輸電線路覆冰形成微觀過程機理的研究

《輸電線路覆冰形成微觀過程機理的研究》是依託清華大學，由關志成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：輸電線路覆冰形成微觀過程機理的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：關志成
• 項目類別：面上項目

項目摘要

覆冰問題嚴重影響了電力系統的安全運行，由於缺乏有效防範措施，近年來重大覆冰事故時有發生，防範電力設備覆冰成為保證電網安全運行的亟待解決的關鍵技術。我國地域遼闊，各地域覆冰問題有不同的特點，因此需要針對南北方不同的覆冰氣候特徵進行相應的研究。覆冰問題作為一種特殊的污閃問題，其理論研究還有一定的空缺。現有各種防範措施主要問題是比較被動，多為覆冰後處理的方法。本課題將研究的方向定位於覆凍的機理，針對南北方等不同地域的覆冰特點，進行深入的理論研究，同時結合表面科學的發展，從過冷卻水滴相變過程這個微觀角度,研究覆冰形成的機理和主動式防範覆凍的措施。可填補國內外覆冰問題研究的薄弱空白環節，完善覆冰理論，指導我國特高壓線路的防冰設計，並為防範覆冰措施研究提供重要的理論依據和實踐指導。

結題摘要

本項目從分析絕緣子覆冰氣候特點著手，首先設計並建造了具有自然覆冰等效性的人工氣候室並制定出相應試驗流程。採用覆冰速度模擬自然覆冰環境，通過選擇覆冰水滴粒徑和環境溫度參數的配合，模擬覆冰危害最大的雨凇覆冰過程，即凍雨過程。研究過程中獲得的覆冰速度接近自然覆冰環境，並以此作為後續研究塗料防冰特性及機理的評價基礎。本項目在傳統矽橡膠材料基礎上設計和製備了一種結合憎水性和表面發熱特性的有機半導體塗料。通過試驗分析驗證了憎水發熱性表面可以延緩覆冰過程，從而減少表面覆冰；通過熱平衡方程的分析計算得出絕緣子表面溫升與塗料導電性關係，並通過試驗確定了防冰效果與泄漏電流值之間的關係。試驗結果表明在一定泄漏電流條件下該種防冰塗料可有效防止絕緣子串表面的覆冰形成。針對熱效應防冰方法存在的電能損耗和塗料老化問題，設計了一種具有自關斷效應的塗刷配置方式。通過改變表面電場分布，以凍雨覆冰作為發熱效應的導通條件，在無降水環境下泄漏電流大幅降低，與無塗料的相當；有降水時塗料被導通形成完整泄漏電流通道。通過理論分析和試驗研究，確定了防冰開關帶參數與防冰效果的關係，得出不同絕緣子的防冰開關帶設計方法。在人工覆冰氣候室進行的110kV絕緣子串防冰試驗結果表明，該種方法可有效地防止絕緣子表面覆冰層形成，同時可以消除和減少無覆冰時的能量損耗。最後對該種半導體防冰塗料及開關帶配置方法進行了現場試驗研究。試驗場所為廣東，雲南的等多條110kV，220kV電壓等級線路絕緣子。現場觀測結果表明，套用防冰塗料後絕緣子表面有明顯的發熱效應，取得了明顯的防冰效果。