Tab.1 Parameters of conductor type-selecting scheme
导线型号外径/ mm相分裂数分裂状态分裂间距/mm分裂半径/mm分裂间距比 LGJ-400/5027.634正四边形450318.2016.29 JLHN58K-60043.723正三角形700404.1516.01 JLHN58K-90050.002水平排列800400.0016.00 JLHN58K-160070.001————
摘要 输电线路覆冰对电力系统安全运行具有严重威胁，目前已有多种防冰除冰方法，但每种方法都有其局限性，对于一些微气象、微地形重覆冰地区尚未有较好的解决方法。与钢芯铝绞线相比，在传输能力相同的情况下，扩径导线具有更好的抗冰效果。为此该文提出采用扩径导线替代分裂导线防冰的方法。在该方法论证中，考虑电气因素，分析扩径导线临界起晕电压和表面电场分布特性，结果表明：其临界起晕电压低于运行电压，其表面电场低于分裂导线表面电场。自然覆冰试验结果表明：使用有效导电面积相同的扩径导线代替分裂导线，覆冰量减少约30%~80%，能显著提高抗冰强度，从而达到非人工干预的防止冰雪灾害的目的。
关键词：扩径导线 分裂导线 表面电场 碰撞系数 覆冰量 自然覆冰
积雪冰冻天气对电力系统的安全运行产生了严重威胁，给工农业生产和人民生活造成严重影响[1-2]。我国最早有记录的电网覆冰事件发生在1954年。此后，大面积电网覆冰灾害事故时有发生，特别是2008年南方大面积冰冻灾害，导致电网结构遭到破坏和大面积停电，给国民经济造成巨大经济损失[3-4]。随机性电网覆冰事件有7~12年的重现期，在2018年1月，华南和华东地区普遍出现大面积的积雪冰冻天气，多地发布黄色预警，供电负荷急剧增大，并出现不同程度供电紧张的状况。中西部地区上百条10kV及以上电压等级输电线路因覆冰积雪而中断供电，多条110~500kV电压等级输电线路以及特高压直流输电线路发生覆冰舞动事件[5]。
国内外一直在探索研究防止电网发生冰雪灾害的方法。机器人除冰具有无人员伤亡、无须停电和转移负载等优点，但其不具备越障能力，只能在两线塔之间作业[6]。激光除冰可在不断电的情况下快速除去高压线表面所附着的冰层[7]，但对架空线路进行全线融冰的能耗比较大，其应用范围有限。低居里磁热线通过发热除冰，并在部分重覆冰线路上得以应用，但其材料成本较高，并未得到广泛的推广[8]。现有的氟塑料、硅橡胶等憎水涂料，有较好的防水性能，但无明显的防覆冰性能[9]。使用低表面张力和黏合力等憎水性物质，除冰效果有限并只在湿雪条件下起作用。交流融冰方法有较好的融冰效果，但和直流融冰相比，交流融冰所需的融冰电源远远大于直流融冰电源[10]。智能循环电流融冰方法是将分裂导线子导线进行分组并将输电线路总负荷电流循环通流至各子导线组以实现输电线路融冰[11-12]。但在工程应用上尚需进一步改进。
到目前为止，只有直流融冰技术在电网防冰减灾中发挥了实际性的作用，取得了巨大的社会经济效益。但直流融冰方法也具有一定的局限性，如需要停电、操作不便、设备笨重、成本较高，且直流融冰方法并不能完全解决大面积冰冻灾害。目前整流阀电流最大只有6kA，不满足特高压融冰电流大于10kA的要求，融冰装置无法对特高压输电线路实施融冰。
架空输电线路大部分采用钢芯铝绞线。导线选型受电磁环境限制，当需要较大直径以降低表面电场、控制噪声等指标时，可采用扩径导线解决上述问题。疏绞型扩径导线主要应用在西北高海拔地区750kV线路中[13]，疏绞型扩径导线是在钢芯铝绞线的基础上抽股获得，目前主要采用的导线型号为LGJK-300/50、LGJK-310/50、LGJK-400/45。为了获得较大的导线直径，本文选择铝管支撑型扩径导线进行研究。
本文结合重冰区的输电线路及改造过程中实际存在的一些问题，提出采用扩径导线代替分裂导线的非人工干预方法来达到减少覆冰的目的，本方法在不改变导线输电面积的情况下，将输电导线替换为扩径导线，可有效降低输电线路的覆冰量。除西北电网以外，我国其他地区是以500kV作为骨干电网，500kV输电线路通常采用四分裂导线，因此本文以4×LGJ-400/50为例，选取了具有相同输电面积的三种扩径导线替换方案，对导线表面电场展开研究，并对四种导线布置方式进行自然覆冰试验，观测其覆冰特性，分析分裂导线和扩径导线的区别。
