輸電線路覆冰雪監(jiān)測與檢修技術(shù)研究摘要輸電線路對于電能的可靠安全傳輸有著重要作用。隨著社會對供電質(zhì)量要求的不斷增加，必須要不斷提升輸電線路的監(jiān)測與檢修技術(shù)。架空線路由于常年暴露在空氣中，容易受到自然天氣的影響。線路覆冰是我國南方冬季經(jīng)常出現(xiàn)的情況。為了能夠防止發(fā)生故障跳閘引起大面積停電需要對輸電線路覆冰厚度進行監(jiān)測，當超出一定值時需要及時除冰。導(dǎo)線弧垂、重量等參數(shù)會隨著線路覆冰的多少而發(fā)生變化。通過對改變后數(shù)據(jù)的對比分析計算可以反映輸電導(dǎo)線的覆冰情況，反饋給信息中心，自動或者專業(yè)人員對不正常狀態(tài)或故障進行操作。本論文依據(jù)相關(guān)參考文獻，應(yīng)用VB軟件進行模擬，同時也對架空輸電導(dǎo)線覆冰雪監(jiān)測技術(shù)，覆冰雪的厚度，覆冰雪的原因，除冰的方法做出了詳細的介紹，本次論文中應(yīng)用的監(jiān)測方法是最為簡單的。因為南北方地區(qū)的差異覆冰雪的情況也大有不同，所以覆冰雪的過程也有了一定的對比性和相關(guān)性。除冰的方法是我們?nèi)缃褡畲蟮碾y點，這也是電網(wǎng)可靠運行的技術(shù)支持，本次論文專用一章的內(nèi)容來研究高壓架空輸電導(dǎo)線除冰的方法，并且將現(xiàn)有的方法和新型的方法做了比較，更加具體的做出報告，本文針對如今的高壓架空輸電導(dǎo)線覆冰雪現(xiàn)象做出詳細闡述。

關(guān)鍵詞：輸電線路；覆冰雪；監(jiān)測；檢修目錄摘要 IABSTRACT II1.緒論 11.1課題背景及研究的目的和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3本章小結(jié) 42.架空輸電線路覆冰厚度數(shù)學(xué)模型 52.1覆冰類型及形成原理 52.1.1覆冰類型 52.1.2導(dǎo)線覆冰形成原理 72.2線路覆冰的影響因素 72.3線路覆冰模型 82.3.1Chaine和Skeates模型 82.3.2Imai模型 82.3.3Lenhard模型 92.3.4Goodwin模型 92.4覆冰厚度計算原理 102.4.1標準冰厚計算 102.4.2設(shè)計冰厚計算 112.5輸電線路覆冰后的參數(shù)變化 112.6本章小結(jié) 143.架空輸電線路覆冰監(jiān)測方法 153.1架空線路覆冰在線監(jiān)測方法 153.1.1架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu) 153.1.2架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測的監(jiān)測方法 153.2輸電線路覆冰預(yù)測與預(yù)警技術(shù) 183.2.1輸電線路覆冰預(yù)測技術(shù) 183.2.2輸電線路覆冰預(yù)警技術(shù) 193.3覆冰監(jiān)測預(yù)警模型 193.3.1覆冰厚度監(jiān)測預(yù)警模型 193.3.2導(dǎo)線弧垂監(jiān)測預(yù)警模型 203.4本章小結(jié) 214.架空輸電線路的除冰技術(shù) 224.1輸電線路融冰技術(shù) 224.1.1機械除冰方法及風險評估 224.1.2熱力融冰方法及風險評估 234.1.3除冰新技術(shù)及風險評估 244.2融冰數(shù)據(jù)計算 254.3本章小結(jié) 265.基于VisualBasic軟件的架空輸電線路覆冰監(jiān)測的設(shè)計與模擬 275.1VisualBasic軟件簡介 275.2輸電線路覆冰監(jiān)測的仿真設(shè)計 295.3輸電線路覆冰監(jiān)測的仿真模擬 305.3.1登錄界面及主界面 305.3.2理論介紹界面 315.3.3綜合分析界面 325.3.4長短徑法分析界面 335.4本章小結(jié) 346.結(jié)論與展望 356.1結(jié)論 356.2展望 35參考文獻 371.緒論1.1課題背景及研究的目的和意義輸電線路輸電范圍廣，由于常年暴露在空氣中，容易受到暴曬、大雪、大風等自然天氣的影響。經(jīng)調(diào)查，導(dǎo)線覆冰主要出現(xiàn)在十二月份到次年三月份，絕緣子覆冰嚴重時絕緣子之間被冰橋接可能會導(dǎo)致絕緣子串表面發(fā)生冰閃，這樣使輸電線路跳閘甚至絕緣子爆裂。在有一定風速的情況下，輸電導(dǎo)線覆冰可能會發(fā)生舞動，造成兩相導(dǎo)線接觸短路，使導(dǎo)線熔斷。同時輸電線路覆冰還可能是桿塔塔頭變形甚至倒塔。隨著社會對供電的需求逐年增加。輸配電網(wǎng)需要不斷地發(fā)展延伸，而導(dǎo)線覆冰導(dǎo)致的風舞、桿塔倒塌、導(dǎo)線沿面閃絡(luò)、導(dǎo)線斷裂將會不滿足電力系統(tǒng)輸電穩(wěn)定可靠的基本要求，電壓降低還可能導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備減產(chǎn)，給人民生產(chǎn)經(jīng)濟造成了極大的威脅。因此，為了避免造成人身傷害或嚴重的經(jīng)濟損失，要求對輸電線路進行實時監(jiān)測，并對傳輸給信息中心的數(shù)據(jù)及時處理。他是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行滿足主要指標的重要措施，擁有重要的理論意義和經(jīng)濟效益。輸電線路覆冰大都出現(xiàn)在秦嶺-淮河以南地區(qū)。歷年主要的覆冰事故如表1-1所示。表1-1歷史覆冰實例年份地區(qū)線路電壓等級/kV覆冰厚度/mm事故類型1993年11月葛雙II回50036塔頭變形，導(dǎo)線斷裂，絕緣子爆裂，金具被破壞，倒桿。1996年福建省35、22040斷線，部分地區(qū)停電。1999年3月京津唐地區(qū)110、220、50034大范圍絕緣子覆冰閃絡(luò)。2004年12月湖南、湖北220、50042數(shù)十次冰閃跳閘，線路倒塔，斷線。2005年2月華中電網(wǎng)50045大范圍故障跳閘，倒塌，斷線，絕緣子破裂。2008年2月南方地區(qū)110、220、50035大面積停電。2015年3月山西省1034冰閃跳閘300余次。2017年8月大興安嶺地區(qū)6640冰閃跳閘2018年12月南方地區(qū)50040導(dǎo)線舞動，倒塔，斷線。2020年吉林6630-50覆冰舞動跳閘大范圍停電。綜上所述，輸電線路覆冰可能會造成的危害可歸為以下四類：（1）由于輸電線路過載引起的事故導(dǎo)線上結(jié)冰。從導(dǎo)體和地線的角度來看，可能會從壓接管中抽出或完全折斷外部鋁絞線并且鋼芯還會被抽出，甚至導(dǎo)致整根導(dǎo)線斷裂。懸垂線夾出口處在外層附近斷裂。從配件的角度來看，覆冰過載可能會導(dǎo)致懸垂線夾船體在U型螺栓附近斷裂，并且還可能導(dǎo)致纜線夾斷裂并導(dǎo)致塔桿倒塔。從電氣間隙的角度來看，由于垂度的增加和線對地距離的減小可能會導(dǎo)致事故，從而可能引起閃絡(luò)。