CN101304168A - 架空输电线路防冰雪灾害方法 - Google Patents

Abstract

架空输电线路防冰雪灾害方法，属于输电线路维护技术。其方案是：在输电线的电杆或铁塔上安装自动控制的除冰雪器，在架设线路的电杆、电线、角铁、电瓷瓶中，采用防冰冻憎水膜材料涂覆于其表面。涂覆后的电杆、电线、电瓷瓶、角铁，形成一层防冰冻憎水膜，水溅其上，无法附着和冰冻粘结，如水落荷叶，形成水珠，滚落在地，不留痕迹。在电杆、电线、角铁架上的冰雪，只要稍加震动击打就会碎裂滚落，具有憎水效果优异、附着力好、耐磨性好等优点。具有成本低，效果好，不用断电，自动控制，安全可靠，能耗省的特点。适用于适用于各种架空输电线路和室外金属构筑物防冰雪灾害。

Description

架空输电线路防冰雪灾害方法

技术领域

本发明涉及架空输电线路防冰雪灾害方法，属于输电线路运行维护技术。

背景技术

电力和通信是一个国家的经济命脉。中国经济的腾飞和社会稳定需要一个安全有效不间断的电力通信工业的支撑，尤其已建成或筹划中的我国战略输电线路，多数从西向东，翻山越岭延绵上千公里，连接数个区域电网，直接影响多个省市，上亿人的生产生活。一旦冰雪灾害发生，影响巨大。

2008年1月全国各地普降中到大雪，南方数省输电线路遭遇覆冰灾害，输电线路铁塔倒塌，线路严重受损断线，湖南、湖北、福建、广西、浙江等省区的供电和通信都大受影响。这场冰灾造成电网大量倒塔、断线，变电站停运。华东电网区域内先后有90个县市受停电影响，2200多万人陷入无电照明、无电取暖、无电煮饭等的困苦之中。

据电监会消息，贵州电网220千伏以下低压配电线路较大范围遭受不同程度损坏，全省41个市县受到停电影响。高寒山区输电线路及电网输送变电设施大面积覆冰，电网的安全运行受到严重威胁。由贵州送变电超高压公司负责维护的500千伏鸭溪-息烽线是受灾最严重的线路，线上的覆冰厚达40-60毫米，大大超过了设计值10-15毫米的技术标准。由于承受不住重压，在这条62.75千米的线路上有11个铁塔相继垮塌。

据浙江省电力公司消息，浙江电网经全力开展抢险救灾，恢复供电工作取得了预期进展。截止到29日17时，3条500千伏、32条35千伏、316条10千伏线路已恢复运行，50个乡镇、1743个村恢复供电。目前仍有6个乡镇、1116个村尚未恢复供电。

安徽大别山地区遭受严重雪灾。三峡电力外送华东的大动脉——500千伏宜(湖北宜昌)华(上海华新)直流输电线路受此影响，其大别山霍山张冲段1146号-1153号线塔覆冰严重，导致4座500千伏线塔18日倒塌，这条电力外送通道送电因此中断。

据信息产业部不完全统计数据显示，截至27日，移动通信共有21210个基站中断通信；固定通信倒杆36180根，通信杆路损毁2932.55皮长公里。受影响用户3316万户，直接经济损失达7908万元。初步测算，经济损失已经超过亿元。

中国电信表示，截至1月28日，中国电信南方受灾省份中断通信模块和接入网点5681个，共计影响用户约314万户，直接经济损失约5690万元。

中国联通表示，截至1月29日，中国联通基站退服总数达37144站次，受影响用户807余万户，经济损失初步估算达4500余万元。

中国网通披露。据不完全统计，雪灾造成中国网通机房停电1084个，断杆1297根倒杆372根，电缆损坏约51公里，光缆损坏23公里，影响用户6.6万人次，直接经济损失300万元。

