冰雪来了 电网融冰“黑科技”再升级

山区电网被冰覆盖，移动融冰作业车投入战斗融冰。

电在我们的生活中一直是不可或缺的，而冰是当前电网最严重的威胁之一。随着今年冬季“冰冻”模式的开启，广东、广西和贵州等南方地区的气温也持续下降，一些高山地区甚至被雪覆盖。为了确保供电安全，中国南方电网今年开始了第一轮融冰。

在什么条件下应该进行电网融冰？通常采取什么措施来融化电网线路中的冰，有哪些“黑色技术”？

冰雪覆盖的危害

电网安全运行的“顽症”。

根据中国南方电网公司编制的《南方地区2018年冬季和2019年春季低温冰冻天气影响趋势分析报告》，广东、广西、云南和贵州的低温冰冻天气总体上是正常的，且年份偏轻，但在广西、云南和贵州等部分地区仍有强结冰的可能性。

随着电力的蓬勃发展，输电线路覆冰事故时有发生。1932年，美国发生了一次线路结冰事故。1994年，美国东部和南部地区的输电线路和电力相关设备遭受了严重的结冰事故。自1954年中国首次出现电网覆冰故障以来，覆冰和积雪已经严重危及电网的安全运行。最严重的结冰事故发生在2008年。南方一些地区遭受了50年一遇的严重低温、雨夹雪和冰冻灾害。罕见的冰冻灾害导致湖南、贵州、江西、浙江和福建等12个省市发生冰塔坠落和断线事故，造成大面积停电和限电。

据统计，灾前电力供应下降到14%，影响到全国1亿多人，直接损失超过1000亿元。

直流电融冰

解决电网大规模冰冻灾害

据统计，截至今年12月9日，中国南方电网公司已覆盖270条10 kV及以上线路，其中32条线路覆冰率超过0.3。广西电网工程师冯波表示，覆冰率是实际覆冰厚度除以设计线能承受的覆冰厚度。如果覆冰率超过0.5，将实施融冰。

然而，中国电力科学研究院的专家告诉《科学日报》，由于天然冰盖的多样性、随机性和不可预测性，以及每个地区不同的具体情况，微地形和微气象会产生严重的影响，因此，每个地区需要融化的冰盖比例是不同的。

电网的防冰除冰方法过去是人们爬到电线杆上，用锤子和锤子人工清除，但现在防冰技术已经升级，包括固定式DC除冰、交流除冰变压器、除冰刀制动小车、自动机械装置除冰、空气炸弹振动除冰、滑轮除冰等。重庆大学的江教授说，结冰是一个极其复杂的国际问题。2008年华南大规模冰灾后，中国开展了广泛的研究，DC融冰是目前解决电网大规模冰灾唯一可行的方法。

DC除冰主要是通过向输电线路施加DC电压并在输电线路末端短路使导体发热来除冰。固定式(可控硅)DC融冰装置采用10KV电源引入变电站，通过三绕组整流变压器，经整流后送入12脉波可控硅整流器，输出3000伏/1400安DC。对此，电力专家解释说，电流类似于水流，晶闸管类似于可控门。通过三绕组整流变压器，10千伏的高电压被转换成相对低的电压电流，然后通过12脉冲晶闸管消除谐波干扰。“融冰不是为了快速加热输电线路，而是为了一点一点地加热它。一般来说，把它加热到1摄氏度就足够了。因此，变电站输出的高压电力在使用前必须通过整流器转换成低压直流电。”

目前，我国许多“骨干电网”已经预装了固定式DC融冰装置，而移动式DC融冰装置由整流元件、变压器元件、感应电压抑制元件、输出组合断路器等组成。它们被直接安装在拖车上，并且可以在任何时候被调度使用。但是，DC融冰的实施需要停电和人工干预，操作复杂，融冰时间长，是需要解决的关键技术江表示，干预防冰、融冰是当前国内外的发展趋势，电网防冰减灾应从高成本、低可靠性、供电中断的融冰措施向不停电、非人工干预、智能化、低成本、高可靠性的冰灾防御方式根本转变，但这需要工程应用的进一步研究和论证。

除冰队伍

使用喷火无人机和激光雷达

“现在，坐在电脑前，我们可以看到数千英里外电网设备融化冰的整个过程，这在以前是不可想象的。”中国南方电网公司安全总监牛表示，通过物联网和远程通信技术，指挥中心可以远程对除冰除冰设备进行程序化操作，实现无人机、大规模、跨区域、自动化检查等多种手段的结合。从而提高效率，避免人员操作的安全风险。

除了DC除冰，电网还在持续测试除冰和除冰的其他“黑色技术”。例如，中国南方电网在非接触融冰技术方面取得了新的突破，如喷火无人机、激光障碍清除仪器、激光雷达扫描和地面激光雷达除冰作业。中国南方电网广东公司率先尝试用喷火无人机对高压线路地线进行除冰，通过5分钟8次喷火，加速了地线重冰区冰层的融化。激光越障仪是中国南方电网广东公司东莞供电局自主研发的产品。它可以在长距离、及时、快速和安全的情况下直接从管线上清除漂浮物体。在融冰试验中，导线覆冰最严重部分的总厚度为12厘米的冰层通过超长距离激光能量收集在8分钟内成功清除。

“过去，地线除冰主要是人工操作，效率低且危险。由于常规地线不带电，覆冰将更加严重，直流融冰操作无法进行，地线融冰已成为电力行业的一个主要问题。”中国南方电网东莞供电局输变电管理处处长汀洋表示，激光清障仪和喷火无人机两种非接触式除冰技术的现场试验应用，将改变传统人工除冰的原始模式，降低电力工人在恶劣天气下爬山的风险，也有望解决电力行业架空地线因多点接地造成的电流短路无法融冰的问题。

融冰技术的研究最早是在加拿大进行的，但世界上第一台DC融冰装置实际上是在贵州应用的中国工程院院士、中国南方电网公司专家委员会主席李立浧表示，可控电流源除冰装置应成为新一代除冰装置的标准型号。科学家在电网防冰材料的研究和应用方面也取得了新的进展。例如，绞合碳纤维复合芯线具有较好的抗压、整体稳定性和抗断裂性能，可用于中、重冰区和大风区，提高输电线路本体的防冰防灾能力。对于防冰涂层，超疏水涂层表面具有微纳粗糙结构，可有效减小冰层与涂层的接触面积和附着力，实现易除冰；当液滴冻结时，涂层和涂层表面之间存在空气层，阻止热传递，从而达到延缓冻结的效果。

江说，结冰是各种建筑物面临的普遍现象，不仅仅是电网、风力涡轮机、飞机、高速列车等。都面临结冰的危险。冰灾预防是一个重大的科技问题，也是许多领域的关键技术。电网融冰的科技成果将来也可以应用到飞机、高速列车等领域。