電力融冰探秘

■本刊記者 王睿佳 通訊員 阮松萍 賈理要/ 編輯 曲藝

寒冬時節，在常人眼里，南方往往意味著溫暖和煦。不過，同樣是在南方，居住在華中和西南地區的國人卻對冬季的陰冷潮濕“刻骨銘心”。而一旦寒潮來襲，就連鐵塔銀線也“招架不住”。

2月初，云南曲靖，雨雪交加，冰冷的雨滴落在低于0 攝氏度的線路上，很快形成沉重的冰凌。輸電線路覆冰可以說是最令電網員工頭痛的問題之一，會導致輸電線路斷裂、倒塔、跳閘等故障，給電力系統安全運行帶來巨大挑戰。抗冰保電也成為電網人每年冬季的必修課。

電網如何抵御大自然的“魔法攻擊”？記者帶著疑問來到被冰凍困擾的保供一線，找尋破解魔法的“神力”。

應急保電顯威力

春節前夕，受寒潮和冷空氣影響，云南多地遭遇多輪強降溫天氣，高海拔地區出現低溫雨雪冰凍災害，多條輸電線路出現覆冰現象。

冬季冷空氣頻繁南下，同時來自孟加拉灣的暖濕氣流源源不斷輸送至我國西南地區，在云貴高原易形成“云貴準靜止鋒”，長期維持并控制貴州大部、云南東部地區。曲靖市位于云南東部，正處于“云貴準靜止鋒”覆蓋范圍，冬春季雨雪冰凍災害的區域性分布十分明顯。每年12 月至次年2 月，強冷空氣影響頻繁，氣溫波動較大，階段性大范圍出現低溫雨雪的概率較大，冰凍災害主要集中在會澤、宣威、沾益、富源、羅平等區域。

1月25日，宣威市220千伏虹橋變電站外被白雪覆蓋。電網線路覆冰比值不斷攀升，220千伏虹平Ⅱ回線導線覆冰比值已達0.5，地線光纜覆冰比值直逼0.42。

在南方電網云南曲靖供電局（以下簡稱“曲靖供電”）應急指揮中心，記者感受到現場的氣氛嚴肅而緊張。為保證線路安全穩定運行，指揮人員正在啟動線路直流融冰工作。

融冰現場，工作組組長宋曉紅、副組長肖松等人早已提前駐守。檢查融冰隔離開關、融冰變壓器、水冷系統……接到融冰命令后，大伙兒有條不紊地忙碌起來。運行人員許文靜發現67號融冰管母支柱有異常放電聲響，肖松隨即帶領修試人員開展檢查；宋曉紅則帶領其他運行人員將線路轉至融冰狀態。隨后工作人員進入主控室，在電腦后臺系統啟動融冰工作。

“準備升流模式，起始升流300 安，正常。”“電流升到500 安，正常。”記者聽到的指令是工作人員在根據覆冰監測系統變動的數據，不斷遠程調整融冰方案和模式。

另一邊，220千伏虹橋變電站融冰小組則根據指令動態操作、觀測、反饋。午后，220千伏虹平Ⅱ回線、110千伏平橫且線串融融冰工作順利結束。

記者了解到，融冰裝置一般包括融冰變壓器、閥組、水冷系統、測控保護裝置等。直流融冰技術主要是通過對輸電線路施加直流電，并在輸電線路末端短接，使輸電線路發熱而達到融冰效果，避免輸電線路因覆冰而發生倒桿斷線等極端情況。

提及電力融冰，業界一般以2008 年春節南方罕見雨雪冰凍災害為肇始。當年我國南方輸配電電網高塔、線路受損情況觸目驚心，而那次抗災經歷也令很多人記憶猶新。

抗災結束后，南方電網加緊研制交直流融冰技術，建設完善的覆冰在線監測系統。

“我們深刻反思和總結，選擇了對輸電線路進行抗冰加固、覆冰監測預警、預測預報、直流融冰裝置加裝等幾個關鍵技術領域進行攻關。”南方電網防冰減災聯合實驗室主任曾華榮，以及吳建蓉、楊濤、黃歡等一大批高素質的科研技術人才組成防冰技術團隊進行科研攻關。

