分裂导线输电线路电流循环转移智能融冰装置
Current-transferring Ice-melting Intelligent Apparatus for Bundle Conductor Transmission Lines
自主开发研制的一种全新的、适用于分裂导线输电线路的、不停电与非人工干预的智能融冰装置。其原理是根据分裂导线输电线路的相导线包含多根子导线的特点，在覆冰输电线路正常传输负荷电流时，由智能融冰装置将相导线各子导线传输的正常负荷电流分别转移至同相的单根子导线或部分子导线组合，使子导线电流增大至融冰需要的电流密度，实现覆冰部分线段的冰层融化。该装置系统包括了覆冰参数监测装置、电流汇集、在线取电、电容储能、双稳态永磁操作机构、10kV真空断路器、智能控制和分流间隔棒等子系统和模块。
图1 四分裂导线电流转移智能融冰装置
该智能融冰装置依托国家【973计划】课题-输电线路覆冰故障形成机理与预测模型及防治方法和国家电网公司前瞻性科研课题-分裂导线电流转移融冰方法研究，获得授权发明专利 20余项，获得重庆市人工智能重大专项产业化的资助，通过了国家质检中心认证，在安徽、贵州、重庆等电网推广应用，实现了不停电、非人工干预的智能融冰，保障了电网安全，取得巨大经济效益和社会效益。
图2 智能融冰装置的安装与融冰方式
基于圆柱阵列积冰器的覆冰参数精准测量装置
Advanced Icing Detection Apparatus based on Multi-cylinders Ice-accumulator
依托国家【973计划】课题-输电线路覆冰故障形成机理与预测模型及防治方法、国家科技支撑计划子课题-导线覆冰融冰与脱冰机理研究，通过系统的理论研究和野外自然科学观测获取的原始科学数据积累， 发明了基于旋转圆柱阵列积冰器覆冰重量反演覆冰参数的方法，研制了积冰器阵列装置系统，研制了地线取能装置，圆柱阵列积冰器融冰装置，实现动态获取覆冰环境的温度、风速风向、液态水含量和中值体积水滴直径和覆冰密度等覆冰参数的精准测量，解决了覆冰条件下传感器冻结和覆冰参数不可测的国际性难题。
图3 圆柱阵列积冰器
图4 基于圆柱阵列检测覆冰参数的方法
采用扩径导线的非干预冰灾防御方法
Non-Manual Intervening Method of Icing Disaster Prevention Using Diameter-expanded Conductor
空气动力学仿真及试验统计结果均表明：导线直径越大，覆冰厚度就越小。与普通导线相比，在传输能力相同的情况下，扩径导线具有更好的抗冰雪灾害的效果。因此，在一些微气候、微地形重覆冰地区，使用有效导电面积相同的扩径导线来代替分裂导线，能显著提高抗冰强度，达到被动、经济、非人工干预的防止冰雪灾害的目的。
基于【输电线路自然传输功率不变】和【有效载流面积不变】两大原则建立扩径导线替代分裂导线的应用模型，提出替代方案。研究结果表明：扩径导线替代分裂导线减少覆冰量在65%~84%之间，在相同的覆冰环境下，扩径导线具有良好的防冰作用。此外，单根扩径导线拉断力大于单根钢芯铝绞线，在发生覆冰时因导线受力过大或不平衡力拉断的可能性大大减少，可以提高铁塔张力的裕度，提高线路运行的安全性。
图5 扩径导线取代四分裂导线
图6 二分裂扩径导线取代四分裂导线
图7 扩径导线取代二分裂导线
利用导线电晕效应的非干预冰灾防御方法
Non-Manual Intervening Method of Icing Disaster Prevention based on Corona Effect
覆冰导线表面电场强度达到一定值时会产生电晕放电。电晕放电产生的能量可以抑制覆冰的产生和增长。因此，在电磁环境允许范围内，通过采用较小导线 直径提高覆冰导线表面电场强度而获得电晕效应，可以实现输电线路的防冰，该方法可用于局部地区的冰灾防御。
研究表明：导线表面电场强度达到15kV/cm时，过冷却水滴雾滴在碰撞导线覆冰之前立即发生沉积电晕放电，耗散过冷却水滴，有效抑制覆冰，高于20kV/cm时导线表面无法成冰。基于大量的人工覆冰和自然覆冰试验结果，提出导线表面电场可由现行的8~11kV/cm提高至16~18kV/cm，交流输电线路覆冰厚度降低60%以上，直流输电线路覆冰厚度降低75%以上，在覆冰条件下产生的电晕效应足以防止输电线路在重度覆冰地区发生冰灾。
图8 接近导线的雪花炸裂过程
图9 电场强度与覆冰量关系
抑制导线扭转与超疏水涂料结合的非干预冰灾防御方法
Non-Manual Intervening Method of Icing Disaster Prevention Using Non-Twisted Conductor and Super-hydrophobic Coating
自然条件下导线往往产生偏心翼形覆冰而造成导线扭转，从而形成圆柱体覆冰，不仅使得表面冰层难以脱落，而且加速覆冰的增长，更容易导致冰灾事故的发生。通过增大导线放线张力、分散安装平衡锤、失谐摆等方式，不仅能够抑制导线覆冰扭转，而且可以大幅度抑制覆冰导线的舞动事故。而抑制导线扭转，可以使导线表面形成的是翼型覆冰，待覆冰增长到一定程度时，导线冰层可以在自然风的作用下由于振动力和风力的影响而自行脱落。虽然目前常用的超疏水防冰涂料在实际防冰中会失去作用，但是配合本方法可使超疏水涂料在输电线路防冰中得到有效的利用，这种方法结合憎水性涂料等使用，可取得意外的效果。
基于上述研究，创造性的提出了【提高导线张力】、【安装平衡器】防止导线扭转、利用疏水涂层降低冰的粘接力，使【翼型覆冰】在自然微风下自行脱落，实现非干预式被动脱冰和防冰减灾的目的。
图10 无抑制逆转措施的导线形成圆形覆冰，难以自然脱落
图11 抑制导线扭转与超疏水涂料结合的自然脱冰过程