也可能由于接地線垂度的增加，風舞導(dǎo)致兩相的接觸引發(fā)事故。從塔架結(jié)構(gòu)的角度來看，斷線和接地線可能導(dǎo)致筆直的桿頭沿線的方向斷裂?；蛘?，因為接地線在垂直方向上不對稱排列，造成塔頭損壞。如圖1-1所示。也有折斷的邊緣金屬絲，并且拉伸雙桿的兩個軸在不同的方向上扭曲。從絕緣子串的角度來看，由于結(jié)冰過載，還可能發(fā)生諸如絕緣子串的傾覆，碰撞和爆炸之類的事故。同時，還可能發(fā)生諸如下沉，傾斜或爆裂等事故，這些事故可能導(dǎo)致塔架傾斜或跌落。如圖1-2所示。（2）由于導(dǎo)線不同時覆冰或不同時除冰引起的事故實際情況中，導(dǎo)線上的覆冰不可能完全均勻，當導(dǎo)線上的覆蓋冰厚差達到一定程度時就可能引發(fā)事故。而引起導(dǎo)線覆冰不均勻的情況有兩種，一是輸電線路不均勻覆冰，二是輸電線路除冰時不能完全同期。這兩種情況可能導(dǎo)致相鄰線路的桿塔承受不同的張力，產(chǎn)生張力差。張力差將導(dǎo)致導(dǎo)地線在線夾內(nèi)滑動。嚴重時還有可能造成導(dǎo)線鋁外層斷裂，導(dǎo)線鋼芯抽出等。另外，桿塔承受張力差后，懸掛的絕緣子可能產(chǎn)生偏移，這些偏移會使絕緣子撞擊橫擔導(dǎo)致絕緣子破裂。被碰撞后的橫擔可能會轉(zhuǎn)動使導(dǎo)線碰撞拉線，最終拉線燒斷造成倒桿。圖1-1500千伏高壓輸電鐵塔倒塌圖1-2絕緣子脫落引起斷線圖1-3桿塔變形圖1-4金具嚴重覆冰（3）絕緣子串冰閃事故絕緣子覆冰或絕緣子與絕緣子之間被冰連接以后，絕緣子串的絕緣強度將降低，泄露距離將縮短。在融冰過程中，絕緣子串的局部表面電阻減小，導(dǎo)致絕緣子串電壓分布不均，導(dǎo)致絕緣子串的閃絡(luò)電壓降低，并形成閃絡(luò)。閃絡(luò)的發(fā)展過程中持續(xù)的電弧會燒傷甚至損壞絕緣子。（4）覆冰導(dǎo)線舞動事故實際情況中輸電導(dǎo)線覆冰不均勻，在風的作用下導(dǎo)線會發(fā)生擺動，振動頻率在0.1-1Hz之間，振幅在幾十厘米以上，最高可到達幾百厘米。導(dǎo)線的舞動可能導(dǎo)致連接導(dǎo)線的金具發(fā)生損壞，或輸電導(dǎo)線斷裂，拉動桿塔變形甚至倒塌。如圖1-3所示。輸電線路覆冰引起的絕緣子串沿面閃絡(luò)、導(dǎo)線舞動、斷線，倒桿等事故，最壞還有可能造成大面積停電。嚴重影響社會正常的生活秩序，導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)的減產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失。隨著社會對供電需求的不斷增大，電力網(wǎng)絡(luò)也在不斷地擴充發(fā)展。為了確保供電的可靠性，本文研究的架空輸電線路覆冰雪監(jiān)測與檢修技術(shù)顯得尤為重要。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近幾年，由于生態(tài)環(huán)境被破壞，造成全球天氣經(jīng)常極端變化，輸電導(dǎo)線覆冰情況也愈加嚴重。所以，輸電線路冰災(zāi)作為電網(wǎng)必須要解決的疑難問題，得到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。在冬季，冷熱空氣相遇時，若冷熱空氣的強度都不強勢，少量的雨雪天氣并不會對線路覆冰造成太大的影響，而當冷熱空氣都很強勢時，就會對輸電線路覆冰造成極大的影響。按照覆冰性質(zhì)可將覆冰類型分為4類，即雨凇、霧凇、混合凇、干雪。在這四類中，雨凇在全國范圍內(nèi)均有發(fā)生，有程度之分。霧凇通常發(fā)生在高地且潮濕的地區(qū)，例如東北地區(qū)?；旌馅∈怯贲『挽F凇的混合，實際情況下，不常出現(xiàn)純粹的雨凇，通常都是以混合凇的形式出現(xiàn)。主要發(fā)生在溫度較低，風速大的地區(qū)。干雪危害相對于前三種較小。主要發(fā)生在地形平坦無風的地區(qū)。目前，國內(nèi)外架空輸電線路覆冰雪的監(jiān)測方法主要包括：稱重法、圖像檢測法、傾角-弧垂法、在線監(jiān)測法、氣象要素監(jiān)測法等。在中國，早年間是通過人工巡視來檢測輸電導(dǎo)線覆冰情況的，但是由于架設(shè)輸電導(dǎo)線的地方一般為空曠的的地方，交通并不是很便利，加大了巡視人員檢測導(dǎo)線覆冰情況的難度。同時，人工巡檢可能導(dǎo)致監(jiān)測不及時造成重大事故，而且可能會對巡視人員的人身安全造成危害。所以輸電東安縣冰雪災(zāi)害在線監(jiān)測是至關(guān)重要的。利用輸電導(dǎo)線在線監(jiān)測裝置可以及時反饋導(dǎo)線周圍環(huán)境溫度、風速、覆冰厚度等信息。監(jiān)測人員可以在控制中心做出判斷，根據(jù)覆冰情況對輸電線路采用對應(yīng)的除冰措施，以此來保證輸電線路安全可靠運行。我國目前有基于GSM、SMS的線路導(dǎo)線覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)。他集成氣象監(jiān)測的數(shù)據(jù)，例如環(huán)境溫度、濕度和風速等。通過中國聯(lián)通或中國移動等通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給控制中心?？刂浦行睦靡延械母脖穸饶Ｐ陀嬎悖L險評估對數(shù)據(jù)進行運算處理，對結(jié)果進行相應(yīng)的操作。這種方法在2006年在山西省、湖北省、湖南省的市供電公司的嚴重覆冰地區(qū)進行了試運行。在2008年的重大冰災(zāi)事故中起到了一定的作用。另外，2016年各大高校的在校教師提出了不同的在線監(jiān)測方法。有西安工程大學(xué)黃新波提出了基于光纖光柵傳感器監(jiān)測輸電線路覆冰的方法。華北電力大學(xué)張永謙提出了基于GPRS和GSM的監(jiān)測系統(tǒng)。2020年，我國研究的基于量子覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)原型機目前已進入測試階段，并且監(jiān)測系統(tǒng)將在湖北電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室完成線路覆冰進一步測試。目前國外的監(jiān)測系統(tǒng)也在不斷研究發(fā)展中。在已有的檢測方法基礎(chǔ)上，美國還使用了光纖復(fù)合架空地線或OPGW、機械巡視等方式構(gòu)建了輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，但是由于當前的通信和傳感器技術(shù)還有所欠缺，并沒有投入實際使用。日本研發(fā)了架空輸電線路監(jiān)測和維護系統(tǒng)，但是發(fā)展還不完善，只是實現(xiàn)了對外部環(huán)境數(shù)據(jù)以及故障點的監(jiān)測。俄羅斯已開發(fā)出一種冰風載荷傳感器，利用傳感器監(jiān)測導(dǎo)線覆冰情況，已在部分地區(qū)進行了試運行。