当交变电流流过导线时，导线周围变化的磁场在导线中产生感应电流，使沿导线截面的电流分布不均，即产生趋肤效应。铁的磁导率远大于铝的磁导率，因此铝的透入深度远大于铁的透入深度。即可认为钢芯铝绞线中的钢芯不导电，铝绞线导线传输电能。以输电面积不变为原则对扩径导线的型号进行选择。
在对四分裂导线进行替代选择中，导线间距的选择至关重要，分裂导线的间距选取需考虑导线的次档距振荡。次档距振荡是分裂导线独有的一种振荡现象，分裂导线中的下风导线处于上风导线产生尾流区时，下风导线的上下两侧的气流速度不同，会产生曳力以及扬力，使下风导线做不稳定振荡会导致子导线相互撞击，使线股磨损、甚至断股，从而影响线路安全运行。一般认为，当分裂间距S足够大时，迎风侧子导线尾流区对背风侧导线的影响忽略不计，可达到避免出现次档距振荡的目的。国外研究表明[14]：当分裂间距S与子导线直径d之比S/d＞16时，可避免出现次档距振荡。因此三分裂、二分裂导线的S/d值均大于16。
在铝横截面积不变的原则下，本文以四分裂LGJ-400/50导线为例的替换方案见表1[15]。
500kV输电线路布置方式如图1所示。输电线路布置情况参考实际线路，输电线路三相为水平排列，相间距离为14m，输电线路最小对地高度为20m[14]。地线型号为LGJ—95/55，直径为16mm，导线对地高度30m，距中垂线各12.25m。
表1 导线选型方案参数
Tab.1 Parameters of conductor type-selecting scheme
导线型号外径/ mm相分裂数分裂状态分裂间距/mm分裂半径/mm分裂间距比 LGJ-400/5027.634正四边形450318.2016.29 JLHN58K-60043.723正三角形700404.1516.01 JLHN58K-90050.002水平排列800400.0016.00 JLHN58K-160070.001————
图1 500kV输电线路布置方式示意图
Fig.1 Schematic diagram of 500kV transmission line arrangement
本文采用电晕电压方法初步判断三种扩径导线型号是否满足电气要求。文献[16]中采用的是1953年苏联的资料。文献[17]采用的是1974年苏联结合皮克公式推导出的电晕临界电压计算公式，计算结果更加接近实际，单根及分裂导线电晕临界相电压计算公式分别为
（1）
（2）
其中
（3）
式中，Ucr为电晕临界相电压（线电压有效值，kV）；n为分裂导线根数；S为分裂间距，cm；m1为导线表面粗糙系数，一般取0.9；m2为天气系数，恶劣天气情况取0.85，本文取0.85；r0为子导线半径，cm；req为分裂导线等效半径，cm；R为分裂导线的半径，cm；β为和分裂导线的分裂数有关的常数，四分裂、三分裂、二分裂的值分别为4.24、3.48、2.00；Dm为导线相间几何均距，三相水平排列时为1.26倍相间距离；δ为相对空气密度。
将表1中的数据代入到式（1）~式（3），得到四种导线方案的电晕临界相电压，其计算结果见表2。
表2 电晕临界相电压计算结果
Tab.2 Calculation results of critical corona voltage
导线选型方案电晕临界相电压/kV最高运行相电压/kV 4×LGJ-400/50764.849317.543 3×JLHN58K-600779.502 2×JLHN58K-900563.937 JLHN58K-1600413.712
由表2可知，四种导线布置情况下的电晕临界相电压均小于500kV最高运行相电压，即在恶劣的环境条件下，三种扩径导线的替代方案均满足线路运行要求。
本文采取马克特-门格尔法计算导线表面电场。该方法计算简单，四分裂以内精度满足工程要求。
用麦克斯韦电位系数法计算每根等效导线的电荷。任意一点i的表面电场强度和最大表面电场强度存在角度θ，单根导线和分裂导线的表面电场强度计算公式为
（4）
（5）将表2中的数据代入式（4）和式（5），电场强度计算结果见表3和如图2所示。
表3 电场强度计算结果
Tab.3 Calculation results of critical field intensity
导线选型方案中相导线最大电场强度/(kV/cm)边相导线最大电场强度/(kV/cm) 4×LGJ-400/5014.66513.802 3×JLHN58K-60012.33411.594 2×JLHN58K-90013.93413.187 JLHN58K-160014.12113.634
