2012年 第6卷 第3期 2012，V ol. 6，No. 3
南方电网技术
SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY
中图分类号：TM75
高电压技术
High Voltage Technology
文献标志码：A
文章编号：1674-0629(2012) 03-0033-05
输电线路融冰技术研究与应用评述
傅闯，饶宏，许树楷，黎小林
(南方电网科学研究院，广州510080)
摘要：输电线路的持续覆冰会导致输电线路严重受损，以致电网部分或全网停运。介绍了几种主要电能融冰方法的原理、应用现状和前景。实际应用表明直流融冰、交流短路融冰、过负荷融冰（运行方式融冰）是三种可行和实用的方法，其中以直流融冰技术最为有效。总结了直流融冰技术在我国的研究和实际应用效果，并提出该技术进一步推广应用急需解决的主要技术问题。
关键词：输电线路；覆冰；直流融冰；交流短路融冰；运行方式融冰
Review on the Research & Application of Transmission Lines Deicing Technology
FU Chuang, RAO Hong, XU Shukai, LI Xiaolin
(Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou 510080, China)
Abstract: Ice-clad transmission lines can seriously damage a power grid as to cause its partial or whole breakdown. The principles, application status and prospect of some main deicing methods are introduced in this paper. The practical application shows that the methods of DC deicing, AC short-circuit deicing and over-load deicing are feasible and useful, and the DC deicing method has become the most effective means to prevent ice disaster of the power grid. The research and application effects of DC deicing technology in China are reviewed, and the main technology issues in its further popularization and application are presented. Key words: transmission line; ice-clad; DC deicing; AC short-circuit deicing; over-load deicing
近年来，全球各类气象灾害更为频繁，极端天融冰等。
本文对几种主要融冰方法的原理、应用现状和前景进行了介绍。对直流融冰技术在我国的研究和实际应用效果进行了介绍，并提出了直流融冰技术在我国进一步推广应用急需解决的主要技术问题。
气气候事件更显异常，冰灾造成电力系统的损失和影响更趋严重。受大气候、微地形、微气象条件的影响，我国冰灾事故频繁发生，电网受到的影响越来越严重[12]。
-
为应对越来越频繁的冰灾对电力系统的严重威胁，电力科技工作者界研究了多种防冰和除冰技术，防冰方法主要包括防冰涂料和低居里铁磁材料，除力学除冰冰方法主要包括力学除冰[35]和电能融冰。
-
1 几种主要融冰方法
1.1 交流短路融冰
交流短路融冰的基本思路是将融冰线路的一端三相短路，在另一端提供融冰电源，利用短路电流使导线发热以融化导线上的覆冰。在实际应用中交流短路融冰主要有两种方法：
1） 将需要融冰线路三相短路，利用发电机带融冰线路零起升流，如图1所示。 一般情况下，零起升流只适合于需要的融冰电流较小的输电线路，且要求发电机容量较大。
2） 将融冰线路短路，对三相短路线路进行全电压冲击合闸，如图2所示。
在第二种方法中，需要根据融冰电流大小来选
能够解决电网覆冰中的个别或者局部问题，但无法应对电网大面积覆冰。电能融冰方法主要包括交流短路融冰、过负荷融冰、基于移相器带负荷融冰、基于绝缘分离导线融冰、高频高压激励融冰、直流基金项目：国家自然科学基金资助项目“直流融冰技术应用于现代电网关键问题研究”（51177068）；“十一五”国家科技支撑计划资助项目“电网抵御极端天气灾害关键技术及装置开发与应用”（2009BAA23B00）。 Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China “Study of Several Key Problems of the Application of DC Deicing Technology to Modern Power Grid” (51177068); Supported by the “11th Five Year” National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China (2009BAA23B00).
34
南方电网技术 第6卷
取合适的短路回路阻抗，一般通过低一级的电压对高一级的线路实施短路融冰。该方法对系统冲击较大，在无功备用不足的情况下，可能引起系统稳定问题。此方法一般应用于35 kV、110 kV和220 kV线路。对于大截面输电线路，所需的融冰电源容量较大，难于实现。
湖南试验研究院研制了可调电容串联补偿式交流融冰装置并开展了现场试验[8]，该方法存在谐振的风险，在电容和融冰线路上产生谐振过电压，可能会影响到系统的稳定性。
1.2 过负荷融冰（运行方式融冰）
运行方式融冰是指在不停线路，通过运行方式调整改变潮流分布，增加覆冰线路负荷电流，增大线路发热量，以实现融冰或者。方式融冰操作方便，节省时间，不需要线路停电，只需要调整电网运行方式即可实现融冰。但只有对于220 kV及以下线路，才有通过方式调整将覆冰线路电流增加至融冰电流的可能。运行方式融冰对于110 kV等级的地区
图1 发电机带线路零起升流
Fig. 1 Generators Zero-initial Current Boosting
with Transmission Lines
