图1 形状记忆合金的双程形状记忆效应
Fig.1 Temperature characteristics of two-way shape memory alloys
摘要 输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全运行，国内外学者对抑制导线覆冰的方法开展了大量研究。该文基于形状记忆合金在不同温度下保持不同形状的双程形状记忆效应，提出在导线表面布置形状记忆合金，利用其形状变化改变导线表面电场强度抑制导线覆冰的方法，实现输电线路不停电非人工干预式防冰。建立布置形状记忆合金导线的三维模型，并仿真分析其表面电场情况。结果表明，随着形状记忆合金形变量增大，导线表面电场强度逐渐增大。用两端向上弯曲的圆柱形铝条代替形状发生变化后的形状记忆合金，将其布置在LGJ-150/25导线表面，在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开展野外自然覆冰实验。实验结果表明，在导线表面布置代替形变后的记忆合金的铝条能够抑制导线的雾凇覆冰，且在导线初始表面电场强度为10 kV/cm时，效果最佳，覆冰质量和厚度分别降低了57.1%和48.7%。
关键词：双程形状记忆效应 电场强度 非人工干预式 防冰
输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全运行，极易造成绝缘子闪络、导线断裂、线路舞动、杆塔倒塌、闪络跳闸等事故[1-3]，严重时，会引发电网长时间、大面积停电[4-6]。
2008年我国南方重大冰灾后，大量研究人员开始研究输电线路覆冰，在输电线路覆冰机理[7-8]、输电线路覆冰致灾机制[9]、输电线路防除冰技术等方面取得一定进展，有效地遏制了大面积电网冰灾的发生。但受覆冰随机性、复杂性，以及电网覆冰的微地形、小气候特征等因素的影响，输电线路覆冰灾害难以杜绝[10-13]。随着我国电网建设不断完善，大量输电线路会不可避免地经过高寒低湿的易覆冰地区，输电线路覆冰问题仍旧不可忽视[14-16]。
国内外学者在长期的研究过程中，提出了热力融冰、涂料防冰、机械除冰、电磁脉冲除冰[17]、电磁自热环防冰[18]等诸多输电线路防、除冰方法。虽然各种方法在特定环境下均具备一定效果，但都存在局限性，学者们尚未就完善地解决导线覆冰问题达成共识。目前广泛采用的直流融冰方法，需要人工介入，工作时线路处于停电状态，设备成本高昂，而且需要数小时的准备时间才能投入工作[19]，难以应对快速、大范围的电网覆冰问题。
重庆大学蒋兴良在文献[20]中指出，电场是影响输电线路覆冰的关键因素，当电场强度小于 5 kV/cm时，电场的作用将加速导线覆冰；当电场强度超过10 kV/cm时，电场的作用将削弱导线覆冰。文献[21-23]指出电场强度影响输电线路覆冰的发展情况，电场是影响输电线路覆冰的关键因素，当输电线路表面电场强度在15～25 kV/cm时，可抑制导线覆冰。文献[24-26]指出，在直流输电线路当中，电场同样是影响输电线路覆冰的关键因素，当输电线路表面电场强度在一定区间范围内时，有抑制表面覆冰发展的作用。由此可见，调整输电线路导线表面电场强度，具有抑制其表面覆冰的效果。
截至目前，对如何仅在覆冰发生时自动调整输电线路表面电场强度，尚未有明确的技术手段。本文提出在导线表面布置具备双程形状记忆效应的合金，利用其在不同环境温度下保持不同形状的特性，使其在环境温度小于0℃时，在导线表面呈两端凸起状，增加导线表面电场强度，达到防冰效果；当环境温度高于0℃时，保持和导线表面贴合的形状，从而实现根据可能发生导线覆冰自动调整导线表面电场强度进行防冰的目的。本文为输电线路覆冰防御提供了一种非人工干预式防冰方法，具有一定意义。
形状记忆合金指的是特定材料按照一定比例融合制造的合金。使具有某一形状的金属材料在低温状态下发生形变，接着对其进行加热，当金属升到一定温度时，形变会自动恢复到高温相的形状；冷却时，合金恢复到低温相的形状，这一效应称为双程形状记忆效应，如图1所示。当环境温度下降到Ms时，合金开始形变；当温度下降到Mf时，合金达到最大形变点。此后，当温度再度上升达到As时，合金形变开始恢复；当温度上升到Af时，合金形变完成恢复。
图1 形状记忆合金的双程形状记忆效应
Fig.1 Temperature characteristics of two-way shape memory alloys