从表3和图2中表面电场的计算可知：
（1）四分裂的最大表面电场强度均大于三种扩径导线布置方式的最大表面电场强度，即扩径导线的表面电场强度满足替代要求。
（2）三分裂扩径导线的表面电场强度均小于四分裂导线，二分裂扩径导线和单根扩径导线最小电场强度大于四分裂导线。
（3）四分裂导线、三分裂扩径导线、二分裂扩径导线的表面电场强度的变化幅度依次减小，单根扩径导线的表面电场强度为一恒值，表明分裂相数越少，扩径导线直径越大，表面电场强度分布更加稳定。
图2 四种导线方案的中相表面电场强度
Fig.2 Surface electric field strength of four conductors
由于空气的粘滞性，气体会对所掠过的液体产生作用力，如果忽略水滴的重力作用，则可得到水滴在运动过程中所受的力为[18]
（6）
式中，cF为阻尼系数；ρd为水滴密度；v为水滴速度；a为过冷却水滴半径。
可得圆柱体导线附近水滴运动的速度方程为
（7）式中，
为空气密度。
可得水滴运动微分方程为
（8）式中，u为气流速度；
为黏度系数；
为雷诺系数；t为无量纲时间，即以气流速度U运动的水滴前进圆柱导线半径R的距离所需的时间为时间单位。
在圆柱体附近的气流速度势函数为
（9）气流在x、y轴的速度分量
、
为
（10）
速度ux和uy出现在上述微分方程两边，从而速度是非线性的，方程组是一阶微分方程，因此采用四阶Runge-Kutta算法在数值上求解方程组用来获得大量的水滴轨迹。
碰撞系数物理模型如图3所示，气流吹向导线表面附近时，过冷却水滴因为受到黏滞力的作用而发生运动轨迹的偏转，部分水滴碰撞到导线表面。设初始高度为δ的水滴可达到导线两端的极限碰撞点，则导线表面的水滴碰撞率α1的计算式为[19]
（11）
图3 碰撞系数物理模型
Fig.3 Physical model of collision coefficient
由数值计算得到在不同风速下碰撞系数随导线直径变化的关系，如图4所示。过冷却水滴中值直径取30μm。
图4 碰撞系数随导线直径的变化
Fig.4 Change of collision rate with wire diameter
从图4中可知：
（1）随着导线直径的增加，碰撞系数缓慢下降。导线直径在5~40mm范围变化时，碰撞系数几乎下降为原来的一半。
（2）当风速为2.5m/s、导线直径为80mm时，碰撞系数降为零；风速为5.0m/s、导线直径为140mm时，碰撞系数降为零。可见风速和直径的总和影响对碰撞系数的影响并非线性变化。
（3）根据图中趋势可以看出，如果导线直径足够大，碰撞系数会逐渐下降直至到零，即在一定环境条件下，导线存在临界直径，当导线直径大于临界直径时，导线不会覆冰。
导线的覆冰过程中，覆冰量取决于碰撞系数、捕获系数、冻结系数和风速、空气中液态水含量以及覆冰时间，其表达式为[3]
（12）式中，α1为碰撞系数；α2为捕获系数；α3冻结系数；ω为液态水含量；d为导线直径，mm；U为风速，m/s；L为导线长度，m；τ为覆冰时间，s。捕获系数α2基本为1。处于相同环境下，认为α3的影响可以忽略不计，并认为其近似相同。
对于分裂导线而言，在水平方向上风导线的“尾流区”会对下风导线产生影响，下风导线的碰撞系数低于上风导线。对于分裂导线而言，上风导线上侧的气流刚好流经下风导线下侧时，气流方向与导线布置方向的夹角即为临界角度，如图5所示。对于四分裂导线而言，存在两个临界角度：一是相邻两个子导线之间所形成的角度
，其导线距离为S；二是相对地两个子导线之间所形成的角度
，其导线距离S′。
图5 水平布置的分裂导线
Fig.5 Horizontally arranged split conductors
当气流与导线的夹角在临界角度之间时，上风导线的尾流区对下风导线产生影响。当气流与导线的夹角超过临界角度时，上风导线的尾流区对下风导线的影响可以忽略。两种临界角度的计算为
（13）
（14）
由式（13）和式（14）可知，临界角度较小，在覆冰过程中存在风向的变化和导线扭转等情况，导线处于尾流区的时间较短。也就意味着对于长期覆冰而言，碰撞系数α1基本可以认为差别不大。为方便分析，可认为在整个覆冰过程中，上风导线和下风导线的碰撞系数近似相等，即在覆冰过程中分裂导线的子导线碰撞系数基本一致。那么分裂导线的单位长度覆冰质量为