2010年11月22日，曲靖供電第一套融冰裝置在220千伏沾益變電站投入運行。如今，曲靖供電共有7 套固定式直流融冰裝置和1 套移動融冰裝置，分別布點在110 千伏及以上變電站，全力確保主網架安全，同時，不斷投入資金，加裝融冰隔離開關等，持續提升融冰效率。

“融冰越來越輕松了！變電站還沒有加裝融冰隔離開關前，一個融冰小組10人，融冰操作前的準備就得花上3個多小時，大伙兒需爬到直流融冰母線設備上加裝短搭融冰導線，搭接到架空線路引流線上，實現融冰導線搭接，不僅效率低，風險也高。加裝融冰隔離開關后，變電運行人員將線路操作至具備融冰狀態，在主控室后臺即可啟動融冰，不僅安全，工作效率還提高不少。”肖松感嘆科技助力后融冰工作的便捷與高效。

“得益于變電站融冰隔離開關的加裝，1 條500千伏線路從開始操作到融冰結束恢復運行，時間由以前的16 小時降至現在的6—8 小時，融冰效率大幅提升。”曲靖供電生產技術部變電檢修專責毛興告訴記者。

帶電融冰守民生

目前，直流融冰裝置大多用于110千伏及以上主網輸電線路，云南配網遍布山區，且多種天氣氣候類型交織，分布廣泛的配網線路融冰面臨難題。

云南昭通，地處云、貴、川三省接合部的烏蒙山區腹地，坐落在四川盆地向云貴高原抬升的過渡地帶，屬于暖溫帶共存的高原季風立體氣候，海拔最高相差3700 米，溫差大，微氣候顯著，點多面廣的配網存在廣泛的局部線路覆冰情況，亟須用技術手段代替人工除冰。

1 月24 日，南方電網云南昭通供電局（以下簡稱“昭通供電”）在昭陽區小龍洞鄉以小龍洞10 千伏寧邊線16 號公變支線為試點，首次使用配網交流在線融冰裝置，在云南省率先成功實現線路帶電融冰。

那么，昭通供電是如何在配網不停電的情況下進行線路融冰的呢？跟隨工作人員，記者接觸到一種神奇的裝置——配網交流在線融冰裝置。

該裝置無需線路停電，在不改變送電側傳輸有功和無功功率、負荷大小，不影響用戶用電的情況下，增加被融冰線路的交流電流，促使導線發熱，實現線路的在線融冰。該技術主要用于10 千伏線路的交流融冰，解決了昭通山區配電線路融冰難、操作復雜的問題，同時提高了重冰區配電線路的抗冰防冰能力及供電可靠性，進一步保障了沿線用戶的生活用電需求。

“計劃一個小時，十分鐘搞定。”在融冰現場，設備開啟。僅過了5 分鐘，冰塊便從電線上逐漸脫落。站在一旁的工作人員興奮地喊：“冰開始掉咯。”又過了幾分鐘，原本附著在導線上的冰塊完全落下。

談及帶電融冰的好處，昭通供電規劃建設中心評審組長梁開旺說：“把線路停下來融冰更加安全，但需要多回線路轉供才能保證用戶不停電，因此，帶電融冰的好處顯而易見，能保證配網單回路情況下線路不停，滿足用戶的用電需要。”

有了成功作業經驗，昭通供電計劃未來進一步擴大裝置配網融冰的場景和范圍。“可以考慮啟動定時融冰設置，在凌晨用戶普遍不用電時融冰，進一步減少影響。”梁開旺說。

對于此次配網帶電融冰案例，南方電網特級專業技術專家傅闖給予了很高的評價：“配網帶電融冰作業的想法很好，創新探索和實踐應給予鼓勵。”

精準融冰“觀”“監”結合

要想精準進行融冰操作，避免資源浪費，就要觀冰和知冰，預判電力線路什么時候會結冰，實時觀測到底結了多厚的冰，準確研判冰情后，才能“診斷”線路，決定是否啟動融冰裝置。

記者了解到，近年來，我國電網端已構建了一套成熟的“在線監測為主，人工觀冰為輔”的覆冰感知體系，并達到國際領先水平。

電網覆冰預測系統為防冰抗冰“運籌帷幄之中，決勝千里之外”提供精準“情報”，猶如給觀測人員增加了能感能測的“魔法”。電力線路上的微氣象、覆冰拉力監測等裝置的一手數據都會定時傳輸到覆冰系統里。該系統綜合各方氣象、高清影像、地圖等數據后，可準確預測未來三天的電力線路覆冰厚度。有了“魔法”的加持，電網搶險人員就可以在第一時間采取相應措施，為抗擊冰凍災害贏得寶貴時間。

