电力防灾应急

线路防冰抗冰的17种对策

发布时间:2025-01-08来源:CPEM全国电力设备管理网

在寒冷地区或冬季易发生冰雪灾害的地区,输电线路和设备容易受到冰雪的侵袭,导致线路覆冰、舞动、跳闸、断线、倒塔等事故,严重影响电网的安全稳定运行和电力供应。因此,电力公司需要进行抗冰改造,提高电网的防冰抗冰能力。

从新建线路的抗冰设计、已运行线路的抗冰改造,到观冰监控装置、智能机器人、直流融冰技术等高科技手段的引入,线路防冰抗冰能力得到了显著提升。


新建线路抗冰设计

山西地形常被形容为“两山夹一川”,山地、丘陵占比达80.4%,微地形广布,冬季微气象区覆冰多。特别是2023年12月,华北、黄淮等地区遭受历史罕见的低温雨雪冰冻天气,尤其中条山区域的运城垣曲等地受灾严重,影响了输电线路安全可靠运行。

为源头化解风险,山西省电力公司新建平陆至垣曲220千伏线路,从平陆220千伏变电站出线,全长96公里,新建铁塔267基,途经平陆、夏县、垣曲3县,最终接入垣曲220千伏变电站。全线均选取中条山南麓低海拔路径,避开了中条山山脉所有的微气象区。

图源:国家电网


在新建线路设计阶段,省电力公司就对地处冰区特殊区域的线路,采取减小档距、高差及耐张段长度、采用加强型铁塔导线等措施提升抗冰等级,从源头上提升线路防冰能力。例如,220千伏平垣线就采用了导线定长、地线融冰新技术,全线无中间接头,导线采用钢芯铝合金绞线,实现了15毫米及以上覆冰区域地线与铁塔全部绝缘,提高输电线路抗覆冰能力。


已运行线路抗冰改造

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国网衡阳供电:更换老旧线路

10千伏洲马线架设于90年代,担负着衡南县三塘镇6个行政村的供电任务。由于投运年限长,该线路存在线径小、设备老化严重、重过载等问题,其中部分区段位于山区,极易出现覆冰现象。

图源:国网衡阳供电公司


为有效提升线路健康运行水平,增强冬季供电可靠性,国网衡阳供电公司三塘供电所拆除了原有老旧线路,将原来的裸导线更换为绝缘导线,同步更换横担、瓷瓶、拉线等,并将部分位于高寒山区的线路迁移至较低海拔地区,从而提高线路的抗冰能力。抗冰改造后,10千伏洲马线可承受10毫米以上覆冰压力,同时与10千伏洲硫线形成“互联互供”,进一步提升区域供电质量和供电可靠性。


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中南电力设计院:提高线路覆冰标准

500千伏施贤线于2008年7月15日投产,包含桂山甲乙线、黎桂甲乙线、施黎甲乙线共三段线路,是南方电网西电东送主网架的重要组成部分,承担着“黔电送粤”重要任务。

图源:CSEPDI中南电力设计院


此次改造,中南电力有针对性提高线路覆冰标准,由原来的15毫米提升到40毫米,按60毫米进行验算,其设防标准为南方电网所辖线路最高。与此同时,开创性地提出定制生产改造线路导线方案,避免以往多段线路导线压接可能带来的接头覆冰问题,从源头提升了抗冰能力。


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山东送变电:光缆融冰绝缘化改造

1000千伏泉乐Ⅰ、Ⅱ线是外电入鲁重要通道,该线路#96-#99位于济南和滨州交界的山区,区段内塔位海拔最高为605米,是典型的地形抬升型“两微”区段,冬季极易覆冰。去年冬天发生过严重的覆冰,严重影响线路安全。

图源:山东送变电公司


此次改造施工是山东省内首次1000千伏特高压输电线路抗冰治理改造,同时也是首次进行光缆融冰绝缘化改造,风险等级为一级风险作业,工作任务包括#96-#106号段光缆更换为OPGW-180,更换地线段长度为6.488千米;#91-#127段光缆进行融冰绝缘化改造,改造长度20.643千米;在线监测安装及微气象安装以及配合光缆融冰回路绝缘试验等工作任务。


