输配电线路防冰冻技术与应用

输配电线路防冰冻技术与应用CONTENTS目录01线路覆冰概述02覆冰对输配电线路的危害03覆冰监测技术04防冰技术措施CONTENTS目录05除冰技术措施06防冰冻技术应用案例07防冰冻技术发展趋势08总结与展望01线路覆冰概述覆冰的定义与形成条件

覆冰的定义线路覆冰是指气温低于冰点时，雪、雨等水性物质接触输电线表面冻结并层层裹覆的自然现象。

形成的必要条件覆冰形成需满足低温（通常低于0℃）、存在降水（如雨、雪、雾等）及特定风速条件。

主要影响因素覆冰现象的发生主要受气温、湿度、风速以及线路运行环境等自然因素的影响，其中气温是最关键因素，湿度和风速对覆冰形态和厚度有重要影响。覆冰的主要类型及特征

雨凇覆冰发生于低海拔地区冻雨期，环境温度接近冰点，风较大，积冰透明，在导线上粘合力强，密度高，是混合凇覆冰的初级阶段，持续时间一般较短。

混合凇覆冰温度在冰点以下且风较猛时形成，水滴冻结较弱，积冰有时透明有时不透明，粘合力强，是复合覆冰过程，密度较高，生长速度快，对导线危害特别严重。

软雾凇覆冰山区低层云中过冷水滴在极低温度与小风速下形成，呈白色、不透明、晶状结构、密度小，在导线上附着力相当弱，对导线一般不构成威胁。

白霜覆冰空气中湿气与0℃以下物体接触凝合形成，在导线上粘结力十分微弱，轻微振动即可使其脱离，基本不对导线构成严重危害。

干雪覆冰空气中干雪或冰晶难粘结到导线表面，仅湿雪时可能出现积雪现象，且受风速制约，平原或低地势无风地区较山区常见。覆冰影响因素分析气象条件的决定性作用覆冰形成需满足气温低于冰点（0℃）、存在降水（冻雨、雪等）及特定风速条件。其中，气温是决定是否覆冰的关键因素，湿度和风速则影响覆冰形态与厚度。混合凇在-5℃左右、风力较大时形成，密度高、附着力强，危害最严重。地形与地理环境的影响高山地区（如湖北鹤峰县，高山占90%）因气温更低、风力更强，覆冰更为严重。冷、热空气交汇处及林区，树木覆冰后易倒向线路廊道，引发倒塔断线事故，2022年鹤峰县春季冰灾主要由此导致。线路自身特性的影响线路走向与风向夹角影响覆冰分布：风向垂直线路易形成扇形覆冰，导致导线扭转；平行时则呈椭圆形。导线直径、表面特性（如憎水性）也会影响覆冰量，低表面张力材料可减少覆冰附着。02覆冰对输配电线路的危害机械荷载增大与结构损坏

覆冰重量与风压荷载叠加效应导线覆冰厚度增加导致荷载急剧上升，如鹤峰县110kV桥走线大垭段曾因导线上积冰重量达50多吨，超过铁塔承受极限引发倒塔断线事故。覆冰后受风面积增大，进一步加剧杆塔荷载。

杆塔及金具的受力极限突破覆冰荷载通过导线、金具、绝缘子传递至杆塔，当拉力超过杆塔主材、包钢螺栓或拉线固定件的强度时，会导致铁塔拦腰折断、螺栓断裂等结构性损坏，引发倒塔（杆）事故。

不均匀覆冰与脱冰的附加应力线路各档距覆冰不均或不同期脱冰时，会产生不平衡张力和扭矩，导致杆塔承受额外弯矩，易造成杆塔倾斜或断裂。如2008年冰灾中湖南、贵州等地因不均匀覆冰导致大量杆塔倒塌。

树木覆冰倒压线路的次生危害线路廊道周边树木覆冰后易倒向线路，如鹤峰县2022年春季冰灾中，15米以上荞木因积冰过重倒压线路，造成导线、绝缘子等薄弱环节损坏，引发大面积倒塔断线。绝缘强度降低与闪络事故