电网可实施性较强，地区电网只需组织足够的负荷或机组出力即可对通道上线路进行方式融冰。
2011年贵州电网防冰抗冰中，主网采用调整方式及电厂出力先后对220 kV东干、铜孙线路进行方式融冰，各供电局通过调整110 kV地区负荷供电方式，对110 kV线路进行方式融冰315次，效果良好。2012年对110 kV线路开展方式融冰10余次。
1.3 移相变压器融冰
基于移相变压器融冰法不需要停运线路，利用安装在线路上移相变压器改变平行双回线或多回线的潮流分布，使其中一回线的电流来增加到融冰电流进行融冰（见图3）。加拿大J. Brochu等针对Matapédia电网设计了基于移相变压器的融冰方案[9]，可对超过900 km的230 kV和315 kV线路进行融冰，但该方案还未实施过。这种方法将显著增加系统无功需求，且对系统安全稳定影响较大。该方案能够达到的最大电流有限，很难用于500 kV线路融冰。
图2 三相短路冲击合闸
Fig. 2 Impact Reclosing with Three-phase Short-circuit
交流短路融冰在国内外得到了较为广泛的应用，国内如湖南电网、贵州六盘水供电局、宁夏固原供电局，国外如加拿大Manitoba Hydro。加拿大湖南Manitoba Hydro进行过三相短路融冰试验[67]。
-
省从1955年就开始交流短路法对覆冰严重的线路进行融冰，在交流融冰方面有一套完整的组织和技术体系[8]。在多年的交流融冰实践中提出了多种改进方案，例如两相短路融冰（三相串联以大地做回路形成两相短路）、降低线路融冰电源电压等级等方法。贵州六盘水供电局1985年对110 kV水盘线、盘沙线和沙兴线制定了融冰方案，在1987年对方案进行了修订完善，在1990年进行了融冰试验。
自20世纪70年代以来我国就一直在220 kV以下线路上采用交流短路融冰方法对严重覆冰线路进行融冰，对防止冰灾起到了一定的作用。特别是2008 年的冰灾中湖南电网共对线路进行20次的融冰工作，发挥了较好作用。
由于存在线路感抗，交流融冰需要电源提供很大的无功。鉴于交流融冰需要电源提供很大的无功，
[8]
图3 移相变压器融冰原理
Fig. 3 ONDI Energization and Network Configuration for De-icing
1.4 绝缘分裂导线融冰
对于多分裂导线，可以通过把线路电流集中在某一分裂导线上，增大发热量而融冰，通过各分裂
第3期
傅闯，等：输电线路融冰技术研究与应用评述 35
导线间的切换，使线路覆冰完全融化。这种方法要求线路分裂导线间相互绝缘，需要对线路进行大范围改造。加拿大的P. Couture提出并设计了基于绝缘分裂导线的智能输电线路（Smart power line, SPL ）并申请了专利，但至今仅还处于概念阶段[10]。国内也有学者对此进行了研究，但还没有实际应用。
宝鸡电业局将重覆冰线路110 kV马向Ⅰ、Ⅱ线改造为装有绝缘间隔棒的二分裂导线，并将每相的两根导线用三片绝缘子隔离，自断开点两侧用悬空T 形接线引入融冰变电所。当需要导线带负荷融冰时，通过专门的融冰自耦变压器的电压差在二分裂导线产生强迫的融冰环流，使得导线发热融冰。如图4所示，已经应用多年，在解决小范围覆冰问题提供了很好的借鉴参考。
研制了直流电压为14 kV和50 kV的晶闸管整流融冰装置，并成功应用于110 kV输电线路的除冰。1998年北美冰灾后，Hydro-Québec与AREV A T&D （现为ALSTOM T&D）合作开发了一套直流融冰装置，安装在魁北克电网的Lévis变电站，容量250 MW ，直流输出电压±17.4 kV，设计目的是对4条该装置2008735 kV和2条315 kV线路进行融冰[12]。年完成现场试验，但至今未进行过实际融冰。
2008年冰灾后，我国电力科技工作者进行了直流融冰技术和装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的适用于各电压等级线路融冰的大功率直流融冰装置系列[1318]，进而在全国进行了推广
-
应用，并在2009—2011年覆冰期进行了大规模应用，在规模和实际应用效果均已走在了世界前列。
基于对直流融冰装置及系统的研究，南方电网科学研究院和南京南瑞继保电气有限公司在国内首次完成了主要用于500 kV线路融冰的带专用整流变压器的12脉动直流融冰装置样机（容量60 MW）和主要用于220 kV线路融冰的不带专用整流变压器的6脉动直流融冰装置样机（容量25 MW）的研发，并成功地完成了现场试验。随后中国电力科学
图4 自耦变压器+双分裂导线融冰方案
Fig. 4 Deicing Principle with Twin Bundled Conductor
Autotransformer
研究院、浙江谐波科技有限公司等单位也研发了相应的直流融冰装置样机并完成现场试验。
南方电网主要在贵州、云南、广西和广东2008年冰灾区域进行了直流融冰装置的推广应用。已经投运的较大容量的直流融冰装置均采用12脉动换流器，配置了静止无功补偿装置（SVC ）功能。其中，南方电网西电东送主通道上的500 kV桂林变电站的直流融冰装置（如图5所示）是世界上融冰距离最长的直流融冰装置，可对超过300 km的500 kV线路进行融冰。其额定融冰功率225 MW，额定融冰电流4.5 kA，额定直流电压±25 kV，SVC 模式容量240 Mvar，是国内容量最大的直流融冰装置，也是国内最大的SVC 装置。
1.5 高频激励融冰
20世纪末 McCurdy等提出了用8～200 kHz 高频激励融冰的方法[11]，其机理是高频时冰为一种有损耗电介质，能直接引起发热，且集肤效应导致电流只在导体表面很浅范围内流通，使得电阻损耗发热。McCurdy 推荐较好的除冰频率范围是20～但由于有高频电磁波干扰，在很多国家150 kHz[11]，
受限制。除冰频率可以选择不在管制范围内的较低频率[1]，例如8 kHz，但此时介质损耗和集肤效应很难取得平衡，需要通过采取移动电源激励点而使驻波移动的方法来改善。高频激励方法目前只在1 m长的裸导线上进行了试验验证，其可行性还待于进一步的现场试验验证，很难大规模应用于电网。 1.6 直流融冰
直流融冰是电网抵御冰灾的一种重要手段。国际上，前苏联自1972年开始使用二极管整流装置融冰，后来采用晶闸管整流装置。俄罗斯直流研究院
2 直流融冰装置的应用及效果
2.1 应用情况
2009年初，贵州电网公司对110 kV福牛线、220 kV福旧线、500 kV福施Ⅱ线、110 kV水树梅线进行了直流融冰，云南电网公司对220 kV昭大Ⅰ线进行了直流融冰，广东电网公司对110 kV通梅线进行直流融冰。2009年11月，云南电网公司对110