基于此效应，本文提出在导线表面布置具备双程形状记忆效应的形状记忆合金，在环境温度处于覆冰温度区间时，合金发生形变使导线表面电场强度处于能够抑制导线覆冰的区间减少导线覆冰；当环境温度不在覆冰温度区间时，形状记忆合金形变恢复，导线表面电场强度恢复正常。根据文献[27-30]，通过约束时效处理，即对试品先进行高温固溶处理，实现组织和成分的均匀化，随后将试样进行约束时效处理确定另一种形态，循环此过程获得具备双程形状记忆效应的形状记忆合金，其形变温度可通过调整合金成分及比例在-200～300℃范围内变动，由此即可获取实际应用所需的双程形状记忆合金。
如图2a所示，将形状记忆合金沿导线表面的凹槽布置，当温度不足以使其形变时，合金紧密贴合导线表面；当温度达到形变条件时，合金呈弧状弯曲，达到增强导线表面电场强度的效果，如图2b所示。
图2 形状记忆合金在导线表面的形变情况
Fig.2 The deformation of the shape memory alloy on the surface of wires
考虑到实际导线由多股线绞制，其表面呈螺旋状，运用有限元分析法，可精准地计算螺旋状输电导线表面电场强度。因此，本文采用有限元法对布置有形状记忆合金的导线表面电场强度进行分析。
选取COMSOL Multiphysics为有限元计算工具，导线模型选用LGJ-150/25导线，长度为100 mm，形状记忆合金采用Ni-Ti合金[29-30]（相对介电常数为10 000、比定压热容为400 J/(kg·K)、杨氏模量为46×109 Pa、泊松比为0.33）。建立400 mm×200 mm× 200 mm求解场域，网格划分形式采用四面体网格划分，以增加导线与记忆合金周围区域网格划分的衔接精度。将无限远处的零电位边界移至有限区域边界上，即假设传输线路导体周围的虚拟边界上的电位为零[31]，导线边界上的电位为有限元求解的边界条件。
对LGJ-150/25表面布置记忆合金和不布置记忆合金的带电导线分别进行电场计算，计算时合金已发生形变。根据式（1）可计算单根标称导线在外施电压下的表面电场强度Enominal，得到导线表面初始电场强度为3、5、15 kV/cm时，所需外施电压U分别为9.58、15.97、47.92 kV。合金呈半圆弧紧贴导线凹槽，曲率半径r=40 mm。
（1）
式中，d1为光滑导线直径，mm；d2为电晕笼直径，mm。
电场云图和导线布置合金侧表面电场强度随导线外表面位置变化的曲线如图3所示。从图3可看出，记忆合金的布置可以改变导线的表面电场分布，导线表面电场畸变明显；当记忆合金与导线紧贴时，记忆合金对导线表面电场强度和电场分布的改变微乎其微，记忆合金的影响可以忽略不计；当记忆合金呈弧状弯曲时，导线表面电场强度显著增加，且随着记忆合金形变量增大，具体表现为合金两端弯曲程度的增大，其对应范围内导线表面电场强度增大。
图3 初始3、5、15 kV/cm电场强度下带合金与不带合金导线表面电场分布
Fig.3 Surficial electric field distribution of wires under initial 3, 5, 15 kV/cm field strength with and without alloys
本文利用弯曲的、长度为0.1 m的圆柱形铝条替代发生形变后的形状记忆合金，并将其布置在长度为1 m的LGJ-150/25导线表面，在野外自然覆冰环境开展试验，验证本文所提方法的有效性。
2.1.1 雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站
试验在雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开展，雪峰山位于湖南省西南部，东经109°39′～110°55′，北纬26°58′～28°19′。该地域属中亚热带季风湿润气候区，其全景如图4所示。该自然覆冰试验站海拔为1 400 m，属于典型的微地形、小气候覆冰区，历史最大雨凇覆冰厚度超过500 mm，最大风速可达25 m/s，年覆冰时间大于60天。基地有两架距离80 m的雨凇塔、1基500 kV真型塔塔头、80 m试验线路段、10 kV专用试验电源线、电源间、实验室、试验数据终端监测和研究人员工作场所等，可布置多种直径和类型的试验线段，是研究电网覆冰较为理想的场所之一。
图4 雪峰山自然覆冰试验站全景
Fig.4 Panorama of Xuefeng Mountain Natural Icing Test Station
2.1.2 接线原理
