重庆大学科研人员认为采用涡流自热环，可简单有效地防止输电线路的冰雪灾害

输电线路覆冰现象对电网的安全运行造成极大危害，国内外一直在探索和研究各种对于输电线路防冰止雪的有效方法和技术措施。输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）的研究人员黄亚飞、蒋兴良、任晓东、黎芷毓，在2021年第10期《电工技术学报》上发表研究成果，指出对微地形、微气象地区等电网小范围重冰区而言，涡流自热环是一种简单、有效的不停电导线防冰除冰措施。

对寒冷地区来说，覆冰是一种普遍的自然现象，但对输电线路却是一种极大的威胁。一旦覆冰发生，输电线路将可能发生导线断股、断线、舞动，杆塔金具损坏，绝缘子冰闪等机械和电气事故，严重时会造成大范围、长时间的供电中断。

我国是输电线路覆冰事故最频发的国家之一，长期以来难以预测输电线路覆冰事故给国家造成极大的经济损失。2008年大规模的电网冰灾促进了我国对输电线路冰灾防治领域的研究，学者们在输电线路覆冰积雪的形成机理、致灾机制以及防冰除冰方法等方面均取得了一定进展。然而由于覆冰现象的复杂性和随机性，输电线路覆冰灾害仍然难以杜绝。

输电线路导线的覆冰累积是一个综合流体力学、热力学的物理过程。在长期的研究过程中，学者们从输电线路覆冰积雪的不同影响因素出发，提出了许多防冰除冰的方法，如机械除冰、防冰涂料、热力学融冰及电脉冲除冰等。

各种方法在不同的环境和使用条件下均有一定的效果，但都存在局限性，没有任何一种方法能完全解决输电线路覆冰问题。现阶段直流融冰方法作为一种高效的主动除冰方式在中国被广泛采用。但是直流融冰方法需要线路停电进行、设备成本高昂，而且直流融冰装置的接入操作和起效均需要一定的时间。所以对于极速、大面积的冰雪寒流侵袭，直流融冰也显得无能为力。

输电线路导线外部附加热磁材料除冰是一种自动、不断电防冰除冰方法。七五攻关中，武汉高压研究所等单位研制出多种LC（低居里点）合金材料，并将其制成热磁线缠绕在导线外侧以实现导线除冰。但是由于LC材料的造价过于昂贵，并且热磁线的安装过于困难导致其难以进行推广使用。高小玫等计算了不同磁热结构的发热量，为磁热结构的优化设计提供了参考。李窘等制作了导线用低居里点磁性防覆冰钢丝，并且在自然实验中验证了其有效性。蒋兴良等通过分析研究后指出附加磁热材料实现导线不断电除冰是完全可行的，但是材料成本需要进一步降低，制作工艺需要进一步改进。

重庆大学的研究人员总结已有的导线防除冰经验，结合磁热计算和除冰过程热平衡分析，提出在导线上分段加装铁磁复合材料制成的涡流自热环，使其在导线传输电流产生的磁场下产生电磁热损耗，实现导线不停电自动除冰方法。

图1 涡流自热环外观尺寸

研究人员通过磁热分析，对不同传输电流下涡流自热环的发热功率特性进行了计算；同时通过对导线除冰过程热平衡的分析，计算出不同风速、不同温度条件下导线的临界除冰功率。在人工气候室内开展LGJ400/35导线的涡流自热环防/除冰试验。试验结果表明，间隔布置的涡流自热环可以明显抑制导线覆冰的形成，除布置处完全融冰外，可使整段导线的覆冰质量减少18.38%～30.61%。

研究人员认为涡流自热环是一种简单、有效且低成本的导线不断电防冰除冰方法，可以有效地减缓导线的覆冰增长。但是涡流自热环给输电线路带来额外电能损耗也不能被忽视。他们分析我国输电线路的覆冰灾害，除了大范围的冰雪天气来袭造成大范围的冰灾事故，其还具有典型的微地形、微气象的特点。

图2 涡流自热环除冰效果（试验2，覆冰时间120min）

研究人员指出，微地形、微气象覆冰是指在某个小范围内由于微地形的存在，使该区域内的微气象因子将发生异变，引发该该处输电线路严重的覆冰灾害。常见的微地形有高山分水岭、地势抬升、峡谷、垭口等，其范围可小至几百米空间、几个甚至一个档距之间。微地形、微气象区域的覆冰现象严重，持续时间长、危害大，并且难以防治，大范围的直流融冰设备都束手无策。但是涡流自热环却非常适合用于以微地形、微气象覆冰区域等小范围局部覆冰严重的地区的冰灾防治。

研究人员表示，当输电线路途径长几千米甚至几百米的微地形、微气象覆冰区域时，倒塔、断线的等冰灾事故难以杜绝，直流融冰手段又难以实时开展，这时非常适合在该区域布置涡流自热环来抑制导线覆冰形成，降低冰灾风险。涡流自热环作为我国大范围直流融冰措施的补充，具有不错的应用前景。

图3 涡流自热环除冰效果（试验3，覆冰时间120min）

研究人员最后总结认为：

1）导线涡流自热环除冰试验表明，涡流自热环在试验条件下可以有效地减缓导线表面覆冰。人工气候室导线防/除冰试验结果表明，与未布置涡流自热环的导线相比，0.6m间隔布置的涡流自热环可以减少导线表面18.38%～30.61%覆冰质量。

2）涡流自热环的除冰效率随着传输电流的增加而增加。与此同时由于涡流自热环可以加速导线表面水膜的散失，在雨凇覆冰时除冰效率更高。

3）涡流自热环的磁热产生量与导线的传输电流直接相关，当传输电流较小时涡流自热环的磁热量随着传输电流的增大迅速增加，但是存在明显的饱和趋势。

4）导线表面的临界覆冰功率与环境参数有密切关系，其随着环境温度的减小而增加，随着风速的增加而增加。

5）涡流自热环是一种简单、有效的不停电导线防冰除冰措施。可以在微地形、微气象等小范围重覆冰区域内推广使用。其热源控制以及最佳防冰经济布置策略还需要进一步的研究。

以上研究成果发表在2021年第10期《电工技术学报》，论文标题为“采用涡流自热环防止输电线路冰雪灾害的方法研究”，作者为黄亚飞、蒋兴良 等。