（15）式中，D为计算直径，对于分裂导线而言就是所有子导线直径之和。
对比分裂导线和替代的扩径导线覆冰质量，即对比式（12）和式（15）分析可知，导线所处环境相同，液态水含量ω、风速U和覆冰时间τ一样。
在覆冰过程中，不同的物理量是碰撞系数α1和直径d。对于分裂导线而言，分裂导线的子导线直径小于扩径导线，所以分裂导线的子导线的碰撞系数大于扩径导线的碰撞系数。分裂导线的计算直径D大于扩径导线的直径d，因此分裂导线的覆冰量大于扩径导线的覆冰量。
本文试验在雪峰山自然覆冰基地（年覆冰频次15次以上，平均每次覆冰持续时间7天）进行。
导线覆冰厚度用精度为0.02mm的游标卡尺进行测量。实际导线的覆冰外形复杂且不规则，本文选择测量三个点的厚度，取其平均值作为导线覆冰厚度。平行于气流方向的覆冰厚度为横向覆冰厚度，垂直于气流方向的覆冰厚度为纵向覆冰厚度。气象参数用六要素气象仪（温度、湿度、风速、风向、气压、雨量）进行测量，并采用分散型多圆柱体[20]覆冰量变化的覆冰参数预测方法。六要素气象仪和分散型圆柱体如图6所示。几种导线的布置都处于相同的位置，即保证走向、高度、长度、风口等因素一致。导线覆冰的时间起点是早上7:00，每隔6h进行测量。测量到的环境参数如图7所示。
图6 大气环境参数测量仪器
Fig.6 Instruments for monitoring atmospheric parameter
图7 大气环境参数随覆冰时间的变化
Fig.7 Variation of atmospheric environmental parameters with ice covering time
从图7中覆冰环境参数可知：
（1）风速、环境温度和液态水含量有明显的周期性。以24h为一个周期，基本是白天环境温度偏高、风速偏低、液态水含量偏低；夜晚环境温度偏低、风速偏高、液态水含量偏低，夜晚更有利于导线覆冰。
（2）随着覆冰时间的增长，环境温度总体上是逐渐降低，风速和液态水含量总体上是略有增长然后逐渐降低。
（3）对于水滴中值直径而言，可认为在一定范围内波动，且变化范围较小，在28~32μm之间。
四分裂导线的子导线覆冰厚度如图8所示。从图8中导线的覆冰厚度可知：①导线横向覆冰厚度和纵向覆冰厚度变化趋势基本一致，横向覆冰厚度大于纵向覆冰厚度。②两根上风导线覆冰厚度的变化趋势一致，两根下风导线覆冰厚度变化趋势一致。在24h左右，上风导线和下风导线厚度差值最大，横向覆冰厚度差值约为16.7mm，纵向覆冰厚度差值约为6.9mm。
图8 四分裂导线的覆冰厚度随时间的变化
Fig.8 Variation of icing thickness of four-split conductors with time
四分裂导线子导线覆冰量如图9所示。从图9中可知：
（1）从覆冰趋势上看，前两天覆冰增长迅速。两个上风导线增长趋势一致，两个下风导线增长趋势一致。在24h，上风导线和下风导线覆冰厚度差别最大，约为15mm。这是因为在覆冰初期，上风导线的尾流区对下风导线存在影响。
（2）在覆冰初期，导线覆冰厚度较小时，其冰层力矩小于导线的反扭转力矩，上风导线的尾流区持续对下风导线产生影响。但是随着覆冰厚度的逐渐增加，其冰层力矩大于导线的反扭转力矩，导线出现扭转，上风导线的尾流区对下风导线的影响忽略不计，所以下风导线的增长速度快于上风导线。
图9 四分裂导线的覆冰量随时间的变化
Fig.9 Variation of icing quality of four split-conductors with time
（3）后两天增长缓慢，在60h左右时覆冰厚度增长差别不大，并最终覆冰厚度趋于一致。覆冰厚度的基本增长139.45mm。原因是在覆冰增长过程中，可认为冰是一层一层累计增长的，随着冰层直径的增加，导线的碰撞系数逐渐降低，当导线覆冰厚度增加到一定程度时，碰撞系数为零，导线覆冰厚度不再增长，即导线达到了临界覆冰厚度，所以在覆冰的后期，四分裂导线的4根子导线覆冰厚度趋于一致。
（4）四分裂导线中的每根子导线覆冰近似相同，四分裂导线的最终覆冰质量为其中一根子导线的质量的4倍。
根据3.2节对分裂导线覆冰特点可知，分裂导线中子导线的覆冰量基本一致，因此在扩径导线覆冰试验中，采用单根扩径导线进行覆冰试验。导线参数按照表1中的四种导线进行试验，四种导线覆冰情况及覆冰厚度分别如图10和图11所示。
图10 不同直径导线的覆冰情况
