生活中時(shí)時(shí)刻刻都離不開電，覆冰是當(dāng)前電網(wǎng)最嚴(yán)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(qū)的氣溫也在持續(xù)下降，部分高寒山區(qū)更是冰雪皚皚。為保障供電安全，南方電網(wǎng)啟動(dòng)了今年的首輪融冰。
在什么條件下要進(jìn)行電網(wǎng)融冰?電網(wǎng)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(wǎng)安全運(yùn)行的“頑疾”
據(jù)南方電網(wǎng)公司編制的《2018年冬和2019年春南方地區(qū)低溫冰凍天氣影響趨勢(shì)分析報(bào)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(qū)仍存在出現(xiàn)階段性較強(qiáng)覆冰的可能性。
隨著電力的蓬勃發(fā)展，輸電線路覆冰事故時(shí)有發(fā)生。1932年美國發(fā)生線路覆冰事件，1994年美國東部和南部地區(qū)輸電線路與電力相關(guān)設(shè)備遭受嚴(yán)重覆冰事故。我國自1954年記錄了首例電網(wǎng)覆冰故障以來，覆冰積雪一直嚴(yán)重危害著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。最嚴(yán)重的電網(wǎng)覆冰事故發(fā)生在2008年，南方部分地區(qū)遭遇50年一遇的嚴(yán)重低溫雨雪冰凍災(zāi)害，罕見的冰凍災(zāi)害，導(dǎo)致了湖南、貴州、江西、浙江、福建等12個(gè)省市的覆冰倒塔、斷線事故，電網(wǎng)大面積停電、限電。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)供電量下降到受災(zāi)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(wǎng)大面積冰凍災(zāi)害
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至今年12月9日，南方電網(wǎng)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(wǎng)工程師俸波介紹，覆冰比值是監(jiān)測(cè)到實(shí)際覆冰厚度除以設(shè)計(jì)電線可承受覆冰厚度的數(shù)值，超過0.5就要實(shí)施融冰。
不過，中國電力科學(xué)研究院的專家告訴科技日?qǐng)?bào)記者，由于自然覆冰形式多樣、隨機(jī)和不可預(yù)見，加上每個(gè)地區(qū)的具體情況不同，微地形、微氣象影響嚴(yán)重，因此，每個(gè)地區(qū)確定的需要實(shí)施融冰的覆冰比值是有所不同的。
電網(wǎng)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(jìn)行人工清除，但如今，防冰技術(shù)手段已經(jīng)升級(jí)，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(dòng)機(jī)械裝置融冰、空氣彈震動(dòng)除冰、滑輪融冰等。重慶大學(xué)教授蔣慶良說，覆冰是極其復(fù)雜的國際性難題。在2008年南方大面積冰災(zāi)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(wǎng)大面積冰凍災(zāi)害的方法。
直流融冰主要是通過對(duì)輸電線路施加直流電壓并在輸電線路末端進(jìn)行短路，使導(dǎo)線發(fā)熱來對(duì)輸電線路進(jìn)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(jīng)整流后輸出3000伏/1400安的直流。對(duì)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(zhuǎn)變?yōu)檩^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(duì)輸電線路快速加溫，而是一點(diǎn)一點(diǎn)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(zhuǎn)變成低壓直流電，才可以使用。”