36
南方电网技术 第6卷
kV 大中T 线进行了直流融冰。在线路电流到达设计最小融冰电流后覆冰很快全部脱落，与设计值吻合。初期的实际应用表明直流融冰技术是电网除冰的有效手段。
线路进行了10余次融冰后再无线路和杆塔受损现象发生。贵州地区目前在500 kV福泉、安顺和息峰变电站安装的3套直流融冰装置可对贵州500 kV“日”字形环网实现直流融冰，2011年初实施500 kV 线路融冰30余次，融过冰的线路基本上没有再发生线路跳闸事故。无直流融冰装置覆盖的500 kV发八甲、乙线和光换线则频繁出现跳闸，2011年1月26日引起发耳电厂500 kV系统全停，2011年1月26日引起光照电厂全站失压。直流融冰显著改变了冰灾期间的线路故障形态，2011年冰灾期间贵州电网110 kV及以上输电线路跳闸共约130余次，主要原因是绝缘子串冰闪及地线断线，大部分出现在尚不能进行直流融冰的500 kV八河站、兴仁换流站
图5 500 kV 桂林变电站直流融冰装置
Fig. 5 DC Deicers with SVC Function at 500 kV Guilin Substation
区域线路，经融冰的贵州500 kV“日”字形环网则很少出现冰闪。
2011年冰灾期间贵州低温日数多、冻雨时间长，是低温雨雪冰冻发生范围最广的省份，位居南方遭受灾害的8个省（市、区）之首，贵州省气象局的通报表明2011年冰灾达特重等级，位居1961年以来的第2位。但贵州电网在2008年和2011年冰灾期间受损对比情况如表1所示，由此可说明直流融冰装置的应用效果。
表1 2008年和2011年冰灾贵州电网受损情况对比
Tab.1 Damage Comparison of Guizhou Power Grid in 2008 & 2011 受损类别 2008年 2011年 线路倒塔 220 kV 及以上线路倒塔
444基 电网解列 负荷损失
严重时解列成7片运行 大量减供负荷，最大减供负荷达灾前57.5%
未发生220 kV及以上线路倒塔
未发生110 kV及以上电网解列
冰灾期间负荷、供电量多次创历史新高
2011年初，类似2008年的大面积覆冰再次袭击南方电网，已经安装的直流融冰装置均发挥了重大作用，对110 kV以上线路进行直流融冰共计200余次，其中500 kV交流线路40余次，110 kV架空地线融冰1次。由于直流融冰装置的应用，2011年冰灾期间未发生220 kV及以上线路倒塔事故，确保了电网安全稳定运行和电力正常供应。
2012年初，南方电网对110 kV及以上线路开展直流融冰100余次，确保了相关线路和电网的安全。
2011年初和2012年初，浙江、湖南、四川等地方的直流融冰装置也开展实际融冰工作。
根据2009—2011年冰期的实际情况，在解决导线覆冰后，架空地线和复合光纤地线（OPGW ）覆冰已经成为线路跳闸和影响线路融冰后恢复送电成功的主要原因。南方电网在2011年对将直流融冰技术应用于架空地线和OPGW 进行了系统性的研究，2012年初，南方电网对110 kV及以上架空地线和复合光纤地线（OPGW ）开展融冰15条次。 2.2 应用效果
直流融冰装置的应用，基本杜绝了电网设备受冰灾损坏，也明显改变了电网冰期故障形态，使得由于冰闪引起的跳闸次数明显减少。
南方电网西电东送主通道在2008年、2009年和2010年初均有500 kV输电线路和杆塔受覆冰损害。2011年采用直流融冰装置对所属线路500 kV
城市供电 50个县（区）供电受影响，未发生县级及以上城市
都匀城区停电11天 停电事故
3 结语
已有实际应用表明直流融冰、交流短路融冰、过负荷融冰（运行方式融冰）是电网三种具有普适性的融冰方法，其他融冰和除冰方法只能在特定条件下使用。500 kV线路基本只能采用直流融冰；220 kV 线路主要采用直流融冰，也可根据实际情况采用交流短路融冰或运行方式融冰；110 kV及以下电压等级线路根据实际情况采用运行方式融冰、交流短路融冰或直流融冰。适时的融冰对保证系统安全有
第3期
傅闯，等：输电线路融冰技术研究与应用评述 37
Power System Technology, 2009，4（4）：77-79.
[9]
CLOUTIER R, BERGERON A, BROCHU J. On-load Network De-icer Specification for a Large Transmission Network [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 2007, 22（3）：1947-1955.
[10]
COUTURE P. Switching Modules for the Extraction/Injection of Power (Without Ground or Phase Reference) from a Bundled HV Line [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 2004, 19（3）：1259-1266.
[11]
McCURDY J D, SULLIVAN C R, PETRENKO V F. Using Dielec-tric Losses to De-ice Power Transmission Lines with 100 kHz High-voltage Excitation [C]// Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Sept. 30 - Oct. 4, 2001. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2001, 4：2515-2519.
[12]
HORWILL C, DAVIDSON C C, GRANGER M, et al. An Applica-tion of HVDC to the De-icing of Transmission Lines [C]// 2005/2006 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition, May 21-24, 2006, Dallas, USA: IEEE, 2006: 529-534.
[13]
饶宏，李立浧，黎小林，等. 南方电网直流融冰技术研究[J]. 南方电网技术，2008，2（2）：7-12.