这次电网受损问题主要集中在输电线路上，雪灾暴露出部分地区输电网架结构脆弱。由于电力通信部门的线路设计上欠缺一定的前瞻性和科学性，而且很多线路建在大山沟里，没有考虑到如何应对冰雪天气，当冰雪来临时，参与抢险的各方措手不及。一座座铁塔成为面目全非的“冰塔”，一根根导线成为又粗又重的“冰线”。这是一个极待研究解决的问题

事故发生的主要原因是出事线路段覆冰太厚，最厚达60毫米，而按设计的抵御覆冰的厚度为10毫米，输电线路在冬季覆冰是电力通信系统的自然灾害之一。由于导线上增加了冰载荷，对导线、铁塔都会带来一定的机械损坏，覆冰严重时会断线、倒杆塔，导致大面积停电事故。另外，输电设备上产生覆冰后，绝缘水平大大下降，很多设备产生“冰闪”放电现象，大量设备因故障跳闸，特别是在气温回升，线路覆冰融化的过程中，极易发生线路闪络事故，对电网安全运行和可靠供电将造成严重威胁。由于事故发生在严冬季节，大雪封山，或公路结冻，使得抢修条件十分艰难，造成长时间停电，对国民经济造成重大损失。

为解决输电线路在冬季覆冰这一严重威胁电力通信系统安全运行的难题，国内外对输电线路覆冰问题进行了大量研究。

1998年，加拿大Quebec省和美国New York州遭遇罕见冰暴(Great Ice Storm).魁北可境内900公里735千伏输电线和150座电塔遭到毁坏，4百万人遭遇停电，某些地区停电达60天以上，直接经济损失达10亿加币.从此魁北可电力公司(Hydro Quebec)在Quebec境内的超高压输电线加装冰冻感应器和除冰装置.

2005年2月的暴风雪压垮了湖南输电网电塔41座，输电线结冰，先后发生了电力线路冰闪跳闸、倒塔断线事故。因不堪重负3条500kV线路倒塔24座、变形3座；6条220kV线路倒塔18座、变形9座；其它电压等级线路也遭到了严重破坏。为此国内出现了大量的输电线路的防冰和除冰技术的相关文献。

Charles.R.S等提出用8～200kHz的高频激励融冰的方法，机理是高频时，冰是一种有损耗电介质，能直接引起发热，且集肤效应导致电流只在导体表面很浅范围内流通，造成电阻损耗发热。在输电线上施加高频电源将产生驻波，冰的介质损耗热效应和集肤效应引起的电阻热效应，以致冰雪的融化。但由于高频电磁波的干扰，在很多国家受到限制。

加拿大IREQ高压实验室提出电磁力除冰方法，即将输电线路在额定电压下短路，同一相的两个子导线的短路电流产生电磁力使导线互相撞击而使覆冰脱落。但短路电流对电力系统是不利的，只在严重冰灾的紧急情况下使用。

日本研制出机械机器人除冰装置，据报道除冰装置重4KG，挂在导线上由直流电机驱动，在一档线的铁塔间来回破冰。

还有化学涂料防冰雪方法，防雪环和防冰环方法，机械除冰雪方法，增加线路传输负荷电流方法等。有的只能对导线上的冰雪进行清除，有的有较大的副作用，有的有各种局限性而未能投入应用。

国内外已应用的除冰雪方法，还有输电线配备电力电子装置的除冰系统(APower-Electronics-Based Transmission Line De-icing System)，其方法是，当冰冻在电线积累时，由冰冻感应器预警，电力公司将冰冻线路暂时隔离出电网，利用高压电力电子装置将此段线路行成回路并注入1000～2000A的直流电(电流大小由线路类型决定)。线路因阻抗效应发热除冰。短路融冰法是一种成熟的技术，高压线路转换到中压母线上使线路导线短路发热、融冰，及时启动融冰都可以避免倒塌事故发生。但是，要求每条线路都设置了融冰母线，线路也都要求要设计融冰系统，工作时要长时间停电，并将冰冻线路隔离出电网才能进行，而且只能解决导线上的冰雪，无法去除电杆(铁塔)、避雷线、电瓷瓶、横担等输电设备上的冰雪。在严重冰雪天气时，往往是大面积的输电线路和设备覆冰，使很多设备产生冰闪和污闪放电现象，这不仅使能耗大，而且常常使短路融冰法难以实施。