本文自然覆冰试验基地采用的交流电源为600 kV·A/300 kV交流试验电源装置，按照图5中的接线方法对试验导线进行交流电场下的导线自然覆冰试验。图中S1为前级开关，S2为后级开关，T1为调压器，T2为试验变压器，VD1、VD2为高压硅堆，SCR为晶闸管，Rx为保护隔离电阻，Ri为采样电阻，采用2 Ω标准电阻，J为保护放电管，C为试验导线，F为交流电容式分压器，SMA为用圆柱形铝条替代的双程形状记忆合金。
图5 雪峰山带电导线覆冰试验接线原理图
Fig.5 Wiring principle diagram of live wires’ icing test in Xuefeng Mountain
试验地选在1号雨凇塔前库房楼顶山，该处遮挡物少，空间大，适合导线覆冰试验。试验现场布置如图6所示，试验用导线型号为LGJ-150/25，直径为15.28 mm，长度为1 m，悬挂于复合绝缘子下。距离导线1 m处下方布置金属网，金属网通过 50 Ω电阻接地。通过600 kV·A/300 kV交流试验电源装置对导线施加交流电压，实现导线表面电场强度的调整与控制。
图6 导线覆冰试验现场布置图
Fig.6 Site layout of wires’ icing test
覆冰试验为带电覆冰试验，两根LGJ-150/25串联布置，于其中一根导线上方布置四根与LGJ-150/25绞线直径相同的圆柱形铝条，长度为0.1 m，铝条弯曲呈圆弧状，中部被扎带绑定在LGJ-150/25表面相邻铝绞线之间的凹槽内，四根铝条均匀地布置在试验导线上。用该铝条替代发生形变后的形状记忆合金开展试验，每组试验中，铝条的弯曲程度保持一致。另一根导线作为对照组。
本文设置3、5、10、15和20 kV/cm共五个电场强度等级，由式（1）可得对应试验外施电压分别为9.58、15.97、31.97、47.92和63.89 kV，下文提及的导线表面电场强度在未特殊说明时均指导线表面未覆冰时的电场强度。覆冰完成后测量整根试验导线的覆冰质量，再根据导线质量由式（2）换算可得导线覆冰厚度。
（2）
式中，d为导线覆冰厚度；R为导线半径；m1为导线自身质量；m2为导线覆冰质量；ρ为等值覆冰密度，其值为0.9[5]；L为导线长度。
需要注意的是，由于自然条件下的覆冰试验条件极难控制，即使是相同的试验对象，温度、风速、液态水含量、水滴中值直径的变化，均会影响试验结果。本文为降低自然环境变化对试验的影响，不违背试验过程中仅改变电场强度的单一变量控制原则，从覆冰质量出发，反向推导，以由果归因的方式，认为在不同覆冰环境中，若相同的时间内同一个圆柱体均匀覆冰的质量相等，则近似认为这段时间内两个覆冰环境是相同的。
为降低误差，试验采用了四个圆柱体，根据四个圆柱体均匀覆冰情况下，覆冰质量在不同冰期下是否满足相等的条件来判定“相同覆冰环境”。基于四个旋转圆柱体判定“相同覆冰环境”的具体步骤如下：记不同覆冰期相同覆冰时间2 h内四圆柱旋转多导体积冰器上四根圆导体的覆冰质量为m1n～m4n，厚度对应为d1n～d4n，其中数字1～4分别对应四根不同直径的圆导体，n表示不同的覆冰期，n=1, 2, …，其大小由最终开展观测的冰期数量决定。则在n次覆冰观测后，四根旋转圆导体的覆冰质量及表面覆冰厚度可表示为矩阵A与矩阵B，即
（3）
设
、
（i=1～4）分别为在n个测量冰期中相同覆冰时间2 h内第i个旋转圆导体覆冰质量的平均值和覆冰厚度的平均值，若矩阵A与矩阵B中所有元素满足式（4）的关系，则判定这n次测量期间的覆冰环境保持一致。
（4）
本文试验于2022年2月5日—2月11日期间完成，根据2.2节中的试验方法，选择旋转覆冰质量和厚度最为接近的5组试验结果进行分析。旋转圆导体覆冰质量数据见表1，覆冰厚度数据见表2。
表1 5组试验中旋转圆导体2 h的覆冰质量
Tab.1 The icing mass of the rotating conductors for 2 h in 5 group of experiments
圆导体编号覆冰质量/g 3 kV/cm5 kV/cm10 kV/cm15 kV/cm20 kV/cm 导体125.3526.1225.4726.3424.98 导体225.6326.3425.7626.5125.55 导体325.9826.8226.4327.0825.84 导体426.7327.7927.4527.2427.20
表2 5组试验中旋转圆导体2 h的覆冰厚度
Tab.2 The icing thickness of the rotating conductors for 2 h in 5 group of experiments