圖1-5人工除冰目前國內(nèi)外的防、融、除冰技術(shù)主要可總結(jié)出三十多種，主要可分為熱力融冰法、機械除冰法以及新型除冰技術(shù)三種。國內(nèi)的除冰技術(shù)主要有人工除冰如圖1-5所示，但人工除冰可能會危害到檢修人員的生命安全問題，例如，在2008年的冰災(zāi)中利用adhoc機械除冰方法時犧牲了三名檢修人員，所以采用人工除冰時有嚴格的要求。我國的一家電力公司提出了一種具有可調(diào)電容器串聯(lián)補償?shù)慕涣魅诒椒?，利用輸電線路上融冰電壓以及線路長度計算調(diào)節(jié)串聯(lián)在輸電線路上的電容容抗以滿足融冰要求。針對直流融冰技術(shù)，我國主要采用移動式和固定式直流融冰技術(shù)。按照電壓等級分，前者主要使用在220kV的輸電線路中，而后者主要應(yīng)用在500kV的輸電線路上。另外我國湖北的部分地區(qū)已經(jīng)成功利用短路融冰技術(shù)進行了融冰。同時，近年來也出現(xiàn)了機器人除冰的方法。在國外，加拿大部分地區(qū)采用滑輪鏟刮法進行機械除冰，此方法已使用了超過五十年，是唯一一個可行的機械除冰方法。同時加拿大部分線路采用的是短路融冰技術(shù)。日本研制了電阻性鐵磁線，利用電阻性鐵磁線來實現(xiàn)阻止覆冰雪或融冰。目前除冰方法有很多，具體除冰原理以及對這些方法的評估將在后續(xù)章節(jié)詳細說明。1.3本章小結(jié)輸電線路覆冰造成的導(dǎo)線斷落、桿塔倒塔、絕緣子爆裂、絕緣子串表面閃絡(luò)將會給國民經(jīng)濟帶來巨大損失。僅2008年罕見低溫、風雪和冰凍天氣造成的輸變電設(shè)備大量結(jié)冰，給國家電網(wǎng)造成了巨大的經(jīng)濟損失。正確認識覆冰危害，對導(dǎo)線覆冰情況做好監(jiān)測與檢修起著至關(guān)重要的作用。目前，國內(nèi)外對于架空輸電線路覆冰檢測方法主要有稱重法、弧垂法、圖像檢測法、在線監(jiān)測法、準分布光纖法、模擬導(dǎo)線法、覆冰速率計算法等。對于導(dǎo)線除冰的方法可總結(jié)為熱力融冰法、機械破冰法以及其他新型除冰技術(shù)。

2.架空輸電線路覆冰厚度數(shù)學(xué)模型2.1覆冰類型及形成原理2.1.1覆冰類型覆冰類型按性質(zhì)可以分為五類，即雨凇、混合凇、軟霧凇、白霜、雪和霧。如表2-1所示。表2-1覆冰類型類型名稱顏色與形狀質(zhì)地密度粘附力形成條件及過程A型雨凇透明的圓柱形堅硬≥0.9g/cm3最強在低洼的地勢，過冷卻水或者是毛毛雨落在物體上，又因為物體溫度低于雨的凍結(jié)溫度而形成。一般溫度在-2～0℃；在較高的地形中，云層中的冰晶或地面霧中的大水滴會在風速很高的情況下被凍結(jié)成雨凇。一般溫度在-4～0℃。B型混合凇白色，不完全透明堅硬0.6～0.9g/cm3強在地勢低的地方，云中的冰晶或者地面霧中的雨滴凍結(jié)形成，一般溫度在-5～0℃。在地勢較高的地方，云中的冰晶或者地面霧中的中等大小水滴經(jīng)高風速而形成混合凇。通常，溫度在-10～-3℃。C型軟霧凇白色，顆粒狀的雪較為堅硬0.3～0.6g/cm3非常弱僅在地勢較高的地方，云中的冰晶或者含有水滴的霧在中等風速的條件下形成。一般溫度在-13～-8℃。D型白霜白色，不規(guī)則的針狀雪輕且脆0.05～0.3g/cm3弱由水汽在空氣中直接凍結(jié)而形成，發(fā)生在寒冷無風的環(huán)境中，一般溫度在≤-10℃。E型雪和霧白色輕弱附著著物體上的雪經(jīng)過多次融化凝固將形成冰雪混合物。（1）雨凇大部分情況下由于過冷卻雨或者毛毛雨凍結(jié)形成的。也有在山地有云中的結(jié)晶經(jīng)高風速形成。在附著在導(dǎo)線上的水滴完全凍結(jié)之前，過冷卻水還會不斷碰撞形成新的覆冰，所以覆冰厚度還會繼續(xù)生長。雨凇是混合凇的初始階段，因此，完全是雨凇覆冰的情況比較少見。圖2-1雨凇（遠看）圖2-2雨?。ń矗?）霧凇按照形成方式不同可以分為軟霧凇和硬霧凇，前者主要是由于水柱在中等風速下半凝結(jié)形成的粒狀雪，后者由水滴或冰晶在高風速下形成的冰，又稱混合凇。圖2-3混合凇圖2-5霧凇圖2-6白霜圖2-7雪凇輸電導(dǎo)線上有覆冰時，一般軟霧凇和硬霧凇都存在。當條件達到要求時，霧凇的增長速度特別快。尤其是混合凇，經(jīng)過一晚上就可以達到二百多毫米。所以對導(dǎo)線的危害很大。（3）白霜與前者相比，幾乎對導(dǎo)線不構(gòu)成威脅。其主要原因是白霜黏著力很弱，輕輕一震動就可以是白霜從導(dǎo)線上脫落。2.1.2導(dǎo)線覆冰形成原理（1）傳輸線上結(jié)冰的熱力學(xué)機制與導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量密切相關(guān)。導(dǎo)線表面的熱平衡狀態(tài)決定了導(dǎo)線上結(jié)冰的物理特性（例如密度和重量）。目前，基于熱力學(xué)的能量分析方法是研究導(dǎo)線結(jié)冰的機理，過程和相應(yīng)模型的主要方法。建立導(dǎo)線結(jié)冰的熱平衡方程，并從該方程中獲得相應(yīng)的判據(jù)?？梢詮闹械贸龊穸?，并且可以從該方程式獲得其他參數(shù)，例如結(jié)冰的生長速率。覆冰絲表面的熱平衡方程可表示為：(2-1)其中，Qf為凝結(jié)釋熱；Qv為降落水滴與空氣摩擦生熱；Qa為覆冰從O℃轉(zhuǎn)變?yōu)楦脖€(wěn)態(tài)溫度的散熱量；Qc為空氣對流損失的熱量；Qe為冰層蒸發(fā)或升華損失的熱量；Ql為降落過程中，過冷卻水凍結(jié)時散發(fā)的熱量；Qs為冰面輻射損失的熱量。（2）從流體力學(xué)的角度分析了輸電線路覆冰的流體力學(xué)機理，而結(jié)冰的實質(zhì)實際上是降水，積雪和輸電線路表面之間的摩擦和碰撞過程。這個過程與周圍環(huán)境的溫度，大氣濕度，風的方向與速度，線路本身的性質(zhì)以及其他因素有很大的關(guān)系?？梢越y(tǒng)計地提取出相應(yīng)的經(jīng)驗常數(shù)，例如碰撞系數(shù)和凝結(jié)系數(shù)，并且從這個角度也可以有用地分析覆冰厚度和覆冰重量的增長規(guī)律。（3）每根架空輸電導(dǎo)線流過的電流時，導(dǎo)線與導(dǎo)線直接存在耦合作用。并且雷雨天氣中70%的雨滴都呈現(xiàn)負極性。因此輸電導(dǎo)線的覆冰情況會受到導(dǎo)線電場強度以及水滴降落位置很大的影響。通過研究，不同的電場強度對線路覆冰有著不同程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著電場強度的增加，覆冰密度會逐漸增大，但是達到一定程度后，覆冰密度反而又隨著電場強度的增加而下降。其中負極性水滴靠近導(dǎo)線時引發(fā)放電，這種現(xiàn)象會進一步導(dǎo)致水滴的分裂，覆冰密度隨之降低。2.2線路覆冰的影響因素影響導(dǎo)線覆冰雪的因素有好多。例如：溫度、濕度、風速、風向、導(dǎo)線走向、導(dǎo)線架空高度、線路直徑等。其中溫度和濕度是造成導(dǎo)線覆冰的關(guān)鍵。