RAO Hong , LI Licheng , LI Xiaolin , et al . Study of DC based de-icing technology in China Southern Power Grid [J]. Southern Power System Technology , 2008，2（2）：7-12.
[14]
傅闯，饶宏，黎小林，等. 直流融冰装置的研制与应用[J]. 电力系统自动化，2009, 33（11）：53-56.
FU Chuang, RAO Hong, LI Xiaolin, et al. Development and Appli-cation of DC Deicer [J]. Automation of Electric Power Systems , 2009, 33（11）：53-56.
[15]
马晓红，赵立进，李巍，等. 直流融冰技术在贵州电网的应用 [J]. 南方电网技术，2009，3（5）：107−110.
MA Xiaohong, ZHAO Lijin, LI Wei, et al. Application of DC Based De-icing Technology in Guizhou Power Grid [J]. Southern Power System Technology，2009，3（5）：107−110.
[16]
张翔, 田杰, 李海英，等. 适用于直流融冰装置的基频保护[J]. 2010, 30 （34）：99−104.
ZHANG Xiang, TIAN Jie, LI Haiying, et al. Protection Based on Fundamental Component for DC Deicer [J]. Preceding of the CSEE, 2010, 30 （34）：99−104.
[17]
申屠刚, 程极盛, 江道灼, 等. 500 kV直流融冰兼动态无功补偿系：75−80. 统研发与工程试点[J]. 电力系统自动化，2009，33（23）SHEN Tugang, CHENG Jisheng, JIANG Daozhuo, et al. Research and Pilot Project of DC Deicer-SVC System for 500 kV Transmission Lines [J]. Automation of Electric Power Systems, 2009, 33（23）：75−80.
[18]
谢彬, 洪文国, 熊志荣, 等. 500 kV 复兴变电站固定式直流融冰兼SVC 试点工程的设计 [J]. 电网技术，2009，33（18）：182−185. XIE Bin, HONG Wenguo, XIONG Zhirong, et al. Pilot Project De-sign of Concurrent Fixed DC Ice-Melting and SVC for 500 kV Fuxing Substation [J]. Power System Technology, 2009，33（18）：182−185.
极其重要的作用。
直流融冰装置的正常运行需要接入融冰线路。但如果在直流融冰装置现场试验、维护验证试验中采用接入输电线路的方式进行，则试验既受电网运行方式限制，也必然给电网的正常运行造成影响，不但影响送电，还可能危及电网的安全。因此，需要研究并提出直流融冰装置的等效试验方法，使得直流融冰装置现场试验、维护验证试验能够与接入融冰线路的运行工况完全等效。
鉴于近年来国内频繁出现冰灾，直流融冰的实际应用效果良好，国内将进一步推广直流融冰装置，但在电网大面积覆冰时，如果同一电网有大量直流融冰装置同时使用，除线路覆冰跳闸引起电网事故外，融冰工作本身也将有可能危及电网的安全稳定。因此，电网中直流融冰装置的布点原则和考虑各种风险和约束的融冰优化调度策略研究已经开展。
参考文献：
[1] [2]
FARZANEH M. Atmospheric Icing of Power Networks [M]. Berlin, Germany: Springer, 2008.
许树楷，赵杰. 电网冰灾案例及抗冰融冰技术综述[J]. 南方电网技术，2008，2（2）：13-18.
XU Shukai, ZHAO Jie. Review of Ice Storm Cases impacted seriously on Power Systems and De-icing Technology [J]. Southern Power System Technology, 2008, 2（2）：13-18.
[3]
MONTAMBAULT S. The HQ LineROVer: Contributing to Innova-tion in Transmission Line Maintenance [C]// 2003 IEEE 10th Inter-national Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live-line Maintenance, April 6-10, 2003, Orlando, Florida, USA: IEEE, 2003: 33–40.
[4]
LEBLOND A, LAMARCHE B, BONCHARD D, et al. Development of a Portable De-Icing Device for Overhead Ground Wires [C]// Proc. of 11th International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, June 12-16, 2005, Montréal, Canada: [s.n.], 2005: 399-404.
[5]
LANDRY M, BEAUCHEMIN R, VENNE A. De-icing EHV Over-head Transmission Lines Using Electromagnetic Forces Generated by Moderate Short-circuit Currents [C]// Proceedings of IEEE 9th International Conference on Transmission and Distribution Construc-tion, Operation and Live-line Maintenance, Oct. 8-12, 2000, Montréal, Canada：IEEE, 2000: 94-100.
[6]
ADOLPHE W D. Ice Melting of Sub-Transmission Lines [R]. Paper for Canadian Electrical Association. Oct. 1992, Manitoba Hydro, Toronto, Canada：CEA, 1992: 1-27.
[7]
KALMIN L P, SOLDATOV V A. The Application of Phase-shifting Transformers to the Power Line Ice Melting [C]// 5th Presented at the Int. Workshop on Atmospheric Icing of Structures, Oct. 29 - Nov. 1, 1990, Tokyo, Japan: 1990.
[8]
陆佳政, 李波, 张红先, 等. 新型交直流融冰装置在湖南电网的应用[J]. 南方电网技术，2009，4（4）：77-79.