覆冰对绝缘子绝缘性能的影响绝缘子串覆冰后，泄漏电阻下降，电压分布不均匀程度加剧。随着覆冰增加，绝缘子串中局部电位梯度较高处会出现辉光放电，并伴有融化水渗出。

闪络事故的形成过程当泄漏电流继续增大，辉光放电逐步转化为白色弧光；待融化水贯通绝缘子串的大部分表面，局部放电将迅速发展成全串闪络，造成线路接地跳闸。

覆冰厚度与闪络风险的关系一般情况下绝缘子串覆冰达30mm以上，就有可能最终发展成全串闪络，对线路的安全稳定运行构成严重威胁。

预防闪络事故的技术措施增大绝缘子串的长度，或改用V型串，可减少融化水贯通冰凌表面的机率，是防止覆冰闪络事故的有效手段之一。导线舞动与电气性能影响导线舞动的产生机理偏心覆冰导线在风速4-25米/秒时易发生舞动，最大振幅可达导线直径300倍，由覆冰不均匀分布与风激励共同作用引发。舞动对机械性能的危害舞动导致导线与金具磨损加剧，杆塔承受额外扭矩和弯矩，可能引发倒塔(杆)、断线事故，如2008年冰灾中湖南多地因舞动造成线路损坏。覆冰对绝缘强度的影响绝缘子串覆冰达30mm以上时，泄漏电阻下降，电压分布不均，易引发辉光放电至全串闪络，导致线路接地跳闸，降低系统绝缘可靠性。电气参数变化与能量损失覆冰使导线表面粗糙度增加，电晕放电现象加剧，导致额外能量损耗；同时改变线路电容、电抗参数，降低传输效率，增加运行成本。典型覆冰灾害案例分析012008年中国中部冰灾2008年1月下旬，我国中部地区发生严重线路覆冰灾害，导致10多个省部分电力供应中断。湖南电网骨干线路覆冰总长度近6000公里，贵州全省电网500千伏网架基本瘫痪，41个市县停电。在人工除冰作业中，因铁塔不堪冰雪重负坍塌，造成三名抢修人员牺牲。02湖北省鹤峰县2022年春季冰灾鹤峰县作为高山占90%的严重冰冻区，2022年春季冰灾中，由于线路廊道树木覆冰过厚倒向线路，导致输电线路不堪承受大树及冰雪的重压，形成大面积倒塔（杆）断线事故。032025年山东沂山寒潮无人机除冰案例2025年山东沂山寒潮期间，首次使用无人机机器人实施输电线路除冰作业，这标志着智能除冰技术在应对覆冰灾害中的应用，为极端天气下的线路维护提供了新的解决方案。03覆冰监测技术传统监测方法人工巡检线路巡线员定期巡视，检查拉线位置、钢线卡螺栓松紧、导线绝缘子完好性及线路通道内树木生长高度等，及时发现潜在问题。但受环境和条件限制较大，效率低、误差大。观冰站监测建立观冰站对覆冰情况进行观测，是传统覆冰监测手段之一，但难以实时反馈微地形小气候电网的局部覆冰状态。模拟导线监测架设模拟导线来监测覆冰情况，可在一定程度上反映线路覆冰状况，但同样存在效率低、误差大的问题，无法满足实时监测需求。地面气象站监测依托地面气象站获取温度、湿度、风速等数据，辅助判断覆冰可能性。但精度和实时性有限，难以精准反映输电线路具体覆冰情况。在线监测技术传感技术应用

覆冰监测系统中通常采用温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、应力传感器等多种传感技术，实现对覆冰状态的实时监测。图像识别技术

利用高清摄像头和图像处理算法实时监测输电线路的覆冰情况，基于深度学习的图像识别技术可识别覆冰厚度和形态，提高监测效率和精度。无人机监测技术

利用无人机搭载高清摄像头和传感器进行高空覆冰监测，可覆盖传统监测难以触及的区域，实现远程操控，灵活调整监测路线和频次。新型电容监测方法

重庆大学研究者提出旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法，通过电容效应实现覆冰厚度的准确测量，电容值平均误差最大为4.83%，能分辨覆冰类型。无人机监测技术无人机监测的技术优势无人机搭载高清摄像头和传感器进行高空覆冰监测，可覆盖传统监测难以触及的区域，实现远程操控，灵活调整监测路线和频次，提高监测灵活性。无人机监测的设备配置通过无人机携带冰层检测设备，如高清成像装置、红外传感器等，实时获取覆冰数据，辅助防冰决策，2025年山东沂山寒潮期间首次使用无人机机器人实施输电线路除冰作业。无人机监测的应用场景适用于地形复杂、环境恶劣的高山、林区等覆冰重点区域，可对输电线路进行多角度、多频次的图像采集，确保监测数据的全面性和连续性，及时发现覆冰隐患。新型覆冰监测方法研究

