国网工研院：以科技创新提升线路抗冰防舞能力

输电线路覆冰舞动是国内外电网面临的共同难题。截至2023年年底，国家电网有限公司运营的110千伏及以上输电线路总里程已超过122万千米，线路走廊南北跨度大，沿途地形地貌复杂，气候条件多变，覆冰区域广阔、覆冰类型多样。近年来，随着极端气候频繁发生，覆冰区域不断迁移扩大，发生大范围冰灾和线路舞动的可能性不断增加。2023年冬季至今年春季，我国连续遭受5轮雨雪冰冻灾害，引起的大范围覆冰舞动故障严重影响我国电网安全。利用创新性科技手段预测、监测、研判、处置输电线路覆冰舞动灾害，是大电网安全稳定运行的重要技术保障。基础理论突破提升防除冰动态仿真能力

脱冰跳跃是指当环境温度升高或风载变化时，导线或地线上的覆冰突然脱落，导致输电塔线耦联体系产生冲击载荷，进而引起线路大幅振动和跳跃的现象。脱冰跳跃是导致覆冰线路事故的一种重要诱因，也是线路设计和建设时必须要考虑的关键问题之一。因此，开展输电塔线系统的脱冰动力响应研究，对保障输电线路的结构安全具有重要意义。

国网工研院在国际上首次定义并提出了“诱发脱冰机理”及其数值模拟方法，获国际大气结构物覆冰会议（IWAIS）特别报道。相关研究获得了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、国家电网公司科技项目等持续资助，攻克了真实条件下输电线路脱冰和除冰过程模拟难题，显著提高了以往输电线路脱冰跳跃动力响应的计算精度，为除冰装置设计和除冰策略优化提供了高效便捷工具。

超/特高压等电网骨干输电线路普遍采用多分裂导线。与单导线相比，多分裂导线更易受诱发脱冰效应影响，且由于受其特有的垂向脱冰与扭转脱冰的耦合、子导线不均匀覆冰、间隔棒布置方案等因素的联合影响，使其诱发脱冰效应，且脱冰后的动力响应也呈现出更为复杂和独特的非线性时变特性。国网工研院提出了多分裂导线大尺寸脱冰跳跃试验和测试方法，搭建了单档150米八分裂特高压导线不均匀覆冰和脱冰全尺寸试验平台，试验研究了多分裂导线脱冰跳跃特性。同时，该院利用某500千伏连续3档真型线路，开展了连续档多分裂导线的脱冰试验，获取了塔线耦合动态响应特性，有效支撑基础理论研究。冰害监测处置技术破解自动除冰难题

在输电线路冰害监测方面，针对地理气象环境恶劣地区监测装置信号传输困难、供电可靠性不足的问题，国网工研院研发了分立式分布式高效融合的多参量、高精度、点线共测光纤传感系统。该系统利用线路自身的地线复合光缆（OPGW）中的光纤实现对整条线路的状态监测，建立了光纤传感监测参量与线路本体状态及环境参量的映射关系，为输电线路覆冰广域高精度监测提供了技术保障。其中，安装于500千伏强明/强州线的输电线路光纤监测系统成功监测到了今年2月雨雪冰冻过程和强明线OPGW覆冰过载断线故障，为线路运维和故障分析提供了有力支撑。

在输电线路除冰技术方面，虽然以往已经尝试过人工敲击除冰、空包弹振动除冰、无人机携带绝缘棒冲击除冰和机器人除冰等技术方案，但是以上除冰方法均需要人员到达现场。当遇到严重覆冰难以抵达除冰塔位，或者对于新疆、青海、西藏等冬季存在大面积封山区域，人员无法进入的情况时，上述除冰方法均难以发挥作用。此外，目前的除冰装置对于雨凇、雾凇、混合凇等不同类型覆冰的物理特性和除冰机理的研究尚比较匮乏，除冰装置参数设计的理论依据不足。针对上述问题，国网工研院通过研究不同类型覆冰的力学特性和断裂准则，基于提出的诱发脱冰模拟方法，研发了新型机械除冰技术。该技术无需人员干预，能够在大范围、长时间的雨雪冰冻恶劣环境下长期驻线，自行俘获能量，并对输电线路覆冰增长情况进行监控，实现对输电线覆冰全自动、高效、安全去除，保障极端条件下的线路运行安全。新型防舞装置提升舞动灾害应对技术水平

国网工研院研制的零频防舞器区别于双摆防舞器、相间间隔棒、线夹回转式间隔棒等传统防舞器，属于具有较好刚度、阻尼特性的动力谐振设备。该设备依靠立方刚度和阻尼特性，可以最大程度消耗覆冰导线自激振动的能量。

该设备采用了“刚柔并济”结构设计思路，防舞效果更有保障。该设备充分借鉴和吸纳现有防舞设计案例和运维经验，在传统防舞装置基础上，进一步升级创新。设备既具有相间间隔棒的柔性结构特点，可大幅度增强导线的阻尼特性，又保留了双摆防舞器机械强度高、可靠性好的优势，保证线路本体结构在剧烈舞动或长期微风振动过程中，不出现结构性损伤。同时，该设备有效降低导线舞动时扭转和垂向振动的耦合度，提升起舞风速阈值，最大程度消耗舞动能量，提升线路防舞、抗舞能力。

该设备线性刚度接近零，谐振频率范围大，复杂工况适应性较强。受大风、偏心覆冰多重组合工况的影响，导线舞动频率可在0.1~5赫兹区间内来回变化，但传统减振装置仅具有1~2个谐振频率点，难以应对复杂舞动工况。该设备则凭借“非线性能量槽”技术优势，使自身线性刚度和频率无限接近于零，在各种复杂工况下的舞动频率点均可产生较好的谐振耗能效果。

该设备重量较轻，防电晕特性较好。相比同型号导线的双摆防舞器，该设备零频防舞器重量可降低约10%，有效降低导线运行荷载。由于采用大半径球壳体结构形式，该设备在提升起舞风速阈值、降低相间闪络风险和避免多自由度频率耦合基础上，进一步有效避免部分传统防舞器出现的电晕异常、噪声超标以及连接金具易损伤等故障现象，尤其适合于现阶段特高压线路部分区段的迫切防舞需求。