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国网沧州:线路间隔棒安装防舞动

在沧州,环渤海湾地区每年冬季雨雪冰冻、大风天气时有发生。恶劣天气下,极易发生输电线路舞动的情况,可能会造成线路跳闸、导地线断裂,继而影响辖区内生产生活用电。今年冬季来临前,国网沧州供电公司针对3条220千伏主网线路开展线路防舞动专项治理。


图:国网沧州供电公司工作人员对220千伏边牟线27号杆塔进行防振锤更换。王泽坤丨摄


本次专项治理横跨渤海新区、盐山、孟村等地,通过安装导线相间间隔棒,更换"三防"防振锤,进一步提升了输电线路运行安全水平。



融冰技术的应用

热力融冰法


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国网湖州供电:变电站固定式直流融冰装置

2024年12月30日,国网湖州供电公司在500千伏妙西变电站完成固定式直流融冰装置加装,为今冬湖州地区电力可靠供应奠定强有力的基础。这是浙江抗冰改造攻坚项目中首个完工的固定式直流融冰装置加装工程。

图源:国网湖州供电公司


据介绍,固定式直流融冰装置主要通过对输电线路施加直流电压并在输电线路末端造成短路,使导线发热从而对输电线路进行融冰。妙西变固定式直流融冰装置由整流变、换流阀、水冷系统、平波电抗器、融冰管母、融冰闸刀等设备组成。其最大融冰直流电流达4800安,可通过融冰闸刀快速接入覆冰线路,实现500千伏输电线路高效融冰。该融冰装置操作起来简单、快捷、安全,而且融冰速度快,可以在1小时内融化10厘米的覆冰,且无需人工登塔等,能明显缩短除冰所需时间,有助于运检人员在遭遇雨雪冰冻灾害后迅速响应以及时恢复电网正常运行。


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国网宣城供电:配网低压扩展式融冰装置

12月3日17时,随着10千伏俞村新建线路测温播报,宣城公司在旌德县圆满完成首套融冰实战演练,标志着宣城地区首次采用配网低压扩展式融冰装置实战成功。

图源:国网宣城供电


配网低压扩展式融冰装置利用现有常规低压电源车供电,通过加装体积较小的外置变压变流模块获得线路融冰所需的电压电流,利用导线电阻发热实现线路融冰。适用于10千伏覆冰线路较分散、覆冰随机性较强的区域,具有操作可靠性高、移动便携性强、融除冰作业快的特点。


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贵州电网:全控电流源智能融冰装置

2024年,贵州电网220千伏开怀变电站直流融冰工作效率提升示范工程试验调试成功,率先实现了输电线路融冰倒闸操作的跨站一键顺控,研制了世界首台基于全国产IGCT元器件的全控电流源智能融冰装置,能够实现装置智能启停,自动升流进行融冰,智能识别线路脱冰并自动换相操作。

图源:南网50Hz


“以前我们的融冰环节离不开人工接线、现场确认、手动换相,环节多、工序复杂,融冰过程长达十几个小时。升级后,不再需要手动接线和人工倒闸了。线路到达融冰要求便可一键顺控,倒闸操作时间从人工时期的平均8小时降低至15分钟以内。”贵州电网公司凯里供电局变电所试验专责孙明敏介绍。


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国网湖南:台区配变融冰

2024年12月10日消息,国家知识产权局信息显示,国网湖南省电力有限公司申请一项名为“一种利用台区配电变压器的配网线路融冰方法及系统”的专利,公开号 CN 119093258 A,申请日期为2024年8月。

专利摘要显示,本发明涉及电网除冰技术领域,公开了一种利用台区配电变压器的配网线路融冰方法及系统,方法包括:确定配网线路的融冰区域,并通过开关将融冰区域从配网线路中分离出来使融冰区域在融冰时处于离网状态;将配网线路中的台区配电变压器的低压输出端与从配网线路中分离出来的融冰区域连接,使台区配电变压器与处于离网状态的融冰区域形成闭合回路;通过台区配电变压器为融冰区域提供融冰电流,并在融冰电流的作用下对离网状态的融冰区域进行融冰作业;本发明解决了现有的配网线路融冰方法存在操作复杂的问题。