LU Jiazheng, LI Bo, ZHANG Hongxian, et al. Application of New-Type AC and DC De-Icers in Hunan Power Grid [J]. Southern
收稿日期：2011-06-22
傅闯（1973），男，四川南部人，高级工程师（教授级），工学博士，
作者简介：
从事大功率电力电子、高压直流输电、电能质量控制等方面的研发和应用工作（e-mail ）[email protected]；
饶宏（1961），男，湖北武汉人，高级工程师（教授级），工学硕士, 从事交直流电力系统及高压直流输电的研究、设计、建设和管理；
许树楷（1978），男，广东揭阳人，高级工程师，工学博士，从事柔性交直流输电技术的研究和应用。
2012年 第6卷 第3期 2012，V ol. 6，No. 3
南方电网技术
SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY
中图分类号：TM75
高电压技术
High Voltage Technology
文献标志码：A
文章编号：1674-0629(2012) 03-0033-05
输电线路融冰技术研究与应用评述
傅闯，饶宏，许树楷，黎小林
(南方电网科学研究院，广州510080)
摘要：输电线路的持续覆冰会导致输电线路严重受损，以致电网部分或全网停运。介绍了几种主要电能融冰方法的原理、应用现状和前景。实际应用表明直流融冰、交流短路融冰、过负荷融冰（运行方式融冰）是三种可行和实用的方法，其中以直流融冰技术最为有效。总结了直流融冰技术在我国的研究和实际应用效果，并提出该技术进一步推广应用急需解决的主要技术问题。
关键词：输电线路；覆冰；直流融冰；交流短路融冰；运行方式融冰
Review on the Research & Application of Transmission Lines Deicing Technology
FU Chuang, RAO Hong, XU Shukai, LI Xiaolin
(Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou 510080, China)
Abstract: Ice-clad transmission lines can seriously damage a power grid as to cause its partial or whole breakdown. The principles, application status and prospect of some main deicing methods are introduced in this paper. The practical application shows that the methods of DC deicing, AC short-circuit deicing and over-load deicing are feasible and useful, and the DC deicing method has become the most effective means to prevent ice disaster of the power grid. The research and application effects of DC deicing technology in China are reviewed, and the main technology issues in its further popularization and application are presented. Key words: transmission line; ice-clad; DC deicing; AC short-circuit deicing; over-load deicing
近年来，全球各类气象灾害更为频繁，极端天融冰等。
本文对几种主要融冰方法的原理、应用现状和前景进行了介绍。对直流融冰技术在我国的研究和实际应用效果进行了介绍，并提出了直流融冰技术在我国进一步推广应用急需解决的主要技术问题。
气气候事件更显异常，冰灾造成电力系统的损失和影响更趋严重。受大气候、微地形、微气象条件的影响，我国冰灾事故频繁发生，电网受到的影响越来越严重[12]。
-
为应对越来越频繁的冰灾对电力系统的严重威胁，电力科技工作者界研究了多种防冰和除冰技术，防冰方法主要包括防冰涂料和低居里铁磁材料，除力学除冰冰方法主要包括力学除冰[35]和电能融冰。
-
1 几种主要融冰方法
1.1 交流短路融冰
交流短路融冰的基本思路是将融冰线路的一端三相短路，在另一端提供融冰电源，利用短路电流使导线发热以融化导线上的覆冰。在实际应用中交流短路融冰主要有两种方法：
1） 将需要融冰线路三相短路，利用发电机带融冰线路零起升流，如图1所示。 一般情况下，零起升流只适合于需要的融冰电流较小的输电线路，且要求发电机容量较大。
2） 将融冰线路短路，对三相短路线路进行全电压冲击合闸，如图2所示。
在第二种方法中，需要根据融冰电流大小来选
能够解决电网覆冰中的个别或者局部问题，但无法应对电网大面积覆冰。电能融冰方法主要包括交流短路融冰、过负荷融冰、基于移相器带负荷融冰、基于绝缘分离导线融冰、高频高压激励融冰、直流基金项目：国家自然科学基金资助项目“直流融冰技术应用于现代电网关键问题研究”（51177068）；“十一五”国家科技支撑计划资助项目“电网抵御极端天气灾害关键技术及装置开发与应用”（2009BAA23B00）。 Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China “Study of Several Key Problems of the Application of DC Deicing Technology to Modern Power Grid” (51177068); Supported by the “11th Five Year” National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China (2009BAA23B00).
34
南方电网技术 第6卷
取合适的短路回路阻抗，一般通过低一级的电压对高一级的线路实施短路融冰。该方法对系统冲击较大，在无功备用不足的情况下，可能引起系统稳定问题。此方法一般应用于35 kV、110 kV和220 kV线路。对于大截面输电线路，所需的融冰电源容量较大，难于实现。
湖南试验研究院研制了可调电容串联补偿式交流融冰装置并开展了现场试验[8]，该方法存在谐振的风险，在电容和融冰线路上产生谐振过电压，可能会影响到系统的稳定性。
1.2 过负荷融冰（运行方式融冰）