Fig.10 Icing condition of different diameter conductors
图11 不同直径导线的覆冰厚度随时间的变化
Fig.11 Variation of icing thickness of different diameter conductors with time
从图11中的覆冰情况可知：①四种不同直径导线的覆冰增长趋势基本一致，覆冰前期增长较快，覆冰后期增长较慢。②与27.63mm导线相比，43.72mm导线、50.00mm导线、70.00mm导线横向覆冰厚度减少百分比依次为16.42%、27.89%、48.01%；其纵向覆冰厚度减少百分比依次为14.59%、26.32%、46.87%。
四种不同直径导线覆冰量如图12所示。从图12中不同直径导线覆冰量可知：
图12 不同直径导线的覆冰量随时间的变化
Fig.12 Variation of icing quality of different diameter conductors with time
（1）不同直径导线覆冰增长具有明显的周期性。覆冰前期增长迅速、覆冰后期增长缓慢。每天前12h覆冰增长迅速、后12h覆冰增长缓慢。
（2）覆冰时间越长，不同直径导线覆冰量的差别越大。覆冰前期，覆冰量差别较小；在覆冰后期，和27.63mm导线相比，43.72mm导线、50.00mm导线、70.00mm导线横向覆冰量差值依次为1.12kg/m、4.23kg/m、8.12kg/m。
最终测量四种导线的覆冰厚度及覆冰质量，得到结果见表4。从表4中可知：①子导线直径越大，覆冰质量越小；分裂根数越小，覆冰质量越少。②与四分裂导线相比，三分裂扩径导线、二分裂扩径导线、单根扩径导线覆冰量减少百分比依次为28.46%、58.46%、82.28%。单根扩径导线减少覆冰量最为明显。
表4 自然环境下扩径导线替代分裂导线的覆冰减少量
Tab.4 Reduction of ice covering by expanded wire replacing split wire in nature
导线型号单根导线覆冰量/ (kg/m)单根导线覆冰量减少百分比(%)总覆冰量/ (kg/m)总覆冰量减少百分比(%) 4×LGJ—400/5024.52—98.08— 3×JLHN58K—60023.394.6170.1728.46 2×JLHN58K—90020.2817.2940.5658.65 JLHN58K—160016.4033.1216.4082.28
和分裂导线相比，扩径导线的成本较高，且因为其直径较大，放线、压接等安装过程更为复杂，其制作工艺较高。运用和推广过程需要进一步的实践探索。
本文对500kV四分裂导线4×LGJ—400/50和三种扩径导线替代方案进行了电晕临界电压和表面电场强度的计算，对四种导线布置方式进行了自然覆冰研究，得到的主要结论如下：
1）通过对电晕临界电压和导线表面电场强度的计算发现：本文选取的扩径导线替代分裂导线满足线路运行要求。
2）导线直径越大，碰撞系数越低。在一定环境下，碰撞系数刚好为零时，导线直径即为临界覆冰直径。当导线直径大于临界直径时，可认为此时不覆冰。
3）导线覆冰具有明显的周期性，在白天导线覆冰增长缓慢、夜晚增长迅速；覆冰前期导线覆冰增长迅速、后期覆冰增长缓慢。
4）当处于相同环境下，与扩径导线相比，分裂导线有更大的碰撞系数和更长的计算直径，根据覆冰增长公式可知分裂导线的覆冰量大于扩径导线。
5）通过雪峰山自然覆冰基地自然覆冰得到结论：与四分裂导线相比，扩径导线的覆冰减少量为30%~80%，导线直径越大，分裂根数越少，减少覆冰量也越为明显。
参考文献
[1] Farzaneh Masoud. Atmospheric icing of power networks [M]. Netherlands: Springer, 2008.
[2] 蒋兴良, 舒立春, 孙才新. 电力系统污秽与覆冰绝缘[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.
[3] 蒋兴良, 易辉. 输电线路覆冰及防护[M]. 北京: 中国电力出版社, 2002.
[4] 胡毅. 电网大面积冰灾分析及对策探讨[J]. 高电压技术, 2008, 34(2):215-219. Hu Yi. Analysis and countermeasures discussion for large area icing accident on power grid[J]. High Voltage Engineering, 2008, 34(2):215-219.
