰积累的增加和分导线迎风面合拢之前覆冰时间的延长。分导线间隙的加大会加强突出部位的发展，这种将进一步提高收集率，从而提高覆冰速度。

二分裂导线(A=45.7cm，d=7.7cm)上覆冰的开始过程类似于六分裂导线。覆冰发展过程中，单导线刚性较高，导线在冰荷载下不易发生扭转，上风侧导线形成翼形冰。分裂导线在持续覆冰和气动力下产生转矩并转动，从而改变迎风面，但分裂导线的转动和迎风面的改变对覆冰影响极其微小。分裂导线的有效迎风面随覆冰的增加极其缓慢的增加，因此覆冰速度增加并不十分明显。(2)采用分裂导线型扩径导线减少分裂导线数可降低导线总覆冰量从而降低输电线路总荷载(对于二分裂导线和三分裂导线而言，减少分裂导线数效果不十分明显)。减少分裂导线数后必须增加导线直径，其影响是：在电晕特性限制条件下，必须超常规增加导线直径，以补偿减少分裂导线数的损失；加大导线直径意味着线路成本提高。为了解决减少分裂导线数带来的影响，同时达到降低输电线路覆冰荷载、减少冰害事故的目的，采用常规扩径导线，或分裂导线型扩径导线，等方法来弥补。分裂导线型扩径导线新方法既具有常规分裂导线的所有优点，如改善电晕特性等，也具有单导线的优点，即可减少覆冰。18、分布式带负荷融冰技术和装置

四、利用电流焦耳热融冰的方法1、基本原理定义：当输电线路覆冰以后，利用传输电流或短路电流在导线的电阻上产生焦耳热，致使导线发热，使其温度在冰点以上，并使冰层逐渐融化，当冰层融化到一定程度后，在风、振动和冰的自重的作用下，覆冰及时脱落，这种融冰方法是目前实行较多、效果较好、切实可行的防止输电线路冰灾的方法。利用电流焦耳热融冰的融冰的方法主要有：交流融冰方法短路融冰方法带负荷融冰方法直流融冰方法短路融冰方法带负荷融冰方法试验结果表明，融冰所需的能量为：335kJ/kg无论是交流还是直流融冰，产生融冰所需热量的是导线电阻的发热，设单位长度导线电阻为r0/(Ω/m)，则电流为

I

/(A)时，融冰时间为t/(s)产生的热量Q/(J)为：(1)、交流的趋肤效应

直流电流流过导体时，电流在导体的载流截面上是均匀分布的，导体对电流的阻碍作用即为直流电阻。交流电流流过导体时，电流方向是交替变化的，电流在导体中所产生的交变磁场对电荷的推斥作用力，迫使电流电荷向导体的表面集中，使得导体的实际有效载流面积减小。交流电流流过导体时，发生电流向导体表面集中的现象，称之为交流电流的趋肤效应。电流离开导体载流面中心向表面集中的程度，可以用趋肤效应深度(d)来衡量。

f是电流的频率(Hz)；μr为导体材料的相对导磁率(铝、铜等μr=1)；ρc为导体材料的电阻率(Ω.m)；ρc

为铜材电阻率(对于铝材，20℃时，ρcu=1.749×10-8Ω.m)。由于交流的趋肤效应，其电流集中在沿表面向内的一个圆环形区，环形的外沿是导线的外周，环形的宽度为趋肤效应的深度(注意，当趋肤深度大于导线半径时，计算无意义)。圆环形的面积可用下式计算：Sf

为趋肤效应载流环形的面积(m2)；D为导线的直径(m)；d为趋肤效应深度(m)。一般情况下，电流在此由趋肤效应形成的环形内是基本均匀分布的。当导线的交、直流电流大小相同时，影响其焦耳发热功率的主要是电阻。交、直流电阻或发热功率比(ηj)。S为直流下的有效面积。表2几种钢芯铝导线的交、直流电阻或发热功率比(T=20℃)导线型号直流有效面积(10-9m)交流有效面积(10-9m)直流电阻(10-3Ω/m)交流电阻(10-3Ω/m)交直流电阻比LGJ-707070.000.42000.42001.00LGJ-240240240.000.12250.12251.00LGJ-400400351.760.07350.08361.14LGJ-720720473.250.04080.06211.52输电线路利用电流焦耳热的融冰过程中，如果不考虑覆冰不均匀产生的沿导线的热传导，把融冰临界定义为当导线上的冰处于融与不融的分界点时的状态，那么在融冰临界点，“导线－冰”交界面上的温度刚好达到冰的融点(Tmelt)，则在“导线－冰”交界面的热平衡关系为：Ti为冰套外表面温度，℃；I为导线电流，A；RL为单位长度导线电阻，Ω/m；Tmelt为冰的融点温度，273.5K；ki为冰的热传导率，2.24W/(m.K)；β为圆柱形形状系数；ri和rc分别为覆冰和导线的半径(m)。