只有溫度適中時，風在這個過程中才起決定性作用，它可以把更多的水珠聚集在架空導(dǎo)線上，從而形成冰，風的方向會決定那面的冰更加厚重，與風相對的一面覆冰現(xiàn)象嚴重，背風的一面相對比較輕，當導(dǎo)線覆冰較多時，導(dǎo)線會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而一個新的迎風面和背風面就出現(xiàn)了，這樣以此類推線路覆冰越來越厚，最終出來冰堆積起來的現(xiàn)象。導(dǎo)線架空高度，導(dǎo)線走向也是影響覆冰的重要因素，架空輸電導(dǎo)線的高度越高，覆冰情況越相對來說越嚴重，所以我們盡量讓線路走安全范圍允許的最低高度，導(dǎo)線的走向是覆冰的另一個關(guān)鍵因素，受我國氣候影響，南北方向的導(dǎo)線更容易覆冰，東西相對來說不是那么嚴重，所以我們盡量有南北方向的架空輸電線路。線路直徑與覆冰的關(guān)系與導(dǎo)線橫截面積有關(guān)，導(dǎo)線越粗，表面積越發(fā)大，相對來說越容易覆冰。2.3線路覆冰模型2.3.1Chaine和Skeates模型Chaine和Skeates模型以水平面為例，假定其溫度處于0℃以下，并且將其視為“冰狀態(tài)”，則有（2-2）其中，LH是當前水量厚度，cm；P為降水率，cm/h；T為降水時間，h當平板表面與風的方向呈現(xiàn)一定角度時，平板表面的覆冰量將大于降水率通過降水率與表面覆冰厚度的某種特定關(guān)系，可將覆冰厚度的公式換算到垂直方向。有（2-3）其中，v是平均風速，m/s；E是收集系數(shù)，對于平板表面與風向為垂直方向來說，E=1；導(dǎo)線覆冰時，假設(shè)導(dǎo)線全長的覆冰厚度相同，有：（2-4）其中，K由導(dǎo)線直徑的覆冰形狀修正系數(shù)決定；R0是導(dǎo)線直徑，cm；雨凇覆冰當量徑向厚度，mm。加拿大目前正在使用Chaine和Skeates模型。但是Chaine和Skeates模型最大的問題是對于E值的假設(shè)，E=1將忽略導(dǎo)線給含有過冷卻水的空氣流造成影響，另外還有K值的影響，K值與導(dǎo)線直徑有關(guān)將會給覆冰模型的計算帶來困難。盡管Chaine和Castonquay后來將導(dǎo)線覆冰截面視為橢圓形，也無法解決K與導(dǎo)線直徑有關(guān)的問題。2.3.2Imai模型Imai模型研究了導(dǎo)線單位長度覆冰的增長率，假設(shè)導(dǎo)線的覆冰類型是雨凇，則有：（2-5）其中，M是長導(dǎo)線上的覆冰質(zhì)量；C1是常數(shù)；v是平均風速；R是覆冰后導(dǎo)線半徑；T是絕對溫度。對式（2-5）進行積分，取導(dǎo)線覆冰密度為0.9g/cm3。則有：（2-6）Imai模型中常數(shù)C2與導(dǎo)線表面粗糙度以及蒸發(fā)冷卻過程有關(guān)，并且當溫度低于-5℃時，Imai模型中的公式并不是一直成立的，應(yīng)引起高度重視。2.3.3Lenhard模型Lenhard模型是通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)演算產(chǎn)生的。覆冰重量公式為：（2-7）其中，Hg時覆冰總降水量。Lenhard模型忽略了風速、氣溫等參數(shù)，難以用于實際。2.3.4Goodwin模型Goodwin等學(xué)者對所有掛在導(dǎo)線上的過冷卻水進行了假設(shè)，假設(shè)所有的水滴均在導(dǎo)線的表面凍結(jié)成了冰。由此可知，單位長度的導(dǎo)線的覆冰率可表示為（2-8）其中，ω是空氣中的含水量，g/m3；vi是過冷卻水的沖擊速度，m/s。t時刻時，單位覆冰質(zhì)量為（2-9）其中，ρi是覆冰密度；R2是導(dǎo)線覆冰后的導(dǎo)線半徑；R0是導(dǎo)線半徑。由式（2-8）和（2-9）得（2-10）因此可得某一時間段內(nèi)導(dǎo)線覆冰厚度為（2-11）雨滴的沖擊速度vi為：（2-12）其中，vd是雨滴下落速度，m/s。此時，假定風向垂直于導(dǎo)線架的方向，空氣中的含水量w與覆冰時間t的降水量聯(lián)系起來，則有：（2-13）其中，ρw是水的密度。由式（2-11）和（2-13）得：（2-14）由式（2-12）和（2-14）得：（2-15）Goodwin模型假設(shè)了收集參數(shù)為1，顯然是不合理的。2.4覆冰厚度計算原理2.4.1標準冰厚計算覆冰厚度可以根據(jù)不同的方法來計算，即長短徑法、周長法和橫截面法，本文主要介紹長短徑法。根據(jù)實測覆冰長、短徑法的覆冰密度公式為：（2-16）其中，G是冰重，ga是覆冰長徑（包括導(dǎo)線），mm；b是覆冰短徑（包括導(dǎo)線），mm；r是導(dǎo)線半徑，mm；L是覆冰長度，m。不同覆冰類型的覆冰密度范圍如表2-2所示。表2-2各類覆冰的密度范圍覆冰種類雨凇霧凇混合凇濕雪密度（g/cm3）0.7-0.90.1-0.30.2-0.60.2-0.4標準覆冰厚度公式：（2-17）2.4.2設(shè)計冰厚計算單導(dǎo)線設(shè)計并后簡化計算公式：（2-18）其中，Kh是高度換算系數(shù)；KT是重現(xiàn)期換算系數(shù)；Kφ是徑線換算系數(shù)；Kd是地形換算系數(shù)。高度換算計算公式：（2-19）其中，Z是設(shè)計導(dǎo)線離地高度，m；Z0是實測或調(diào)查覆冰附著物的高度，m；a是指數(shù)，無資料地區(qū)采用0.22。在我國，覆冰重現(xiàn)期系數(shù)隨電壓等級的不同而不同。其中500kV和750kV的輸電線路的重現(xiàn)期取50年，110-330kV之間的輸電線路重現(xiàn)期取30年。下表重現(xiàn)期以30年為基準，求換算系數(shù)。表2-3重現(xiàn)期換算系數(shù)重現(xiàn)期/年1015305060重現(xiàn)期換算系數(shù)0.8110.8811.0001.0861.203徑線換算系數(shù)計算公式：（2-20）其中，φ是設(shè)計導(dǎo)線直徑，mm；φ0是取樣導(dǎo)線直徑，mm。地形系數(shù)根據(jù)不同地區(qū)的范圍如表2-3所示。表2-4地形換算系數(shù)地形類別系數(shù)范圍一般地形1.0風口2.0-3.0迎風口1.2-2.0山嶺1.0-2.02.5輸電線路覆冰后的參數(shù)變化線路覆冰的荷載及比載，在常態(tài)下導(dǎo)線自重力單位荷載w1為單位長度質(zhì)量q和重力加速度g之積。（2-21）其中:gn為標準重力加速度,gn取9.80665m/s2。其單位長度冰荷載w2為:（2-22）導(dǎo)線覆冰時，垂向總荷載w3為：（2-23）導(dǎo)線的風壓比載等暫不考慮,因為它們對本文所述測量方案關(guān)系不大,但需要時也可計入。圖2-17懸掛點不等高的架空線覆冰比載：（2-24）下面計算最低點水平應(yīng)力σ0導(dǎo)線狀態(tài)方程如下：（2-25）其中，a，b為（2-26）（2-27）其中，σm為已知運行狀態(tài)下的導(dǎo)線最低點水平應(yīng)力，N/mm2；σ為待求氣象條件下的應(yīng)力，N/mm2；tm是已知導(dǎo)線溫度，℃；t是待求情況下的導(dǎo)線溫度，℃；E是導(dǎo)線彈性系數(shù)，N/mm2；α是導(dǎo)線溫度伸長系數(shù)，1/℃。