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2018-12-20 14:54:29
覆冰積雪 電網融冰“黑科技”再升級
2018-12-20 14:54:29 來源: 科技日報
山區電網覆冰，移動融冰作業車上陣融冰。
生活中時時刻刻都離不開電，覆冰是當前電網最嚴重的威脅之一。隨著今年冬季“冰凍”模式的開啟，廣東、廣西、貴州等南方地區的氣溫也在持續下降，部分高寒山區更是冰雪皚皚。為保障供電安全，南方電網啟動了今年的首輪融冰。
在什么條件下要進行電網融冰?電網線路融冰一般采取什么措施，有哪些“黑科技”?
覆冰積雪危害
電網安全運行的“頑疾”
據南方電網公司編制的《2018年冬和2019年春南方地區低溫冰凍天氣影響趨勢分析報告》顯示：今冬明春，廣東、廣西、云南、貴州各地低溫冰凍天氣總體屬正常略偏輕年景，但廣西、云南、貴州等局部地區仍存在出現階段性較強覆冰的可能性。
隨著電力的蓬勃發展，輸電線路覆冰事故時有發生。1932年美國發生線路覆冰事件，1994年美國東部和南部地區輸電線路與電力相關設備遭受嚴重覆冰事故。我國自1954年記錄了首例電網覆冰故障以來，覆冰積雪一直嚴重危害著電網的安全運行。最嚴重的電網覆冰事故發生在2008年，南方部分地區遭遇50年一遇的嚴重低溫雨雪冰凍災害，罕見的冰凍災害，導致了湖南、貴州、江西、浙江、福建等12個省市的覆冰倒塔、斷線事故，電網大面積停電、限電。
據統計，當時供電量下降到受災前的14%，全國1億多人受到了影響，直接損失超過1000億元。
直流融冰
解決電網大面積冰凍災害
統計數據顯示，截至今年12月9日，南方電網公司10千伏及以上線路覆冰270條，覆冰比值超過0.3的有32條。廣西電網工程師俸波介紹，覆冰比值是監測到實際覆冰厚度除以設計電線可承受覆冰厚度的數值，超過0.5就要實施融冰。
不過，中國電力科學研究院的專家告訴科技日報記者，由于自然覆冰形式多樣、隨機和不可預見，加上每個地區的具體情況不同，微地形、微氣象影響嚴重，因此，每個地區確定的需要實施融冰的覆冰比值是有所不同的。
電網防冰和除冰的方式，從前是人爬到電線桿上，用錘子和榔頭進行人工清除，但如今，防冰技術手段已經升級，這包括固定式直流融冰、交流融冰變壓器、融冰刀閘小車、自動機械裝置融冰、空氣彈震動除冰、滑輪融冰等。重慶大學教授蔣慶良說，覆冰是極其復雜的國際性難題。在2008年南方大面積冰災后，我國開展了廣泛研究，而直流融冰是目前唯一可行的解決電網大面積冰凍災害的方法。
直流融冰主要是通過對輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端進行短路，使導線發熱來對輸電線路進行融冰。其中的固定式(可控硅)直流融冰裝置則采用引入變電站10千伏電源，通過三繞組整流變壓器后，送入12脈波可控硅整流器，經整流后輸出3000伏/1400安的直流。對此，電力專家解釋說，電流就類似于水流，可控硅就類似可控制的閘門，通過三繞組整流變壓器，把10千伏的高壓電轉變為較為低壓的電流，再通過12脈波可控硅整流器，消除其中的諧波干擾等。“融冰不是對輸電線路快速加溫，而是一點一點加溫，一般來說加溫到1攝氏度左右就可以了，所以必須通過整流器，把變電站輸出的高壓電源轉變成低壓直流電，才可以使用。”
當前我國在很多“骨干電網”上已預裝了固定式直流融冰裝置，而移動式直流融冰裝置則由整流部件、變壓部件、感應電壓抑制部件、輸出組合刀閘等組成，直接安裝在拖車上，能隨時調度使用。“但是實施直流融冰需要停電與人工干預，操作復雜、融冰時間長，這是需要解決的關鍵技術。”蔣慶良說，干預式防冰、融冰是國內外當前發展的趨勢，而電網防冰減災應從高成本、低可靠性、供電中斷的融冰措施向不停電、非人工干預、智能化、低成本、高可靠性的冰災防御方法進行根本性轉變，但這有待于繼續深入研究和工程應用證明。
除冰行列
用上噴火無人機和激光雷達
“如今，我們坐在電腦前，就可以看到千里之外的電網設備融冰的整個過程，這在以前根本無法想象。”南方電網公司安全總監牛保紅說，通過物聯網和遠程通信技術，指揮中心可以遠程對除冰、融冰設備進行程序化操作，而且實現了無人機等多種手段聯合，大規模、跨區域、自動化巡查等，提高了效率，并可避免人員操作的安全風險等。
除了直流融冰外，電網在除冰融冰方面還在不斷試驗其他的“黑科技”。如南方電網在噴火無人機、激光清障儀以及激光雷達掃描、激光雷達進行實地除冰作業等非接觸式融冰技術方面取得了新突破。南方電網廣東公司在國內率先嘗試噴火無人機對高壓線路地線進行除冰作業，在5分鐘內通過8次噴火加速了地線重冰區冰層融化;激光清障儀是南方電網廣東公司東莞供電局自主研發的產品，可直接遠距離及時、快速、安全地清除線路飄掛物，在應用于融冰的試驗中，通過超遠距離激光聚能，在8分鐘內成功切除了導地線覆冰最嚴重區段整體厚度達12厘米的冰層。
“以往地線除冰主要靠人工，效率不高，而且有一定危險性。由于常規地線不通電，覆冰會比較嚴重，加上無法進行直流融冰操作，地線融冰已成為電力行業一大難題。”南方電網廣東公司東莞供電局輸電管理所主任楊挺表示，激光清障儀、噴火無人機這兩項非接觸性融冰技術的現場試驗應用，將改變傳統人工除冰的原始模式，減少電力工人在惡劣天氣中冒險登高搶險的風險，也有望解決電力行業架空地線因多點接地而無法通過電流短路融冰的難題。
“融冰技術的研究最早是在加拿大，但世界第一套直流融冰裝置得到實際應用是在貴州地區。”中國工程院院士、南方電網公司專家委員會主任委員李立浧說，可控電流源融冰裝置應成為新一代融冰裝置的標準型式?？茖W家們還在電網抗冰材料研究和應用方面取得了新進展，如絞合型碳纖維復合芯導線具有更好的抗壓能力、整體穩定性、抗斷裂性能等，可用于中重冰區、強風區，提高輸電線路本體的抗覆冰、防災能力;在防覆冰涂料方面，超疏水涂層表面具有微-納粗糙結構，可以有效降低冰層與涂層接觸面積和附著力，實現易脫冰;涂層與涂層表面之間存在空氣層，阻隔液滴結冰時的熱量傳遞，達到延遲結冰的效果。
蔣慶良說，覆冰是各種結構物面臨的普遍現象，不僅是電網，風力發電機、飛機、高鐵等都面臨覆冰的危害。冰災防御是多領域的重大科技難題與關鍵技術，電網融冰方面取得的科技成果，未來也可以應用到飛機、高鐵等方面。
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