发明内容

本发明针对目上述问题，提出一种架空输电线路防冰雪灾害的新方法。旨在不停电、不影响正常运行的情况下，去除电杆(铁塔)、电线、金具、避雷线、电瓷瓶、横担等输电设备上的冰雪。杜绝架空输电线路的覆冰灾害。

本发明的技术方案是：在输电线路上安装冰雪感应器自动控制方法；激振器除冰雪的方法；和涂覆防冰冻憎水膜的方法；以及上述方法的结合。

经研究发现，南方地区输电线路覆冰灾害的机理与北方地区有所不同，南方地区冰雪天气的气温在-6℃～3℃之间，空气中的湿度较大，下的雪通常是介于水与冰之间的雨夹雪。过冷却水滴容易附着与输电线路的电杆、电线、角铁、电瓷瓶上，形成覆冰，而且以每小时1～5毫米的速度逐渐积累形成冰柱，造成灾害。所以本发明在输电设施表面涂覆防冰冻憎水膜材料，使雨水无法附着和冰冻粘结，同时设置全自动的振动除冰雪器，在冰雪积累的初期就予以消除。

所述的自动控制除冰雪器由冰雪感应器，电源和振打器等组成。其方法是，自动控制除冰雪器安装在铁塔上，振打器固定于高空输电线的瓷瓶端或架线横担上，当冰雪在铁塔或电线上积累和气温低于一定量时，由冰雪感应开关动作，振打器通电工作。振打器将一定振幅和频率的振动作用在瓷瓶和架线横担上，并将传递给电线，通过振动产生的冲击，能有效地消除冰雪，使铁塔和电线上的冰雪顺利的落下。

所述的振打器采用电力振动机或机械击震器，通常安装在横担上或瓷瓶与横担之间。振幅一般在0.8～10毫米范围，频率一般在3000赫兹以下。振打器激振方向一般为线路伸延的左右方向，在重点防护区段可设置为左右、前后、上下等多个方向。

振打器的激振力根据电线杆或铁塔的大小、横担宽度、输电线的钢度粗细、冰雪密度以及电线杆的跨距决定，一般按大于10N小于电线、电杆、金具、瓷瓶的额定荷载值50％之间取值。

所述的冰雪感应器，包括冰雪厚度开关和温度开关串联又和延时开关并联而成的电路，当冰雪在铁塔或电线上积累到设定值时冰雪厚度开关开通，当气温低于设定值时温度开关开通，当冰雪厚度开关和温度开关同时开通时，冰雪感应器开通，冰雪振打器开始工作。延时开关以预先设定的振打时间锁定，尽管冰雪厚度开关和温度开关已经动作，振打器仍按设定的时段工作。设定值可根据当地的气候环境和架空线路的设计要求调整，一般冰雪厚度调整值为大于6～20毫米，温度调整值为低于0～5摄氏度，振打时间调整值为5～60分钟。

所述的防冰冻憎水膜材料采用一种憎水剂的制备和成膜工艺，常用的憎水剂，可分为有机溶剂基憎水剂和水基憎水剂2类。憎水剂溶液主要是以汽油等烃类物质为溶剂的溶剂基憎水剂。也可以采用安全环保、成本低廉、以水为溶剂的水基憎水剂。通常利用疏水物质有机硅、有机氟等在基材表面形成长疏水链，以达到良好的憎水效果。

对于老线路的改造，可以在入冬前对角铁、瓷瓶和导线进行处理，喷上一层防冰冻憎水膜。以有机溶剂的憎水剂为主。有机溶剂的憎水剂方法，其重量百分比配方是：成膜基料5～25％，填充剂8～30％，抗老化剂0.1～2％，有机溶剂余量。