01传统监测方法的局限性传统覆冰监测方法如建立观冰站、人工巡检、架设模拟导线等，存在效率低、误差大的问题，无法实时反馈微地形小气候电网的局部覆冰状态。

02旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法重庆大学蒋兴良、周文轩等学者基于冰层的电容效应，提出旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法，通过推导电容值与覆冰厚度计算公式，建立有限元模型，实现覆冰厚度的准确测量和覆冰类型的分辨。

03新型覆冰监测装置的性能旋转圆柱三电极阵列覆冰监测装置在雨凇和混合凇覆冰时，穿透深度约为12mm，在穿透深度内拥有较高测量灵敏度，电容值平均误差最大为4.83%，满足覆冰厚度在线测量要求。

04新型监测方法的应用前景该方法为输配电装备覆冰在线监测提供了新思路，未来有望应用于架空线路覆冰在线监测，提高覆冰监测精准度，助力电网防冰减灾。04防冰技术措施设计阶段防冰措施

路径规划：避开高危区域线路途径宜避开高山风和林区，减少覆冰风险。在南方林区，树木覆冰易倒向线路廊道引发事故，如鹤峰县2022年春季冰灾主要由此造成。

气象参数：保守设计标准设计需仔细考证风速和覆冰厚度，至少按30年一遇的强冰雪天气标准。例如，国家电网企业调整标准以提高电网大范围抗冰能力。

设备选型：强化关键部件导线采用超加强型，绝缘子及金具考虑强耐张型，铁塔选用矮而耐张且加强型。鹤峰县110kV桥走线大垭段因未达此标准曾三次倒塔断线。

档距优化：增大线路距离适当增大两个吊点之间的距离，使输电线路远离地表，减少与地表的交流，在不增加成本的前提下降低冻害危险。工程施工质量控制

设计标准提升在风速和覆冰厚度上仔细考证，尽量采用保守设计，至少按30年一遇的强冰雪天气进行设计，确保线路具备足够的抗冰强度。

材料选型优化导线选用超加强型，绝缘子及金具考虑强耐张型，铁塔选用矮而耐张且加强型的，从材料源头提升线路抗冰冻能力。

施工工艺保障严格按照设计要求施工，确保导线、金具、绝缘子、杆塔、拉线等各环节安装牢固，连接可靠，保障整体结构的稳定性和安全性。线路路径选择与优化

避开高山风与重冰区高山风区域气温更低、风力更大，易形成较厚覆冰，是输电线路的薄弱地带，路径选择时应优先避开此类区域。

远离林区与树木隐患林区树木生长旺盛，覆冰后易倒向线路廊道，对线路造成重压。如鹤峰县2022年春季冰灾，部分因树木倒覆导致大面积倒塔断线。

规避气象灾害交汇带冷、热空气交汇处覆冰更为严重，线路路径应注意避开此类气象条件复杂区域，减少覆冰风险。

地形与微气象适应性设计充分考虑线路走廊的地形、气象条件，结合微气象数据，选择覆冰较轻、地形稳定的路径，降低后期运维难度。日常维护与通道清理线路设备巡检要点巡线员需重点检查拉线位置、钢线卡螺栓松紧度、绝缘子完好性及导线弧垂变化，及时发现并处理设备隐患，避免因部件失效引发倒塔断线事故。线路通道树木管控针对山区树木生长旺盛特点，需定期清理廊道内超高树木，尤其关注15米以上乔木，防止覆冰后树木倾倒压垮线路，如鹤峰县2022年冰灾主因之一即为树木倒覆。微气象与覆冰监测结合微气象站实时监测温湿度、风速等参数，运用智能算法预测覆冰趋势，同步采用无人机巡检与在线监测装置，精准掌握线路覆冰动态，为防冰措施提供数据支撑。维护周期与应急准备建立季节性维护机制，冬季前强化设备检查与加固；储备机械除冰工具与融冰设备，制定覆冰应急处置预案，确保突发冰情时快速响应，降低事故影响。05除冰技术措施热力熔冰法