當(dāng)前我國在很多“骨干電網(wǎng)”上已預(yù)裝了固定式直流融冰裝置，而移動(dòng)式直流融冰裝置則由整流部件、變壓部件、感應(yīng)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(shí)調(diào)度使用。“但是實(shí)施直流融冰需要停電與人工干預(yù)，操作復(fù)雜、融冰時(shí)間長(zhǎng)，這是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。”蔣慶良說，干預(yù)式防冰、融冰是國內(nèi)外當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)，而電網(wǎng)防冰減災(zāi)應(yīng)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(yù)、智能化、低成本、高可靠性的冰災(zāi)防御方法進(jìn)行根本性轉(zhuǎn)變，但這有待于繼續(xù)深入研究和工程應(yīng)用證明。
除冰行列
用上噴火無人機(jī)和激光雷達(dá)
“如今，我們坐在電腦前，就可以看到千里之外的電網(wǎng)設(shè)備融冰的整個(gè)過程，這在以前根本無法想象。”南方電網(wǎng)公司安全總監(jiān)牛保紅說，通過物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，指揮中心可以遠(yuǎn)程對(duì)除冰、融冰設(shè)備進(jìn)行程序化操作，而且實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)等多種手段聯(lián)合，大規(guī)模、跨區(qū)域、自動(dòng)化巡查等，提高了效率，并可避免人員操作的安全風(fēng)險(xiǎn)等。
除了直流融冰外，電網(wǎng)在除冰融冰方面還在不斷試驗(yàn)其他的“黑科技”。如南方電網(wǎng)在噴火無人機(jī)、激光清障儀以及激光雷達(dá)掃描、激光雷達(dá)進(jìn)行實(shí)地除冰作業(yè)等非接觸式融冰技術(shù)方面取得了新突破。南方電網(wǎng)廣東公司在國內(nèi)率先嘗試噴火無人機(jī)對(duì)高壓線路地線進(jìn)行除冰作業(yè)，在5分鐘內(nèi)通過8次噴火加速了地線重冰區(qū)冰層融化;激光清障儀是南方電網(wǎng)廣東公司東莞供電局自主研發(fā)的產(chǎn)品，可直接遠(yuǎn)距離及時(shí)、快速、安全地清除線路飄掛物，在應(yīng)用于融冰的試驗(yàn)中，通過超遠(yuǎn)距離激光聚能，在8分鐘內(nèi)成功切除了導(dǎo)地線覆冰最嚴(yán)重區(qū)段整體厚度達(dá)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(xiǎn)性。由于常規(guī)地線不通電，覆冰會(huì)比較嚴(yán)重，加上無法進(jìn)行直流融冰操作，地線融冰已成為電力行業(yè)一大難題。”南方電網(wǎng)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(jī)這兩項(xiàng)非接觸性融冰技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，將改變傳統(tǒng)人工除冰的原始模式，減少電力工人在惡劣天氣中冒險(xiǎn)登高搶險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，也有望解決電力行業(yè)架空地線因多點(diǎn)接地而無法通過電流短路融冰的難題。
“融冰技術(shù)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(shí)際應(yīng)用是在貴州地區(qū)。”中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)主任委員李立浧說，可控電流源融冰裝置應(yīng)成為新一代融冰裝置的標(biāo)準(zhǔn)型式。科學(xué)家們還在電網(wǎng)抗冰材料研究和應(yīng)用方面取得了新進(jìn)展，如絞合型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有更好的抗壓能力、整體穩(wěn)定性、抗斷裂性能等，可用于中重冰區(qū)、強(qiáng)風(fēng)區(qū)，提高輸電線路本體的抗覆冰、防災(zāi)能力;在防覆冰涂料方面，超疏水涂層表面具有微-納粗糙結(jié)構(gòu)，可以有效降低冰層與涂層接觸面積和附著力，實(shí)現(xiàn)易脫冰;涂層與涂層表面之間存在空氣層，阻隔液滴結(jié)冰時(shí)的熱量傳遞，達(dá)到延遲結(jié)冰的效果。
蔣慶良說，覆冰是各種結(jié)構(gòu)物面臨的普遍現(xiàn)象，不僅是電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、飛機(jī)、高鐵等都面臨覆冰的危害。冰災(zāi)防御是多領(lǐng)域的重大科技難題與關(guān)鍵技術(shù)，電網(wǎng)融冰方面取得的科技成果，未來也可以應(yīng)用到飛機(jī)、高鐵等方面。(記者 李 禾)
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