输电线路防覆冰技术及方法

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1、输电线路防覆冰技术及方法国家电力公司武捉高压研究所(武汉430D74)蒋兴良张丽华摘要本文论述了防止输电线路导线发生冰害事故的备种方法和技术措施．介绍了各种除冰、防冰方法和技术的原理和讨论了可应用于输电线路的防冰、踪冰方法和技术，并提出输电线路防冰除冰新技术新材料。关键囿输电线路覆冰除冰防冰方法技术1．前言输电线路覆冰积雪威胁着电力及通讯网络的可靠性。不少国家一直在研究防覆冰技术，目的旨在提供最可靠的供电和通讯服务。不仅输电和通讯部门对除冰技术极其关注，覆冰给航空、航海、交通运输部门也带来了巨大损失。～些国家的航空部门也致力于研

2、究防覆冰技术，有些技术成果也可用于输电线路。防止发生冰害事故的方法从原理上讲可分为防覆冰方法和除冰方法。防覆冰方法是在覆冰物体覆冰前采取各种有效技术措施使各种形式的冰在覆冰物体上无法积覆或即使积覆，其总的覆冰荷载也能控制在物体可承受的范围内；除冰方法定义为物体覆冰达到危险状态后采取有效措施部分或全部除去物体上覆冰的方法或措施。对于输电线路，防止其发生冰害事故首先是在设计输电线路时分析计算一定周期内(15年或30年)可能出现的最大覆冰荷载，确定线路杆塔荷载承受能力。设计阶段无法做到有效抗冰时才考虑可能的防覆冰和除冰技术措施的采用。

3、无论是防冰方法还是除冰技术，总的来说，目前国内外除冰肪冰方法可分为4类，即①热力除冰、防冰方法，②机械除冰方法，③被动防冰方法及④其它防冰方法。本文将介绍各种除冰防冰方法的原理并详细讨论可应用或已经应用于输电线路的各种防冰、除冰技术。2．输电线路防冰、除冰方法和技术2．1热力防冰、除冰方法2．1．1．热力防冰在覆冰季节对可能覆冰的物体利用附加热源或其自身热源加热的措施使其温度始终维持在冰点以上从而达到防止物体不覆冰的目的的方法或技术措旋称为热力防冰方法。热力防冰方法是目前输电、航空、航海及铁路等各领域使用晟广泛的方法之一。热力防

4、冰方法目前有3种技术，如表l所示，其中只有铁磁材料防冰技术可应用于输电线路。铁路除冰使用的电磁波束，如1989年由Gajda研制的激光，1983年由Kwor等研制的微波和1992’1993年由Berry等研制的无线电波，由于需要强幅电磁波束，线路除冰应用这种技术目前十分困难。工程应用中己实现的铁磁材料防覆冰方法有多种形式，如1987年日本的Yasui、Yamamoto和Fujii等研制的电阻性铁磁线及国家电力公司武汉高压研究所与首钢冶金研究院于1990年合作研制的低居早磁热线。铁磁4-4举4防覆冰的效果比较明显，其缺点是：①需要

5、较高的能量消耗，一般需要l～10kWH的功率；②即使其效率达到100％，这种措施仅在覆冰初期或对局部导线产生有效防冰效果；③使用成本高。因此，除了在局部重覆冰线段采用外，铁磁材料防覆冰技术目前仍未大面积推广应用。这里将详细讨论铁磁材料防覆冰的原理及实践。表l热力防冰方法『序号方法名称应用范同使用阶段冰类型除冰效果使用情况价格

6、1铁磁线导线覆冰期各类冰有限已采用高【2电磁波微波激光器铁路覆冰期各粪冰全部困难高l3热吸收器太阳能扳覆冰期各类冰有限已采用低(1)铁磁材料防冰技术1)铁磁材料防冰原理。铁磁材料防冰技术是利用具有低居里温度

7、点的铁磁台金制作成各种满足防冰要求的防冰器件并安装在严重覆冰线段的防冰技术。早在60年代，英国就采用具有低居里温度点的铁磁合金对输电线路防冰。利用低居里铁磁材料防冰具有以下优点：④气温降低到冰点以下时，传输电流导线上安装的铁磁器件磁感应强度或磁滞损失和涡流损失，即二次电流损失很大；在常温时，即不需要熔冰时，其损失很小，如图l所示，当温度高于0℃时，理想情况下磁感应强度为零。这就达到了覆冰温度时铁磁线能产生较高的热量，从而维持导线表面的温度在冰点以上，而不需要防冰时不产生额外的能量损耗的要求。②弱磁场下，即线路传输电流较小时，磁滞

8、和涡流损失自＆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，如图2所示，当电流超过60A时．磁感应强度已基本饱和。③这种磁性器件容易安装，且其安装不会对导线本身造成危害。④可根据不同防冰要求将铁磁材料制作成不同形式的器件，如铁磁线、予绞23S丝或防冰套筒等。_=j(10mm∞∞导蠖什输电流C^)图i磁感应强度一温度曲线图2磁感应强度一电流曲线2)铁磁材料成分及其防覆冰器件。在铁(Fe)中加入35～45％的镍(Ni)、2～5％铬(Cr)及0．5～2．0％硅(Si)并在600～800℃高温下熔炼，经特殊工艺加工而成的

9、合金具有图1和图2的特性。具有这种特性的材料称为低居里材料。几十年来，已研制出多种形式的低居里材料防覆冰器件。目前工程中已采用的主要有低居里热敏防冰套筒和低居里磁热线，这二种器件都由二部分组成，即磁芯和覆层。磁芯是一种具有低居里温度特性的铁磁合金，在覆冰温度下具