圆导体编号覆冰厚度/mm 3 kV/cm5 kV/cm10 kV/cm15 kV/cm20 kV/cm 导体15.455.625.435.285.22 导体25.415.555.395.235.17 导体35.325.405.335.125.13 导体45.225.315.285.265.27
经式（4）验证计算，覆冰质量和覆冰厚度计算结果分别为7.25%和8.69%，均小于10%。该5组试验符合2.2节中所述对单一控制变量原则的规定，其对应施加电压下的导线覆冰数据为有效试验数据。
图7为LGJ-150/25导线于不同电场强度下布置圆柱形铝条后迎风侧导线与合金表面整体覆冰外观，覆冰类型均为雾凇。与导线不带电即导线初始电场强度为0 kV/cm相比，导线带电后其覆冰外观随导线表面电场强度的不同而变化，进一步分析可知：
1）当初始电场强度值为3 kV/cm时，导线覆冰的凸起密集、细小，形成似绒毛的细软雾凇。在表面电场作用下，导线表面形成凸起状覆冰，其尖端电场强度增加。表面布置的铝条导致导线表面电场强度进一步增大，水滴碰撞效率与最大接触角度增大。同时，过冷却水滴在不均匀电场中将受到指向电场方向的力，电场的作用会改变水滴的表面张力，冰树枝的顶部将延续发展，树枝往外发展生长。
图7 不同初始电场强度下布置铝条导线覆冰外观
Fig.7 Appearance of icing on wires with aluminum bars under different initial field strength
2）当初始电场强度值为5、10 kV/cm时，导线表面的覆冰外观有明显变化。导线覆冰量显著减小，树枝变短形成锥状凸起，硬度大、数量少。在较大的导线表面初始电场强度数值下，表面布置的铝条使导线表面整体电场强度增大，对空气中过冷却水滴的排斥力增大，使水滴不容易在导线表面堆积，凸起状覆冰尖端在电场力与环境中风的作用下脱离导线表面。
3）当初始电场强度值为15、20 kV/cm时，导线表面覆冰量减少，覆冰厚度较小，但导线表面凸起状覆冰增多。随着导线表面电场强度进一步增加，部分过冷却水滴急速极化，在导线表面累积为末端凸起的树枝状，对水滴的吸引作用增强，但尖端的电晕活动随着电场强度的增强而增大。冰树枝对水滴的吸引作用加速了自身生长，而其尖端的电晕活动又带来更强的离子轰击效应，使冰树枝在较强电场下容易发生形态变化，尖端变得圆润，冰树枝互相粘结，覆冰密度随电场强度增大而减小，在导线的迎风侧形成一层硬雾凇覆冰。
LGJ-150/25导线与布置了圆柱形铝条的LGJ-150/25导线于不同初始电场强度下2 h自然覆冰试验的覆冰质量如图8所示。覆冰质量采用称重法得到，即M（覆冰质量）=M2（覆冰导线质量）-M1（未覆冰导线质量）。分析图8可知：
图8 不同初始电场强度下LGJ-150/25导线覆冰质量（覆冰时间2 h）
Fig.8 Icing mass of LGJ-150/25 wires under different initial electric fields (icing time: 2 h)
1）随着电场强度增大，带铝条的导线对导线覆冰质量的影响规律为先促进、后抑制。当导线的表面初始电场强度小于2.8 kV/cm时，布置铝条导线的覆冰质量比未布置铝条导线的覆冰质量大，分析为铝条增加了导线表面的电场强度，使得导线该处的表面电场处于促进导线覆冰的电场区间；当导线的表面电场强度大于2.8 kV/cm时，布置铝条导线的覆冰质量小于未布置铝条导线覆冰质量，分析为铝条对导线表面电场的畸变作用增大了导线表面一定区域内的电场强度，该区域内的强电场抑制了导线表面的覆冰增长。
2）布置铝条后的导线对覆冰质量的抑制效果随着电场强度的增大逐步减弱。当导线初始表面电场强度大于2.8 kV/cm且小于10 kV/cm时，布置铝条导线的覆冰质量与未布置铝条导线的覆冰质量差值较大，抑制效果显著。当导线初始表面电场强度处于10～20 kV/cm时，抑制导线覆冰效果逐渐降低。这是因为存在抑制导线结冰的最佳导线表面电场强度区间。而当铝条形状一定时，导线表面电场强度仅由导线初始表面电场强度决定。
3）当导线的表面初始电场强度分别为5、10、15、20 kV/cm时，布置铝条导线的覆冰质量较未布置铝条导线的覆冰质量下降百分比分别为30.6%、57.1%、44.4%和42.9%。显然，当导线表面的初始电场强度为10 kV/cm时，覆冰抑制效果最佳。
LGJ-150/25导线与布置形状记忆合金的LGJ-150/25导线在不同初始电场强度下2 h自然覆冰试验的覆冰厚度如图9所示。
图9 不同初始电场强度下LGJ-150/25导线覆冰厚度（覆冰时间2 h）
Tab.9 Icing thickness of LGJ-150/25 wires under different initial electric fields (icing time: 2 h)