运行方式融冰是指在不停线路，通过运行方式调整改变潮流分布，增加覆冰线路负荷电流，增大线路发热量，以实现融冰或者。方式融冰操作方便，节省时间，不需要线路停电，只需要调整电网运行方式即可实现融冰。但只有对于220 kV及以下线路，才有通过方式调整将覆冰线路电流增加至融冰电流的可能。运行方式融冰对于110 kV等级的地区
图1 发电机带线路零起升流
Fig. 1 Generators Zero-initial Current Boosting
with Transmission Lines
电网可实施性较强，地区电网只需组织足够的负荷或机组出力即可对通道上线路进行方式融冰。
2011年贵州电网防冰抗冰中，主网采用调整方式及电厂出力先后对220 kV东干、铜孙线路进行方式融冰，各供电局通过调整110 kV地区负荷供电方式，对110 kV线路进行方式融冰315次，效果良好。2012年对110 kV线路开展方式融冰10余次。
1.3 移相变压器融冰
基于移相变压器融冰法不需要停运线路，利用安装在线路上移相变压器改变平行双回线或多回线的潮流分布，使其中一回线的电流来增加到融冰电流进行融冰（见图3）。加拿大J. Brochu等针对Matapédia电网设计了基于移相变压器的融冰方案[9]，可对超过900 km的230 kV和315 kV线路进行融冰，但该方案还未实施过。这种方法将显著增加系统无功需求，且对系统安全稳定影响较大。该方案能够达到的最大电流有限，很难用于500 kV线路融冰。
图2 三相短路冲击合闸
Fig. 2 Impact Reclosing with Three-phase Short-circuit
交流短路融冰在国内外得到了较为广泛的应用，国内如湖南电网、贵州六盘水供电局、宁夏固原供电局，国外如加拿大Manitoba Hydro。加拿大湖南Manitoba Hydro进行过三相短路融冰试验[67]。
-
省从1955年就开始交流短路法对覆冰严重的线路进行融冰，在交流融冰方面有一套完整的组织和技术体系[8]。在多年的交流融冰实践中提出了多种改进方案，例如两相短路融冰（三相串联以大地做回路形成两相短路）、降低线路融冰电源电压等级等方法。贵州六盘水供电局1985年对110 kV水盘线、盘沙线和沙兴线制定了融冰方案，在1987年对方案进行了修订完善，在1990年进行了融冰试验。
自20世纪70年代以来我国就一直在220 kV以下线路上采用交流短路融冰方法对严重覆冰线路进行融冰，对防止冰灾起到了一定的作用。特别是2008 年的冰灾中湖南电网共对线路进行20次的融冰工作，发挥了较好作用。
由于存在线路感抗，交流融冰需要电源提供很大的无功。鉴于交流融冰需要电源提供很大的无功，
[8]
图3 移相变压器融冰原理
Fig. 3 ONDI Energization and Network Configuration for De-icing
1.4 绝缘分裂导线融冰
对于多分裂导线，可以通过把线路电流集中在某一分裂导线上，增大发热量而融冰，通过各分裂
第3期
傅闯，等：输电线路融冰技术研究与应用评述 35
导线间的切换，使线路覆冰完全融化。这种方法要求线路分裂导线间相互绝缘，需要对线路进行大范围改造。加拿大的P. Couture提出并设计了基于绝缘分裂导线的智能输电线路（Smart power line, SPL ）并申请了专利，但至今仅还处于概念阶段[10]。国内也有学者对此进行了研究，但还没有实际应用。
宝鸡电业局将重覆冰线路110 kV马向Ⅰ、Ⅱ线改造为装有绝缘间隔棒的二分裂导线，并将每相的两根导线用三片绝缘子隔离，自断开点两侧用悬空T 形接线引入融冰变电所。当需要导线带负荷融冰时，通过专门的融冰自耦变压器的电压差在二分裂导线产生强迫的融冰环流，使得导线发热融冰。如图4所示，已经应用多年，在解决小范围覆冰问题提供了很好的借鉴参考。
研制了直流电压为14 kV和50 kV的晶闸管整流融冰装置，并成功应用于110 kV输电线路的除冰。1998年北美冰灾后，Hydro-Québec与AREV A T&D （现为ALSTOM T&D）合作开发了一套直流融冰装置，安装在魁北克电网的Lévis变电站，容量250 MW ，直流输出电压±17.4 kV，设计目的是对4条该装置2008735 kV和2条315 kV线路进行融冰[12]。年完成现场试验，但至今未进行过实际融冰。
2008年冰灾后，我国电力科技工作者进行了直流融冰技术和装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的适用于各电压等级线路融冰的大功率直流融冰装置系列[1318]，进而在全国进行了推广
-
应用，并在2009—2011年覆冰期进行了大规模应用，在规模和实际应用效果均已走在了世界前列。
基于对直流融冰装置及系统的研究，南方电网科学研究院和南京南瑞继保电气有限公司在国内首次完成了主要用于500 kV线路融冰的带专用整流变压器的12脉动直流融冰装置样机（容量60 MW）和主要用于220 kV线路融冰的不带专用整流变压器的6脉动直流融冰装置样机（容量25 MW）的研发，并成功地完成了现场试验。随后中国电力科学
图4 自耦变压器+双分裂导线融冰方案
Fig. 4 Deicing Principle with Twin Bundled Conductor
Autotransformer
研究院、浙江谐波科技有限公司等单位也研发了相应的直流融冰装置样机并完成现场试验。
南方电网主要在贵州、云南、广西和广东2008年冰灾区域进行了直流融冰装置的推广应用。已经投运的较大容量的直流融冰装置均采用12脉动换流器，配置了静止无功补偿装置（SVC ）功能。其中，南方电网西电东送主通道上的500 kV桂林变电站的直流融冰装置（如图5所示）是世界上融冰距离最长的直流融冰装置，可对超过300 km的500 kV线路进行融冰。其额定融冰功率225 MW，额定融冰电流4.5 kA，额定直流电压±25 kV，SVC 模式容量240 Mvar，是国内容量最大的直流融冰装置，也是国内最大的SVC 装置。
1.5 高频激励融冰
20世纪末 McCurdy等提出了用8～200 kHz 高频激励融冰的方法[11]，其机理是高频时冰为一种有损耗电介质，能直接引起发热，且集肤效应导致电流只在导体表面很浅范围内流通，使得电阻损耗发热。McCurdy 推荐较好的除冰频率范围是20～但由于有高频电磁波干扰，在很多国家150 kHz[11]，
受限制。除冰频率可以选择不在管制范围内的较低频率[1]，例如8 kHz，但此时介质损耗和集肤效应很难取得平衡，需要通过采取移动电源激励点而使驻波移动的方法来改善。高频激励方法目前只在1 m长的裸导线上进行了试验验证，其可行性还待于进一步的现场试验验证，很难大规模应用于电网。 1.6 直流融冰
直流融冰是电网抵御冰灾的一种重要手段。国际上，前苏联自1972年开始使用二极管整流装置融冰，后来采用晶闸管整流装置。俄罗斯直流研究院