近期，為有效開展融冰，昭通供電對供電區域高海拔、重覆冰線路進行密切監測，確保電網設備安全穩定運行。

不到現場，怎么知曉現場情況？昭通供電生產技術部輸電運行專責徐文呂指著覆冰在線監測系統說：“我們有它！”說著徐文呂調出了最新的數據，“你看這個塔，覆冰在線監測裝置顯示地線拉力增加942 公斤，導線2443 公斤，這就是冰的重量。”

監測系統不僅可以看到覆冰比值、覆冰厚度、實時環境溫度、最大拉力等數據，還可以通過線路上的攝像頭查看覆冰情況。同時，該系統還匹配了歷史監測數據、歷史監測曲線，可以輔助決策。

除此之外，還有另外一套收集信息的“系統”，那就是觀冰員。

在昭通供電，有一個內部工作群，名為“春暖花開—守夜人”，群里的成員來自生技部、輸電所等部門，方便實時收集最新信息。

昭通35 千伏以上的線路共有383 條、7200余千米，根據歷年覆冰情況，昭通供電在約137條線路上設置了280 余處觀測點。這些觀測點分散、路遠，僅依靠電網員工很難做到關鍵時間、關鍵地點全覆蓋。

為此，昭通供電招募200余名住在線路附近的觀冰員，以便就近觀測。

多管齊下，電網冰情變得清晰可控。

據記者了解，一般情況下，當輸電線路覆冰厚度達到設計覆冰厚度的80%，預計后續幾天氣溫仍徘徊于0攝氏度附近，導致覆冰可能會繼續增長時，電網企業便會對該輸電線路開展融冰。

“昭通山大，各類氣象要素的區域差異顯著，多種天氣氣候類型交織分布。群眾觀冰員非常重要，他們會提供家門口的結冰信息，作為我們觀測系統的輔助，更有益于我們合理決策。融冰后，觀冰員也會到現場查看情況，完成閉環。”徐文呂介紹。

創新引領未來應用

展望未來，融冰技術仍有很大的發展空間和潛力。隨著電網規模的不斷擴大，覆冰區域的不斷增多，覆冰強度的不斷加大，融冰技術的需求將更加迫切。

“融冰技術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際應用是在貴州地區。”談及融冰技術的沿革，中國工程院院士、南方電網公司專家委員會主任委員李立浧說，可控電流源融冰裝置應成為新一代融冰裝置的標準型式。

當前，我國的融冰除冰技術已進入快速發展階段。記者梳理發現，僅南方電網關于直流融冰的技術發展就有多項成果：

2008 年南方電網啟動了以“南方電網直流融冰裝置樣機研制”為代表的重點項目攻關。同年，自主研制的國內首套大容量（60兆瓦）電流精準可控直流融冰裝置試驗成功，輸電線路導線覆冰問題得到解決。

2009年底 南方電網第一套覆冰監測系統在貴州投入試運行，邁出了全面建設覆冰監測體系的第一步。

2011 年南方電網攻克架空地線和光纖復合地線（OPGW）融冰技術，輸電線路地線融冰得到成功解決。

2013年新一代電流精準可控直流融冰裝置研制完成并成功應用。同年，南方電網科學研究院建立了國內首個覆冰監測裝置檢測實驗室。

2015 年南方電網主導的《直流融冰裝置》等3 項國家標準頒布，標志著防冰抗冰技術進入全新階段。

2019年高壓直流線路導線不停電地線/OPGW融冰成功應用。

2022年《南方電網公司標準設計與典型造價V3.0》的標準模塊《直流融冰裝置標準設計》發布。

2023年國家標準《直流融冰裝置》修訂啟動。

國家電網在融冰科技創新方面也成果豐碩：

2014 年“電網大范圍冰凍災害預防與治理關鍵技術及成套裝備”項目榮獲2013 年度國家科學技術進步獎一等獎。

2017年“一種集約型直流融冰裝置拓撲結構”發明專利獲得第十九屆中國專利金獎。

2022年國網湖南防災減災中心完成±800千伏特高壓賓金直流導線不停電地線現場融冰，標志著大電網科技防冰取得重大進展，填補了一直以來地線缺乏有效帶電融冰手段的技術空白，在世界防冰領域處于國際領先水平，為保障冬季大電網安全運行和電力可靠供應提供強有力科技支撐。