以水为溶剂的水基憎水剂对于新安装的线路，可以事先对角铁、瓷瓶和导线进行处理，加上一层防冰冻憎水膜。其重量百分比配方是：成膜基料2～10％，乳化剂0.5～6％，填充剂2～10％，抗老化剂0.2～3％，水余量。

在电瓷瓶上防冰冻憎水膜材料，可采用清华大学研制的RTV涂料，于1986年使用以来，具有优良的憎水性的憎水迁移性，电气绝缘性能优良；能显著提高电瓷外绝缘的耐污闪能力，同样有很好的防冰闪能力，使用方便，设备喷涂后即可投入使用。

涂覆后的电杆、电线、电瓷瓶、角铁，形成一层防冰冻憎水膜，水溅其上，无法附着和冰冻粘结，如水落荷叶，形成水珠，滚落在地，不留痕迹。在电杆、电线、角铁架上的冰雪，只要稍加震动就会碎裂滚落，具有憎水效果优异、附着力好、耐磨性好等优点。是一种行之有效的好方法。并取得意想不到的效果。

本发明具有成本低，效果好，不用断电，自动控制，安全可靠，经济实用，能耗省的特点。

具体实施方式

实施例1，10千伏输电线防冰雪方法，自动控制除冰雪器和防冰冻憎水膜材料组成。防冰冻憎水膜材料，涂覆于电杆、电线、角铁、电瓷瓶上。自动控制除冰雪器固定在电杆的架线横担上，自动控制除冰雪器，由变压器、延时器、冰雪厚度开关与温度开关和振打器等组成。变压器一端联接10千伏电源，另一端经过控制开关与振打器相联接。变压器把电压转变0.38千伏，适合振打器的工作电压。冰雪厚度开关与温度开关串联，且与延时器开关相并联。

该振打器的结构是由一个单相电磁铁作为动力，根据交流电磁铁的原理，当线圈内通入单相交流电时，因为在电磁铁的磁路中有一定的间隙，便使电磁铁产生一个振动力。另外该振动器，在两侧的固定杆上各装有一个压缩弹簧，通过调整螺母而使弹簧产生一定的压力，这样可使电磁铁产生出更大的振动力。当电磁铁的动铁芯做上下移动时，即带动下动板和上振打铁同时移动，从而使上、下振打铁相互敲击以达到振打的效果。

振动器线圈使用的是380V单相交流电，激振力20公斤。振幅在2毫米，频率在50赫兹。接近开关动作冰雪厚度设定值为大于6毫米，温度开关动作温度设定值为低于2摄氏度。延时器的时间设定为20分钟。

在角铁和电线上采用亲水性的聚乙烯醇为基料，利用其成膜性好、与基体结合力强等特点，通过加人适当的非离子表面活性剂，使其分子能在金属表面定向排列，疏水的亚甲基朝外，亲水的羟基与钢铁基材表面的羟基相结合，形成氢键，经缩合失水形成稳定的共价键，来达到憎水防冰冻防腐蚀的目的。

首先对被涂覆的表面处理：除油除锈——化学氧化——热、冷水冲洗——吹干。

重量百分比配方：聚乙烯醇3％～5％，碳黑0.5％～1.5％，司般-200.8％～1.5％，吐温-200.8％～1.5％，去离子水余量

工艺：将聚乙烯醇加入到去离子水中，搅拌，升温至95℃，加热约2小时，待聚乙烯醇完全溶解后，停止加热，冷却至室温。将2种非离子表面活性剂司般-20和吐温-20按相同比例复配得到的乳化剂加人其中，快速搅拌20分钟左右，将碳黑加人其中，再搅拌20分钟，得到均一的乳液。将经过预处理的工件浸人其中，30分钟后取出，在室温下自然放置晾干。在80～90℃烘2小时，完成。