2 直流融冰装置的应用及效果
2.1 应用情况
2009年初，贵州电网公司对110 kV福牛线、220 kV福旧线、500 kV福施Ⅱ线、110 kV水树梅线进行了直流融冰，云南电网公司对220 kV昭大Ⅰ线进行了直流融冰，广东电网公司对110 kV通梅线进行直流融冰。2009年11月，云南电网公司对110
36
南方电网技术 第6卷
kV 大中T 线进行了直流融冰。在线路电流到达设计最小融冰电流后覆冰很快全部脱落，与设计值吻合。初期的实际应用表明直流融冰技术是电网除冰的有效手段。
线路进行了10余次融冰后再无线路和杆塔受损现象发生。贵州地区目前在500 kV福泉、安顺和息峰变电站安装的3套直流融冰装置可对贵州500 kV“日”字形环网实现直流融冰，2011年初实施500 kV 线路融冰30余次，融过冰的线路基本上没有再发生线路跳闸事故。无直流融冰装置覆盖的500 kV发八甲、乙线和光换线则频繁出现跳闸，2011年1月26日引起发耳电厂500 kV系统全停，2011年1月26日引起光照电厂全站失压。直流融冰显著改变了冰灾期间的线路故障形态，2011年冰灾期间贵州电网110 kV及以上输电线路跳闸共约130余次，主要原因是绝缘子串冰闪及地线断线，大部分出现在尚不能进行直流融冰的500 kV八河站、兴仁换流站
图5 500 kV 桂林变电站直流融冰装置
Fig. 5 DC Deicers with SVC Function at 500 kV Guilin Substation
区域线路，经融冰的贵州500 kV“日”字形环网则很少出现冰闪。
2011年冰灾期间贵州低温日数多、冻雨时间长，是低温雨雪冰冻发生范围最广的省份，位居南方遭受灾害的8个省（市、区）之首，贵州省气象局的通报表明2011年冰灾达特重等级，位居1961年以来的第2位。但贵州电网在2008年和2011年冰灾期间受损对比情况如表1所示，由此可说明直流融冰装置的应用效果。
表1 2008年和2011年冰灾贵州电网受损情况对比
Tab.1 Damage Comparison of Guizhou Power Grid in 2008 & 2011 受损类别 2008年 2011年 线路倒塔 220 kV 及以上线路倒塔
444基 电网解列 负荷损失
严重时解列成7片运行 大量减供负荷，最大减供负荷达灾前57.5%
未发生220 kV及以上线路倒塔
未发生110 kV及以上电网解列
冰灾期间负荷、供电量多次创历史新高
2011年初，类似2008年的大面积覆冰再次袭击南方电网，已经安装的直流融冰装置均发挥了重大作用，对110 kV以上线路进行直流融冰共计200余次，其中500 kV交流线路40余次，110 kV架空地线融冰1次。由于直流融冰装置的应用，2011年冰灾期间未发生220 kV及以上线路倒塔事故，确保了电网安全稳定运行和电力正常供应。
2012年初，南方电网对110 kV及以上线路开展直流融冰100余次，确保了相关线路和电网的安全。
2011年初和2012年初，浙江、湖南、四川等地方的直流融冰装置也开展实际融冰工作。
根据2009—2011年冰期的实际情况，在解决导线覆冰后，架空地线和复合光纤地线（OPGW ）覆冰已经成为线路跳闸和影响线路融冰后恢复送电成功的主要原因。南方电网在2011年对将直流融冰技术应用于架空地线和OPGW 进行了系统性的研究，2012年初，南方电网对110 kV及以上架空地线和复合光纤地线（OPGW ）开展融冰15条次。 2.2 应用效果
直流融冰装置的应用，基本杜绝了电网设备受冰灾损坏，也明显改变了电网冰期故障形态，使得由于冰闪引起的跳闸次数明显减少。
南方电网西电东送主通道在2008年、2009年和2010年初均有500 kV输电线路和杆塔受覆冰损害。2011年采用直流融冰装置对所属线路500 kV
城市供电 50个县（区）供电受影响，未发生县级及以上城市
都匀城区停电11天 停电事故
3 结语
已有实际应用表明直流融冰、交流短路融冰、过负荷融冰（运行方式融冰）是电网三种具有普适性的融冰方法，其他融冰和除冰方法只能在特定条件下使用。500 kV线路基本只能采用直流融冰；220 kV 线路主要采用直流融冰，也可根据实际情况采用交流短路融冰或运行方式融冰；110 kV及以下电压等级线路根据实际情况采用运行方式融冰、交流短路融冰或直流融冰。适时的融冰对保证系统安全有
第3期
傅闯，等：输电线路融冰技术研究与应用评述 37
Power System Technology, 2009，4（4）：77-79.
[9]
CLOUTIER R, BERGERON A, BROCHU J. On-load Network De-icer Specification for a Large Transmission Network [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 2007, 22（3）：1947-1955.
[10]
COUTURE P. Switching Modules for the Extraction/Injection of Power (Without Ground or Phase Reference) from a Bundled HV Line [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 2004, 19（3）：1259-1266.
[11]
McCURDY J D, SULLIVAN C R, PETRENKO V F. Using Dielec-tric Losses to De-ice Power Transmission Lines with 100 kHz High-voltage Excitation [C]// Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Sept. 30 - Oct. 4, 2001. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2001, 4：2515-2519.
[12]
HORWILL C, DAVIDSON C C, GRANGER M, et al. An Applica-tion of HVDC to the De-icing of Transmission Lines [C]// 2005/2006 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition, May 21-24, 2006, Dallas, USA: IEEE, 2006: 529-534.
[13]
饶宏，李立浧，黎小林，等. 南方电网直流融冰技术研究[J]. 南方电网技术，2008，2（2）：7-12.