分析图9可知：
1）随着电场强度增大，带铝条的导线对导线覆冰厚度的影响规律同样为先促进、后抑制。当导线表面初始电场强度处于0～2.8 kV/cm时，导线覆冰厚度增加趋势明显，而后对覆冰厚度的增加趋势逐渐下降变为抑制导线厚度增加。到导线表面初始电场强度为5 kV/cm时，随着电场强度持续增加，带铝条导线的覆冰厚度远小于未带铝条导线的覆冰厚度。值得注意的是，当带铝条导线与未带铝条导线覆冰厚度相同时，导线表面初始电场强度为5 kV/cm，与两者覆冰质量相等时的2.8 kV/cm不相等。其原因在于导线覆冰形状受现场风速、覆冰密度等各种因素影响，导致其厚度变化滞后于质量变化。
2）随着电场强度增大，布置铝条后的导线对覆冰厚度的抑制效果呈先强后弱的规律。当导线初始表面电场强度大于5 kV/cm且小于12 kV/cm时，布置铝条的导线对覆冰厚度抑制效果显著。当导线初始表面电场强度处于12～20 kV/cm时，抑制导线覆冰效果逐渐降低。其原因同样为存在抑制导线结冰的最佳导线表面电场强度区间，而铝条形状一定时，导线表面最终电场强度只与导线表面初始电场强度相关。
3）当导线的表面初始电场强度分别为5、10、15、20 kV/cm时，布置铝条导线的覆冰厚度较未布置铝条导线的覆冰厚度下降百分比分别为0%、48.7%、40.0%和23.1%。显然，当表面初始电场强度为10 kV/cm时，铝条对带电导线覆冰的抑制效果最佳，覆冰厚度减小了48.7%。
随着电场强度增大，带铝条的导线对导线覆冰质量的影响规律为先促进、后抑制，具体表现为布置有铝条的导线覆冰质量先增加、后减小。当电场强度较低时，铝条的电场畸变作用有限，覆冰导线表面无电晕现象，电场对导线覆冰的影响主要表现在电场中水滴的极化作用，极化水滴受到电吸力和电斥力作用，此时电吸力较强，加速了水滴运动，增加了水滴与导线的碰撞率，提高了覆冰强度；当电场强度增大时，除极化作用外，还存在极化变形水滴在临近导线时产生火花放电现象；当电场强度继续增大直到超过某一临界值时，电场的作用削弱了导线覆冰。对这一现象的理论分析如下：
1）铝条改变了导线表面的粗糙程度。随着电场强度的增加，冰面上尚未冻结的半球形水滴在尖端堆积，半球形水滴的尖锐和锥体化以及铝条的弯曲改变了原来密实的覆冰微结构，降低了冰的密度，使过冷却水滴变形固化，粘结力大大降低，在风的作用下这种结构的冰容易脱落。
2）铝条附近离子风的影响。随着电场强度的增大，铝条尖端会出现电晕放电，电晕放电的结果之一是离子风的产生。弯曲的铝条和导线冰尖附近产生的离子风速影响过冷却水滴的碰撞速度，改变碰撞率，从而影响热传递，影响水滴的冷却时间。
3）铝条畸变后的强电场下电子和离子的碰撞。由于弯曲铝条提高了导线表面电场强度，导线表面正在增长的冰树和冰枝尖端将发生粒子碰撞现象，粒子轰击产生的能量使冰融化并击碎微小冰凌，由于碰撞强烈而有效，使得表面冰变暖，在尖顶部位则导致冰的融化和质量损失。
本文对布置记忆合金的LGJ-150/25导线进行了表面电场强度的计算，对不同初始电场强度下两种导线布置方式进行了自然条件下的雾凇覆冰研究。基于雾凇覆冰条件，得到主要结论如下：
1）在导线表面布置具有双程形状记忆效应的形状记忆合金，利用其在不同温度下形状不同的双程形状记忆效应，可有效地改变导线表面电场强度。对布置形状记忆合金导线的三维模型进行有限元仿真分析，结果表明，随着形状记忆合金形变量的增大，其对应范围表面电场强度也增大。
2）布置圆柱形铝条导线的雾凇覆冰外观随施加的初始电场强度变化明显。初始电场强度较小时，覆冰产生较多长树枝，间隙分明；电场强度增大时，尖端离子轰击效应加强，电吸力改变，尖端圆润，表面形成一层硬雾凇覆冰。
3）在导线表面布置具备形状变化能力的形状记忆合金可以有效地抑制导线雾凇覆冰。随着导线初始电场强度增大，铝条对导线覆冰影响规律为先促进、后抑制。其对导线覆冰的抑制趋势随电场强度增加逐渐减小，存在一抑制效果最佳的导线表面电场强度区间，当铝条形状一定时，此区间仅与导线表面初始电场强度有关。长度为1 m的LGJ-150/25导线表面初始电场强度为10 kV/cm时，与不布置铝条导线相比，布置四根铝条导线的雾凇覆冰质量和厚度分别减少了57.1%、48.7%。
4）试验验证了本文所提防雾凇覆冰方法的有效性，即可通过双程形状记忆合金在环境温度处于覆冰区间时自动发生形变改变导线表面电场强度，有效地抑制导线覆冰增长，而当环境温度高于覆冰区间时，其形变恢复到不影响输电线路正常运行的与导线表面严密贴合的状态。关于双程形状记忆合金的材料比例、制备方式，以及最佳形状尺寸等内容还需进一步研究。