導(dǎo)線最低點應(yīng)力應(yīng)不大于破壞應(yīng)力的40%，導(dǎo)線最大應(yīng)力為：（2-28）導(dǎo)線的弧垂和懸掛點傾斜角，線路的架空導(dǎo)線在工程計算上可用懸鏈線方程或拋物線方程來計算，拋物線方程計算較簡單，當兩塔高差不很大時其計算誤差在工程允許范圍內(nèi),故本文以拋物線方程來計算。當導(dǎo)線二懸掛點A、B間的檔距為l，A、B間的高差為h時(B高于A),導(dǎo)線檔內(nèi)最大的弧垂f為:（2-29）懸掛點A，B處導(dǎo)線的傾斜角分別為：（2-30）（2-31）將式2-7、2-8中w/H代入式2-6中,可得導(dǎo)線弧垂fM與懸掛點傾斜角θ的函數(shù)關(guān)系為：（2-32）（2-33）上述函數(shù)關(guān)系給輸電導(dǎo)線利用弧垂監(jiān)測覆冰情況提供了條件。導(dǎo)線覆冰后,假設(shè)導(dǎo)線全長覆冰是均勻分布的,導(dǎo)線還是可以利用懸鏈線方程或拋物線方程來計算。但導(dǎo)線單位長度荷載和水平張力應(yīng)用覆冰后的數(shù)據(jù),上述（2-6）、（2-7）、（2-8）、（2-9）式變?yōu)?覆冰時導(dǎo)線檔內(nèi)最大的弧垂（2-34）覆冰時懸掛點B導(dǎo)線的傾斜角（2-35）同樣覆冰后弧垂也可直接表達為懸掛點B傾斜角的函數(shù)。（2-36）因此，通過測量結(jié)冰后的懸掛點的傾斜角度來監(jiān)測結(jié)冰后的線垂是完全可行的。2.6本章小結(jié)本章總結(jié)了輸電線路覆冰形成原理、覆冰類型、覆冰厚度的影響因素、覆冰厚度模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)計算。輸電線路覆冰主要由自然天氣和導(dǎo)線所處的地理位置影響，不同的天氣和地形產(chǎn)生的覆冰類型也不同。一共有五類：雨凇、霧凇、混合凇、白霜、干雪。標準覆冰厚度有三種計算方法，一是長短徑法（本章主要討論），二是周長法，三是橫截面法。等值覆冰厚度是標準覆冰厚度與修正系數(shù)的乘積。修正系數(shù)由高度換算系數(shù)、重現(xiàn)期換算系數(shù)、徑線換算系數(shù)、地形換算系數(shù)構(gòu)成。

3.架空輸電線路覆冰監(jiān)測方法3.1架空線路覆冰在線監(jiān)測方法輸電線路監(jiān)測是一個大系統(tǒng)，導(dǎo)線覆冰監(jiān)測僅僅是其中的一小部分。我國通過在已覆冰的區(qū)域安裝覆冰監(jiān)測裝置，利用實用的覆冰公式和檢測方法，可對監(jiān)測裝置采集到的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)國家標準，給信息中心的操作人員提供預(yù)警。最后由專業(yè)人員進行處理。3.1.1架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)以湖北電網(wǎng)研究的500kV輸電線路覆冰在線監(jiān)測裝置為例。輸電線路全長共設(shè)置16個監(jiān)測點。在每個監(jiān)測點中，檢測裝置一般有：（1）傳感器。拉力傳感器，傾角傳感器，溫、濕度傳感器，風向、風速傳感器。（2）攝像機，負責采集覆冰圖像。（3）太陽能電池。同時可以在監(jiān)測點加裝泄漏電流監(jiān)視裝置，用于研究泄漏電流與輸電導(dǎo)線覆冰的聯(lián)系。監(jiān)測裝置將覆冰相關(guān)數(shù)據(jù)采集之后?？刂浦行膶?shù)據(jù)收集并進行分析。一般控制中心由以下三部分組成：（1）通信平臺。負責接收測量裝置測量到的信號（CDMA、GPRS信號）并將傳感器和攝像機獲取到的伏兵信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。（2）數(shù)據(jù)庫，存儲參數(shù)，供后臺分析。（3）應(yīng)用軟件平臺。采用B/S模式，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器同意后可與數(shù)據(jù)庫相連。操作人員可讀取實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并得到預(yù)警值，從而做出判斷。3.1.2架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測的監(jiān)測方法(1)稱重法由稱重法是采用拉力的傳感器作為替代裝置，利用角度與拉力兩種不同的傳感器分別測量懸掛垂直的絕緣子串的順線傾斜角度、風吹偏向角度和導(dǎo)（地）線性荷載的大小，利用專門用來測量氣象的傳感器觀測風的速度和方向，進而推演計算出導(dǎo)（地）線被冰雪的覆蓋狀況。此方法可靠性高且簡單易行，但是稱重法也有一定的局限性，它受線路所在環(huán)境的影響較大，從長遠來看不利于穩(wěn)定運行。其中，架空輸電線路的水平應(yīng)力方程由式(3-1)可見。(3-1)其中，t0為導(dǎo)線的初設(shè)計溫度；tice為覆冰溫度；σ0為導(dǎo)線固有的水平應(yīng)力；α為導(dǎo)線的溫度膨脹系數(shù)；E為導(dǎo)線的彈性系數(shù)。(2)圖像檢測法圖像法根據(jù)假設(shè)在輸電線路桿塔上的監(jiān)控裝置來獲得輸電導(dǎo)線覆冰情況，導(dǎo)線覆冰以后輸電線路的直徑有所變化。通過采集覆冰圖像，采用邊緣算法檢測到導(dǎo)線邊緣再根據(jù)分析直徑的變化求得覆冰厚度。最常用的邊緣檢測方法是在空間區(qū)域內(nèi)將算子和邊緣卷積計算。目前常用的算子有很多，例如Canny算子、Roberts算子、LOG算子等。應(yīng)用傳統(tǒng)的圖像法速度快、時間短，但是由于算法比較簡單，容易受到噪聲的影響致使邊緣的監(jiān)測準確度不夠。(3)傾角-弧垂法傾角法指的是測量導(dǎo)電線傾斜角度可以用電線夾子旁邊的角度傳感器，按照設(shè)計的標準參數(shù)和實際狀態(tài)下的氣象方面的標準參數(shù)，將牛頓迭代法應(yīng)用于求解計算架空的線路的狀態(tài)方程中，以此計算出被冰覆蓋的條件下的導(dǎo)電線水平方向所具有的張緊力的作用大小，從而大體估算出導(dǎo)電線被冰覆蓋的厚度。圖3-1主桿塔等效檔距示意圖主桿塔等效檔距如圖3-1所示，Tv表示主桿塔垂直方向上所受的力，下面對輸電線路覆冰厚度與導(dǎo)線弧垂進行一個計算。輸電導(dǎo)線近似看作的方程為：（3-2）則導(dǎo)線最低點水平張力有：（3-3）其中，S是導(dǎo)線全長；h為主副桿塔的高度差，主桿塔較高時，h取正，反之取負。懸點不等高時的等效檔距公式為：（3-4）與lD1對應(yīng)的SD1為：（3-5）由于θ的存在A點兩側(cè)水平方向所受的張力不同，由平衡方程可知：（3-6）（3-7）假設(shè)導(dǎo)線自動載荷集度為q0，風載荷集度為qw，覆冰載荷集度為qice，則有覆冰后的Tv與覆冰前的Tv差：（3-8）則有：（3-9）最后可計算出冰的厚度：（3-10）下面求輸電導(dǎo)線覆冰后的弧垂圖3-2弧垂計算模型假設(shè)任意一點距弧垂最低點的距離為x′，則有：（3-11）（3-12）（3-13）最低點弧垂f為（3-14）至此，弧垂法求導(dǎo)線覆冰厚度和弧垂已全部完畢。