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湖北荆州:激光炮除冰

2024年2月4日凌晨4点,随着一声令下,国网荆州输电运检分公司运维人员按下操作按钮。在激光炮的灼烧下,伴随着“啪”的一声,110千伏竹青二回线上附着的冰雪四下散开。

激光除障是激光与材料相互作用的结果。当激光波长位于材料吸收峰值附近时,材料剧烈吸收激光,形成热蒸发效应,使得材料温度升高以至熔化、蒸发,实现了对材料的熔穿、切割目的。如果材料内局部产生了较大的温差,进而使得其内部产生显著热应力,在重力、内应力、表面张力等综合因素影响下,材料将发生碎裂,激光除冰技术正是应用了此原理得以实现。

激光除障技术有着无接触、速度快、准确性高等优点,不需停电,便可远距离高效地清除输电线路上的障碍物。因其优良性能越来越受到除冰行业的关注。


机械除冰法


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国网龙岩供电:机械震动除冰

在应对覆冰方面,机械震动除冰技术可谓是一位高效的“解冰高手”。为确保冬季输电线路安全稳定运行,国网龙岩供电公司在永定区坎市220千伏模拟线路实训基地开展防冰实战演练。

图源:国网福建电科院


国网龙岩供电公司工作人员将机械震动除冰装置通过牵引绳吊装,安装在覆冰导线上。通过远程控制点火,装置内的空包弹会让气体快速膨胀,形成低幅高频的两个对称横向波,沿着覆冰导线向两侧传播,覆冰在横向波的震动作用下碎裂成小片掉落。使用该装置,不仅无需人工登杆除冰,还能提高除冰质效。


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国网四川超高压:机器人除冰

受寒潮天气影响,日前四川凉山彝族自治州西昌市部分特高压输电线路覆冰严重,国网四川超高压公司使用除冰机器人进行处置,这也是四川电网首次运用“无人机+除冰机器人”完成特高压输电线路的除冰作业。

图源:央视新闻


在西昌市境内的锦屏至苏南±800千伏特高压工程大箐梁子段,线路覆冰厚度一度超过12毫米。国网四川超高压公司采用大载重无人机搭载除冰机器人的方式开展架空地线除冰作业。随着操作人员在地面发出遥控指令,除冰机器人沿着距离地面120米的架空地线行走,在机器人前端振动锤与刀片冲击双重作用下,裹在架空地线上的冰块快速脱落。仅15分钟,该线路500米的架空地线覆冰隐患全部消除。


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国网陇南供电:“无人机+除冰棒”物理除冰

陇南地处秦巴山区,输电线路大多沿高山架设,位于康县万家大梁、武都安化镇牛蹄关梁等易覆冰区段的输电线路冬季极易出现覆冰、覆雪现象,冰雪覆盖积压将导致支撑高压线的铁塔负重加大,可能引发导线过度拉伸、断裂,甚至电塔倒塌,严重可造成电力系统大范围停电。

为此,国网陇南供电公司输电运检中心积极探索无人机深化应用场景,定制绝缘除冰棒配合大疆FC30无人机开展输电线路物理除冰。

图源:国网陇南供电


“飞机位置已调整到位,申请撞击。”“可以撞击!”只听一声令下,操作人员精准操作无人机向前飞行,带动除冰棒向前甩动,准确撞击导线,积雪冰块纷纷从导地线上脱落。

面对积雪和结冰带来的安全隐患,传统的人工登塔除冰方式不仅效率低下,还存在较大的安全风险,而“无人机+绝缘棒”除冰技术相对高效迅速,能让积雪覆冰快速掉落,既不影响线路正常运行,也可以在覆冰初期有效遏制覆冰继续发展增厚。


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宁夏月亮山:人工除冰

自进入冬季以来,新一轮寒潮来临,宁夏月亮山区域出现大面积冻雨降温天气,区域内风机及集电线路覆冰严重,为防止线路覆冰倒塔、线路跳闸等情况发生,新能源分公司月亮山检修部对受冻情况严重的线路进行停电并开展除冰工作。