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Abstract Atmospheric icing of conductors poses a serious threat to the safe operation of power system. A large number of studies have been carried out to suppress conductor icing at home and abroad. The electric field has an impact on the conductor icing. When the electric field strength is large enough, the electric field can restrain the conductor icing. Based on the two-way shape memory effect that shape memory alloys maintain different shapes at different temperatures, this paper proposes an anti-icing method of wires without manual intervention. It arranges shape memory alloys on the surface of wires and use its deformation to change the electric field strength on the surface of wires to inhibit wire icing.
A three-dimensional model of the shape memory alloy wire was established, and the surface electric field was simulated and analyzed. The results show that the electric field strength of the wires’ surface gradually increases with the growth of the shape memory alloy deformation.
In order to test and verify this anti-icing method, the field natural icing experiment of LGJ-150/25 conductors was carried out at Xuefeng Mountain Energy Equipment Safety National Observation and Research Station of Chongqing University. With two ends bent upward, cylindrical aluminum bars arranged on conductors’ surface were used to replace the shape memory alloy. The icing tests under natural conditions are extremely difficult to control. Even if facing the same test subject, the change in temperature, wind speed, liquid water content, and the median diameter of water droplets will affect the test results. In order to reduce the influence of changes in the natural environment, this paper uses the rotational cylinder reference method.