高电流密度熔冰通过提高导线电流密度使导线发热融冰，适用于覆冰初期或局部导线，中国自1976年开始采用，除冰效果有限且能耗较高。

短路电流熔冰将线路一端三相短路，另一端用特设设备提供短路电流加热融冰，可有效融化各类覆冰，但成本较高，需注意导线连接处过热问题。

电阻性铁磁线融冰1987-1990年日本研制，利用铁磁线电阻发热融冰，仅适用于导线，覆冰过程中使用，除冰效果有限。

低居里磁热线融冰武汉高压研究所于1988-1990年研制，通过磁热线发热融冰，适用于覆冰过程中，对各类冰有一定除冰效果，能耗较高。机械破冰法人工工具除冰通过向导线或避雷线抛掷短木棍、使用木杆或竹竿敲打，或用绝缘杆在停电状态下清除覆冰，操作简便但效率较低，适用于局部小范围覆冰。滑轮铲刮法由地面操作人员拉动可在线路上行走的滑轮装置，铲除导线上覆冰，是目前唯一可行的机械除冰方法，适用于覆冰过程中各类冰型，除冰效果较全面。除冰器应用采用木制套圈或滑车式除冰器等工具，通过绳索牵引沿导线移动以消除覆冰，需停电作业，存在费时费力、易损坏导线等缺点，各地区使用样式多样。无人机辅助除冰利用无人机搭载除冰装置或监测设备，可覆盖传统方法难以触及的区域，2025年山东沂山寒潮期间首次使用无人机机器人实施输电线路除冰作业，提升了除冰安全性和效率。自然被动法

自然被动法的定义与核心原理自然被动法是指依托风、地球引力、温度变化等自然力量实现脱冰的防冰措施，无需额外能量输入，是经济环保的基础防冰手段。

平衡重量与线夹技术通过在导线上安装平衡重量装置，可防止导线因覆冰不均发生旋转；采用特定线夹设计允许导线在过负载时滑动或下降，减少倒塔风险，已在实际线路中应用，成本较低。

除冰环与风力裙的应用除冰环适用于湿雪覆冰条件，通过改变局部气流促使覆冰脱落，但效果有限；风力裙可干扰雾凇形成气流，对雾凇覆冰有一定抑制作用，实际应用中效果不确定。

憎水性材料的局限性憎水性涂料、防冰油脂等材料可临时减少覆冰粘附力，但持久性有限，且在高压强电场环境下效果受影响，对固体冰的粘合力仍高于冰自身结合力20-40倍。其他除冰方法

自然被动除冰法依托风、地球引力、温度变化等自然力量脱冰，无需附加能量。如使用平衡重量技术防止导线旋转，或在过负载条件下允许导线滑动以减少倒杆塔几率，该方法成本低但除冰可靠性有限。

化学除冰法对输配电杆塔注入防冻液，如Glycol和Alcohol，可防止杆塔冷冻和腐蚀，延长使用寿命。需注意防冻液渗漏问题，适用于对杆塔等设备的防护。

憎水性材料应用在导线表面涂刷憎水性涂料或防冰油脂，减少覆冰附着力，尤其在湿雪条件下可临时减少覆冰量。但防冰持久性有限，需定期维护，且对固体冰的效果仍需进一步研究。06防冰冻技术应用案例湖北省鹤峰县防冰冻实践

01鹤峰县地理气候特征鹤峰县是高山占90%、低山占10%的山区小县，人口22万多人，年平均气温15℃，属于较严峻的冰冻区。

02历史冰灾案例110kV桥走线大垭段曾三次发生倒塔断线事故，一个耐张段积冰重量达50多吨，导致铁塔主材或包钢螺栓折断；2022年春季冰灾因线路廊道周边荞木覆冰过厚倒向线路，造成大面积倒塔（杆）断线。

03防冰冻措施应用在工程设计施工方面，按30年一遇强冰雪天气标准，采用超加强型导线、强耐张绝缘子及金具，选用矮而耐张的加强型铁塔；加强线路日常维护，清理廊道树木，监测拉线、绝缘子等部件状态。2025年山东沂山无人机除冰作业