RAO Hong , LI Licheng , LI Xiaolin , et al . Study of DC based de-icing technology in China Southern Power Grid [J]. Southern Power System Technology , 2008，2（2）：7-12.
[14]
傅闯，饶宏，黎小林，等. 直流融冰装置的研制与应用[J]. 电力系统自动化，2009, 33（11）：53-56.
FU Chuang, RAO Hong, LI Xiaolin, et al. Development and Appli-cation of DC Deicer [J]. Automation of Electric Power Systems , 2009, 33（11）：53-56.
[15]
马晓红，赵立进，李巍，等. 直流融冰技术在贵州电网的应用 [J]. 南方电网技术，2009，3（5）：107−110.
MA Xiaohong, ZHAO Lijin, LI Wei, et al. Application of DC Based De-icing Technology in Guizhou Power Grid [J]. Southern Power System Technology，2009，3（5）：107−110.
[16]
张翔, 田杰, 李海英，等. 适用于直流融冰装置的基频保护[J]. 2010, 30 （34）：99−104.
ZHANG Xiang, TIAN Jie, LI Haiying, et al. Protection Based on Fundamental Component for DC Deicer [J]. Preceding of the CSEE, 2010, 30 （34）：99−104.
[17]
申屠刚, 程极盛, 江道灼, 等. 500 kV直流融冰兼动态无功补偿系：75−80. 统研发与工程试点[J]. 电力系统自动化，2009，33（23）SHEN Tugang, CHENG Jisheng, JIANG Daozhuo, et al. Research and Pilot Project of DC Deicer-SVC System for 500 kV Transmission Lines [J]. Automation of Electric Power Systems, 2009, 33（23）：75−80.
[18]
谢彬, 洪文国, 熊志荣, 等. 500 kV 复兴变电站固定式直流融冰兼SVC 试点工程的设计 [J]. 电网技术，2009，33（18）：182−185. XIE Bin, HONG Wenguo, XIONG Zhirong, et al. Pilot Project De-sign of Concurrent Fixed DC Ice-Melting and SVC for 500 kV Fuxing Substation [J]. Power System Technology, 2009，33（18）：182−185.
极其重要的作用。
直流融冰装置的正常运行需要接入融冰线路。但如果在直流融冰装置现场试验、维护验证试验中采用接入输电线路的方式进行，则试验既受电网运行方式限制，也必然给电网的正常运行造成影响，不但影响送电，还可能危及电网的安全。因此，需要研究并提出直流融冰装置的等效试验方法，使得直流融冰装置现场试验、维护验证试验能够与接入融冰线路的运行工况完全等效。
鉴于近年来国内频繁出现冰灾，直流融冰的实际应用效果良好，国内将进一步推广直流融冰装置，但在电网大面积覆冰时，如果同一电网有大量直流融冰装置同时使用，除线路覆冰跳闸引起电网事故外，融冰工作本身也将有可能危及电网的安全稳定。因此，电网中直流融冰装置的布点原则和考虑各种风险和约束的融冰优化调度策略研究已经开展。
参考文献：
[1] [2]
FARZANEH M. Atmospheric Icing of Power Networks [M]. Berlin, Germany: Springer, 2008.
许树楷，赵杰. 电网冰灾案例及抗冰融冰技术综述[J]. 南方电网技术，2008，2（2）：13-18.
XU Shukai, ZHAO Jie. Review of Ice Storm Cases impacted seriously on Power Systems and De-icing Technology [J]. Southern Power System Technology, 2008, 2（2）：13-18.
[3]
MONTAMBAULT S. The HQ LineROVer: Contributing to Innova-tion in Transmission Line Maintenance [C]// 2003 IEEE 10th Inter-national Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and Live-line Maintenance, April 6-10, 2003, Orlando, Florida, USA: IEEE, 2003: 33–40.
[4]
LEBLOND A, LAMARCHE B, BONCHARD D, et al. Development of a Portable De-Icing Device for Overhead Ground Wires [C]// Proc. of 11th International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, June 12-16, 2005, Montréal, Canada: [s.n.], 2005: 399-404.
[5]
LANDRY M, BEAUCHEMIN R, VENNE A. De-icing EHV Over-head Transmission Lines Using Electromagnetic Forces Generated by Moderate Short-circuit Currents [C]// Proceedings of IEEE 9th International Conference on Transmission and Distribution Construc-tion, Operation and Live-line Maintenance, Oct. 8-12, 2000, Montréal, Canada：IEEE, 2000: 94-100.
[6]
ADOLPHE W D. Ice Melting of Sub-Transmission Lines [R]. Paper for Canadian Electrical Association. Oct. 1992, Manitoba Hydro, Toronto, Canada：CEA, 1992: 1-27.
[7]
KALMIN L P, SOLDATOV V A. The Application of Phase-shifting Transformers to the Power Line Ice Melting [C]// 5th Presented at the Int. Workshop on Atmospheric Icing of Structures, Oct. 29 - Nov. 1, 1990, Tokyo, Japan: 1990.
[8]
陆佳政, 李波, 张红先, 等. 新型交直流融冰装置在湖南电网的应用[J]. 南方电网技术，2009，4（4）：77-79.
LU Jiazheng, LI Bo, ZHANG Hongxian, et al. Application of New-Type AC and DC De-Icers in Hunan Power Grid [J]. Southern
收稿日期：2011-06-22
傅闯（1973），男，四川南部人，高级工程师（教授级），工学博士，
作者简介：
从事大功率电力电子、高压直流输电、电能质量控制等方面的研发和应用工作（e-mail ）[email protected]；
饶宏（1961），男，湖北武汉人，高级工程师（教授级），工学硕士, 从事交直流电力系统及高压直流输电的研究、设计、建设和管理；
许树楷（1978），男，广东揭阳人，高级工程师，工学博士，从事柔性交直流输电技术的研究和应用。