设环境温度为Te(℃)，则“冰表面－空气”接触面的热平衡方程为：PR和PC分别为冰套表面的辐射散热和对流散热，分别为：h为空气和冰表面的平均热交换系数(W/m2.K)；Nu为努谢尔特数；Re为雷诺数；ka为空气的热传导率(W/m.K)，ka=0.023w/(m.k)；ε为冰表面黑度，这里取1；σ为辐射常数，5.67×10-8W/m2.K4；μ为空气的动粘滞系数,μ=1.83×10-5kg/(m.s)；va为风速，(m/s)；di为覆冰后导线直径，m；ρa为空气的密度，kg/m3电流加热导线后，使其表面温度为0℃且冰层没有融化时的临界为：在环境温度Te=-5℃时，风速va=5m/s，导线冰厚为10×10-3m时，临界电流为：表几种型号导线的临界融冰电流(Te=-5℃，H=10mm，va=5m/s)导线型号冰表面温度(℃)直流临界电流(A)交流临界电流(A)LGJ-70-0.9163.8163.8LGJ-240-0.7314314LGJ-400-0.6413387LGJ-720-0.6565458当环境温度低于冰点温度时，覆冰在达到融点必须有一个临界电流，当导线流过的电流低于临界电流Ic时，无论过多长时间，导线上的覆冰都不会出现融化现象。重庆2005年的例子。2、融冰模型现假设导线上的覆冰为圆筒形，导线半径为rc，覆冰后的圆筒半径为ri，即冰厚为H=rc-ri。冰不断融化，到图c即可‘能脱落。根据冰能承受的最大剪切力模型，可以估算出使冰脱离导线的最小融化横截面积为：γ为热不均匀导致的融冰面积的差异，即融冰修正系数，用于修正导线两端融化的冰面积，γ＝1.1。设气温为Te，需要融冰的导线长度为l(m)，在开始通电流之前导线上冰的温度Ti=Te，则融冰的热平衡方程为：Ci为冰的比热，t为时间(s)。由上方程可解出冰层融化脱落所需的时间为：取Ci=2090J/kg·℃，ρi=917kg/m3，LF=335000J/kg根据上式，对应于某种导线，在一定的电流I加热下，可以计算出融化不同厚度覆冰所需的时间。同样，确定需要融冰的时间，由上式可以计算融冰所需的电流。下表给出了在环境温度T＝-5℃，导线覆冰厚度为15mm，电流密度(J=2A/mm2)，风速va=10m/s时，交、直流短路融冰所需要的时间，并把理论计算所得融冰时间和实验融冰时间进行了对比。说明：不均匀脱冰产生的问题。表几种导线交直流融冰时间(J=2A/mm2，Te＝-5℃,H=15mm,va=5m/s)导线型号电流(A)直流融冰时间(h)交流融冰时间(h)理论计算实验理论计算实验LGJ-70140不能融无融冰现象不能融无融冰现象LGJ-2404805.12有融冰现象，但没有融完5.12有融冰现象，但没有融完LGJ-4008003.323.5h左右有掉冰现象2.813h左右有掉冰现象LGJ-72014402.24--1.38--融冰前融冰后冰脱落中冰融化中冰融化中融冰条件电压等级融冰电流密度/(A/mm2)温度/℃风速/(m/s)－53.635kV及以下3.0110～220kV2.5500kV及以上2.0不同环境条件下短路融冰的电流密度融冰与脱冰过程中导线温度变化情况3、交、直流融冰电源的要求交流融冰时，导线中除了有电阻(R)外，还必须考虑线路电感和电容的影响。由于电源容量的限制，融冰线路一般不会超过150km，相比电感，电容很小，因此融冰时一般仅考虑线路的电感。交流短路融冰等效电路为：令Z=R+jωL，则短路融冰时电源需要提供的有功功率、无功功率及电源容量为：一般来说，超高压线路的电感和电阻之比在1/5~1/20之间，设ωL

/R=a，即只有容量的1/a用于融冰。表100km线路在(Te=-5℃，H=10mm，va=5m/s)时，维持导线表面温度在0℃且冰层没有融化(临界状态时)时交、直流短路融冰所需的电源容量导线型号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华中电网部分500kV输电线路实测阻抗线路名称导线型号线路长度/km直流电阻/(20C,Ω/km)正序阻抗/(Ω/km)x0/r0斗孝线4×LGJ-500200.00.01500.23215.43江益线4×LGJ-400/354×LGJ-400/50250.00.02180.28513.04荆潜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玉孝线4×LGJ-400/3563.430.02670.27410.21斗白线4×LGJ-500265.2650.02380.28912.10斗双线4×LGJ-50044.7710.02140.28213.14龙斗I回4×LGJ-50077.7140.02330.28512.19龙斗I回4×LGJ-50078.4010.02340.28812.27三万线4×LGJ-500320.00.02260.27312.04表各种类型的导线短路融冰实验导线型号导线冰厚(mm)环境温度(℃)交直流电流密度(A/mm2)融冰时间(h)无风处风速1m/s风速3m/s风速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：由于存在趋肤效应和电磁涡流热效应，在电流相同时，交流的发热功率略高于直流；对同等条件下进行融冰，交流的临界融冰电流小于直流，随导线直径增大，差异越来越明显；在同等条件下进行融冰，交流所需要的融冰时间比直流短，