(4)在線監(jiān)測法在線監(jiān)測系統(tǒng)一共由三個部分組成，監(jiān)測分機、無線電通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測中心。監(jiān)測分機是安裝在輸電桿塔上的一系列傳感器，其中包括拉力傳感器、角度傳感器、溫濕度傳感器、風速傳感器等。監(jiān)測分機檢測到的數(shù)據(jù)通過無線通信裝置傳遞給監(jiān)測中心。監(jiān)測中心將獲取的數(shù)據(jù)進行處理得到預(yù)警值并將其傳達給工作人員。工作人員對當前覆冰情況進行處理。3.2輸電線路覆冰預(yù)測與預(yù)警技術(shù)3.2.1輸電線路覆冰預(yù)測技術(shù)輸電線路覆冰預(yù)測按照采集數(shù)據(jù)間隔時間的長度可分為三種:長期預(yù)測、中期預(yù)測、短期預(yù)測。1.長期預(yù)測:我國長期預(yù)測一般在本年8月開始收集輸電線路氣象,覆冰,線路參數(shù)數(shù)據(jù)。得到本年度12月份到次年12月份的覆冰長期預(yù)測,主要步驟如:(1)覆冰預(yù)測預(yù)警中心收集輸電線路歷史覆冰資料與電網(wǎng)覆冰資料。(2)將得到的資料與影響覆冰情況的因子結(jié)合,如極渦、海溫、太陽黑子、副高等。根據(jù)概率論的計算得到不同程度覆冰的發(fā)生率。,并將不同因子得到的覆冰發(fā)生率進行加權(quán)計算,得到長期預(yù)測指數(shù)。(3)通過長期預(yù)測覆冰指數(shù),得到覆冰概率。(4)分析概率模型,得到定量的結(jié)果。覆冰預(yù)測預(yù)警中心將得到的定量結(jié)果經(jīng)國網(wǎng)運檢部審查之后,由各國網(wǎng)省公司公布,運維檢修部根據(jù)預(yù)測結(jié)果安排下一年的防冰措施。2.中期預(yù)測:中期預(yù)測又叫做覆冰形式預(yù)報。與長期預(yù)測相比,中期預(yù)測的時間短得多,通常只預(yù)測3-7天的覆冰形勢,主要步驟如下:(1)采用中期系統(tǒng)進行檢索,預(yù)估天氣系統(tǒng)在未來一周內(nèi)的變化,得到中期形勢結(jié)論。(2)采用全球數(shù)值預(yù)報模式,自動計算出三維溫度場、逆溫層、降水、降水粒子相態(tài)、三維風場。(3)結(jié)合不同的影響因子,如地形,坡向,導(dǎo)線走向、電流等,預(yù)測輸電線路覆冰程度。(4)將天氣中期形勢結(jié)論和線路覆冰結(jié)論進行人工訂正,編寫預(yù)測報告。覆冰預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布報告,并著重對易覆冰的地區(qū)發(fā)布分報告。3.短期預(yù)測:短期預(yù)測又叫做覆冰厚度預(yù)測。短期預(yù)測只預(yù)測未來1-3天的覆冰厚度。具體步驟如下:(1)與中期預(yù)測不同,短期預(yù)測通過區(qū)域數(shù)值預(yù)報模式,計算出三維溫度場、逆溫層、降水、降水粒子相態(tài)、三維風場。(2)結(jié)合不同的影響因子,如地形,坡向,導(dǎo)線走向、電流等,預(yù)測輸電線路覆冰區(qū)域并繪制區(qū)域圖。(3)根據(jù)覆冰區(qū)域圖,得到與之對應(yīng)的輸電線路計算出覆冰厚度并編寫報告。覆冰預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)向易覆冰地區(qū)發(fā)布報告。易覆冰地區(qū)及時作出相應(yīng)。3.2.2輸電線路覆冰預(yù)警技術(shù)1.預(yù)警等級當前覆冰預(yù)警等級如下表所示：表3-1電網(wǎng)覆冰預(yù)警等級覆冰厚度（mm）/覆冰增長時間（天）覆冰預(yù)警等級5～10/3藍色11～20/5黃色21～30/7橙色≥30/10紅色2.預(yù)測預(yù)警預(yù)測預(yù)警中心將長期、中期、短期所得報告經(jīng)國網(wǎng)運檢部審核以后，由預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)或內(nèi)部郵件將預(yù)測結(jié)果發(fā)給各省運維檢修部。運維檢修部根據(jù)情況對線路進行相應(yīng)的防護措施。3.3覆冰監(jiān)測預(yù)警模型3.3.1覆冰厚度監(jiān)測預(yù)警模型通過覆冰厚度模型可計算出實時覆冰厚度，結(jié)合線路設(shè)計覆冰厚度對線路建立預(yù)警模型，模型如圖3-2所示。圖中覆冰比值是等值覆冰厚度與設(shè)計覆冰厚度的比值，1級實時報警表示覆冰情況非常嚴重需要立即進行交流融冰，2級實時報警表示覆冰情況較為嚴重，這時需要派遣人員實地勘察，工作人員通過自己積累的經(jīng)驗根據(jù)具體情況進行人工除冰或者直流融冰，因為人工除冰對操作人員的技術(shù)要求不高，費用也較低，操作方便，因此在不會對人身安全構(gòu)成危害時可以選擇人工除冰。3級實時預(yù)警表示覆冰情況較輕或中等情況，操作人員應(yīng)適時關(guān)注覆冰情況，對覆冰情況做出正確判斷，及時除冰。圖3-2覆冰厚度監(jiān)測預(yù)警模型3.3.2導(dǎo)線弧垂監(jiān)測預(yù)警模型通過計算電氣距離來對輸電線路覆冰建立預(yù)警模型。具體方法如下：圖3-4輸電線對跨越物間隙計算示意圖控制點的弧垂為：（3-15）其中，f0是輸電線路的最大弧垂；x0是控制點到左桿塔的距離；l是水平檔距。該控制點的間隙為：（3-16）（3-17）安全間隙為d，定義危險系數(shù)為d%：（3-18）對d%有以下規(guī)定：表3-1危險系數(shù)與預(yù)警信息的對應(yīng)表危險系數(shù)>20%10%-20%5%-10%10%-20%預(yù)警信息安全較危險非常危險可能跳閘3.4本章小結(jié)本章描述了當前存在的輸電線路覆冰監(jiān)測方法以及裝置的結(jié)構(gòu)。建立了輸電線路覆冰預(yù)測與預(yù)警模型。模型介紹了兩個角度，一是根據(jù)輸電線路覆冰厚度決定緊急程度和除冰措施，二是根據(jù)輸電線路覆冰后弧垂變化決定輸電線路覆冰緊急程度。兩種模型均在之后的程序中有所體現(xiàn)。