Through five sets of valid experimental data, the conclusion is as follows: (1) The shape of wire icing with four cylindrical aluminum bars under different initial electric fields is different. When the initial electric field strength is low, the ice-covered branches have long branches and clear gaps. When the field strength increases, the cuspid ion bombardment effect is strengthened, the electric suction changes, icing tip is rounded. (2) Shape memory alloys arranged on the wires’ surface effectively suppress fog freezing. With the initial electric field strength of the wire increases, cylindrical aluminum bars promote the fog freezing, then inhibit. Its suppression trend on icing gradually decreases. (3) There is a best electric field strength interval. As the shape of the aluminum strip is certain, interval is only related to the initial electric field strength of wires’ surface. For length of one meter LGJ-150/25 conductor, in an initial electric field strength of 10 kV/cm, compared with no aluminum bars, the arrangement of four aluminum bars have a suppressed effect on fog freezing. Its quality and thickness of reduction percentage are 57.1%, 48.7% respectively.
Experiments have verified the effectiveness of the anti-icing method for fog freezing. Shape memory alloy with two-way shape memory effect can effectively inhibit the growth of wire icing by changing the electric field strength of the surface on the wire. It is a non-interventional anti-icing method for transmission lines, and proves patently feasible.Further research is needed on the material ratio, preparation method, and optimal size of the two-way shape memory alloy.
keywords：Two-way shape memory effect, eletric field intensity, no manual intervention, anti-icing
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.230049
中图分类号：TM85
国家自然科学基金面上项目（52077018）和电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室项目（SGHNFZ00SHJCJ2100063）资助。
收稿日期 2023-01-12
改稿日期 2023-03-31
曾 伟 男，1999年生，硕士研究生，研究方向为输电线路导线覆冰。E-mail：202111131226@cqu.edu.cn
杨国林 男，1994年生，博士研究生，研究方向为输电线路导线覆冰。E-mail：824637130@qq.com（通信作者）
（编辑 李 冰）