作业背景与技术突破2025年山东沂山寒潮期间，首次使用无人机机器人实施输电线路除冰作业，标志着我国在输电线路智能化除冰领域取得新进展，有效应对了极端天气下的线路覆冰问题。

无人机除冰技术优势无人机除冰可覆盖传统人工巡检难以触及的高山、林区等复杂地形，具备远程操控、灵活调整监测路线和频次的特点，能实时获取覆冰数据并精准执行除冰任务，提升了除冰效率与作业安全性。

作业成效与行业影响此次作业验证了无人机在输配电线路防冰冻中的应用价值，为后续推广智能化除冰技术积累了实践经验，推动电网防冰减灾向精准化、智能化方向发展，有助于降低覆冰事故风险和运维成本。陆佳政院士团队防冰技术成果

电网覆冰预测系统研制出我国首套30米级微地形电网覆冰数值预测系统，可实现对电网覆冰的精准预测，为防冰工作提供科学依据。

导线融冰装置研制出固定式、移动式系列导线融冰装置，能在1小时内快速融化上百公里整条线路导线覆冰，有效应对覆冰险情。

特高压导线融冰装备研制出特高压导线不停电地线融冰装备，该装备入选国家能源局首台套重大装备，提升了特高压线路的防冰能力。

防冰成果推广应用防冰成果在31省市电网广泛推广180多万台套，应用于2千多个电网工程（含19个特高压重大工程），迄今未发生覆冰倒塔严重事故，经济效益达1776亿元。07防冰冻技术发展趋势智能化监测与预警微气象监测技术利用高精度气象传感器实时监测环境温度、湿度、风速等参数，结合微地形微气象数据，构建覆冰预警系统，为防冰措施提供科学依据。图像识别与无人机巡检基于高清摄像头和深度学习的图像识别技术，可识别覆冰厚度和形态；无人机搭载传感器进行高空覆冰监测，覆盖传统监测难以触及的区域，提高监测灵活性和精度。在线传感监测系统采用温度、湿度、应力、加速度等多种传感器，结合物联网技术构建覆冰监测网络，实现数据实时传输和远程监控，如旋转圆柱三电极阵列覆冰监测装置，电容值平均误差最大为4.83%，满足在线测量要求。人工智能与大数据预测结合人工智能算法和大数据分析，对历史覆冰数据及实时监测数据进行处理，预测覆冰趋势，优化防冰策略，实现精准预警和智能化管理，提升电网冰灾防御能力。新型防冰材料研发憎冰涂料技术研发低表面张力和低粘合力的憎冰涂料，可减少覆冰附着。目前最佳憎冰材料对冰的粘合力仍比冰自身结合力大20-40倍，防冰持久性有限，需进一步提升其在多种条件下的有效性。防冰油脂应用防冰油脂作为临时防冰措施，可在覆冰期减少覆冰附着，但随时间逐渐失去效力，适用于短期应急或特定场景下的覆冰预防。居里合金套筒技术武汉高压研究所曾研制低居里磁热线，利用其特性在特定温度下产生热量以融冰，此类材料在防冰导线和防冰装置中具有应用潜力，但目前成熟应用经验尚缺。低粘附力材料创新针对风机叶片等设备，研发低粘附力材料与热风配合的除冰技术，可有效降低覆冰附着强度，提升除冰效率，为输配电装备覆冰防治提供新思路。高效除冰装备创新

热力融冰技术装备陆佳政团队研制出固定式、移动式系列导线融冰装置，可1小时快速融化上百公里整条线路导线覆冰；其特高压导线不停电地线融冰装备入选国家能源局首台套重大装备。

机械除冰技术装备机械除冰技术包括滑轮铲刮法等，由地面操作人员拉动可在线路上行走的滑轮铲除导线上覆冰，是目前可行的输电线路除冰机械措施；2025年山东沂山寒潮期间首次使用无人机机器人实施输电线路除冰作业。

新型覆冰监测装备重庆大学蒋兴良、周文轩等学者提出旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法，所研制的监测装置电容值平均误差最大为4.83%，能准确测量覆冰厚度并分辨覆冰类型，为覆冰在线监测提供新思路。综合防御体系构建设计阶段：高标准规划与差异化设计在电网规划设计阶段进行广泛调查研究，明确历史覆冰灾害状况，确定抗御覆冰灾害的原则。对跨越高