2023年風機葉片高效除冰技術在湖南益陽邱家侖、松木塘、永州舍子源風電場開展應用，可實現90分鐘內風機葉片覆冰快速脫落，為冬季覆冰條件下新能源的可靠送出提供了有力保障。

此外，我國在電網抗冰材料研究和應用方面也有所突破，如絞合型碳纖維復合芯導線具有更好的抗壓能力、整體穩定性、抗斷裂性能等，可用于中重冰區、強風區，提高輸電線路本體的抗覆冰、防災能力；在防覆冰涂料方面，超疏水涂層表面具有微納粗糙結構，可以有效降低冰層與涂層接觸面積和附著力，實現易脫冰；涂層與涂層表面之間存在空氣層，阻隔液滴結冰時的熱量傳遞，達到延遲結冰的效果。

放眼未來，電網端融冰技術的成功經驗是否可以應用到更廣闊的領域？

“覆冰是各種結構物面臨的普遍現象，不僅是電網，風力發電機組、飛機、高鐵等都面臨覆冰的危害。”重慶大學教授蔣興良指出。

眾所周知，風力發電對氣象條件的變化非常敏感，具有一定程度的不穩定性。冬春季節氣候濕潤的地區，風機葉片覆冰成為風電場無法正常運行發電的主要影響因素。

葉片覆冰后，葉片氣動特性改變、機組動態荷載增加，會對風電場安全運行和效益產生負面影響。此時，葉片除冰尤為迫切。

“葉片氣熱除冰方案基本原理是通過加熱葉片內的空氣并在葉片內部循環，再將熱量傳到葉片外表面，從而達到除冰的目的。”業內專家介紹，此外，還有一種物理去冰法，涂抹防冰涂料，給葉片穿一層“衣服”，通過超疏水涂料使風機葉片表面不沾水，從而達到不結冰的目的。葉片的去冰除冰技術推廣將為電網穩定運行和風力發電效益提升帶來實打實的好處。

湖南益陽，桃江邱家侖風電場，歲末的氣溫降至0 攝氏度以下，天空中飄起了凍雨，風機葉片外層漸漸被冰晶覆蓋。與此同時，葉片上的氣熱除冰系統開始工作。在凝凍情況下，大部分風機已經停機或降低運轉效率，而邱家侖風電場經過抗冰改造的8 臺風機仍在冰雪中正常運轉，為電網穩定運行提供了有力支持。

在1 月底至2 月初南方大雪頻至時期，湖南省內多處風電場在降雪天氣中表現出色，由中車株洲所承建的湖南株洲縣龍鳳、溆浦縣紫荊山等風電場共計23 臺風機通過去冰除冰改造，在冰凍環境下穩定高效輸送綠電。據了解，湖南郴州石蓋塘、溆浦紫荊山、株洲龍鳳風電場經歷技改后每年預計挽回410萬元的發電收益。

“冰災防御是多領域的重大科技難題與關鍵技術，電力能源在融冰方面取得的科技成果，也可以應用到飛機、高鐵等領域。”談及融冰技術的未來前景，蔣興良如是說。

從日出而作日落而息，到萬家燈火點亮夜空，科技進步體現在各行各業，日新月異，從未止步；從竹竿敲冰、太陽融冰，到導線、地線的融冰全過程控制，電網實現了從被動防冰到主動防冰的轉變；從氣熱除冰到抗冰材料的研究，從單一方法到多種方法的豐富，從低效率到高效率的提升，從高成本到低成本的轉變，從局部應用到全面覆蓋的擴展，融冰技術取得了顯著的成果和進步，不僅保障了電網安全穩定運行和電力可靠供應，也為多行業多領域提供了借鑒，節約了人力物力，減少了環境污染，提高了社會效益和經濟效益。

隨著科技的不斷進步，融冰技術的創新將更加活躍，融冰應用的領域將更加寬廣。相信在不遠的未來，融冰技術將取得更大突破，為能源、制造、交通等多行業提供更加強有力的技術支撐，為社會服務，為人類造福。■