图源:塞上华电


铁塔和高压线路上超过两公分厚的冰近乎将光缆整个包裹。为了避免线路载荷过大发生断裂而造成不良影响,月亮山检修部将严重覆冰线路退出运行、停电检修,检修人员穿戴专业装备上塔,利用加长绝缘杆破除线路、铁塔覆冰。



智能监测抗冰

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国网福建:防覆冰监控装置

福建电网输电线路大多分布在群山之间,冬春季节空气潮湿,易发生覆冰现象。入冬以来,国网福建省电力有限公司结合输电线路覆冰可视化、微气象装置和无人机巡视图像等多源数据,实时监测全省203条易覆冰区段输电线路运行情况,24小时对覆冰风险进行滚动计算,重点对微气象、微地形区域的电网覆冰情况开展动态预警、处置。

在南平邵武的部分高海拔山区,每年冬季输电线路都存在覆冰情况。为此,国网邵武市供电公司在35千伏和金线加装覆冰监测装置,密切跟踪气象信息,加强线路通道特巡和状态监控。

图源:电力好声音


通过防覆冰监控装置24小时对易覆冰区段和杆塔进行监控,一旦覆冰厚度接近危险值,系统立即发出警报,提醒人员采取应对措施。

目前,福建电网输电全景平台“覆冰监测预警模块”已接入覆冰气象信息监测装置和图像视频监控,具备集中查看、随时调阅覆冰在线监测设备的功能,能快速查看覆冰高风险区段和已覆冰线路的情况,为高效运维争取了宝贵时间。


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国网湖州供电:观冰站全天候监测

国网湖州供电公司建成全省首座输电线路标准化观冰站,打造“零距离”观冰阵地,全力守护冬季用电高峰期电网安全运行。

图源:国网湖州供电公司


据悉,该观冰站位于湖州市安吉县梅溪镇,该区域山地海拔高度在550米至650米之间,且空气湿度较大,属于典型的易覆冰区。同时,附近有1000千伏安兰Ⅰ/Ⅱ线、±800千伏金塘线等6条超特高压线路和1条220千伏输电线路。

输电线路标准化观冰站配置有雨淞塔、自动气象站、覆冰监测、模拟导线及驻点观冰装备,全天候监测环境气象、导线覆冰厚度、输电线路通道状态等综合情况,并具备数据自动回传和异常告警功能。


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国网河南:“智慧大脑”预测线路舞动风险

河南北、西、南三面环山,中部、东部地区为平原。这种地形条件使得冬季南下冷空气与北上暖湿气流交汇后长时间滞留河南,山区线路容易覆冰,平原开阔区域线路舞动频发。

国网河南电力依托国家电网有限公司输电线路舞动防治技术实验室研究成果,绘制河南电网舞动区域分布图,建立河南电网舞动气象预警系统及相应的预警工作机制,为线路防舞设计和治理提供技术支撑。

“河南电网舞动气象预警系统能监测、分析线路周围温度、湿度、风向、风速等数据,并结合现场情况,计算线路覆冰舞动概率,为提前研判线路舞动风险提供依据。”河南电力科学研究院数字化中心电力气象专业主管梁允介绍。目前,该系统可预测电网重点区域未来72小时具体到站线的覆冰舞动风险,频率为每30分钟一次,范围精确至1×1千米

来源:国家电网报;夏然 摄


国网河南电力依托生产管控平台打造“智慧大脑”系统。“智慧大脑”以电网关键设备为核心,汇集、打通、整合11个系统的数据信息,可集中掌握设备、天气、人员状态等情况。该系统还通过国网河南电力自主研发的电网气象一张图、等值覆冰厚度图像识别等软件,绑定气象数据、地理信息等,并以工单方式将预报预警信息推送至班组设备主人,提升防舞工作的预判性和主动性。

国网河南电力持续开展全省大范围线路防舞动改造,今年以来已完成±1000千伏吉泉直流、±800千伏青豫直流、500千伏汉郑线等138条重点线路的防冰改造,161条500千伏线路、442条220千伏线路、163条110千伏线路的相间间隔棒安装、双摆防舞器安装等舞动治理工作。


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