[5] 蒋兴良, 张志劲, 胡琴, 等. 再次面临电网冰雪灾害的反思与思考[J]. 高电压技术, 2018, 44(2): 463-469. Jiang Xingliang, Zhang Zhijin, Hu Qin, et al. Thinkings on the restrike of ice and snow disaster to the power grid[J]. High Voltage Engineering, 2018, 44(2): 463-469.
[6] Zhao Jinlong, Guo Rui , Cao Lei , et al. Improvement of LineROVer: a mobile robot for de-icing of transmission lines[C]//The 1st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry, Montreal, QC, Canada, 2010, DOI: 10.1109/CARPI.2010. 5624458.
[7] Zhang Guixin, Chen Sheng, Xu Shuguang, et al. Application and research of laser de-icing in power system[C]//Proceedings of the 2010 IEEE International PowerModulator and High Voltage Conference, Atlanta, GA, USA, 2010:470-473.
[8] 蒋兴良, 范松海, 孙才新, 等. 低居里点铁磁材料在输电线路防冰中应用前景分析[J]. 南方电网技术, 2008, 2(2):19-22. Jiang Xingliang, Fan Songhai, Sun Caixin, et al. Analysis on application of the magnetic material of low curie point to deicing of transmission lines[J]. Southern Power System Technology, 2008, 2(2): 19-22.
[9] 李剑, 王湘雯, 黄正勇, 等. 超疏水绝缘涂层制备与防冰、防污研究现状[J]. 电工技术学报, 2017, 32(16): 61-75. Li Jian, Wang Xiangwen, Huang Zhengyong, et al. Research of preparation, anti-icing and anti-pollution of super hydrophobic insulation coatings[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(16): 61-75.
[10] Jiang Xingliang, Fan Songhai, Zhang Zhijing, et al. Simulation and experimental investigation of DC ice-melting process on an iced conductor[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2010, 25(2): 919-929.
[11] 舒立春, 罗保松, 蒋兴良, 等. 智能循环电流融冰方法及其临界融冰电流研究[J]. 电工技术学报, 2012, 27(10):26-34. Shu Lichun, Luo Baosong, Jiang Xinglaing, et al. Intelligent cycled current ice melting method and its critical ice-melting current study[J]. Transactions of China Electrotechnical Society; 2012, 27(10): 26-34.