4.架空輸電線路的除冰技術(shù)4.1輸電線路融冰技術(shù)據(jù)統(tǒng)計，自記錄以來，我國輸電線路結(jié)冰已造成5,000多起事故，造成停電等事故，嚴重危害了輸電線路的安全可靠運行。在國際上，各國正在研究輸電線路的除冰技術(shù)，但是沒有統(tǒng)一的標準。本章針對輸電導(dǎo)線覆冰的除冰技術(shù)進行了總結(jié)分析。并對這些除冰方法進行了風險評估。4.1.1機械除冰方法及風險評估機械除冰方法是利用各種機械應(yīng)力將冰從導(dǎo)線上脫落的方法，主要有以下兩種：1.adhoc方法adhoc方法是電網(wǎng)除冰專用的方法，專業(yè)人員通過判斷事故的類型來選擇具體的除冰方法。（1）當線路停電時，工作人員可利用拋擲短木棒將導(dǎo)線上的冰擊落或用長木棒在地面長直接敲擊導(dǎo)線使其覆蓋的冰被擊落。（2）當導(dǎo)線仍帶電時，用符合導(dǎo)線電壓等級的絕緣棒將導(dǎo)線上的冰擊落。（3）用絕緣的套圈套在導(dǎo)線上，然后順著導(dǎo)線拉，將導(dǎo)線上的冰消除。（4）當長木棒或者絕緣棒夠不到導(dǎo)線時，可以利用無人機、噴火器或彈槍等工具消除導(dǎo)線上的覆冰。adhoc方法從經(jīng)濟性和技術(shù)性方面來看，性能較好，價格低廉，對操作人員的技術(shù)要求低，操作人員可根據(jù)具體情況用自己的工作經(jīng)驗決定除冰方法。但從操作性和安全性來說就存在問題了。adhoc方法在現(xiàn)場由于各種條件的限制操作比較困難，同時掉落的冰塊可能會危及到操作人員的安全。因此在充分分析使用adhoc方法不會影響操作人員和設(shè)備的安全時才能使用此方法。2.滑輪鏟刮法滑輪鏟刮法是加拿大長期使用的機械除冰法。設(shè)備由滑輪、溝槽、支架等構(gòu)成，加在滑輪上的力使導(dǎo)線彎曲，從而使冰滑落。圖4-1滑輪鏟刮法裝置圖滑輪鏟刮法價格低廉、耗能小，同時操作人員不需要額外掌握專業(yè)知識就能掌握。在實際操作中雖然操作簡便，但操作時間長，同時也有一定的危險性。因此在中國還沒有得到廣泛應(yīng)用。4.1.2熱力融冰方法及風險評估熱力融冰方法是通過外加電源或者導(dǎo)線自身發(fā)熱使覆在導(dǎo)線上的冰融化或者根本不讓導(dǎo)線覆冰。目前熱力融冰的方法由八種，具體在本論文中描述四種：（1）交流短路電流融冰交流短路電流融冰是利用導(dǎo)線單相、兩相、三相電路使導(dǎo)線發(fā)熱，從而達到融冰的目的。共有兩種形式即導(dǎo)線-導(dǎo)線和導(dǎo)線-地線。圖4-2兩相短路融冰接線圖圖4-3單相短路融冰接線圖交流短路電流融冰意味著要將本線路的負荷全部去掉，會中斷供電造成一定的損失。同時操作復(fù)雜需要對操作人員進行長時間的培訓(xùn)。對于500kV以上的線路不采用此方法。但是交流短路電流融冰技術(shù)的安全性能較好。（2）帶負荷融冰方法帶負荷融冰方法有兩種情況，一是正常運行的情況下改變輸電線路運行方式從而達到融冰效果，二是在重負載的情況下外加融冰自耦變壓器達到融冰目的。自耦變壓器融冰原理如圖4-4所示、導(dǎo)線環(huán)路融冰如圖4-5所示。圖4-4自耦變壓器融冰原理圖圖中，1G—環(huán)路開關(guān)；2G-5G—隔離開關(guān)；1DL-4DL—斷路器；BI—融冰自耦變壓器；IS—絕緣子；LGJ-120—正常導(dǎo)線；2×LGJ-95—融冰段線路。圖4-5導(dǎo)線環(huán)路融冰圖帶負荷融冰法除冰效果好，執(zhí)行簡單，耗費不高。但供電質(zhì)量要采用雙分裂導(dǎo)線，這將導(dǎo)致改造線路費用很高。同時，帶負荷融冰的安全性較高。（3）移相變壓器融冰法通過改變線路的相角，改變線路的負荷分配，使某線段的電流增大，與原本的環(huán)流相加。達到一定的電流要求導(dǎo)線發(fā)熱以達到融冰目的。與交流短路電流融冰法相比，移相變壓器融冰可帶負荷操作，安全可靠。但是操作較為困難。（4）直流短路電流融冰法直流短路電流融冰法是將覆冰線路與電網(wǎng)斷開，一端將兩根導(dǎo)線相連形成回路，在另一端加直流電源，利用短路電流使導(dǎo)線發(fā)熱從而將導(dǎo)線上的冰融化。利用直流短路電流融冰法時，效率高、能耗低，對技術(shù)人員的技術(shù)性要求較低，安全可靠。但是在除冰過程中需要停電，并且直流融冰對周圍環(huán)境、地理地勢有一定的要求。4.1.3除冰新技術(shù)及風險評估（1）電磁脈沖除冰及風險評估電磁脈沖除冰技術(shù)的原理圖如圖4-6所示，通過在導(dǎo)線上產(chǎn)生較長時間的機械力來達到除冰效果。因其沒有可以活動的部件，操作簡單。電磁脈沖除冰目前仍不能滿足實際線路除冰。且EIDI電氣裝置費用較高，因此還有待研究。圖4-6電磁脈沖裝置原理圖（2）激光除冰技術(shù)激光除冰技術(shù)通過激光照射到冰和物質(zhì)的接觸面，此時有兩種方式一種是冰層融化，冰的附著力減小，在采用機械除冰。另一種是接觸面融化變成水蒸氣對表面冰產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致并碎裂然后脫落。激光除冰技術(shù)目前安全性高，但除冰時間較長且費用較高操作困難，有待改進。（3）機器人除冰技術(shù)機器人除冰技術(shù)先由人工清除導(dǎo)線上的一些覆冰，然后再放上設(shè)置好程序的機器人開始除冰。機器人除冰從技術(shù)性、經(jīng)濟性、操作性、安全性來看都很好，但目前還處于研究階段，未來大有前景。（4）微波除冰技術(shù)利用微波電磁場中，偶極子的轉(zhuǎn)動摩擦生熱使導(dǎo)線與冰的接觸面溫度升高，使接觸面上的冰開始融化并自然脫落。微波除冰技術(shù)的除冰時間長，費用高且對操作人員的技術(shù)有一定的要求。目前還沒有專門用于輸電線路除冰的微波電磁裝置。（5）熱氣熱水除冰技術(shù)熱氣除冰是利用蒸汽或已加熱的空氣對覆冰表面進行加熱從而使冰脫落。熱水除冰是利用高壓水槍將熱水噴在覆冰表面以達到除冰效果。熱氣熱水除冰技術(shù)操作簡單，對操作人員技術(shù)沒有過高要求，熱氣除冰技術(shù)價格比較適中，但熱水除冰的價格比較高。熱氣熱水除冰容易燙傷操作人員，安全性低。通過對輸電線路融冰方法的介紹，給出典型除冰方法的綜合評價如表4-1所示。表4-1典型除冰方法的綜合評價除冰方法除冰具體措施效果技術(shù)性可操作性安全性價格熱力除冰交流短路電流融冰有效高低高高帶負荷融冰有限中低高中移相變壓器融冰有效高低高高直流短路電流融冰有效低中高中機械除冰adhoc不定低低低中滑輪鏟刮有效低低低中除冰新技術(shù)電磁脈沖除冰有效低低高高激光除冰有限高低高高機器人除冰有效低中高中微波除冰有限高低高高熱氣除冰有效低低低中熱水除冰有限低低低高4.2融冰數(shù)據(jù)計算我國90%以上使用的是交流輸電，采用交流融冰技術(shù)不需要外間電氣設(shè)備，且交流融冰的效率高，因此本節(jié)描述的交流融冰的計算公式。融冰回路阻抗計算公式：Z為串入融冰回路的線路阻抗。融冰電流計算公式：（4-1）（4-2）采用三相短路融冰時有：（4-3）（4-4）采用兩相短路融冰時有：（4-5）（4-6）（4-7）融冰功率：（4-8）融冰時間計算：（4-9）（4-10）其中，R0是0℃時導(dǎo)線電阻，Ω/m；Tr是融冰時間，h；△T是導(dǎo)體和外界的溫差，℃G0是冰的比重，雨凇值為0.9；△R是冰層厚度，cm；D是導(dǎo)線覆冰后的外徑，cm；RT0是傳導(dǎo)熱阻，Ω。4.3本章小結(jié)本章具體介紹了目前存在的輸電線路覆冰的除、融冰措施。簡單計算了融冰數(shù)據(jù)。當前，在比較緊急的情況下，通常采用交流融冰技術(shù)，利用其融冰快，效率高對線路進行除冰。在較為緊急的情況下，一般根據(jù)操作人員的經(jīng)驗采用人工除冰或直流融冰技術(shù)，其中采用人工除冰之前，要確保對人身安全不構(gòu)成威脅才能采用。