聚乙烯醇通过油溶性非离子表面活性剂司般-20和水溶性非离子表面活性剂吐温-20复配来进行改性，使分子链中的羟基与钢材表面羟基相结合，失水缩合形成共价键，形成一层疏水基朝上排列的憎水膜层。该憎水膜层显示出较好的憎水性能，憎水角为92°～110°。具有优良的防冰冻耐蚀和抗老化性能。

当气温低于2摄氏度，且冰雪厚度大于6毫米时，电路接通，并被延时器锁定。振打器工作，设定的振幅、振频由架线横担传递给铁塔、瓷瓶、电线，存积在电线、瓷瓶、角铁上的冰雪纷纷落下。20分钟后延时开关动作，振打器停止工作。由于及时进行处理，不会形成冰雪灾害。

实施例2，220千伏输电线路防冰雪方法，在铁塔和导线上分别采用有机硅氧烷类憎水剂和聚四氟乙烯和硅溶胶为基础组分的防冰冻憎水膜材料，这种憎水剂的憎水角为140～155°，膜层增重为0.5mg/cm²。几乎不增加输电线路的荷重。多个振打器分别设置于瓷瓶与横担的联接处之间。振打器采用机械击震器，当线路的荷重大于设定值时，击震器动作。存积在电线、瓷瓶、横担上的冰雪纷纷落下。当线路的荷重小于设定值时，击震器复位。

本发明适用于各种架空电线和室外金属构筑物防冰雪灾害。

Claims (6)

1.架空输电线路防冰雪灾害方法，包括一种不停电、不影响运行的情况下，去除电杆(铁塔)、电线、电瓷瓶、横担等输电设备上的冰雪灾害的方法，其特征是：冰雪厚度开关和温度开关串联又和延时开关并联而成的冰雪感应器自动控制方法；安装在横担上或瓷瓶与横担之间的激振器除冰雪的方法；配方为成膜基料2～10％、乳化剂0.5～6％、填充剂2～10％、抗老化剂0.2～3％、水余量的防冰冻憎水膜方法；配方为成膜基料5～25％、填充剂8～30％、抗老化剂0.1～2％、有机溶剂余量的防冰冻憎水膜方法；以及上述方法的结合。

2.如权利要求1所述的架空输电线路防冰雪灾害方法，其特征是：振打器采用电力振动机或机械击震器，振幅在0.8～10毫米范围，频率在3000赫兹以下，振打器激振方向为线路伸延的左右方向，在重点防护区段设置为左右、前后、上下多个方向。

3.如权利要求2所述的架空输电线路防冰雪灾害方法，其特征是：振打器的激振力按大于10N小于电线、电杆、金具、瓷瓶的额定荷载值50％之间取值。

4.如权利要求1所述的架空输电线路防冰雪灾害方法，其特征是：冰雪感应器设定值可根据当地的气候环境和架空线路的设计要求调整，范围设定为，冰雪厚度大于6～20毫米，温度低于0～5摄氏度，振打时间为5～60分钟。

5.如权利要求1所述的架空输电线路防冰雪灾害方法，其特征是：聚乙烯醇为基料的防冰冻憎水膜方法：首先对被涂覆的工件表面处理：除油除锈——化学氧化——热、冷水冲洗——吹干；配方按重量百分比：聚乙烯醇3％～5％，碳黑0.5％～1.5％，司般-200.8％～1.5％，吐温-200.8％～1.5％，去离子水余量；工艺：将聚乙烯醇加入到去离子水中，搅拌，升温至95℃，约2小时，冷却至室温。将司般-20和吐温-20复配得到的乳化剂加入其中，快速搅拌20分钟左右，将碳黑加人，再搅拌20分钟，得到均一的乳液；将经过预处理的工件浸人其中，30分钟后取出，在室温下自然晾干，在80℃烘2小时完成。

6.如权利要求1所述的架空输电线路防冰雪灾害方法，其特征是：在铁塔和导线上分别采用有机硅氧烷类憎水剂和聚四氟乙烯和硅溶胶为基础组分的防冰冻憎水膜材料，在瓷瓶与横担之间分别设置机械击震器的方法。