[12] Jiang Xingliang, Wang Yaoxuan, Shu Lichun, et al. Control scheme of the de-icing method by the transferred current of bundled conductors and its key parameters[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2015, 9(15): 2198-2205.
[13] 万建成. 架空导线应用技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2015.
[14] 刘振亚. 特高压电网[M]. 北京: 中国经济出版社, 2005.
[15] 万建成, 刘臻, 孙宝东, 等. 扩径导线的分类与扩径方式的选择[J]. 电力建设, 2010, 31(6): 113-118. Wan Jiancheng, Liu Zhen, Sun Baodong, et al. Classification and applicability of diameter-expanded conductor[J]. Electric Power Construction, 2010, 31(6): 113-118.
[16] 陈珩. 电力系统稳态分析[M]. 3版. 北京: 中国电力出版社, 2007.
[17] 于永源, 杨倚雯. 关于电晕临界电压计算公式的探讨[J]. 长沙水电师院学报: 自然科学版, 1987(2): 83-90. Yu Yongyuan, Yang Yiwen. Discussion on the formula for calculating corona critical voltage[J]. Journal of Changsha Hydropower Teachers College: Natural Science Edition, 1987(2): 83-90.
[18] 蒋兴良, 潘杨, 汪泉霖, 等. 基于等效直径的复合绝缘子覆冰特性与结构参数分析[J]. 电工技术学报, 2017, 32(7): 190-196. Jiang Xingliang, Pan Yang, Wang Quanlin, et al. Research on icing characteristics of composite insulator and structural parameter analysis based on equivalent diameter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(7): 190-196.
[19] 张志劲, 张翼, 蒋兴良, 等. 基于标准旋转导体等效碰撞系数的绝缘子覆冰表征[J]. 电工技术学报, 2018, 33(21): 223-231. Zhang Zhijing, Zhang Yi, Jiang Xingliang, et al. Icing. characterization of insulator based on the equivalent collision coefficient of standard rotating conductors[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(21): 223-231.
[20] 韩兴波, 蒋兴良, 毕聪来, 等. 基于分散型旋转圆导体的覆冰参数预测[J]. 电工技术学报, 2019, 34(5): 1096-1105. Han Xingbo, Jiang Xingliang, Bi Conglai, et al. Prediction of icing environment parameters based on decentralized rotating conductors[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(5): 1096-1105.
Anti-Icing Method of Using Expanded Diameter Conductor to Replace Bundle Conductor
Abstract Icing of transmission line threatens the reliability of electric power system seriously. In recent years, although numerous anti-icing and de-icing methods were developed, this problem has not been totally solved in micro-meteorological and micro-topographic areas, due to the limitations of the proposed methods. Compared with aluminum conductor steel reinforced, the expanded diameter conductor, corresponds to a better anti-icing effect under the same transmission capacity. Therefore, this paper presented an anti-icing method by using expanded diameter conductor instead of bundle conductor. In this paper, the electrical factors were considered, the critical corona initiation voltage and surface electric field distribution characteristics of the expanded diameter conductor were analyzed. The results show that, the critical corona initiation voltage is lower than the operating voltage. The surface electric field of expanded diameter conductor is lower than that of the bundle conductor. Natural icing test results indicate that, the method of using expanded diameter conductor which has the same effective conductive area to replace bundle conductor can reduce the amount of icing quality by about 30%~80%. It can improve the anti-icing effect significantly, so as to achieve the purpose of anti-icing and mitigation without artificial intervention.
keywords：Expanded diameter conductor, bundle conductor, surface electric field, collision rate, ice quality, natural icing
中图分类号：TM85
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190543
国家自然科学基金重点项目（51637002），国家创新研究群体基金（51321063）和国家电网公司总部科技项目（521999180006）资助。
收稿日期2019-05-06
改稿日期 2019-06-10
毕聪来 男，1994年生，硕士研究生，研究方向为复杂大气环境下输电线路外绝缘及防护。E-mail：biconglai@cqu.edu.cn（通信作者）
蒋兴良 男，1961年生，博士，教授，博士生导师，研究方向为电网防冰减灾、高电压与绝缘技术外绝缘等。E-mail：xljiang@cqu.edu.cn
（编辑 郭丽军）