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高压输电线路除冰技术综述

文档作者：刘建伟周娅黄祖钦廖燕军吕宁陈溪文档来源：桂林电子科技大学机电综合工程训练中心中南大学		点击数：	更新时间： 2025年07月12日
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上一篇：高压输电线路在线监测系统

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第5期
2012年5月
机械设计与制造
Machinery Design &amp;amp; Manufacture 285
文章编号：1001—3997(2012)05—0285—03
高压输电线路除冰技术综述水
刘建伟 周娅 黄祖钦 廖燕军 吕宁 陈溪
(’桂林电子科技大学机电综合工程训练中心，桂林541004)
( 中南大学材料科学与工程学院，长沙410012)
A review on de-icing technologies for the high-voltage transmission lines
LIU Jian-wei1,ZHOU Ya ，HUANG Zu—qin。，LIAO Yan-jun ，LV Ning~，CHEN Xi
( Engineering Training Center of Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China)
( Central South University School of Materials Science and Engineering，Changsha 410012，China)
【摘要】针对近年来输电线路遭受严重覆冰导致电线舞动、断线和杆塔倒塌等现象，提出了多种
线路除冰方法。首先介绍了热力融冰法、机械除冰法和自然除冰法等常用的几种除冰方法，并分析了各
除冰方案的利弊。然后介绍了当前的研究热点机器人除冰方法，结合几种典型的除冰装置，对除冰机器
人的除冰机构、行走机构以及能量采集系统进行了介绍。最后对除冰技术的发展趋势进行了展望，并提
出防冰、智能除冰和复合除冰等新型除冰理念，为线路除冰技术的发展提供有力保障。
关键词：输电线路；除冰技术；机器人；防冰
【Abstract】Many de-icing methods are put forward in order to prevent these phenomena，such as
swing and disconnection of wire，collapsing ofpole．At first，three familiar ways，heating power，mechani—
cal an d natural de—icing,ate introduced an d an alyzed in detail with the present condition．Then，robot
de—icing，which is a brand—new and very popular research progression，is recommended from de-icing
and travel mechanism，gathering energy system．At last，the development trend of de-icing technology is
pointed out，and some advices,for the de—icing research work of transmission line in our country，are
provided in the next years．All kinds of these should contribute to the development of de——icing technolo—-
gy in the future．
Key words：Transmission lines；De-icing；Robot；Anti-icing
中图分类号：TH16，TM755 文献标识码：A
J — ．． ^ —
j —
l 刖舌
据不完全统计，自上世纪中期以来，我国输电线路遭受不同
程度的覆冰灾害多达上千次。输电线路覆冰将导致电线舞动、断
线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故，对电网的正常运转和人民生活
带来了极大不便，输电线路遭受覆冰现象，如图1所示。为减少覆
冰引起各种事故的发生，诸多科研单位和高等院校展开了输电线
路除冰技术的研究，并已取得一定成效。目前国内外除冰方法繁
多，但究其除冰机理可归纳为热力融冰法、机械除冰、自然除冰和
机器人除冰法等方法【lJ。
2热力融冰法
热力融冰法是指利用附加热源或导线自身发热，融化冰雪
的方法[2-71。目前常见的热力融冰法有过电流融冰法、短路电流融
冰、直流融冰三种方法。
过电流融冰技术是在线路导线或地线上通以高于正常电流
密度的传输电流，获得焦耳热以达到融冰的目的。但是过电流融
冰技术负荷大，停电时间长，操作难度大，使该技术推广受到较大
限制。短路电流融冰是人为将输电线路中的导线短接，形成短
路电流，利用其热量加热导线以实现除冰的方法。短路融冰技
术包括三相、两相和单相短路融冰技术、利用短路电磁力除冰
技术等[61。其中三相短路融冰技术最常见，湖南电网大面积采
用了此方法除冰。
-k来稿日期：2011_07—08 ★基金项目：国家大学生创新性实验项目(101059535)
(b)
图1输电线路遭受覆冰现象
286 刘建伟等：高压输电线路除冰技术综述 第5期
但是该法对系统的影响较严重，短路融冰耗电量大且需要
修改保护定值，同时还必须在短路情况下保证系统安全和重要用
户的供电，操作过程复杂、繁琐，对调度员要求高。
直流融冰原理是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较
低电压提供短路电流加热导线使覆冰融化。但直流融冰技术需要