5.基于VisualBasic軟件的架空輸電線路覆冰監(jiān)測的設(shè)計與模擬5.1VisualBasic軟件簡介VisualBasic(VB)是-種程序設(shè)計語言，具有對應(yīng)用程序進行設(shè)計、修改、運行等多種功能，也有網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等功能，被程序設(shè)計人員廣泛使用。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了各種各樣的新興的程序設(shè)計語言，但VB作為經(jīng)典程序，容易學(xué)習(xí)和掌握,內(nèi)在功能豐富，界面直觀方便，并且學(xué)習(xí)好VB設(shè)計語言，對其他語言的學(xué)習(xí)也有很大的幫助作用，所以VB仍然是很多程序設(shè)計人員的必修課程。常用的VB元素有：1．標題欄這一功能用于顯示正在開發(fā)或調(diào)試的工程名和系統(tǒng)的工作狀態(tài)（設(shè)計態(tài)、運行態(tài)、中止態(tài)）。2.窗體設(shè)計器3．工程管理器窗口4．屬性窗口圖5-1工程窗口圖5-2屬性窗口5.菜單欄編輯窗體中的菜單。6．工具欄7．控件（工具）箱編寫窗體時，從控件工具箱拖拽出所需的控件進行窗體設(shè)計。8.彈出式（上下文）菜單在要使用的對象上單擊鼠標右鍵即可打開快捷菜單，其上會出現(xiàn)與當前對象相關(guān)的經(jīng)常執(zhí)行的操作，以加快操作速度。9．對象瀏覽器10．窗體布局窗口啟動VB6.0出現(xiàn)如圖5-1所示的窗口，選擇“標準EXE”工程，進入圖5-2所示界面。按照所需完成的功能對程序進行編寫。圖5-2中上方窗口放控件（為對象窗口），下方窗口編寫代碼（為代碼窗口）。圖5-3進入窗口圖5-4VB軟件程序開發(fā)界面5.2輸電線路覆冰監(jiān)測的仿真設(shè)計根據(jù)前文對架空導(dǎo)線覆冰理論知識的研究和對VB軟件使用方法的學(xué)習(xí)，這里使用VB6.0軟件設(shè)計出一個監(jiān)測導(dǎo)線覆冰的應(yīng)用程序，這個程序的功能有:（1）介紹了輸電線路覆冰的原理、危害、類型，并且對當前常用的輸電線路覆冰監(jiān)測方法進行了介紹。（2）對目前存在的輸電線路防、除、融冰措施從安全性、經(jīng)濟型、操作性、技術(shù)性等方面進行了綜合分析。（2）對現(xiàn)實中導(dǎo)線的監(jiān)測進行模擬，根據(jù)輸入的錢路參數(shù)計算出覆冰質(zhì)量，再與輸入的參數(shù)進行對比，判斷出導(dǎo)線是否需要除冰，如果需要除冰則給出檢修建議。VB流程圖如圖5-1所示，功能框架圖如圖5-2所示。圖5-5覆冰程序流程圖圖5-6覆冰程序功能框架圖5.3輸電線路覆冰監(jiān)測的仿真模擬5.3.1登錄界面及主界面登錄界面如圖5-7所示，輸入用戶名“2017000948”和密碼“1”后可進入使用界面。其中用戶名和密碼未輸或輸錯均有提示。主界面由理論介紹、輸電線路覆冰監(jiān)測方法、輸電線路除冰措施、傾角-弧垂法分析、長短徑法計算等部分組成。用戶通過點擊每一部分可了解到輸電線路覆冰的原理、類型、危害，目前常用的輸電線路監(jiān)測方法、當前存在的輸電線路除冰措施綜合分析。圖5-7登錄界面圖5-8主界面5.3.2理論介紹界面理論介紹包括覆冰類型、危害、原理、導(dǎo)線覆冰監(jiān)測方法以及導(dǎo)線覆冰除冰方法。覆冰類型界面如圖5-9所示，其他界面類似，具體內(nèi)容已在前面章節(jié)做了介紹，在本章不再過多贅述。5.3.3綜合分析界面綜合分析界面運用的是傾角弧垂法對線路覆冰情況進行分析，共有兩組數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入，選擇好數(shù)據(jù)以后，點擊“診斷”可得到對應(yīng)的覆冰厚度以及導(dǎo)線弧垂。并且會對超出安全范圍的數(shù)據(jù)進行亮“紅燈”的方法對操作人員進行提醒。點擊“分析”可對當前覆冰情況進行分析，討論是否需要及時除冰，用何種方法進行除冰。主要分為三種方式。一是1級警報，需要立即采用交流融冰技術(shù)進行除冰；二是2級警報，覆冰情況較為嚴重，可根據(jù)操作人員積累的經(jīng)驗選擇人工除冰還是直流融冰技術(shù)；三是3級警報，覆冰情況中等或者較輕，無需立即除冰，建議密切觀察。綜合分析界面如圖5-10所示，警告界面如圖5-11、5-12、5-13所示。圖5-9導(dǎo)線覆冰類型界面圖5-10綜合分析界面圖5-11警告1圖5-12警告2圖5-13警告35.3.4長短徑法分析界面長短徑法來確定輸電線路等值覆冰厚度的一種方法，長短徑法分析界面“線路參數(shù)”、“覆冰系數(shù)”框中可以自動輸入兩種數(shù)據(jù)，也可手動輸入數(shù)據(jù)。點擊“診斷”可得到平均長、短徑、等值覆冰厚度以及覆冰比值。同時界面可直接對覆冰比值情況進行判斷?？煞譃樗姆N情況：覆冰比值大于0.8是亮“紅燈”；覆冰比值在0.5-0.8范圍內(nèi)亮“橙燈”；覆冰比值在0.2-0.5范圍內(nèi)亮“黃燈”；覆冰比值小于0.2是亮“綠燈”。點擊“分析”可對當前覆冰情況給出除冰建議，與5.3.3中提到的警告基本一致。長短徑法分析界面如圖5-14所示。圖5-14長短徑法分析界面5.4本章小結(jié)本章介紹了基于VB6.0軟件的輸電線路覆冰監(jiān)測與檢修模擬。程序?qū)崿F(xiàn)了對輸電線路覆冰的基礎(chǔ)理論知識的介紹，可以利用傾角-弧垂法對實際數(shù)據(jù)進行計算診斷檢修，還可以通過長短徑法計算輸電線路覆冰厚度，從而對線路進行除冰措施以保證輸電線路的正常使用。

6.結(jié)論與展望6.1結(jié)論輸電線路嚴重覆冰可能會導(dǎo)致沿面閃絡(luò)、絕緣子破裂、金具損壞、支撐桿塔倒塔、導(dǎo)線斷裂等等。為防止更大事故的發(fā)生可能會斷開斷路器，造成部分地區(qū)停電。輸電線路發(fā)生故障會影響供電質(zhì)量和可靠性，給工廠生產(chǎn)和居民生活帶來困擾，嚴重的還會給國民經(jīng)濟造成重大損失。本文總結(jié)當前的輸電線路覆冰模型、監(jiān)測方法、檢修措施。主要有：（1）本文總結(jié)了輸電線路覆冰形成原理、覆冰類型、覆冰厚度的影響因素、覆冰厚度模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)計算。輸電線路覆冰主要由自然天氣和導(dǎo)線所處的地理位置影響，不同的天氣和地形產(chǎn)生的覆冰類型也不同。一共有五類：雨凇、霧凇、混合凇、白霜、干雪。標準覆冰厚度有三種計算方法，一是長短徑法（主要討論），二是周長法，三是橫截面法。等值覆冰厚度是標準覆冰厚度與修正系數(shù)的乘積。修正系數(shù)由高度換算系數(shù)、重現(xiàn)期換算系數(shù)、徑線換算系數(shù)、地形換算系數(shù)構(gòu)成。（2）本文描述了當前存在的輸電線路覆冰監(jiān)測方法以及裝置的結(jié)構(gòu)。建立了輸電線路覆冰預(yù)測與預(yù)警模型。模型介紹了兩個角度，一是根據(jù)輸電線路覆冰厚度決定緊急程度和除冰措施，二是根據(jù)輸電線路覆冰后弧垂變化決定輸電線路覆冰