有一特种直流电源向其供电，该电源必须具有良好的恒流特性，
并在负载扰动或试验状态变化时电源要做出快速响应，以确保电
流的稳定加热。
3机械除冰法
机械除冰法就是利用机械外力迫使导线上的覆冰脱落的方
法。目前机械除冰的主要方法有“ad hoc”法、滑轮铲刮法、电磁力
除冰法和机器人除冰法。
“ad hoe”法，又称之为外力敲打法，即由操作者在现场借助
工具敲击输电线路达到除冰的目的。该方法虽简便易行，但只适
用于以10KV为主的近距离线路除冰，且除冰效率低、工作量大，
因此只是在紧急情况下权宜之计，应用范围极少。
滑轮铲刮法是地面上的操作人员通过控制输电线路上滑轮
的移动，借助力的作用使导线弯曲，从而使覆冰破裂。滑轮铲刮法
效率高、操作简便、能耗小，且价格低廉，是目前输电线路最有效
的除冰方法之一。但是这种除冰方法受地形限制，安全性能还待
进一步完善 。
电磁力除冰法是将输电线路在额定电压下短路，短路电流
产生适当的电磁力使导体互相撞击而使覆冰脱落的方法。但由于
目前导线问短路引起的电压降问题和对系统稳定性的影响没得
到及时解决，该方法没有被推广l1l 。
4 自然除冰法
自然除冰法是指不需外界能量而靠自然力实现除冰的方
法。如在输电线路上安装阻雪环、平衡锤等装置，在积雪或覆冰达
到一定程度时，借助风力、重力等作用自行脱落，这种除冰方法简
单易行，但具有较强的偶然性，不能实现可靠除冰；在导线表面刷
涂憎水性材料或吸热涂层的除冰方法，具有一定的研究价值，但
由于其自身存在的缺点导致应用前景受到很大限制。
除了上述方法以外，人工除冰、激光除冰等方法也在应用或
研究中。人工除冰法主要是由维护工人用拉杆或竹棒等沿线敲打
电线，使覆冰脱落，这种方法仍然是我国主要采用的除冰方法之
一
。但是该法效率低下，环境对操作限制极大，且电力工人的生命
安全受到极大的威胁。
激光除冰法是利用高功率、高能量的激光束对输电线路进
行除冰的方法。该方法具有远距离、非接触、外加热源、不需要在
电网内部增加设备、不断电除冰等优点。但是目前的激光除冰系
统庞大，成本高，除冰灵活性不够㈣。
5机器人除冰法
机器人除冰也属于机械除冰方法的一种，它是利用安装在
输电线路上行走机器人的除冰机构自动清除覆冰的方法。它是输
电线路除冰技术的发展趋势，其具有功耗小、效率高、人员无伤
亡、无需停电和转移负载等诸多优点。上世纪80年代，以美国、13
本、加拿大为主的少数发达国家率先采用该除冰方法。随后我国
也开始了除冰机器人的研究，经过近十年来的不懈努力，已取得
较大突破。
目前除冰机器人的研究主要涉及除冰机构设计、除冰机器
人行走机构设计以及能量采集系统等方面。
5．1除冰机构
除冰机构是体现机器人除冰性能好坏的最重要部件，其主
要工作原理是通过传动机构的运动，带动除冰构件铲除输电线路
的覆冰。2008年由河海大学娄保东等设计的线缆除冰装置lll利用
前后振动的盾牌挤压覆冰线缆实现破冰，如图2所示。
图2盾牌式除冰装置
其机构简单、轻便，但覆冰强度较大时，机构除冰效果不佳。
湖南大学王耀南等设计的冲击除冰机构【-21是采用安装于机器人
前端的破冰锥敲击线路冰块，如图3所示。然后通过组合冰刀铲
除覆冰，该方法可适应于不同覆冰程度的架空线，除冰效果好。
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＼。八
图3冲击式除冰机构
5．2行走机构
行走机构是架空输电线路除冰机器人的主要组成部分，是
机器人设计成败的关键之一。
输电线路除冰机器人行走机构主要包括步进式和轮式两种
方式。步进式行走机构通过多只手臂的交替移动完成在线爬行，
行走移动为问断式，其移动速度缓慢，效率低。
轮式行走机构依靠由电机驱动的行走轮与线路之间的摩
擦，驱动机器人前进。轮式爬行行走机构具有移动平稳、速度快
和效率高的特点，因此，目前巡检机器人多采用此种轮式行走机
构 ’41。
为了实现长距离、跨线架除冰，在行走机构的基础上，必须
增加相应的辅助设施，以保证除冰机器人可越障行走。由国网某
电力建设研究院一些科研人员设计的一种可越障式分裂导线除
No．5
Mav．2012 机械设计与制造 287
冰机器人旧，如图4所示。
图4步进式可越障除冰机器人
通过传感器测出障碍五并实施有效避让措施，适合在有诸
多障碍的多分裂导线上作长距离的自主爬行。由一些科研人员设
计的自动除冰机器人的行驶机构[ 睬用轮式越障机构，如图5所
示。越障能力强。安全可靠，工作效率高。
图5轮式可越障除冰机器人
5．3能量采集系统
为了保证除冰机器人的正常运行，必须提供充足的能量。目
前输电线路除冰机器人能量主要来源是蓄电池、太阳能和在线直
接采集。蓄电池能源补给技术成熟，操作简便，但机器人的工作时
长受电池储电量的限制。
太阳能采集能量方案节能环保，但是受天气和地域影响较
大。在线直接采集法能量充足，能保证机器人长时间在线工作，但
是采集系统复杂，设备较笨重，成本高。
6除冰技术发展趋势
近年来，输电线路除冰技术已取得了较好的成效，为电网的
安全运行提供了有力保障。随着科技的进步和研究工作的不断深
入，除冰技术发展趋势表现如下：
(1)除冰理念的更新。
以前涉及输电线路覆冰，人们常考虑的问题是如何除冰，但
随着除冰理念的不断改进，我们应该采取“防冰+除冰”的新除冰
方法。
(2)高智能化技术的采用。
利用先进的计算机控制技术和人工智能技术开发的除冰机
器人将成为今后除冰技术发展的主流。在整个除冰过程中，机器
人可实现自主导航、越障、除冰以及紧急故障诊断修复或反馈等
技术。
(3)复合除冰技术的应用。
通过总结各种除冰方法的优缺点，提出多种方法相结合的
复合除冰发，扬长避短，以达到最佳的除冰效果
(4)除冰技术的安全化。
高科技的应用，机器人可实现超距离遥控或自动除冰，从而
大大提高了操作人员的人身安全。
7结论
电力系统的不断发展和安全稳定运行给国民经济和社会发
展带来了巨大的动力和效益。但是，输电线路的覆冰和积雪时刻
威胁着电力系统的安全运行，因此研究高效率、高性能、低能耗、
低风险的除冰技术仍是今后工作的重点。其中以机器人除冰为主
要发展潮流，多种除冰方法相结合的新型除冰技术的研究将成为
必然。
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